打造特大電網(wǎng)智能調(diào)度航母——記國家電網(wǎng)公司國家電力調(diào)度控制中心副主任辛耀中博士

本刊記者 李曉文

電網(wǎng)強則國家強。

我們生而有幸在這個“有電”的時代，卻不知道為了能保證“電能常有”的狀態(tài)，電網(wǎng)人為之付出了多少。尤其是特大電網(wǎng)的出現(xiàn)，更是成為“中國夢”號航母上不可或缺的發(fā)動機。

那么，特大電網(wǎng)是如何進行調(diào)度控制的呢？國家電網(wǎng)公司國家電力調(diào)度控制中心副主任辛耀中就“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?yīng)用”項目做出了回答。

瞄準(zhǔn)癥結(jié)，沖擊世界性難題

2014年1月，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)模化應(yīng)用”項目被授予2013年度國家科技進步二等獎。

“什么是特大電網(wǎng)？根據(jù)國際特大電網(wǎng)運行組織（VLPGO）的定義，發(fā)電裝機超過6000千瓦或用電負荷超過5000萬千瓦的電網(wǎng)稱為特大電網(wǎng)?！眹译娋W(wǎng)公司國家電力調(diào)度控制中心副主任辛耀中說。

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國電網(wǎng)也在快速發(fā)展，截至2013年底，全國電網(wǎng)裝機規(guī)模達12.47億千瓦，已超過美國電網(wǎng)（11.9億千瓦）和歐洲電網(wǎng)（9億千瓦）。VLPGO的16個成員國中，中國國家電網(wǎng)是其中的最大電網(wǎng)，同時，也是世界上裝機規(guī)模最大、電壓等級最高（1000千伏特高壓）、年發(fā)電量最大、風(fēng)電裝機最多（7463萬千瓦）的特大電網(wǎng)。

“特大電網(wǎng)的特點是覆蓋多個區(qū)域，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)全局性特征，全網(wǎng)調(diào)度控制協(xié)同運行，這是各國特大電網(wǎng)的共同特性?！闭缧烈兴?，全網(wǎng)調(diào)度是個共性，那國家電網(wǎng)的“一體化調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”又因何等魅力才能在國際上大放異彩，成為特大電網(wǎng)調(diào)度須臾不可或缺的技術(shù)手段呢？追根究底，還在于它直指電網(wǎng)運行過程中的四大難題。

“難題一是如何保障特大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。電以光速傳輸，每秒30萬公里。要知道衛(wèi)星發(fā)射的第一宇宙速度也不過是7.9公里/秒，電的速度這么快，而且服務(wù)范圍幾乎遍布家家戶戶。”辛耀中補充道，“貨有倉庫、水有水庫，可是電卻沒辦法大規(guī)模儲存，其發(fā)電、輸電、配電、用電是在瞬間同時完成的。這樣一來，如何維持電網(wǎng)本身的安全穩(wěn)定和實時平衡就成為關(guān)鍵，稍有不慎，就會出現(xiàn)系統(tǒng)故障或造成重大停電事故。”

如其所言，近十年來，國外多次大停電事故給社會造成了巨大損失，其中尤以2003年美加“8·14”大停電和2006年歐洲“11·4”大停電令人為之側(cè)目。前者使5000萬人受影響，造成損失約360億美元；后者也有100多萬人受到影響。這兩大事故反映出來的共同問題就是，其調(diào)度系統(tǒng)缺乏全網(wǎng)故障信息共享、在線跟蹤分析、調(diào)度協(xié)調(diào)控制等手段。這也是導(dǎo)致事故逐步發(fā)展擴大的重要原因。原有各電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)之間多是相互孤立的，事故發(fā)生后難以相互溝通和協(xié)同處置。歐洲“11·4”事故中，德國電網(wǎng)出現(xiàn)的問題，相鄰國家并不知道，無法做出及時應(yīng)對，導(dǎo)致全歐洲解列，而美加“8·14”事故中，兩個小時內(nèi)相繼出現(xiàn)五次345千伏線路跳閘，如果能在第一次跳閘后及時采取措施，也許就不會出現(xiàn)后面的連鎖反應(yīng)。直到如今，辛耀中還為之扼腕，這種反思也成為他后來研究中的重要思路。

