扎根工程實踐 護航大電網安全——記中國電科院院士孫華東

　　2月25～26日，由工業和信息化部組織的國家重點研發計劃項目2022年度總結會召開。會上，孫華東作為國家重點研發計劃項目負責人匯報了年度創新工作。

　　孫華東長期從事大電網安全穩定分析與控制研究，承擔了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等一系列重大科技項目和重點工程任務，帶領團隊攻克了跨區交直流協同控制等關鍵技術難題。今年，他當選中國電科院院士。

　　孫華東主導研究的成果廣泛應用于我國電網規劃和調度運行領域，為保障我國電網安全運行發揮了重要作用，先后獲得國家科技進步獎一等獎1項、省部級一等獎7項。

　　探索前沿技術，解決工程難題

　　2002年，孫華東來到中國電力科學研究院攻讀博士，師從中國科學院院士周孝信。“在周老師的指導下，我選定了大電網安全穩定作為研究方向。”孫華東說。

　　博士畢業后，孫華東選擇留在中國電力科學研究院有限公司從事電力系統安全穩定分析與控制方面的研究。“科技工作者要不斷到現場學習、實驗，才能知道電網最迫切的需求是什么，才能明確探索的方向，掌握最前沿的技術。”從技術員到國家電網有限公司首席專家，再到中國電科院院士，孫華東堅持扎根工程一線，解決影響大電網安全穩定運行的技術難題。

　　2010年以來，我國電網進入特高壓交直流混聯電網的快速發展期，電網跨區互濟能力不斷增強。但隨著跨區輸電功率不斷提高，電網運行的安全風險也在增加。

　　針對特高壓交直流混聯電網發展過程中的安全穩定分析與控制防御問題，孫華東和團隊查閱相關資料，仔細研究各種理論方法，提出了跨區交直流功率波動建模及計算方法，突破了輸電限額與功率沖擊耦合的限制，提升了交直流混聯電網的安全穩定運行裕度。他和團隊成員研發了世界上規模最大、協調控制能力最強的跨區交直流協調控制系統，攻克了考慮多級斷面約束的大電網安全穩定協調控制技術，建成了可控制9回直流的跨區交直流協調控制系統示范工程，降低了大規模功率波動沖擊引發關鍵斷面崩潰的風險，提升了交直流斷面輸電能力和電網安全水平。

　　目前，我國已建成以特高壓為主的交直流混聯大電網，千萬千瓦級新能源基地數量也不斷增加，電網中新能源裝機占比持續提高，電網結構更加復雜，電力電子設備大量接入電力系統，電網安全運行面臨新的挑戰。

　　針對高比例電力電子大電網支撐強度量化評估和提升難題，孫華東帶領團隊開展攻關，提出了電源側、負荷側新能源集群等值建模方法，為系統穩定特性認知打下基礎;提出了大電網電壓支撐強度量化評估方法，依托具有自主知識產權的仿真平臺研發了新能源接入規模量化評估軟件;提出了大電網頻率支撐強度量化評估方法，實現慣量約束下的頻率穩定在線分析。

　　“重大工程的技術攻關成果不是一個人和一個團隊的功勞，作為廣大電力工作者中的一員，參與其中我深感榮幸。”孫華東說，“我深信任何事情想要干好，都得有一份熱愛，搞科研更是如此。”

　　專注技術突破，構建新型電力系統

　　2020年12月30日，世界上首個專為消納清潔能源而建設的特高壓直流工程——±800千伏青海—河南特高壓直流輸電工程竣工投運。同年，世界首個柔性直流電網工程——張北柔性直流電網示范工程四端帶電組網，張北地區的新能源電力成功送入北京電網。

　　在青豫特高壓直流工程、張北柔直工程建設中，孫華東帶領團隊針對大規模新能源弱支撐電源基地直流外送的安全穩定性分析與控制展開研究，搭建了國內規模最大的新能源并入特高壓直流全電磁仿真模型，完成了直流特性分析，掌握了新能源經特高壓直流送出的技術特點，攻克了大規模新能源弱支撐電源基地直流外送的安全穩定性特性和穩定控制技術，擴大了新能源并網規模，提升了直流工程輸電能力。

