电从远方来

□ 吴 彪

国网河南电科院项目团队深入讨论电网连锁故障机理问题

“电，阴阳激耀也，从雨从申”，《说文解字》中曾用这样的语言来描述电。从闪电开始，人类逐渐观察到更多与电相关的自然现象，并不断地深入思考、研究，直至了解并掌握了产生电的机理，逐步开启了电气时代。以电的发明和应用为主要标志的第二次科技革命极大地促进了社会发展的进程，而电也日益成为现代社会中不可或缺的重要能源之一。如何确保供电系统的稳定运行，就成为影响国家发展的重要环节。

随着特/超高压交直流混联电网的稳步建设，我国目前已建成世界上电压等级和直流输电比例最高、同步机群规模最大和结构最复杂的交直流电力系统。然而，此类系统的连锁故障存在着诱因多、特性杂、耦合强的特点，一旦发生，极易引发大规模停电事故，继而会导致社会经济蒙受巨大损失，迄今为止，约70%的大停电事故均由连锁故障引发。

为了破解这一难题，国网河南省电力公司电力科学研究院（以下简称“国网河南电科院”）电网技术中心，在近10年的时间里，夜以继日地紧密围绕交直流电力系统连锁故障风险防范的重大工程需求，通过产学研协同攻关，针对连锁故障特点，突破了连锁故障整体动力学建模、连锁故障危险路径辨识等多项关键技术，最终形成了具有完全自主知识产权的交直流电力系统连锁故障主动防御技术体系。为我国供电系统的稳定运行筑起了一道强有力的防线，实现了“电从远方来”的我国能源资源优化配置。

屡次创新保安全

随着我国大型特高压交直流混联电网的一体化特征愈加明显，电网运行的局部问题更易通过连锁反应传播蔓延至整个联合电网。此前发生的一次大规模停电事故就为人们敲响了警钟。2006年7月1日，华中电网两条并列运行的500千伏线路误动跳闸，负荷全部转到220千伏线路上，造成多台发电机组跳闸，导致河南省5市停电，湖北、湖南、江西等邻近省份也受到影响，华中全网失稳振荡，共计损失负荷380万千瓦。显而易见，连锁故障已经成为威胁电力系统安全的重要因素之一。

交直流电力系统主要由同步机群、交直流混联电网和负荷组成，这就决定了其连锁故障通常伴随着初始故障、故障扩散和振荡崩溃3个阶段。国网河南省电力公司经济技术研究院副院长余晓鹏，国网河南电科院电网技术中心张振安、饶宇飞及其团队成员在此领域深耕多年，屡次创新，最终在交直流电力系统连锁故障整体建模、主动预防及主动阻断方面取得多项创新成果与关键技术突破。他们创建了“微观宏观”协同的交直流电力系统连锁故障整体动力学建模及分析技术，揭示了连锁故障的自组织临界发生机理，利用这一成果可实现暂态失稳及直流闭锁等主要连锁故障传播方式准确高效的模拟。

与此同时，他们还创建了交直流电力系统危险故障路径快速辨识和连锁故障风险主动预防技术，从而实现了“风险源定位→危险传播路径辨识→系统总体风险评估→风险预控”的连锁故障主动预防。此外，他们直面交直流电力系统连锁故障阻断由被动型向主动型转变的技术瓶颈，通过多方合作协同创新，最终建立了交直流电力系统连锁故障在线主动阻断技术，研发了“全局协防→化整为零→分体存活”的主动阻断技术体系，实现了技术突破。

“丰硕的成果来源于项目团队多年来在保障电力系统安全稳定运行方面的技术积累。”谈及项目能够顺利推进并取得一系列重大突破时，余晓鹏介绍说。多年来，该团队一直为河南电网特高压建设落地建言献策，不仅提出了安全域理论，还建立了天中直流投运后短路电流控制等策略。同时依托“电力系统运行与安全防御实验室”有关特高压交直流耦合特性的研究成果，相关人员多次参加国调、网调、省调联合计算分析工作，深度把握了特高压交直流耦合特性。除此之外，团队持续开展河南电网滚动校核、安全事故风险评估、检修方式风险校核、年度运行方式计算等工作，筑牢全方位电网运行安全风险防控。这都为科研成果的取得奠定了基础。

截至日前，项目研发的交直流电力系统连锁故障仿真平台、电网灾害风险评估及安全预警系统以及连锁故障在线主动阻断系统，已广泛应用于河南、上海、四川、广东、新疆5个省（直辖市、自治区）的特/超高压交直流电力系统、20多家省市电力公司及100多个电力工程项目，并取得了巨大的社会和经济效益。基于国网河南电科院电网技术中心研发团队的科研成果在电力系统领域的突出贡献，其研发项目“交直流电力系统连锁故障主动防御关键技术与应用”荣获了2018年度国家科学技术进步奖二等奖。

