盛萬興： 你用電，我用心

文/龐貝 毛艷玲

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盛萬興： 你用電，我用心

文/龐貝 毛艷玲

盛萬興教授

你每天的生活是怎樣的，它正在被什么定義著？吃穿用度？衣食住行？工作？圈子？手機？電腦？信息？網絡？如果停電了，這一切將如何繼續？

充足、及時的電力供應如影隨形地伴隨著我們，它幾乎已經變成像空氣一樣的人生必需品，使我們開始將它的存在視作理所當然、天經地義。

然而你有沒有想過，要保證時時處處充足高效的電力需求，這是一個多么龐大復雜、耗費人力和心力的工作？

你光鮮生活的背后，是一群默默提供服務的貢獻者，盡管他們的勞動常常被人們習以為常地忽略。這群人有個共同的名字——“電力人”，而盛萬興是他們其中表現搶眼的一員。

盛萬興，中國電力科學研究院配電研究所所長，教授級高級工程師，博士生導師，國網公司“智能配電網優化規劃與高性能控制科技攻關團隊”學術帶頭人，“配電變壓器節能技術”北京市重點實驗室主任，“先進配電自動化與配電網優化控制”國家電網公司重點實驗室主任。長期從事配電網技術研究、開發及管理工作。近年來，致力于智能配電網仿真、自愈控制、自動需求響應、分布式發電、微電網、主動配電網等研究，先后承擔國家973/863支撐計劃、國家自然科學基金、國網公司科技項目等30余項，出版專著15部，發表論文180余篇，獲專利、軟件著作權60余項，制訂國家、行業、企業標準30余項，獲省部級科技獎20余項，培養博士后、博士、碩士研究生30余名，主持工程應用項目累計數十億元產值，取得了巨大經濟與社會效益。

特別是“十二五”以來，他帶領科技攻關團隊，系統地開展了智能電網技術研究開發，在智能配電網規劃、仿真、自愈、微電網等國際前沿的智能電網理論方法、關鍵技術研究中取得了多項重要成果，率先在國內31個省（市）成功實施了配電網供電模式、風險評估、自愈控制、數模仿真、分布式發電并網與微電網等試點示范工程。近年來，先后在國際電工領域三大頂尖組織IEC、IEEE、CIGRE發起成立了配電網、微電網技術標準工作組，使中國成為召集人，有力地促進了我國智能配用電技術發展，極大地提升了國際影響力。

挑戰一：地域廣闊、規模巨大、差異顯著應對：逆向規劃，系統解決中國配電網建設模式

我們總會自豪地說，祖國幅員遼闊，地大物博。

然而相對于基礎設施建設而言，廣袤的國土，多樣的地形氣候條件，都會成為建設的天然屏障。

以我國體量之巨大，地理環境之復雜，如何保證大規模、穩定、安全、無障礙供電，挑戰著電力人的智慧。

電網是支撐國民經濟與社會發展的重要基礎設施，配電網擔負直接向用戶供電的重要任務。由于電能具有難以存儲的自然屬性，電能的配送要與用戶用電的需求相匹配才是經濟的。傳統的電網規劃方法是從發電環節到用戶自上而下按電壓等級布局電網、布點變電站，只考慮供用電量的總體平衡，不考慮用戶分布、用電需求與特點。面對分布廣泛、差異顯著又體量巨大的配電網，這種單向規劃思路會帶來巨大投資，而且供電效果差。如何破解這一難題？

盛萬興（中）密切關注虛擬同步發電機并網裝置研發

盛萬興首次提出基于負荷—電網協調的優化規劃方法，進而提出建立基于供電模式的配電網規劃設計思想。

供電模式是界定電網結構、供電單元和電網裝備等供電系統主要組成要素的電網規劃設計方案，它統籌了供電設施配置與用電需求的協調匹配，具有規劃針對性強、適應地域差異化、顯著節約投資的優點。

在我國大規模配電網建設改造的迫切需求下，盛萬興的團隊系統地建立了覆蓋我國東、中、西部供用電需求的96種配電網典型供電模式庫，開發了配電網優化規劃設計系統等，出版專著6部，制定了配套技術標準與規范，填補了國內外供電模式研究空白，大大提高了體量巨大的配電網建設改造的經濟性與有效性，解決了偏遠無電地區電網延伸供電難題。研究成果已廣泛用于城鄉配電網建設改造工程，節約投資上百億元。