在我國，主要電網(wǎng)分布為國家電網(wǎng)所屬五大區(qū)域（華北、華東、華中、東北、西北）電網(wǎng)以及南方電網(wǎng)。而中國的幅員遼闊在電網(wǎng)分布上也一樣表現(xiàn)得淋漓盡致。我國的一個省級電網(wǎng)，甚至與歐洲的一個國家電網(wǎng)相差未幾。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。

“難題二是如何保障大規(guī)?？稍偕茉吹挠行{?！彪S著新能源的發(fā)展，我國風(fēng)電裝機容量和發(fā)電量已經(jīng)居于世界第一位，到2014年3月底，風(fēng)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(fēng)電比重已近30%。令人憂心的是，風(fēng)能的隨機性和間斷性導(dǎo)致風(fēng)電預(yù)報的準(zhǔn)確性受到影響。天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率也不過80%左右，風(fēng)電功率預(yù)報的準(zhǔn)確率與之類似。那么，我們的電網(wǎng)要怎樣才能最大限度地接納風(fēng)電以及其他新能源電力呢？

這種局面下，原有的基于局部平衡的發(fā)電調(diào)度方式，已經(jīng)難以適應(yīng)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。

“難題三是如何應(yīng)對重大自然災(zāi)害及網(wǎng)絡(luò)攻擊破壞?！?008年初，一場雪災(zāi)導(dǎo)致全國14個省電網(wǎng)系統(tǒng)受到災(zāi)害影響，“5.12”四川汶川大地震更是對電網(wǎng)設(shè)施造成重大損壞，自然災(zāi)害對電網(wǎng)的傷害程度可見一斑。而雷電、山火、臺風(fēng)、大霧等自然災(zāi)害，以及恐怖襲擊、網(wǎng)絡(luò)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，網(wǎng)絡(luò)空間如今已成為信息戰(zhàn)場，“斯諾登”事件再次表明，沒有硝煙的網(wǎng)絡(luò)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(luò)，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。

一一細數(shù)下來，辛耀中發(fā)現(xiàn)第四個難題也來了：原有調(diào)度自動化系統(tǒng)根本難以支撐上述三大業(yè)務(wù)需求。

原省級以上電網(wǎng)調(diào)度中心都配置十余套各自獨立的自動化業(yè)務(wù)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)、調(diào)度計劃系統(tǒng)、廣域相量測量系統(tǒng)（WAMS）、電力市場管理系統(tǒng)（MMS）等，這些系統(tǒng)都有各自的服務(wù)器、傳輸總線、數(shù)據(jù)庫、圖形界面等，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，互不兼容，同樣的電網(wǎng)圖形畫面、模型數(shù)據(jù)等需要重復(fù)做多次。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)新一代的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)。

“各國特大電網(wǎng)，特別是中國電網(wǎng)、美國電網(wǎng)、歐洲電網(wǎng)，都要面臨同樣的難題。因為國外電網(wǎng)所用的調(diào)度自動化系統(tǒng)多由國際上幾大電力制造業(yè)巨頭提供，如西門子、ABB、阿爾斯通等。他們各行其道，系統(tǒng)之間很難互聯(lián)互通?！?/p>

看透了這一點，辛耀中明白在這樣的四大難題面前，他們沒有現(xiàn)成的國外先進經(jīng)驗可以借鑒。對項目組來說，既是艱巨挑戰(zhàn)，同時也是重大機遇。

厚積薄發(fā)，聯(lián)合四大會戰(zhàn)

面向國家需求長期積蓄力量

“我們團隊在相關(guān)研究方面有30年的技術(shù)積累，大體經(jīng)歷了三個階段。”在辛耀中的悉心介紹中，筆者看到了一條叫做奮斗的曲線。

上世紀(jì)80年代中期為第一階段，以引進消化為主。為滿足跨省區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度運行的急需，國家引進了“四大網(wǎng)”（華北、華東、華中、東北）能量管理系統(tǒng)（EMS）及開發(fā)技術(shù)，當(dāng)時主要基于通用小型計算機VAX、專用操作系統(tǒng)VMS、專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議DECnet等。

