中國儲能網(wǎng)訊：記“特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及規(guī)模化應用”項目團隊
2014年1月，在國家科技獎勵大會上，“特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及規(guī)?；瘧谩表椖勘皇谟?013年度國家科技進步二等獎。該項目已經(jīng)成功應用于國家電網(wǎng)32個省級以上調(diào)度中心和57個地級調(diào)度中心，覆蓋了國家電網(wǎng)公司全部等級保護四級系統(tǒng)，實現(xiàn)了特大電網(wǎng)多級調(diào)度控制業(yè)務一體化協(xié)同運作，促進了大規(guī)?？稍偕茉从行{。一體化調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成為特大電網(wǎng)調(diào)度須臾不可或缺的技術(shù)手段。
砥礪奮進
攻克四大難題
國際特大電網(wǎng)運行組織(VLPGO)將裝機容量超過6000萬千瓦的電網(wǎng)稱為特大電網(wǎng)。目前，中國電網(wǎng)已成為世界上運行電壓等級最高、用電量最大、可再生能源裝機最多、交直流混聯(lián)的特大電網(wǎng)。截至2013年年底，全國裝機容量達到12.47億千瓦，中國電網(wǎng)與美國、歐洲電網(wǎng)一起，成為全球最大的三大電網(wǎng)。
特大電網(wǎng)覆蓋區(qū)域廣，由多個調(diào)度機構(gòu)共同完成運行控制，系統(tǒng)運行呈現(xiàn)緊密化特征，全網(wǎng)調(diào)度控制協(xié)同運行。而“一體化調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”項目組之所以能夠贏得殊榮，是因為該成果直接解決了特大電網(wǎng)調(diào)度控制運行過程中的四大難題。
一是復雜大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。業(yè)內(nèi)人士深知，電網(wǎng)本身的安全穩(wěn)定和實時平衡很難維持，稍有不慎，就會出現(xiàn)系統(tǒng)故障或造成重大停電事故。世界上出現(xiàn)的多次大停電事故，都與其調(diào)度系統(tǒng)缺乏全網(wǎng)故障信息共享、在線跟蹤分析，以及調(diào)度協(xié)調(diào)控制等技術(shù)手段有關(guān)。在我國，主要電網(wǎng)分布為五大區(qū)域（華北、華東、華中、東北、西北）電網(wǎng)及南方電網(wǎng)。如此龐大的電網(wǎng)聯(lián)在一起，如果缺乏統(tǒng)一的優(yōu)化調(diào)度和協(xié)調(diào)控制，局面將不可收拾。
二是大范圍經(jīng)濟調(diào)度與節(jié)能低碳調(diào)度。隨著新能源的發(fā)展，我國風電裝機容量和發(fā)電量已居于世界第一位。到2014年3月底，風電裝機達到7463萬千瓦，占我國總裝機的6%。在北方某些省區(qū)，風電比重已經(jīng)近30%。要想適應我國特大電網(wǎng)大容量遠距離輸電、可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)和節(jié)能減排等要求，新的特大電網(wǎng)必須要突破大范圍經(jīng)濟調(diào)度和節(jié)能低碳調(diào)度的重大技術(shù)難題。
三是電網(wǎng)調(diào)度控制的安全防護。雷電、山火、臺風、大霧等自然災害，以及恐怖襲擊、網(wǎng)絡攻擊等人為破壞對電網(wǎng)運行皆有損害。尤為值得一提的是，如今，網(wǎng)絡空間已經(jīng)成為信息戰(zhàn)場，“斯諾登”事件再一次表明，沒有硝煙的網(wǎng)絡戰(zhàn)爭一直在進行。震網(wǎng)、火焰病毒等定向攻擊國家重要基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部網(wǎng)絡，基于邊界防護的安全體系受到威脅，亟須建立完善縱深安全防護體系，解決電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的安全防護難題。
四是標準開放的一體化平臺。原省級以上電網(wǎng)調(diào)度中心都配置有十余套各自獨立的自動化業(yè)務系統(tǒng)，如能量管理系統(tǒng)（EMS）、水調(diào)自動化系統(tǒng)、電能量計量系統(tǒng)，以及調(diào)度計劃系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都有各自的服務器、傳輸總線、數(shù)據(jù)庫、圖形界面等，沒有統(tǒng)一開放的技術(shù)標準，互不兼容。這樣的系統(tǒng)難以支持橫向集成和縱向貫通，難以支持多級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化調(diào)度，難以滿足縱深安全防護和等級保護的要求。因此，迫切需要結(jié)合最新IT技術(shù)，研發(fā)出新一代智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)。
