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痛,并快乐着

来源:  发布时间:2016-06-02

——记中国电力科学研究院电力系统研究所马世英团队
  
本刊记者 户 万 吴 彪

  
  
  2016新春伊始,记者在中国电力科学研究院电力系统研究所见到了“预防交直流混联电网大面积停电的快速防控与故障隔离技术及应用”项目团队组长马世英,骨干成员郭小江、郑超、唐晓骏、宋墩文。
  当荣获国家科学技术进步奖二等奖的喜讯传来,欣喜爬上了他们每个人的眉梢。11年时光,他们完成了一项工程繁杂、意义非凡的工作。而这是他们第一次申报,便斩获嘉奖。“奖项是鲜花,重要的是责任和过程中收获的点滴”,在荣誉面前,他们自豪的同时也保持着沉着冷静。
  两个小时的采访,他们述说着故事,听来轻松,但背后付出的汗水与坚持,只有他们自己才能体会。远方,一座座输电杆塔耸立在田间道旁,也架在电力人的心中。他们痛,并快乐着。
  
大面积停电预防与隔离
  
  电力系统是一个相互协调的连锁体系,由发电、输电、配电和用电等环节组成。我国的自然秉性决定了“西电东输”输电格局。为实现大规模、远距离输电,同时充分发挥互联电网的效益,交流输电与直流输电相结合的“交直流混联”输电方式应运而生。
  纵观国内外,交直流混联电网面临着许多稳定与控制问题亟待解决。连锁性故障的冲击强度和范围大大增强,会导致单一故障扰动进一步延伸,冲击电网中的薄弱环节,从而引起故障的扩大化。比如2003年美加8.14大停电,直接经济损失超过300亿美元;2009年巴西11.10大停电,损失全国用电负荷的47%;2012年印度7.30大停电,6亿人口陷入黑暗与恐慌。诸多国外的前车之鉴警醒我们:需要未雨绸缪确保电力系统安全。
  自2003年起,中国电力科学研究院承接了国家重大技术装备研制和重大产业技术开发专项、国家科技支撑计划、国家电网公司重大关键技术研究等一系列科技项目,开展预防交直流混联电网大面积停电的快速防控与故障隔离技术攻关及工程应用,取得了重大技术突破。
  在大停电机理与防控决策方面,团队揭示了大停电发生规律及关键因素影响机理,创建了交直流混联电网故障传播分析理论,提出了快速防控体系化评估方法,开发了成套防控决策支撑软件。
  在主动预防与协调控制方面,他们发明了基于耦合度匹配的交直流多目标协调控制技术,提出了交直流系统模型精确辨识与控制解耦方法,研制了交直流协调控制系统,显著提升预防大面积停电的全局性协调控制能力。
  在故障隔离方面,他们提出了电网振荡中心精准定位方法,发明了第1个异步周期内故障隔离的启动判据,开发了快速故障隔离装置,故障阻隔速度提升3倍,对复杂多变环境的适应性显著提升,有效防止电网故障蔓延。
  在快速安全防控系统方面,他们还创建了电力系统多任务自由组态专用开发语言,自主研制了多机群并行协同平台,体系化布局交直流协调控制系统和快速故障隔离装置,构建了集主动预防、优化协调、快速响应控制于一体,逐层设防的快速安全防控系统,显著降低大面积停电风险。
  马世英打了一个形象的比喻,就像着火时大楼中防火墙的作用就是把火灾控制在一个局部范围之内,不至于引起整个大楼都着火。理念相同,如果能及早预测、发现故障,使故障锁定在一个有限的范围之内,“虽然不能保证每家每户都不停电,但可以把停电的范围缩至最小。”
  目前一条直流输电线动辄上千公里,从新疆拉到郑州,大概2000公里,数字上感觉很远,但从电气角度来说,距离实际很近。若送端功率波动,随时会以极快的速度传播到受端;相反,若受端发生三相短路或故障扰动,从而引起电压的波动,又会随时把功率波动传递到送端。“电气设备的联系从直线距离看起来很遥远,实际上通过电的传播使得影响的面变得紧凑,瞬间几千公里外就能相互影响。”所以,对于电力系统来说,时间就是安全。“比如500kV电网发生短路故障,将按照0.09s的速度切除故障元件”,如果把时间延至0.15s,那稳定特性和失稳特征就会发生非常明显的变化。随着时间的流逝,能量在累积,就像大坝出现了一个小口子,若没有快速治理,口子就会越扩越大。“电力系统故障会导致能量的积聚和传播,只有快速处理后,才使能量重新平衡”,这是一种快速抑制补偿型的控制。“我们要做到在大范围内的快速控制,过去小范围内的安全控制只考虑局部的问题,现在涉及到直流,因此在控制策略制定的时候要考虑送受端两侧,及对控制方式、控制策略的适应性。”
  