經(jīng)過十余年的積累，到上世紀(jì)90年代中后期，他們開始進入奮起直追的第二階段。時值精簡指令計算機（RISC）、開放操作系統(tǒng)（UNIX）、因特網(wǎng)技術(shù)等在國際上大放異彩。趁此良機，為滿足全國互聯(lián)電網(wǎng)初期調(diào)度運行的需要，中國電力科學(xué)研究院開發(fā)了新一代調(diào)度自動化系統(tǒng)CC-2000（榮獲2000年國家科技進步一等獎），南京自動化研究院研發(fā)了OPEN-3000調(diào)度自動化系統(tǒng)。這兩項技術(shù)推出后，迅速占領(lǐng)了國內(nèi)市場大部分份額。其技術(shù)水平與國際業(yè)內(nèi)巨頭西門子公司的SPECTRUM系統(tǒng)、ABB公司的SPIDER系統(tǒng)等基本持平。

時光轉(zhuǎn)入21世紀(jì)，國網(wǎng)也滿懷信心地開始了“彎道超車”的第三階段。當(dāng)特高壓特大電網(wǎng)調(diào)度控制建設(shè)提上日程，當(dāng)特大電網(wǎng)四大難題避無可避，他們及時抓住多路多核集群計算機、面向服務(wù)體系架構(gòu)、高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)發(fā)展的重大機遇，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)（簡稱D5000系統(tǒng)）。

“這就是本項目的起源?！碑?dāng)然，在這背后，還有更加明晰的原因。

2003年北美“8.14”大停電事故發(fā)生后，各國都開始研究大電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析預(yù)警技術(shù)。國家電網(wǎng)公司也于2004年設(shè)立科研項目，研究基于大規(guī)模并行計算技術(shù)的電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定分析和預(yù)警，采用曙光多路多核集群計算機和LINUX操作系統(tǒng)，幾百個處理器并行工作，很好地解決了十幾萬階常微分非線性方程組的在線聯(lián)立求解難題，首次實現(xiàn)了電網(wǎng)在線穩(wěn)定分析，也驗證了多路多核集群技術(shù)可以適應(yīng)電力系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求。

2008年初，我國大范圍冰災(zāi)對電網(wǎng)造成嚴(yán)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(dāng)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，調(diào)度中心也缺乏異地容災(zāi)備用的能力，地震發(fā)生時，四川調(diào)度員和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)冒著生命危險堅守在晃動的大樓內(nèi)！

災(zāi)難就是命令！地震發(fā)生后，國家電網(wǎng)公司快速反應(yīng)，幾天之內(nèi)公司黨組迅速決策，立即開展新一代調(diào)度控制系統(tǒng)的研發(fā)，滿足多級電網(wǎng)調(diào)度一體化運作的需求，盡快建立備用調(diào)度體系！國家電網(wǎng)公司總部統(tǒng)一組織，成立了由國家電力調(diào)度控制中心牽頭、以中國電力科學(xué)研究院和國網(wǎng)電力科學(xué)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，幾十家單位的精英們被抽調(diào)到一起，組成了幾百人的強大陣容，辛耀中就是項目負責(zé)人。國家電網(wǎng)公司累計投入該項目的科研經(jīng)費高達1.1億元，項目也得到了國家“核高基”和“863”專項的大力支持。

需求就是方向！聯(lián)合攻關(guān)項目組成立后，召集科研院所和運行單位專家集中研討論證，討論非常激烈，而且日夜兼程，用近兩個月時間確定了攻關(guān)目標(biāo)：開發(fā)一套新一代的調(diào)度控制系統(tǒng)，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(wù)需求。明確了技術(shù)路線：充分繼承已有CC-2000和OPEN-3000等的優(yōu)勢技術(shù)，基于多路多核集群技術(shù)和面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA），首先開發(fā)一體化支撐平臺，隨后開發(fā)移植實時監(jiān)控、調(diào)度計劃、安全校核、調(diào)度管理四大類應(yīng)用功能，在省級以上調(diào)度中心統(tǒng)一進行工程實施。新系統(tǒng)繼承了CC-2000和OPEN-3000的優(yōu)秀技術(shù)，所以有了一個簡稱叫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。

由點及面發(fā)起會戰(zhàn)

