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近年来国内外电力系统发生了多起大停电事故，造成了巨大的经济损失和严重的社会危害，甚至影响到国家安全。为防止美、加大停电事故在中国电网中重演，从2005年开始，由国家自然科学基金资助，并在相关电网运行部门与生产企业的紧密配合下，开展了《电力系统广域安全防御基础理论及关键技术的研究》自然基金重大项目的研究工作。该项目以电力系统广域信息测量和高速传输技术的进步为背景，结合中国大区电网互联过程中所出现的问题，分析超大规模电力系统异
近年来国内外电力系统发生了多起大停电事故，造成了巨大的经济损失和严重的社会危害，甚至影响到国家安全。为防止美、加大停电事故在中国电网中重演，从2005年开始，由国家自然科学基金资助，并在相关电网运行部门与生产企业的紧密配合下，开展了《电力系统广域安全防御基础理论及关键技术的研究》自然基金重大项目的研究工作。该项目以电力系统广域信息测量和高速传输技术的进步为背景，结合中国大区电网互联过程中所出现的问题，分析超大规模电力系统异常动态行为产生机理、特征及其影响因素研究，提出防止大面积停电的广域保护和控制设计理论和方法，开展基于广域信息系统的电力系统在线动态安全预警理论和方法的研究。以清华大学孙元章、韩英铎、张伯明、梅生伟以及中国电力科学研究院汤涌等为首的研究团队基于十余年的研究与实践经验，研究了超低频振荡的产生机理以及控制方法，提出了电力系统广域阻尼控制理论完整体系与方法;
探索电力系统灾变的统计规律，分析大停电事故的内在原因及形成机理并寻找有效的灾变预防途径；在国际上首创了(空间、时间、目标)三维协调的新一代电网能量管理系统；形成了电力系统广域安全防御的理论基础和应用基础。其研究的主要创新与成果是：
1．提出了低频振荡特征模式的能控性、能观性判据; 提出了广域阻尼控制器的配置方法和协调设计方法;
开发了广域电力系统稳定器；基于数字仿真系统RTDS完成了电力系统低频振荡广域阻尼控制试验。
2．针对交直流混合系统多区间振荡模式研究了多条直流的最优协调阻尼控制规律，设计了以区间频差为输入信号的直流控制器结构；提出了基于在线Prony辨识和延时精确测量的自适应控制方法；实现了不同运行方式和通信状态下的控制器参数自适应调整。
3．在国际上首次在实际互联电网内进行了基于广域信息的闭环连续控制。该系统如图2-8所示，分别从云南、贵州、广东6子站实时测量振荡信号，传送到位于广州的控制主站，产生的控制命令再下发给位于贵州的高肇、兴安直流整流站，通过对直流功率的快速调整实现区间振荡的有效抑制。通过天广直流单极700MW闭锁扰动试验、电网调度部门计算等结果表明，该系统可提高主导振荡模式阻尼比10%以上，主要输电断面稳定极限650MW（相当于新增一条1000km的500kV线路，可为国家节省上亿元投资）。
4．利用先进的复杂系统理论，建立了一系列电力系统大停电事故模型，可从各个层面全方位地揭示超大规模互联电网的异常动态特性及运行机理，评估大停电风险并提出相应的预防措施。
5．结合电力系统动态学和信息处理技术，将大型发电机组非线性鲁棒励磁控制规律工程实用化，得到NR-PSS的控制律解析表达式，并研制了NR-PSS工业装置。在东北电网白山电厂300MW机组完成了NR-PSS现场试验研究，试验结果验证了NR-PSS在超低频振荡抑制试验上的先进性和工程上不可替代的技术优势，为NR-PSS的进一步推广应用打下了坚实的基础。
6．提出(空间、时间、目标)三维协调的新一代电网能量管理系统新概念和系统集成方法，提出自动、跟踪、递归和智能预警的分析控制模式，实现了电网在线全局、实时闭环、综合预警、优化控制。该成果主要关键技术在国内18个省级以上电网推广应用，创直接经济效益4亿多元。部分关键技术被美国最大的PJM电网采用。
自2005年接受资助以来，该研究已发表148篇相关学术论文（其中SCI检索28篇，EI检索92篇），已申请技术发明专利10项，国际会议大会报告5次，在相关理论研究成果基础上于2008年度出版了《现代鲁棒控制理论及应用》和《电力系统非线性控制》两本专著，专著《电力系统自组织临界特性与大电网安全》也即将由清华大学出版社出版。非线性鲁棒励磁控制研究作为”电力大系统非线性控制学”的重要组成部分，获2008年国家自然科学奖二等奖；基于超大规模电力系统背景的广域动力学基本特征和控制方法的研究成果作为”复杂非线性系统镇定控制的理论和设计”的重要组成部分获2008年国家自然科学奖二等奖；三维协调的新一代电网能量管理系统对大电网的安全、经济、优质运行意义重大，该成果入选2007年中国高等学校十大科技进展，并获2008年国家技术发明奖二等奖。 |