项目科研成果荣获2018年度国家科学技术进步奖二等奖

精诚合作结硕果

“能用众力，则无敌于天下矣；能用众智，则无畏于圣人矣。”科研成果是科研工作者们集体智慧的结晶，更是团队精诚合作所结的硕果。“交直流电力系统连锁故障主动防御关键技术与应用”项目的顺利完成，离不开团队成员的努力，也离不开合作单位的有力支持。

优秀团队是取得科研成果的有效保证，团队的集体智慧和奉献精神共同铺就了取得成果的科研之路。国网河南电科院电网技术中心的项目团队正是一支富有朝气且人才层次高的年轻团队。“我们团队有16名固定人员，平均年龄为35岁，其中高级工程师及以上占比50%，博士、硕士高学历人才比例90%以上。”余晓鹏介绍说。与此同时，为了进一步提升团队的科研实力，国网河南电科院电网技术中心在2013年时与中国电力科学研究院签订了战略合作框架协议。同时依照“开放、联合、创新、竞争”的运行机制，针对电力系统连锁故障领域前沿性的重大科学问题，与清华大学、西安交通大学、中国电力科学研究院等多家高等院校、科研单位建立了良好的科研合作关系。而联合培养机制的确立也进一步保障了科研人才的实力。譬如国网河南省电力公司博士后工作站挂靠国网河南电科院，同时国网河南电科院也与华北电力大学、重庆大学等建立了硕士研究生联合培养机制。此外，除固定人员外，公司还通过走访、来访、会议等多种形式与国网江苏电科院、国网湖南电科院等20余家同行开展技术交流。可以说正是这些有效举措，为团队人才的培养提供了一个共享开放的技术交流平台，为科研工作提供了源源不断的智力支持。

一分耕耘一分收获，每一项科研成果的取得都凝结着科研人员的心血和付出。多年以来，国网河南电科院电网技术中心研发团队始终将科研工作放在首位，时时刻刻践行着“舍小家为大家”的敬业精神。在国网河南电科院主任张振安做完手术不久，还未完全康复的他就迫不及待地赶往工作一线，和大家共同攻坚克难；在项目研发的关键时期，国网河南电科院电网技术中心副主任饶宇飞生怕耽误项目的进度，在爱人生病时依旧选择坚守岗位……可以说团队每一位成员的拼搏与坚守，都在为项目的顺利进行保驾护航。

尺有所短，寸有所长。想要有效地破解科研难题，除了依靠自身过硬的本领，还需要与相关单位的紧密配合。譬如在连锁故障发生时，需要从排列组合达10万多种可能性的线路组合中确定故障发生的路径，这对实战经验丰富但理论研究相对薄弱的国网河南电科院来说是一道解起来既费时又费力的难题。为了能在最短的时间内破解该难题，他们积极与该领域内处于国际顶尖水平的研究团队——清华大学教授梅生伟所率领的团队通力合作，最终以最优方式确定了最危险的路径，成功实现了连锁故障发生的提前阻断。

长期以来，在张振安等科研领头人的带领下，团队一直致力于电力系统安全稳定运行及大停电事故防控方面的研究，紧扣特高压联网背景，立足河南电网实际，面向运行和规划，以“保障河南电网乃至特高压联网的安全”为目标，以“解决影响电网安全稳定运行的实际问题”为出发点，坚持科技创新引领，强化成果转化支撑，为电力系统的安全稳定运行提供坚强的技术保障。

凭借团队出色的科研能力，国网河南省电力公司此次作为“交直流电力系统连锁故障主动防御关键技术与应用”项目负责单位，全面组织、管理和监督了项目实施，并在其领衔下与合作单位一同在确保项目研究与应用顺利完成的同时，形成了一批发明专利、软件著作权和科技论文等科技创新成果。譬如，他们结合调度员实际操作和直流输电系统故障特性，提出和完善了交直流系统连锁故障模型，共同研发了交直流系统连锁故障仿真平台；提出了交直流系统连锁故障的关键路径辨识方法，共同研发了电网灾害风险评估及安全预警系统；参与构建了交直流系统的连锁故障阻断策略，主持研发了交直流系统连锁故障在线主动阻断系统。科技是第一生产力，目前该项目的相关科研成果已成功应用于河南、广东等电网，并取得显著的社会、经济效益。