D5000系統(tǒng)的開發(fā)主要經(jīng)歷了“四大會戰(zhàn)”。

首戰(zhàn)發(fā)于四川，打的是“原型戰(zhàn)”。2008年5月中旬，國調(diào)中心組織中國電科院、國網(wǎng)電科院啟動系統(tǒng)前期研發(fā)工作，對SOA技術(shù)、組件技術(shù)、實時通信協(xié)議、服務(wù)總線、人機界面關(guān)鍵技術(shù)、統(tǒng)一存儲等平臺等技術(shù)進行深入研究，并進行原型系統(tǒng)開發(fā)。

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)。來自CC-2000團隊的周京陽、尚學(xué)偉，來自O(shè)PEN-3000團隊的高宗和、翟明玉率領(lǐng)各自團隊參加了會戰(zhàn)，來自各級電網(wǎng)調(diào)度的專家則全程參與了技術(shù)論證、方案設(shè)計和驗收測試。其中，四川王民昆、福建鄧兆云、江蘇孫大雁、華中劉濤、華北張哲、華東王亮、畢曉亮、高伏英、張亮等作出了突出貢獻。為了解決四川備調(diào)的急需，聯(lián)合開發(fā)組日夜兼程，會戰(zhàn)三個月，形成了初步技術(shù)方案，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。實踐證明技術(shù)方案可行，可充分繼承原有系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)基因，也為后續(xù)開發(fā)一體化支撐平臺奠定了基礎(chǔ)。

“平臺戰(zhàn)”的地點轉(zhuǎn)向了北京。智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)要實現(xiàn)橫向集成和縱向貫通，一體化的基礎(chǔ)平臺是關(guān)鍵，關(guān)乎整個系統(tǒng)試點項目能否順利實施。2008年10月起，北京白廣路大會戰(zhàn)正式打響。

此后的18個月，聯(lián)合開發(fā)組每周只休周日一天，每天分上、下午和晚上三個工作單元。辛耀中回憶道：“當(dāng)時經(jīng)常討論到晚上12點以后。外地來的同志都住在附近的小旅館，我家也在那附近，經(jīng)常半夜一起走回去，還算方便。但許多家住北京城外的同志就慘了，晚上回家打車都很困難，后來干脆都住到附近小旅館了?！币粓鐾酃矟臅?zhàn)，辛耀中對其中涌現(xiàn)的一大批年輕技術(shù)骨干大為贊賞，至今還能一一說出他們的名字：負責(zé)服務(wù)總線的梅崢、李軍良；負責(zé)消息總線的王恒、葉飛；負責(zé)實時數(shù)據(jù)庫的彭暉、王瑾；負責(zé)商用數(shù)據(jù)庫接口的陳鵬、謝梅、馬志斌、季學(xué)純；負責(zé)圖形界面的李偉、沈國輝、黃昆、孟鑫、孫湃、曹榮榮、劉艷；負責(zé)模型管理的米為民、蔣國棟、宋鑫、錢靜；負責(zé)安全防護的邵志鵬、楊維永、馬驍、孫煒、高明慧；負責(zé)系統(tǒng)管理的高原、馬發(fā)勇；負責(zé)公共服務(wù)的孫云楓、李軍良、雷寶龍；負責(zé)數(shù)據(jù)采集的高保成、杜鵬、陳清山、晏亮；負責(zé)SCADA的莊衛(wèi)金、孫名揚、金芬蘭、王昊；負責(zé)并行平臺的嚴(yán)劍峰、陳勇；負責(zé)消息郵件的劉森、徐家慧、梅崢；負責(zé)工作流的梁云、程旭；負責(zé)總體協(xié)調(diào)的陶洪鑄、尚學(xué)偉、翟明玉、嚴(yán)亞勤……

這些人，這些事，給北京會戰(zhàn)染上了生動的色彩。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(yīng)用1.0版正式誕生了；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，拉開了華中會戰(zhàn)的序幕。D5000基礎(chǔ)平臺和基本應(yīng)用的1.0版，也將在華中試點工程現(xiàn)場實施。

