“我国电力大系统灾变防治和经济运行的重大科学问题的研究”项目简介

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“我国电力大系统灾变防治和经济运行的重大科学问题的研究”项目简介卢强　　国家重点基础研究发展规划项目是建国以来我国在基础科学领域资助金额最大的科研项目。该项目面向农业、信息、能源、新材料、环境与资源、人口与健康6个领域的国家重大需求，提炼出其中的重大基础科学问题；通过对这些科学问题的研究，提高相关基础科学的学术水平，推动这些领域高新技术的发展，是国家“科教兴国”战略举措之一。
　　“我国电力大系统灾变防治和经济运行的重大科学问题的研究”项目是国家科技部1998年首批启动的10个重点基础研究项目之一。该项目研究的实际工程对象是我国电力系统。我国计划在2010年～2020年间建成安全可靠、满足电能传输和市场化运营的全国范围联合大电网，如何保证其安全、稳定和经济运行，是一个极其重大和迫切的研究课题。根据这一特点，运用系统科学的方法，将我国电力大系统归结为一类非线性、高维、分块和多层动态大系统。其中强非线性和高维特征是电力系统固有特性；分块是系统横向层次的拓扑(如西南、华中、华东区域互联系统)；多层是指系统纵向层次的结构(包含发、输、供、用及系统调度中心5个层次上的子系统)。所要研究的问题就是要对上述复杂系统进行分析与综合，建立我国电力大系统安全稳定理论体系和在保证安全前提下的优化经济运行理论体系。
　　该项目特别注重多学科的交叉与综合（电力系统、数学和计算机科学）和在学科交叉基础上的创新。主要研究内容有3项，第1项为非线性动态大系统的稳定性理论，第2项为非线性优化控制理论，第3项为在保证安全前提下的优化经济运行理论。
　　前2项研究的主要目的是解决电力系统运行的安全稳定问题，包括以下几方面：①整体建模方法。整体建模必须包括由电力网络组成的静态系统和由原动机、发电机组、电力电子装置、可控超导储能设备及负荷、电动机群组成的动态系统，它涉及微分代数系统的高维性态分析、不稳定机理判据和稳定分析算法等一系列数学、系统科学领域的基础理论问题。②稳定性的定量测度理论和在线快速评价方法体系。主要研究电力系统稳定域的拓扑结构、失稳模式及其演化规律，开发检验失稳的快速数值求解方法，它涉及到判别系统能量平衡的Possion括号法及简约化（Reduction ）方法中的中心流形理论研究，超大规模数据库的科学计算和辛（Symplectic）几何算法研究等一系列计算数学、微分动力与微分拓扑学等领域的基础问题。③非线性鲁棒控制设计原理。其控制器设计的目的是使带事件约束的不确定非线性系统具有鲁棒稳定性和高抑制干扰能力，这是当代控制论领域中几个重大科学问题之一。④基于能量的Hamilton 系统控制。将电力系统看成具有能量输入和输出的传输系统，建立受控广义Hamilton系统框架的一般规律，包括输出镇定技术、几何结构理论和Hamilton系统鲁棒控制方法等，这一系列工作将开辟非线性系统科学领域的一个有重大前景的研究方向。⑤混杂系统(Hybrid System)复合控制理论。针对呈典型混杂特性的电力系统，利用广义Hamilton系统辛几何算法，建立一套面向高安稳度的控制系统的设计和配置理论体系及求解方法以及多目标优化调度理论。尤其是我国在辛几何算法方面处于国际领先地位，若研究得法，完全可在充实和丰富该基础领域宝库方面做出自己的独特贡献。第3项研究的主要目的是解决电力系统的市场化经济运行问题，主要包括电力系统稳定性与经济运行多目标优化调度理论和高稳定裕度的市场化运作电力系统的调度策略等内容。
　　在上述基础理论研究成果的基础上，为建立我国电力大系统的高安稳度、高效率和低损耗率运行的保障体系，将研制一套全新概念的发电厂与电网控制与调度的计算机实时信息系统，即电力大系统实时仿真决策系统，它可实时给出潮流调度最优方案和反事故紧急措施的合理建议等。
　　总之，“我国电力大系统灾变防治和经济运行的重大科学问题的研究”项目的实施，可以为国家电力系统防灾减灾经济运行体系的建立提供重要的决策依据，同时为国家培养出相关基础领域的大批高层次的年轻人才，使我国在21世纪初，在世界基础科学领域占有重要的一席之地。■基金项目：国家重点基础研究专项经费资助项目(G1998020300)。
作者简介：卢强，中国科学院院士，“我国电力大系统灾变防治和经济运行的重大科学问题
　　　　　的研究”项目学科带头人。
作者单位：卢强　清华大学电力系统国家重点实验室， 北京 100084收稿日期： 1999-12-23