2016年1月15日，由清华大学电机系孙宏斌教授团队完成的“复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”成果鉴定会在清华大学举行。经讨论，鉴定委员会的专家们一致认为，该项目取得了重大的原创性科研成果，整体上达到了国际领先水平，引领了电力系统电压控制领域的发展与技术进步，一致同意通过鉴定。专家们表示，该项目成果已经在我国大部分网省级电网和大型可再生能源基地推广应用，在我国电网的安全运行、节能减排和大规模可再生能源接纳等方面取得了巨大的社会经济效益。项目成果已经在北美最大区域电网PJM成功应用，填补了北美在该领域应用的空白，是我国先进大电网控制系统首次输出北美，具有里程碑意义。
“复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”
成果鉴定会在清华大学举行
“复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”项目经历20多年研发，攻克了无功电压自动控制从单控制中心到多级控制中心、从常规电网到可再生能源接入电网、从中国电网到北美电网应用中的系列关键技术难题，构建了复杂电网自律协同电压控制的技术体系和标准，研制了具有完全自主知识产权的无功电压自动控制系统。项目经历了14项国家级课题，申请发明专利近90项，发表论文200余篇，境外专题特邀报告20余次。
让电压控制从人工走向自动
现代人的生活已经离不开电，对于用户来说，电的质量如何关键之一在于电压的质量。对于电力系统而言，负荷是经常发生变化的，故障的发生也难以避免，要维持系统电压的安全和优质，就需要实时地进行调节。电压的安全直接影响着电网的安全，电压的品质决定着电能的品质。“尤其是在经济发达、用电量大的地区，电从远方输送过来，就向瀑布注入深潭一样，容易形成电压的凹陷区。”清华大学电机系教授、该成果的项目负责人孙宏斌形象化地说，“这种凹陷区如果遇到突发故障，非常容易发生连锁反应，就像推倒多米诺骨牌一样，引发大面积停电事故。”最近二十年国际上的历次大停电事故，都反映了对于电网这种极其复杂的网络系统，其电压安全性是一个世界性的难题。
要保证电网的安全运行，需要实时的控制电网的电压。以前我国采取的是依靠人工、分散控制的方法。在各级电网的控制中心和发电厂、变电站等地方，都有24小时值班的调度操作人员，他们时刻盯着电网电压的情况，一旦发现问题，就会逐级拨打电话，要求相应的单位进行调整。这种方式不仅耗费巨大的人力，依赖于调度人员的经验，而且常常在实际操作中出现运行人员只局限于本地信息，并不能从有利于整个电网全局的角度做出有效的协调。
因此，通过实时采集电网数据进行分析，利用有效的算法形成决策，并对电网中的各类无功电压控制设备进行协调控制，以使得整个电网时时刻刻处于最佳的电压状态，保障电网运行的安全和经济，成为电网运行越来越迫切的需求。而实现这一目标的方法，就是自动电压控制系统，它与自动发电控制系统共同构成了现代电网系统级自动控制的两大核心。
但在复杂电力系统中实现系统级的自动电压控制是一个重大的难题，一方面控制对象复杂，尤其近年来大规模间歇式可再生能源集中馈入到了原本就非常复杂的特大电网中，进一步引发了新问题；第二是控制模式复杂，我国的互联大电网是由空间上分布的多级控制中心共同调度的，电网互联而控制分布，如何协调是难题；第三是数学问题复杂，这是一个含大规模复杂约束的混合整数动态规划问题，本身求解起来就有难度。
“为了应对这种复杂性，我们采用了’自律+协同’的技术路线”，孙宏斌介绍说，“控制对象复杂，我们就根据特性将其分成不同的群，自己做自律控制，从而使问题简化，但又不能放任每个部分各自为政，就再通过方法将大家协同起来，劲往一处使，达到全局最优的目标。类似的，为了应对控制模式的复杂，我们就结合调度分工的要求首先实现自律控制，然后再通过控制中心间的双向信息互动，让位于不同城市的控制中心协同工作，使电网在更大范围内实现优化的电压分布。而复杂的安全经济多目标优化问题也被首先分解为相对简化的安全和经济两个子问题自律求解，然后再通过合作博弈把二者协同起来”。孙宏斌最后把这种技术路线形象的形容为一个跷跷板，“一边是自律，一边是协同，通过自律使控制简化、可靠、敏捷，通过协同保证目标一致、全局最优，而我们所做的就是如何在自律与协同之间找到那个微妙的平衡点。”
在20世纪80年代，法国在世界上首先投入了自动电压控制系统，然而该技术却无法直接在国内使用。其中最关键的就是中国电网的发展非常迅猛，进入新世纪来，有十年的时间里每年中国电网新增的装机容量大约相当于一个英国，而法国的自动电压控制技术是一种固化的控制系统，无法适应中国电网的这种快速变化。
1995年，还是一名博士研究生的孙宏斌在导师相年德教授与张伯明教授的指导下，开始涉足这一研究领域，参与了国家85科技攻关项目“电力系统全局准稳态电压优化闭环控制研究及示范工程”的研究，开始了20年来在这一领域里孜孜不倦的求索。针对法国的自动电压控制系统难以解决的问题，孙宏斌的团队致力于让控制系统具有一定的自适应的特性，使系统的控制模式和方法能够跟随电网的变化而发生变化，成为灵活的、具有自动应变的控制模式的系统，同时还考虑了电网潜在的故障，使系统的控制策略能够自动应对。
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