這場“工程戰(zhàn)”，國調(diào)中心高度重視，做出了周密的戰(zhàn)術(shù)布局。辛耀中、石俊杰為現(xiàn)場總指揮，華中電網(wǎng)全力支持，張曉明、凌衛(wèi)家統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，中國電科院和國網(wǎng)電科院等開發(fā)單位數(shù)百名專家全力以赴。工作方式則延續(xù)北京會戰(zhàn)。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?！碧貏e是前置數(shù)據(jù)采集（FES）、實時監(jiān)視控制（SCADA）、自動發(fā)電控制（AGC）狀態(tài)估計等基本功能模塊，與現(xiàn)場關(guān)聯(lián)最緊密，現(xiàn)場調(diào)試任務(wù)最重，也是D5000基本功能的標(biāo)志性體現(xiàn)。”談及于此，辛耀中盛贊負責(zé)開發(fā)與調(diào)試任務(wù)的高保成、杜鵬、莊衛(wèi)金、滕賢亮、王磊等開發(fā)組同志，華中金延、朱翠蘭、劉濤、湯衛(wèi)東等運行單位同志，“他們?yōu)榇烁歉冻隽似D苦的努力?！?/p>

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?！叭A中試點工程成功后，正好趕上建設(shè)備用調(diào)度體系、建設(shè)智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、建設(shè)大運行體系的三大業(yè)務(wù)需求，D5000正可謂生逢其時，立即轉(zhuǎn)入了擴大試點范圍、準(zhǔn)備全面推廣應(yīng)用階段?！?/p>

到“應(yīng)用戰(zhàn)”時，D5000進入了它的第四場會戰(zhàn)，會戰(zhàn)地點也從之前的專一戰(zhàn)場變?yōu)槭笤圏c單位。在統(tǒng)一的D5000平臺上，十家分別進行各自應(yīng)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(yīng)用，華北電網(wǎng)試點實時監(jiān)控與預(yù)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，福建電網(wǎng)試點原省調(diào)自動化系統(tǒng)升級到D5000，北京城區(qū)地調(diào)試點配電網(wǎng)調(diào)度自動化，河北衡水地調(diào)試點地縣電網(wǎng)調(diào)度自動化、遼寧沈陽地調(diào)試點原地調(diào)自動化系統(tǒng)升級到D5000，國調(diào)試點整體功能性能并負責(zé)總體協(xié)調(diào)。

這是D5000應(yīng)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(yīng)用全面完成，形成了2.3版本。截至2013年年底，D5000系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國家電網(wǎng)32個省級以上調(diào)度和57個地級調(diào)度。D5000團隊用了5年時間，完成了國外通常需要8到10年才能完成的任務(wù)，這就是中國速度！

推陳出新，支撐起D5000底氣

D5000一出世，就引起了業(yè)界的震動。而項目組來說，他們在整個過程中考慮更多的卻是電網(wǎng)調(diào)度的用戶需求，一切都為了電網(wǎng)調(diào)度用戶的需求。

特大電網(wǎng)一體化調(diào)度控制系統(tǒng)首次研發(fā)了適應(yīng)大電網(wǎng)調(diào)度控制業(yè)務(wù)“橫向集成、縱向貫通”的一體化支撐平臺，攻克了多級調(diào)度協(xié)同的大電網(wǎng)智能告警和協(xié)調(diào)控制、全網(wǎng)聯(lián)合在線安全穩(wěn)定分析、安全約束機組組合等重大技術(shù)難題，實現(xiàn)了特大電網(wǎng)多級（國網(wǎng)?。┱{(diào)度控制業(yè)務(wù)的一體化協(xié)同運作，促進了可再生能源有效消納。

“各國電力系統(tǒng)組都遵從‘N-1’準(zhǔn)則，也就是說，損失任何一個元件都不至于影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在D5000里，我們將諸多系統(tǒng)整合起來，給調(diào)度員提供了廣域全景信息、可以通觀全局的平臺。同時，進行分布式協(xié)同處理，一旦本地調(diào)度控制的電網(wǎng)出現(xiàn)故障卻發(fā)現(xiàn)不了的話，周邊電網(wǎng)調(diào)度也可以給予告警?！痹谛烈械谋硎鲋?，筆者腦海中浮現(xiàn)出一張網(wǎng)，織羅起相關(guān)區(qū)域的電力控制。看起來似乎更加復(fù)雜，辛耀中卻指出這樣做能夠?qū)⒄{(diào)度臺上處置故障、恢復(fù)運行的時間大大縮短。