项目团队研究开发“大电网安全稳定自动诊断系统”平台

大海航行靠舵手

正如大海航行靠舵手，一支优秀团队的持久发展和快速成长同样离不开团队领导的正确引导。作为团队的引路人，国网河南省电力公司副总经理安军和余晓鹏等人就是团队其他成员的榜样，他们不仅能够准确把握科研方向，紧跟前沿科技，并且带领团队在科研之路上稳步向前，不断攀登一个又一个的科研高峰。

毕业于福州大学电力系统自动化专业的余晓鹏，作为国家电网公司优秀专家人才和科技信息领军人才，项目研究期间担任着国家电网公司“电力谐波特性分析评估技术”实验室负责人。他曾主持完成“特高压联网背景下大电网安全稳定自动诊断系统研发及应用”“特高压交流输电线路工频参数测量技术研究”“河南电网数字仿真实验室建设与应用研究”“特高压交直流混联电网运行风险安全防御体系研究与示范”等国家电网公司科技项目10余项，获得省部级科技进步奖8项，发明专利14项，在电力系统自动化、电网技术等杂志发表论文20余篇。

正是在余晓鹏等人的带领下，国网河南电科院科研团队在科研上不断攻坚克难，取得了一次又一次的突破创新，取得了多项具有代表性的成果。譬如，项目团队长期在连锁故障防控领域开展深入研究，建设成了河南电力公司“电力系统运行与安全防御实验室”。实验室负责人张振安介绍说：“该实验室是国家电网河南省电力公司的重点实验室，装备有一套全数字实时仿真平台(ADPSS)和‘电力系统仿真云计算平台’，并结合河南电网实际需求定制开发了‘大电网安全稳定自动诊断系统’‘大电网综合风险评估系统’‘机电—电磁混合仿真系统’等。同时在大电网连锁故障机理、特高压交直流混联电网特性、并行计算等方面也取得了重大突破。”

依托该实验室，团队成员开展了一系列电网安全分析与仿真技术领域相关课题研究，取得了丰硕成果：其中牵头国网科技项目3项，国网配合项目6项，省公司立项12项；共获得中国电力科技进步奖1项，国家电网科技进步奖4项，河南省科技进步奖5项；申请发明专利30余项，发表论文50余篇，出版专著10余部。特别是在特高压交直流运行机理方面的相关成果，已在长南荆示范工程和天中直流输电工程中得到采纳。而团队率先提出的基于电网三级安全稳定导则的大电网安全风险自动诊断技术也已推广应用到20多家省级电科院。

基于该平台，其研发的多项成果也屡获嘉奖：“基于预想事故集的省级电网安全风险诊断系统研发及应用”，获2012年度国家电网公司科技进步奖三等奖；“南阳特高压主变投运后区域电网连锁故障特性分析及故障阻断技术研究”，获2014年度国家电网公司科技进步奖三等奖；“基于多维目标的技术改造与技术创新项目功效的系统评价研究”，获2014年度河南省科学技术进步奖三等奖；“哈郑特高压直流投运后河南电网安全稳定控制和公司运营策略研究”，获2015年度河南省科学技术进步奖二等奖；“特高压交直流混联受端电网安全风险及防控关键技术研究与应用”，获2016年度河南省科技进步奖一等奖。

随着能源互联网技术的不断发展，交直流电力系统连锁故障主动预防关键技术还需要在信息物理系统和多能互补网络两方面进一步探索与扩展。“随着电力电子和信息技术的不断发展，现代交直流电力系统可以视为一类超大规模信息/物理耦合系统，其连锁故障的发生机理、发展过程及其引发的系统灾变模式均有显著变化。”目前项目组正开展相关研究，力争提出一种信息物理相互依存关系分析方法，构建信息物理系统连锁故障传播模型，给出恶意网络攻击下连锁故障预防、阻断及恢复策略。

在多能互补网络方面，余晓鹏介绍说：“多能互补网络是一类典型的综合能源系统，通过电—气—热等不同形式能源物理系统的互联互济，实现能量的高效、灵活及可靠利用。较电力系统而言，多能互补网络连锁故障诱因更为复杂，后果更为严重，例如2017年台湾因供气中断引起的全岛大停电事故。”基于此，项目组目前正致力于在多能互补网络连锁故障整体动力学建模、机理分析及其高效阻断技术方面有所突破。

未来，他们将根据电网实际运行情况进一步深化研究，继续密切关注青海直流工程进度，深化研究电网运行关键问题；同时力争构建安全防御策略闭环验证环境，为事件分析、事故回放、故障推演、控制策略验证提供实时运行场景，实现离线、在线多场景数据融合；并且紧跟新能源发展步伐，为大规模新能源电量有效消纳提供有力支撑。

项目团队召开大电网连锁故障阻断系统关键技术讨论会

国网河南电科院项目科研团队全体成员合影