這樣的四大難題擺在項目組成員面前，他們沒有現(xiàn)成的國外先進經(jīng)驗可以借鑒。對他們來說，既是艱巨挑戰(zhàn)，同時也是重大機遇。正是憑借著一腔科研攻關(guān)的熱血和耐心，他們才砥礪奮進，打好了一場又一場的攻堅戰(zhàn)。
科技領(lǐng)銜
突破層層瓶頸
科技是改變世界的重要力量，要想取得技術(shù)上的突破，絕非一日之功，堅實持久的積淀才能讓科技研發(fā)之路走得更遠?？v觀電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)的發(fā)展，我國大體經(jīng)歷了3個階段。第一階段，引進了“四大網(wǎng)”能量管理系統(tǒng)（EMS）及開發(fā)技術(shù)；第二階段，自主開發(fā)的開放式調(diào)度自動化系統(tǒng)CC-2000和OPEN-3000調(diào)度自動化系統(tǒng)迅速占領(lǐng)了國內(nèi)市場的大部分份額；第三階段，通過國家電網(wǎng)公司專列系列重大科技項目，統(tǒng)一組織開發(fā)新一代的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）。
2008年初，我國大范圍冰災對電網(wǎng)造成嚴重破壞，“5·12”汶川地震更是對電力設(shè)施造成毀滅性破壞，但當時的調(diào)度自動化系統(tǒng)難以滿足多級調(diào)度聯(lián)合處置重大電網(wǎng)事故的要求。
地震發(fā)生后，國家電網(wǎng)公司快速反應，立即開展了新一代調(diào)度控制系統(tǒng)的研發(fā)，并成立了由國家電力調(diào)度控制中心牽頭、以中國電力科學研究院和國網(wǎng)電力科學研究院為主、各網(wǎng)省電力公司全面參與、相關(guān)大專院校和設(shè)備制造廠商等聯(lián)合攻關(guān)的項目團隊，項目也得到了國家“核高基”和“863”專項的大力支持。
聯(lián)合攻關(guān)項目組成立后，各成員日夜兼程地開展工作，用近兩個月的時間確定了攻關(guān)目標：開發(fā)一套新一代調(diào)度控制系統(tǒng)，以滿足特大電網(wǎng)多級調(diào)度一體化運作和建立備用調(diào)度體系的業(yè)務需求。這一全新的控制系統(tǒng)就叫D5000，其中D指調(diào)度（Dispatching），5000意為2000加3000，希望能夠產(chǎn)生大于5000的效果。D5000的原型系統(tǒng)是將CC-2000的優(yōu)勢模塊（傳輸總線、前置采集等）與OPEN-3000的優(yōu)勢模塊（實時數(shù)據(jù)庫、實時監(jiān)控等）各自抽出來，再結(jié)合最新IT技術(shù)，重新構(gòu)建一套全新的基本原型系統(tǒng)。為解決四川備調(diào)的急需，聯(lián)合開發(fā)組用原型系統(tǒng)搭建了四川電網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)，在現(xiàn)場投入試運行。
其后，這一技術(shù)方案被進一步發(fā)展和改進，各項技術(shù)指標和應用功能均取得數(shù)量級的突破和創(chuàng)新。2009年7月，華中測試小系統(tǒng)順利通過了工廠驗收測試，基礎(chǔ)平臺和基本應用1.0版正式誕生；同年9月上旬，華北測試小系統(tǒng)通過了驗收測試；2010年1月，國調(diào)與華中、華北和華東網(wǎng)調(diào)測試小系統(tǒng)成功實現(xiàn)了互聯(lián)互通，國調(diào)系統(tǒng)成功進入調(diào)度大廳，實現(xiàn)了 “三華”系統(tǒng)的遠程瀏覽。
一個月后，聯(lián)合開發(fā)組進駐武漢，D5000基礎(chǔ)平臺和基本應用的1.0版也在華中試點工程現(xiàn)場實施。六個月后，支撐平臺的各個模塊都經(jīng)受了現(xiàn)場實際工程環(huán)境的考驗和驗證，功能、性能都進行了完善提升。經(jīng)由各網(wǎng)省調(diào)專家組成的現(xiàn)場驗收組的兩輪測試驗收，華中D5000系統(tǒng)投入試運行，D5000的2.0版本也開始形成。
在統(tǒng)一的D5000平臺上，10家單位分別進行了各自應用功能的試點，華中電網(wǎng)繼續(xù)試點基礎(chǔ)平臺和基本應用，華北電網(wǎng)試點實時監(jiān)控與預警功能，華東電網(wǎng)試點調(diào)度計劃與安全校核功能，四川電網(wǎng)試點備用調(diào)度和水電自動化，江蘇電網(wǎng)試點實時監(jiān)控和調(diào)度管理……國調(diào)試點整體功能性能并負責總體協(xié)調(diào)。
這是D5000應用功能的全面上線，經(jīng)過一年的艱苦奮戰(zhàn)，10個試點工程全部上線運行，一個平臺和四大應用全面完成，形成了2.3版本，具備全面推廣應用的條件。
全面應用
彰顯社會效益
“這是世界級的成果，是中國和世界智能電網(wǎng)領(lǐng)域的巨大進步！”國際電工技術(shù)委員會（IEC）主席克勞斯·烏赫勒如此評價D5000系統(tǒng)。國際特大電網(wǎng)運行組織（VLPGO）秘書長阿蘭·史蒂文率全球15個最大電網(wǎng)的理事會成員參觀后評價道：“中國國家電網(wǎng)率先實現(xiàn)了VLPGO白皮書提出的新功能，領(lǐng)先歐美電網(wǎng)3~5年。”