真的嗎？

且不忙于肯定或否定，我們不妨先看一下時間是如何縮短出來的。

先看全網(wǎng)綜合智能告警。項目研發(fā)了多級調(diào)度協(xié)同的大電網(wǎng)實時監(jiān)控、綜合智能告警和安全控制技術(shù)，實現(xiàn)了國家電網(wǎng)500千伏及以上電網(wǎng)故障的全網(wǎng)聯(lián)動實時告警。這樣一來，項目通過多級調(diào)度協(xié)同的大電網(wǎng)綜合智能告警方法，構(gòu)建出面向全網(wǎng)的電網(wǎng)故障實時告警體系，不但能進行遠程瀏覽，還能實現(xiàn)多級調(diào)度告警信息的實時共享，可以提高大電網(wǎng)故障的全景感知和協(xié)同處理能力，有效保障源端維護，在國際上率先解決了特大電網(wǎng)運行中多級調(diào)度協(xié)調(diào)控制和故障聯(lián)合處置的世界性難題。

聯(lián)合在線安全穩(wěn)定分析也是節(jié)約時間的“大戶”。大規(guī)模電網(wǎng)的在線安全穩(wěn)定分析需要對幾十萬個微分方程和非線性方程聯(lián)立求解。由于太過復(fù)雜，直到現(xiàn)在國際上也還是按照一年兩次的頻率，在豐水期和枯水期分別計算一次。在線計算中微分方程組不是解一次就算了，系統(tǒng)當(dāng)中每失去一個元件都要解一次，一萬個元件就要解一萬次。以前把所有元件都解一次幾乎要算二十幾個小時，再加上基礎(chǔ)潮流數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和對各種可能運行工況的全面分析計算，確實需要幾個月的時間。

為了改變這個局面，項目組決定放棄串行計算的傳統(tǒng)方式，改用并行計算。而后來，他們也的確通過大規(guī)模的并行計算實現(xiàn)了每隔15分鐘算一遍的結(jié)果，但這并沒有令他們滿意。美加大停電事件里，是兩小時內(nèi)跳閘五次。如果算平均時間的話，15分鐘算一次倒也來得及。可如果事故間隔時間低于15分鐘了怎么辦？計算本身也需要時間，萬一算到一半時出現(xiàn)故障怎么辦？

怎么辦？這三個字像是懸在他們頭頂?shù)囊话褎ΑＷ鲎顗牡拇蛩?，做更好的設(shè)計，重壓之下，他們迸出了新的靈感——事件觸發(fā)隨時跟蹤。

以15分鐘作為一個正常的計算周期，在下一個15分鐘到來之前，只要主網(wǎng)結(jié)構(gòu)起變化或者有開關(guān)跳閘，就會“喚醒”程序，立刻再算一遍。而計算時間本身，就涉及到不應(yīng)期的問題。在生物對某一刺激發(fā)生反應(yīng)后，一定時間內(nèi)，即使再給予刺激，也不發(fā)生反應(yīng)，這個時間段就是不應(yīng)期。通過不斷的研究，他們將不應(yīng)期分為三段，實際計算時間控制在10秒左右，算之前要把實時數(shù)據(jù)斷面匯集起來需要10秒，計算結(jié)果的傳輸共享也需要10秒，加起來大概就是30秒。通過這種方式，D5000可以跟蹤分鐘級的慢速發(fā)展的多重相繼故障，再快的話就算不過來了。盡管已經(jīng)極為不易，辛耀中神色中依然流露出遺憾，為了他目前所不能抵達的“死角”。