　　肩負著實現技術突破的責任，團隊每位成員都全力以赴。“我們摸著石頭過河，經常因為技術分歧討論到深夜。”孫華東說。

　　在構建新型電力系統的背景下，孫華東認為，要在更大的時間尺度和空間范圍內重新構建源、荷、儲三者參與的非完全實時電力電量平衡模式，確保電力可靠供應和高比例新能源發電消納是必須解決的核心問題之一。為此，他先后牽頭主持了“高比例電力電子型電源接入對電力系統穩定性影響機理及控制措施研究”“超高占比新能源電網發電控制系統與運行控制策略研究”等重大科技項目，專注于新型電力系統仿真建模、分析方法和控制技術領域的研究。

　　目前，孫華東帶領團隊初步建立了適用于分析新型電力系統安全穩定性的電力電子設備集群動態等值模型，揭示了新能源與直流接入受限的穩定限制原因，提出穩定性判別、量化評估及優化控制技術，開發出大電網慣量在線監控預警系統和新能源接入規模量化評估軟件，還開展了碳中和目標下能源格局和電網發展方式等研究，服務公司制訂碳達峰碳中和行動方案、構建新型電力系統行動方案等，為電網安全運行和能源轉型發展提供了技術支撐。

　　“新型電力系統與傳統電力系統在電源結構和電網形態方面存在巨大差異。我們將根據電網安全穩定特性的不斷演化，提升基礎理論方法和技術的工程實用性和準確性，為保障大電網安全穩定高效運行作出新的貢獻。”孫華東說。

　　完善標準體系，推動電力技術發展

　　隨著電網不斷發展，電力系統“雙高”“雙峰”特征凸顯，電網安全穩定標準體系研究與制定工作愈加重要。

　　“電網安全穩定計算分析是研判電網安全穩定特性和制定風險防御措施的重要技術手段，而計算原則規范和指標要求是相關工作的指引和遵循。”孫華東介紹，從2018年起，針對大容量特高壓直流和大規模新能源集中接入帶來的問題，他牽頭開展專項技術攻關，還同時開展國家標準研究工作。

　　在電網運行方式仿真計算中，電力電子設備模型的詳細程度、仿真軟件的時間尺度等都會影響分析結果。孫華東和團隊成員細致剖析了新能源發電、直流輸電等設備不同模型的動態響應區別，研究了針對功角穩定、電壓穩定、頻率穩定等多個方面的仿真技術手段和判定原則，在原有行業標準基礎上發展完善了仿真計算的標準化要求。為提升新能源大規模外送地區電壓穩定性，經過長時間仿真計算積累和理論解析研究，團隊首次提出可綜合反映新能源穩定運行水平及系統強度的新能源多場站短路比的定義和指標體系，對于我國新能源電力安全高效利用具有重要意義。2021年10月，由孫華東帶領團隊研究制定的GB/T 40581-2021《電力系統安全穩定計算規范》正式發布。

　　特高壓技術已成為我國走向世界的一張亮麗名片。2019年，孫華東牽頭制定了我國首個特高壓交流輸變電領域系統級的IEC標準TS 63042-101:2019《特高壓交流輸電系統 電壓調節與絕緣設計》。在該標準制定過程中，孫華東帶領團隊梳理總結了國家標準中的相關內容，并融合了日本、印度、德國等國家的共性要求，保證標準的適用性。該標準的發布為世界各國開展特高壓交流輸電系統規劃運行提供了技術指導。

　　多年來，孫華東與團隊參與制定或修訂16項國家標準、2項國際標準，推動了我國大電網安全穩定標準體系的發展與完善。目前，他正帶領團隊開展《電力系統慣量支撐和一次調頻能力技術要求》《電力系統短路容量支撐技術導則》《電力系統調峰能力評價技術規范》等行業核心標準的編制工作。“電力技術的發展離不開技術標準的發展，我將與團隊一道奮力攻堅，進一步提升我國在大電網安全領域的影響力和話語權。”孫華東說。（ 高雅）