尋求電網適應新時代發展要求的更佳方案——訪中國工程院院士、國網電力科學研究院名譽院長薛禹勝

12月18日早上，和往常一樣，薛禹勝早早地來到辦公室，準備在手機上收看慶祝改革開放40周年大會現場直播。

改革開放40年，是經濟社會各領域中“中國奇跡”全面迸發的40年，更是電力行業取得卓越成就、為經濟社會發展作出巨大貢獻的40年。中國電力行業蓬勃發展，技術水平不斷邁上新臺階，人民用電更加便捷。對薛禹勝來說，這40年也是非同一般的經歷。

“我是云貴高原上一塊被困住的小石頭，40年前的那個春雷把我震出困境，開始了至今40年的電網安全探索旅程。”

1978年是薛禹勝在貴州遵義一機部第二設計院的第8個年頭，那年他37歲。有一天，從廣播里聽到首屆研究生招生的年齡放寬到38歲的消息，他抓住了這次機會。他說：“就這樣，被困在云貴高原上的小石頭被改革開放的春雷震了出來，與電力緊密相連。”

“當時，人類對電的駕馭能力還遠遠不夠。”薛禹勝回憶，世界各國的科學家從20世紀70年代起就在尋求快速定量評估電網穩定性的事故隱患的方法，到了1978年，這一世界性的難題——電網實行暫態安全分析仍未攻破。

20世紀80年代，這個難題逐漸被破解。薛禹勝介紹：“那時好多都是定性方法，就像盲人的探路棍，無法覺察臨近的風險。而擴展等面積法（EEAC）的量化功能使電網人員能直接估計系統在擾動下離崩潰狀態還有多遠，猶如導盲犬對盲人的指引，掌握離開障礙物的距離并及時調整行走路線。這正是可以幫助電網人員規避大停電的最關鍵信息。”

EEAC是一套快速的量化算法，為構建現代大電網的防御體系奠定了堅實的理論基礎，扭轉了災變防御工作的被動局面。這意味著對傳統方法的革命。1994年，EEAC在東北電網中心在線應用通過了工程應用鑒定，大大提高了我國電網的安全穩定運行水平。

與電網安全水平同步提高的，還有輸電的電壓等級。

2005年，中國工程院的咨詢報告明確提出，有必要加快特高壓輸電研究和工程應用的步伐，建議加大對超高壓/特高壓輸電關鍵技術的研究的支持力度，并將這些關鍵技術納入國家中長期科技發展規劃。

薛禹勝認為，新的經濟發展階段，建設好特高壓是中國電力學術界和工程界攀登技術高峰難得的機遇。但也要看到，特高壓電網的安全運行同樣是極具挑戰性的任務。因此，解決“超大規模輸配電和電網安全保障”這一難題，便擺在了科研工作者的面前。

改進的方法在于尋找控制手段中風險最小的組合，并以風險的大小來判定故障的嚴重程度。過去由于無法在機理、算法方面找到綜合最優的對策，難以做到經濟性與安全性上的協調，往往為保障安全性過度地犧牲經濟性。所以隨著電網的發展，控制手段也要改進。

薛禹勝提出的“時空協調的大停電防御體系”就是這樣的一種改進。

該體系立足于動態、定量、優化、在線、自適應、風險和協調的觀點，有機協調預防控制、繼電保護、緊急控制、校正控制等防線，并為這些防線提供在線決策支持。

如何在技術上實現？薛禹勝研究開發了“廣域監測分析保護控制（WARMAP）”系統框架，實現時空協調的大停電防御體系，為更復雜電網的安全穩定運行提供一個關鍵的技術支撐。他表示：“中國有能力在世界上建好特高壓輸電工程，也有能力保證它的安全穩定運行。”

