科技日报记者 叶青
近日，第二十六届中国专利奖授奖结果公布。南方电网科学研究院有限责任公司（以下简称南网科研院）与南方电网广东电网公司共有的发明专利“一种新能源电站无功电压自动控制方法、装置及存储介质”摘得本届中国专利金奖。该奖项由国家知识产权局与世界知识产权组织联合设立，是国内专利领域的最高政府奖项。
“语言不通”，一道全行业难题
“电压对电网而言，就像血压对人体一样，必须保持稳定。”南网科研院新能源并网控制技术研究团队成员罗超说。
风电、光伏大规模并网，新能源的间歇性波动让电网电压起伏不定；更令人警惕的是，一旦电力系统发生短路等故障而新能源电站电压控制不协调，大量机组可能连锁脱网，让故障雪上加霜。如何让新能源场站既扛得住日常电压波动、又守得住故障瞬间？上百台机组如何协同调节，守牢电网安全底线？
依赖“中央大脑”集中决策，通信耗时太长，暂态故障根本来不及应对。若各自决策，则又有出力不均、部分机组过载的隐患。协同控制难，稳态暂态统一调节难，这是困扰高比例新能源电网运行调控的核心痛点。
“问题的症结，在于源网两端‘语言不通’。发电设备听不懂电网的实时需求，电网也难以及时指挥成百上千台发电机组协同控制。”广东电网公司规划研究中心副经理余浩介绍，源网两端虽然有对接标准，但并未对涉及二者协同和暂稳态统一调节做详细规定。这种长期存在的结构性脱节，让新能源发电对电网的“友好度”大打折扣。
在困扰全行业的难题面前，等待无济于事。南方电网公司特级专业技术专家、南网科研院副院长郭琦回忆，考虑到难度和成本，团队曾讨论过是否只解决其中的部分问题，但最终认定那只是“治标不治本”。2019年，南方电网公司正式立项攻关。
自主协同，让每台设备长出“大脑”
团队创新性地提出分层协同的无功电压控制策略，将核心理念凝练为“自主协同”。所谓“自主”，是让每台发电设备自带“大脑”，根据设备与电网的耦合关系预设控制参数，确保其行为始终符合电网整体需求。所谓“协同”，是在场站并网点配备“管家”设备，即动态无功补偿装置，作为整场调控的灵活补充。该设备能自主识别当前是稳态还是暂态，毫秒级切换控制回路，实现暂态响应迅疾灵敏，稳态调节平滑如丝。
“自主协同”这一策略提出基于灵敏度的无功电流支撑系数计算方法，一举攻克了新能源电站稳态电压调节、暂态电压支撑快速性、多发电单元协调多目标融合控制的行业难题。
理论突破以后，如何让纸面上的专利在现场用得上、用得好，才是真正的考验。
广东粤西海上风电片区采用风火打捆、多机型混搭的方式，系统稳定边界较为脆弱，由此成为团队选取的极具代表性的实际场景。然而要想开展仿真建模，一个场站上百台设备，不可能一夜之间1:1全部建出来。
“失败是常态。有时候仿真结果跟预期完全是两个极端。在获得满意的试验结果之前，可能要尝试上百次。”团队成员曾冠铭坦言。耗时两三个月，团队将近十台风机变流器控制器、无功补偿装置控制器一一接入平台，每个设备至少经过上百项验证实验。
翻山越岭，迈向下一个高地
仿真验证过关之后，更难的关口是现场验证。“很多故障不可能完全在现场测试，成本太高，对电网有破坏性风险。我们就在实验室还原现场场景。”团队成员李成翔说。
平台搭建是第一只拦路虎。粤西海上风电场几百台机组，计算量巨大。若全机组全建详细模型，算力不够根本跑不动；若只是沿用简单的单机等值，又忽略场站内部差异，算不准。南网科研院和广东电网共同攻关，前者负责算法研发与仿真建模，后者跟进现场应用示范，共同提出主导变量引导的分群动态等值方法，按运行状态差异把机组分群建模，再对机电参数做多目标优化辨识，有效将分析计算量降低两个数量级。“算得准、跑得动”的仿真模型，让每个应用场景的方案比选和效果验证都有了可靠依据。
从理论设计到仿真验证，再到现场应用，正是这样的严谨路径保证了技术落地的可靠性。如今，该专利技术已落地揭阳前詹、粤电阳江青洲一/二、阳江沙扒、阳江明阳蕴华等海上风电场，以及超百座新能源电站，运行稳定可靠。去年，广东某海上风电场调试时曾遭遇较大电压波动，应用该专利技术优化后，电压波动量较此前降低近80%。
从2019年立项到2026年获奖，七年攻关，离不开南方电网公司科研体系的整体支撑。“十四五”期间，南方电网公司研发投入达585.8亿元，较“十三五”增长55.6%，为科研团队提供了从基础研究到工程验证的完整平台支撑。截至目前，公司已获得中国专利金奖3项、银奖4项；“十四五”期间，新增有效发明专利超1.9万件、PCT国际专利800余件。
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