天时地利人和
  
  交直流混联电网快速安全防控系统交付使用后,控制范围覆盖4大区域21个省级电网,实现了主要跨区直流的协调控制;快速故障隔离装置布局于我国80%大区联网关键断面,如华北—华中、香港—大陆、川渝水电送出、三峡电站送出等断面;研发的软、硬件平台在28个省级电网分析、评估、预警与监控系统中推广应用;全面提升了我国电网应对大停电的防控能力。项目直接经济效益达28亿元。快速安全防控系统自应用以来,显著增强了我国电网抵御自然灾害及输变电设备故障冲击的能力。
  项目获国家发明专利授权64项、软件著作权12项,制定国际、国家标准3项,出版专著6部,发表EI/SCI论文154篇。项目培养了一支实力雄厚的电网安全防控技术研发团队,其中2人享受国务院政府特殊津贴,3人加入国际大电网组织(CIGRE),4人当选国家电网公司领军或优秀专家人才,培养博士、硕士37名。
  对于项目的成功,马世英感慨颇多。
  “国家电网的大发展给了我们难得的机遇”。殊不知,在国外,电力需求很多年都不再增涨,电力专业甚至已经萎缩。作为能源基础性行业,随着电力发展需求逐步饱和后,电力系统在规模和技术上发展乏力,相关专业和研究人员在减少萎缩。一旦没有发展需求就没有创新的动力。而在我国,电力系统的快速发展为电力工作者提供了广阔的发挥空间。“正是由于我国西电东输的大格局、交直流混联特高压电网的发展,使我们面临全新未有的挑战”,这个挑战意味着团队要走出一条完全自主创新的道路。各国发展国情不尽相同,没有任何经验可循的他们必须通过自主攻关、自主创新来解决这个难题。
  如果说国家的发展需求给团队创造了机遇,那电力系统研究所则为他们提供了一个优秀的平台。电力系统研究所是中国电力科学研究院的核心业务部门,中国电力科学研究院是国家电网公司直属科研单位,拥有国家电网公司特高压交流试验基地、特高压直流试验基地、特高压杆塔试验基地,国家电网仿真中心、国家电网计量中心,构建了目前世界上功能最完整、试验能力最强、技术水平最高的特高压、大电网试验研究体系。在项目发展过程中,国家电网也在按规划同步发展,一直在解决问题中发展,在发展中又发现新问题,再解决问题。
  多年来,团队成员一直跟随国家电网公司的发展,在各个项目中慢慢积累储备、逐渐强大。马世英认为,“一个稳定的团队是非常重要的,如果这些人很散,就很难形成聚合力。正是得益于电力系统研究所在科技创新机制、人才培养机制上的重要保障,使这个大团队稳定如一,大家共同聚焦一件事,并且持续不断地去做。要想收获科研成果,绝不是三天打鱼两天晒网就能轻松获得,而是十年磨一剑。他们中很多人都有很多次机会被调到国家电网公司总部工作,从此走上仕途,但他们都放弃了,一直潜心做科研。
  做科研,总不会一蹴而就。过程中,他们也尝遍酸甜苦辣。每个阶段有每个阶段的瓶颈和障碍,每个阶段有每个阶段的发展需求。从2004年到至今,电网经历了电压等级、规模、新技术的大跨越。常常是在做项目过程中又产生了一些新的里程碑式的挑战,就这样,他们逐个攻破,又不断迎来新的突破。
  郭小江说:“这是一批有着共同理想的人凝聚在了一起,在马所的组织下,变得有活力”,每当研究进入了死胡同,马世英的启发总能让境况柳暗花明。郑超始终坚信光明就在前方。在唐晓骏看来,他们是激情和踏实并重。宋墩文心中满怀对国家电网公司和北京市政府的感激。而马世英以人格魅力感染着团队里的每一个人,有兄弟情、师徒情,他们相互帮助,相互鼓励。这一路,他们不断勇闯难过,用汗水保障了国家电网的安全。
  
“做踏踏实实的科研人”
  
  现在的马世英身兼数职,既是管理者,又是科研人、博士生导师、项目负责人。日常事务繁忙,但他总能把时间分配得当。尽管肩负行政职务,他也从未放弃做科研。“做管理,同时承担科研项目,这样才能对做科研本身认识比较深,否则也无法指挥别人。对项目本身没有把握,对科技创新就没有方向,整个研究队伍也就失去了方向”。在马世英的内心里,一直都是那个未曾改变过的科研人的心态。
  1996年,马世英进入电力系统研究所开始工作。电力系统研究所是以电力系统仿真和电力系统安全稳定运行为主要研究领域。这是一个宏观的方向。关于电力研究,还有很多研究是元器件级的,比如发电机、发电机组、感应马达。如果把系统看作是整体,那器件就是部分。在马世英看来,系统专业是一个顶层专业,在关注元器件特性的同时,更需要专注系统的行为。电力系统是一个人工制造的、复杂的大系统,具有复杂性系统的特征,非线性、随机性、时变性等等。正因如此,对其进行研究就非常具有挑战性,这也是马世英喜欢这个专业的原因。
  入行20载,马世英在大电网安全稳定控制技术领域施展自己的才华。“我们的成果如果能用来保障大电网安全,是我们最大的心愿”,他围绕着大电网安全防御不断攻坚克难,为国家大面积停电的预防、大电网安全生产倾心奉献。他说,评价一个人成功与否,不在于成果大与小,名利高于低,而是看所做的工作是否对社会、对他人有影响,如果答案是肯定的,这个人就是有价值的。
  对于做科研,马世英也有着自己的感悟。“首先要对科研有敏锐性,在做一件服务性质的事情,特别是像这种服务于生产的科研,迫切解决生产需求,那实际需求就是动力”,因此对需求有充分的了解是保持科研敏感的前提。“敏感”体现在自己是否判断和预测一个方向在未来会是一个创新性的指引,这种判断的基础也来源于长期技术性的科研工作;其次是扎实的理论功底;最后加以持之以恒的态度。众多科研案例告诉我们,只有经验性的判断结合基础理论,才能出新。马世英提出“服务于生产性的科研不是闭门造车做的事,需要踏踏实实的技术性的工作”,与科研人共勉。
  “虽然我们项目获得了成果,也获得国家认可,但是大电网还是在不断向前发展的,新的挑战仍然会不断出现”,未来,马世英及其团队的科研工作仍会紧紧围绕着电网生产和发展的实际需求,“基于需求驱动,继续做科研”。无论今朝还是明日,他们不会停止前进的脚步。
  

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2024年5月

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