與改革開放以來中國經濟社會快速發展相適應，中國電網實現了跨越式發展，且是世界上近20年唯一沒發生大停電事故的國家。薛禹勝認為，這不是偶然。大電網安全投入就好像一個人的保險費用。國外電網“身體”強壯，這可以減少生病概率，但不能避免車禍等意外事故的發生；而我國電網在強筋鍛骨的基礎上，還在計算投入多少“保險”費用，才能夠得到最佳的安全控制，以保證大電網安全。

40年間，我國電力事業乘著改革的春風砥礪前行，發生改變的是規模、技術水平等方方面面，不變的是安全。薛禹勝認為，尋找到新時代電網如何適應能源發展需求的更佳方案，成為我國電網未來發展的方向。

“電能是連接一次能源與終端能源的橋梁，是推動能源轉型的中心環節。要利用仿真平臺，研究電力轉型對能源轉型的主動支撐。”

改革開放40年能源發展報告顯示，40年來，我國的能源發展取得了舉世矚目的歷史性成就，但長期累積下來的發展不平衡、不協調等問題也不斷加劇。

前不久，薛禹勝參加了在波蘭舉行的聯合國氣候大會。他又一次深刻地意識到，人類面臨著能源危機、氣候變化、環境安全等嚴峻挑戰，能源的清潔替代成為全球的共識。3年前在第21屆聯合國氣候變化大會上達成的《巴黎協定》中，各國同意將全球氣溫相對于工業化前水平的升幅控制在2攝氏度內，并努力控制在1.5攝氏度內。但是按照目前各國的自主減排方案，至本世紀末升溫幅度將達到2.7攝氏度，難以達到2攝氏度的目標。

薛禹勝說，人類的發展會影響到生存的環境。如果發展超過環境自修復能力的話，就是用長期利益換取短期利益。這顯然是不可取的。那么，如何在發展的速度和保護環境的程度之間找到最佳的解決方案？他在思考，電力系統應該如何更好地在發電側支撐清潔能源替代，而在能源的消費端支撐電能替代。

目標和方案都指向能源轉型。在薛禹勝看來，能源轉型的要點是大力開發利用可再生能源，提升能源利用效率降低排放，但可再生能源要經過二次能源轉化，二次能源又要通過電網輸送到終端，所以電網是推動能源轉型的樞紐和中心環節。為此，要以電力和電網作為核心支撐，使一次能源實現大規模清潔能源替代，終端能源實現大規模電能替代，構建多種能源資源互補互濟、協同發展的新一代能源系統。

在此背景下，薛禹勝提出電網要主動支撐能源轉型。他認為，我們要優化一次能源的轉型目標及路徑，要正確預計在能源轉型中，需要我們電力系統起到什么“量”的支撐作用，要分析我國在不同轉型目標及轉型路徑下，可以獲得的環境與發展效果以及付出的代價。比如，我們制定的2030年和2050年能源轉型目標及其路徑，如何才能更優化？

這就需要用到能源轉型的科學決策法。薛禹勝表示，我們一直在研究仿真模型平臺，把經濟模型、政策模型、物理模型、數學模型等放在一起，進行多領域交叉的復雜問題的建模與參數設置。

薛禹勝補充道：“能源轉型離不開政策與參與者的行為。”他以電動汽車為例——目前對于電動汽車的研究都是建立在一個假設的前提下，即汽車停在充放電站時，電池就可以被服務商或者調度人員調用。這是一個脫離市場環境的假設。但現實因素是如何取得車主的認可、包括充放電之間的電量損失及電池壽命如何補償等等。比如，用戶臨時改變行程出行，但發現電池電量不足的補償問題。要解決這個問題，一定要充分考慮電動汽車發展的各個環節，包括購買、出行、充電和備用服務等不同場景下，人們的行為怎樣參與博弈。

薛禹勝認為，必須要發揮電網對能源轉型的主動支撐作用，將能源轉型的研究置于社會、物理、經濟、政策、行為等多種框架之中，通過混合仿真來幫助宏觀決策，將基于主觀經驗的決策方法提升到更為科學的水平。