根據(jù)國家電網(wǎng)公司華中分部的D5000系統(tǒng)應用證明書顯示，該系統(tǒng)為調(diào)控人員提供了全方位的電網(wǎng)運行全景感知、實時監(jiān)控、在線分析等技術(shù)手段，能支撐電網(wǎng)故障的“事前預控、事中告警、事后分析”，確保電網(wǎng)安全“可控、能控、在控”。另一組數(shù)據(jù)或許更能為此作證——僅2012年，D5000系統(tǒng)就成功報警了500余次電網(wǎng)故障，成功抵御處置了22次嚴重電網(wǎng)故障沖擊，保障了1.2萬余項主網(wǎng)設(shè)備計劃停電工作的順利實施，實現(xiàn)了220千伏以上348座變電站和1134條線路的安全投運。
此外，D5000系統(tǒng)所實現(xiàn)的新能源監(jiān)測、發(fā)電預測、發(fā)電計劃、安全校核、日內(nèi)調(diào)度和在線安全分析等功能，對促進清潔能源利用和新能源并網(wǎng)消納也發(fā)揮了重要作用。據(jù)統(tǒng)計，從2010年到2012年，國家電網(wǎng)消納風電電量分別為472億、706億和939億千瓦時，年均增長率超過30%；2012年并網(wǎng)水電發(fā)電量5186萬千瓦時，同比增長27.9%，水能利用率提高7.1%；完成跨區(qū)跨省交易電量6054.9億千瓦時，同比增長14%。
自2009年投入運行以來，D5000在國家電網(wǎng)省級以上調(diào)度控制中心得以全面推廣和應用。截至2013年年底，D5000系統(tǒng)已成功應用于國家電網(wǎng)32個省級以上調(diào)度和57個地級調(diào)度，覆蓋了全部等級保護四級系統(tǒng)，大大提升了國家電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)裝備水平，提高了駕馭大電網(wǎng)能力，為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和可靠供電發(fā)揮了重要作用，實現(xiàn)了巨大的社會效益。在十八大、國慶60周年、上海世博會、“兩會”、“神九”發(fā)射等國家重大保電任務中，D5000也交上了優(yōu)秀的答卷。
在中國電機工程學會組織召開的科技成果鑒定會上，由清華大學盧強院士和武漢大學程時杰院士任主任的鑒定委員會對D5000系統(tǒng)的鑒定意見為，“一體化支撐平臺的主要成果為國際首創(chuàng)”；“在基于統(tǒng)一平臺和四大類應用的一體化系統(tǒng)體系架構(gòu)、大電網(wǎng)綜合智能分析與告警、面向特高壓同步大電網(wǎng)的網(wǎng)絡分析和在線穩(wěn)定分析、多級多時間尺度調(diào)度計劃的一體化決策與安全校核等方面達到國際領(lǐng)先水平?！?
當D5000逐漸成為焦點，該項目所取得的成績也受到了關(guān)注。早在2003年，美國和歐洲已經(jīng)開始展開新一代電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)的研發(fā)，但至今尚未形成成熟的技術(shù)產(chǎn)品。與之相比，D5000系統(tǒng)已經(jīng)在國家電網(wǎng)全部省級以上調(diào)度和部分地市調(diào)度上線運行，項目形成了IEC國際標準2項、國家標準1項、電力行業(yè)標準7項、企業(yè)標準24項，主要包括《電網(wǎng)通用模型描述規(guī)范》《電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范》《電網(wǎng)設(shè)備通用數(shù)據(jù)模型命名規(guī)范》等。相關(guān)成果獲得國際專利3項、國家發(fā)明專利授權(quán)14項、軟件著作權(quán)4項、發(fā)表論文135篇。除2013年度國家科技進步獎二等獎外，該項目還被授予國家戰(zhàn)略性創(chuàng)新產(chǎn)品。其中的關(guān)鍵技術(shù)分別獲得2011和2012年度中國電力科學技術(shù)獎一等獎以及第十四屆中國專利獎優(yōu)秀發(fā)明獎。
電力是國民經(jīng)濟的命脈，服務千家萬戶。電力系統(tǒng)是迄今為止最復雜的人造系統(tǒng)之一。電以光速傳輸，不易儲存，發(fā)電、輸電、用電瞬時完成，且須保持實時平衡，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運行高度依賴電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)，它已成為電網(wǎng)運行控制的重要工具。作為國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，電網(wǎng)安全直接關(guān)系國家安全。在電網(wǎng)科技的研發(fā)之路上，正是這些項目組成員全身心投入到科學研究過程中共同奮進，秉持追求卓越、執(zhí)著探尋的科研精神，凝聚了強大的攻關(guān)合力和源源不斷的創(chuàng)新動力，才讓中國的電網(wǎng)科學技術(shù)不斷向上攀升，以絕對實力和信心突破世界級的重大技術(shù)難題，不僅保障了國家電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和大規(guī)?？稍偕茉吹挠行{，也贏得國內(nèi)業(yè)界同仁的尊重，更以國際領(lǐng)先水準閃耀全球。