為了將優(yōu)化調(diào)度進行到底，他還加入了空間時間聯(lián)合優(yōu)化的因素。也就是說，橫向集成之外，D5000系統(tǒng)還要做到縱向貫通。我國的電網(wǎng)調(diào)度主要分為國家調(diào)度、大區(qū)調(diào)度和省級調(diào)度。原來的調(diào)度控制以達到局部最優(yōu)為目的，而在一體化大平臺下，局部最優(yōu)未必最終能形成全局最優(yōu)，因此，D5000系統(tǒng)就將國、網(wǎng)、省三級協(xié)調(diào)起來。從上到下來進行預(yù)調(diào)度，再從下到上逐級報上來，最后再一次進行從上到下的聯(lián)合確認(rèn)校核。從空間上來說，D5000不是集中處理，而是將當(dāng)?shù)氐奶幚砟芰吐毮芙Y(jié)合起來，結(jié)合區(qū)域優(yōu)化和全系統(tǒng)優(yōu)化，進行多級協(xié)調(diào)。在時間上看，調(diào)度計劃從宏觀到微觀，以月度、周、次日、實時（15分鐘周期）為調(diào)度時間段，15分鐘為一個基本時段，每天就有96個時段，每一個時間段上，電廠發(fā)電多少，聯(lián)絡(luò)線上輸電多少，都有一個具體的計劃。每天下班之前，次日的調(diào)度計劃必須發(fā)出去。

如此具體的劃分，形成了十分巨大的計算量。一般來說，每一個次日計劃發(fā)出去之前，都要完成國、網(wǎng)、省三級協(xié)調(diào)和校核。而日內(nèi)的實時計劃，則常常會面對臨時調(diào)整的狀況。這種微調(diào)，在夏季豐水期內(nèi)表現(xiàn)得更為明顯。汛期水電過來就要及時發(fā)出去，不然會造成棄水。將空間時間聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度發(fā)揮了到極致，落實了國家節(jié)能減排政策，保障了可再生能源的有效消納和特大電網(wǎng)的安全經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)運行。

大開大合，具體而微，項目組用D5000系統(tǒng)在中國錯綜復(fù)雜的大電網(wǎng)中畫出一個清晰的坐標(biāo)——時間軸上是逐步遞進，滾動調(diào)整；空間軸上是三級聯(lián)動，多級協(xié)調(diào)。

推廣應(yīng)用，彰顯無邊前景

2013年8月2日下午5點43分，華中電力調(diào)控分中心調(diào)度室響起一陣急促的告警鈴聲，大屏幕與監(jiān)控顯示屏同時彈出告警提示：鄂豫聯(lián)絡(luò)線500千伏孝浉Ⅰ回線跳閘。調(diào)度員迅速瀏覽告警總畫面，上面顯示：線路兩側(cè)開關(guān)均跳閘，繼電保護正確動作，跳閘前鄂豫聯(lián)絡(luò)線功率322萬千瓦……

下午5點50分，調(diào)度室下達調(diào)度指令：減少河南境內(nèi)機組出力60萬千瓦，增加湖北境內(nèi)機組出力60萬千瓦。同時，調(diào)度員密切關(guān)注與孝浉Ⅰ回線共用通道的孝浉Ⅱ回線周邊雷活動情況。在調(diào)整聯(lián)絡(luò)線潮流到200萬千瓦的安全可控水平后，調(diào)度員立即啟動在線安全分析功能，計算結(jié)果表明，當(dāng)前電網(wǎng)運行方式暫無問題。

傍晚6點，調(diào)度員結(jié)合故障錄波信息及現(xiàn)場匯報信息判斷，孝浉Ⅰ回線跳閘是由線路A、C兩相接地短路導(dǎo)致，兩套線路保護均動作，故障測距距浉河87.6千米、距孝感45.8公里，與監(jiān)測到的雷電活躍區(qū)域吻合。由此，調(diào)度員初步判斷跳閘為雷擊引起，可以對線路進行一次試送。

6點39分，孝浉Ⅰ回線試送成功，故障處置完畢。

這是D5000系統(tǒng)在電網(wǎng)安全保衛(wèi)戰(zhàn)中的一個真實縮影，也為此前D5000的種種出色做出了精彩的詮釋。

“我們并不是開發(fā)完再去找用戶，而是通過將用戶所提的需求統(tǒng)一歸納起來，再去進行設(shè)計和開發(fā)，逐漸形成技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。上線之前，再進行實地用戶測試，每個版本都會測試幾個月來看效果?！庇眯烈械脑拋碚f，D5000系統(tǒng)是從用戶需求中來，自然要回到用戶需求中去。

根據(jù)國家電網(wǎng)公司華中分部的D5000系統(tǒng)應(yīng)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)事故“事前預(yù)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(yán)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。

