况杰　清华大学马克思主义学院经济与金融研究中心研究员

　　目前，我国的自动电压控制技术居国际领先地位，并且实现了对美国的技术出口。

　　受高温天气影响， 今年夏天， 我国用电水平持续攀升。7月16日以来，全国日发电量持续保持在210亿千瓦时以上。7月22-25日，全国日发电量连续四天创历史新高，最高达235.35亿千瓦时，较去年夏季最高值增长4.2%。高水平的用电量导致了高负荷。7月23日13时15分，江苏电网调度最高用电负荷达到10510万千瓦，这是江苏电网调度用电负荷年内第11次刷新历史记录，成为国家电网系统内首个用电负荷连续3年突破1亿千瓦的省级电网。高负荷用电考验的是供电系统的生产管理水平，特别是瞬时的高用电负荷，如果电网的控制水平不高，很可能导致全网大面积停电。

　　作为国家经济命脉的基础产业和公共事业，电力供应的重要性毋庸置疑。现代电网的发展面临着日益严峻的挑战和改革优化的机遇。首先，电网要面对大范围用电实现资源优化配置，面对不同负荷间的瞬时冲击，需要提高全天候运行的能力。同时，随着技术进步，要把发电、输配电、供电以及用电服务等整个流程实现信息化、数字化。现代电网必须是智能电网。

　　什么是智能电网？国家电网中国电力科学研究院的定义是：以物理电网为基础，将先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

　　保证电网的电压稳定，是保证电力供应的必要条件。我们很多人都有过这样的感觉：家里的电灯突然变暗了，单位的实验仪器突然不准了。这其实就是电压不稳造成的。所以，很多医疗仪器、精密仪器的使用，都需要配置一个稳压电源。而对于整个电网来说，需要有一个完善的自动电压控制系统，通过对实时采集到的电网数据进行分析并迅速形成决策，有效对电网中的各类电压控制设备发出指令。自动电压控制系统与自动发电控制系统是现代电网系统级自动控制的两大核心。

　　电力系统的负荷瞬息万变， 故障无法完全避免。所以，若要维持系统的电压安全，就必须对其进行实时、快速地调节。过去各国都采取的是人工分散控制法，在各级电网的控制中心和发电厂、变电站等地方，安排24小时值班的调度操作人员。这些人员需要有强大的责任心和快速反应能力，两眼需要时刻盯着电网电压的情况，一旦发现问题，先逐级拨打电话汇报，要求相应的单位进行调整。这种方法耗时费力，根本无法做到即时调节，更无法做到从全局的角度协调整个电网的安全。

　　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，因为法国的用电负荷和我国相比差距太大。法国的自动电压控制技术是一种固化的控制系统，而我国每年都有大量的新增发电和用电，有10年的时间里每年新增的装机容量甚至大约相当于英国的发电量。国外的系统无法适应我国电网的这种快速变化。

　　在复杂电力系统中实现系统级的自动电压控制并不是一件容易的事情，这是一个含大规模复杂约束的混合整数动态规划问题，是一个难以求解的复杂数学问题。首先，控制对象复杂，特别是近年来大规模间歇式可再生能源（太阳能、风能等）集中接入到了原本就非常复杂的特大电网中；其次，控制模式复杂。我国的电网是由多级控制中心共同调度的，电网互联而控制分布，要在最短时间内让计算机做出最优决策，并通过数百个控制中心的协同，让特大电网上每个节点的电压时刻控制在安全范围之内，是个非常大的挑战。

　　自动电压控制系统的发展经历了一个漫长的过程，相关技术是随着我国电力系统的大发展而快速发展起来的。国内早期的无功电压控制装置基本都是以就地无功电压控制为目标，只是控制本地范围，而无法对全网进行优化控制，没有网络互联的概念和作用。现在的自动电压控制系统则较好地处理了“集中与分布”的关系，从运行安全性和经济性出发，将分布式控制与集中式控制结合使用。最新的技术是采用“自律-协同”的原理，解决我国这样的巨型电网的安全与经济协同优化问题。

　　安全约束最优潮流（Security Constrained Optimal PowerFlow, 简称SCOPF）考虑到正常状态和故障状态的约束，理论上是完美的。但是数学计算量过大，对应的计算内存需求大、计算过程耗时长，实践中无法真正应用。现在提出的新理论、新技术是在合作博弈框架中提出用于安全方决策的状态变化转移因子概念，基于滚动策略实现严重故障在线筛选。

　　随着新能源的广泛采用，不稳定的风电汇集馈入大电网，容易带来电压波动大、连锁脱网风险高等问题，我国科技人员提出了可支撑大规模可再生能源可靠接入的“风场控制中心”两级自律协同控制技术。目前，我国的自动电压控制技术居国际领先地位，并且实现了对美国的技术出口。

　　出口对象美国PJM公司是负责为美国首都华盛顿特区和东部13个州提供电网安全运行和电力市场服务，总用电量占全美的1/6。这是一个拥有1.3万个节点、1.9万条支路的复杂电网。而且按照电力市场要求，自动电压控制系统还要保证发生预想故障5500个后，所有节点电压仍正常运行。5500个故障乘以13000个节点的规模，需要系统快速计算出来并用于决策和控制，如果完整建模这个非线性优化问题，根本无法直接求解，更谈不上用于实时控制。无论是从数学还是物理角度考虑，这都是一个几乎无法实现的挑战。在与美国卡内基梅隆大学的激烈竞争中，清华大学孙宏斌的团队最终胜出，拿到了PJM的自动电压控制这个项目。拿到项目只是一个开始，孙宏斌团队还面临着PJM严酷的长达半年的在线不间断测试和美国联邦能源监管委员会历时三年零四个月的严苛的信息安全检查。最终，这套AVC系统经受住了全部考验，孙宏斌团队研发的系统成为美国电网第一个自动电压控制系统，美国能源部顾问、电网运行和控制权威、美国工程院院士博斯表示，该成果“使得中国在电压控制领域遥遥领先于世界”。

　　坚实的基础研究，加上广阔的中国市场，造就了中国能源行业的技术革命，推动了中国技术走向世界领先。