與此同時，D5000系統(tǒng)所實現(xiàn)的新能源監(jiān)測、發(fā)電預(yù)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，也對促進清潔能源利用和新能源并網(wǎng)消納發(fā)揮了重要作用。從2010年到2012年，國家電網(wǎng)消納風(fēng)電電量分別為472億、706億、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%。

這些新功能的出現(xiàn)，還帶來了意外之喜，為電力系統(tǒng)的節(jié)能減排提供了充分的技術(shù)支撐。福建省調(diào)應(yīng)用本成果，年均降低發(fā)電煤耗1%，降損3.6億千瓦時，節(jié)水增發(fā)1.4億千瓦時；江蘇省調(diào)應(yīng)用本成果，年均降低發(fā)電煤耗1.9%，減少二氧化碳排放392.6萬噸。

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(yīng)用。截至2013年年底，項目成果已成功應(yīng)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(wù)中，D5000也交上了優(yōu)秀的答卷。

敢為人先，勇攀國際智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)高峰

“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)三到五年?！狈▏娋W(wǎng)公司（RTE）和巴西國家電力調(diào)度中心（ONS）分別派出代表團，專程前來考察，也對該系統(tǒng)做出了高度評價。

在中國電機工程學(xué)會組織召開的科技成果鑒定會上，由清華大學(xué)盧強院士和武漢工程大學(xué)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：“平臺技術(shù)為國際首創(chuàng)”；“在基于統(tǒng)一平臺和四大類應(yīng)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(luò)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。”該項目的成功，毫無疑問地增強了我國在電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域的國際話語權(quán)。

當(dāng)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)開始開展特大電網(wǎng)新一代智能調(diào)度控制技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)2項、國家標(biāo)準(zhǔn)1項、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7項、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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。

夢想成真需要把握機遇，更要依靠眾多人的科研實踐變成現(xiàn)實。D5000系統(tǒng)的研發(fā)與工程實施，是我國電力二次系統(tǒng)研制和建設(shè)史上前所未有的一項浩大的創(chuàng)新性工程，需要組織國內(nèi)科研、高校、產(chǎn)業(yè)、電網(wǎng)運行等上百家單位聯(lián)合攻關(guān)，面臨著眾多的技術(shù)難題和組織管理困難，作為項目組主持，需要凝聚、引領(lǐng)、垂范和管理整個工作團隊，對此辛耀中深有感慨：“項目成果的一點一滴，都凝聚著整個研發(fā)團隊的辛勤和汗水。這支隊伍平均年齡只有30歲左右，特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別懂團結(jié)，工作中相互學(xué)習(xí)、相互促進、共同提高，項目前期需要在北京長期聯(lián)合開發(fā)，后期需要在武漢進行華中試點工程實施，長達一年多的時間里沒日沒夜地堅守現(xiàn)場，無法顧及各自的家庭。他們中，有的父母年邁身體不佳卻無法照顧，有的孩子成績落下卻無法輔導(dǎo)，有的則是剛剛新婚卻無法陪伴在愛人身邊，有的因為長期在外而失去心愛的女朋友……充分展現(xiàn)出一代青年對事業(yè)的執(zhí)著熱愛和勇于進取的精神”，言及此處，這個團隊的領(lǐng)導(dǎo)者眼眶充滿著淚水。項目還凝聚了大批開發(fā)廠家，如曙光、聯(lián)想、浪潮、華為等計算機廠家，凝思、麒麟等操作系統(tǒng)廠家，達夢、金倉等數(shù)據(jù)庫廠家，以及清華大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)、華北電力大學(xué)等高校單位，這支龐大的隊伍以‘標(biāo)準(zhǔn)’為支撐，擰成一股繩，才有了今天的D5000。通過項目的洗禮，一大批技術(shù)骨干得到培養(yǎng)鍛煉，逐步在業(yè)界展露頭角，不斷出現(xiàn)在IEC、CIGRE、VLPGO等國際國內(nèi)會議的發(fā)言席上，國家也因此擁有了一批智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)基地。

“再好的技術(shù)也有適用范圍，還需要不斷發(fā)展完善?！痹谝黄隙ê唾澴u中，辛耀中及其團隊依然保持著警醒，正繼續(xù)開發(fā)新的版本和新的功能，同時將其應(yīng)用范圍逐步向地調(diào)、縣調(diào)、配調(diào)以及變電站、發(fā)電廠延伸。