特別需要指出的是，我國農村配電網覆蓋2800多個縣（市、區），服務全國80%以上的人口，售電量超過50%，是配電網建設中突出的“老大難”問題。在新農村電氣化建設的形勢下，盛萬興創新性地提出“集大成”思路，針對服務社會主義新農村建設，提供結構合理、設備先進、電能優質、供電可靠、安全經濟、節能環保、可持續發展的新型農村電網供電模式與建設方案，建設綜合示范工程，建立標準化供用電示范區、示范村。

近年來我國配電網建設與發展的實踐證明，盛萬興及其團隊富有成效的研究，系統地解決了世界上規模最大、地域廣闊復雜的中國配電網建設模式問題。研究成果對配電網的規劃、建設、運行管理、優質服務等方面都具有直接、重要的指導作用和廣泛的推廣應用價值，為我國配電網建設改造奠定了堅實的科技支撐基礎。

挑戰二：點多線長、高損耗、低電壓、突發過載應對：全網優化、綜合治理、重點突破，提供完整解決方案

有電可用是否就萬事俱備了？當然不是。

配電網具有顯著的地域分散性，線路長、設備多，用電隨機性強、負荷峰谷差大。因而，配電網的電能配送損耗（線損率）高、末端供電質量（電壓合格率）不穩定、設備抗過載能力要求高。這些都迫切需要通過技術創新加以解決。

其一，我國城鄉配電網損耗占電網損耗總量70%左右，配電變壓器損耗占配電網損耗總量30%～70%，空載損耗在深夜時甚至能占到變壓器損耗的50%～80%。降低配電網和配電變壓器損耗是電網降損節能的重點。

其二，城鄉配電網中，當供電電壓低于標準規定的允許下限值統稱為“低電壓”，嚴重的低電壓（190伏以下）將導致部分家用電器無法正常使用，影響生產生活。同時，農村低壓電網用電安全形勢嚴峻，人身觸電傷亡等重大安全事故時有發生，對供電企業和電力客戶均造成了嚴重影響。

其三，在農村配電網中，配電變壓器全年絕大部分時間處于輕載運行狀態，但用電負荷時段較為集中，春節及農忙等時期農村用電負荷急劇增長,部分地區配電變壓器短時段嚴重過載運行，因過載燒毀情況也時有發生，嚴重影響了生產生活。據統計，部分配電臺區全年集中高峰用電時間僅持續1～2周，其他時間均處于近空載或輕載（負載率10%左右）運行狀態，如果將具有這類負荷特征的臺區配電變壓器均更換為1.5倍或2倍額定容量的配電變壓器，則額外投資將超過10～30億元，其壽命期內空載損耗將增加70～123億千瓦時，投資大、年均利用率低、運行費用高，造成大量能源和資金浪費。

針對上述問題和需求，盛萬興團隊系統地提出了降低電能損耗、提升配電網供電質量、保障安全供用電的整體技術解決方案，并出版專著2部。突破了配電網經濟運行分析、變壓器突發過載、生物體觸電特波識別等關鍵技術，研發了關鍵裝備與系統，申請發明專利20余項，制定了配套的行業/企業技術標準與規范，為實現配電網降損增效、合格供電、安全運行提供了有效技術手段。

配電網線損高的原因主要是電網結構相對薄弱，裝備水平落后，降損工作缺乏政策引導和激勵機制。盛萬興提出，配電網節能降損必須兩條腿同時走路，從技術和管理兩個層面采取“三抓”舉措，以提高綜合指標為主抓全網一體化線損分析與管理，以實施全網無功優化為主抓網絡優化和經濟運行，以降低變壓器損耗為主抓設備單元，實現科學降損，尋求綜合降損1+1+1＞3 的效果。他的團隊開發了省市縣一體化線損計算分析與管理系統、全網無功優化與控制系統，還研制了國際首臺高效節能的有載調容調壓變壓器等關鍵設備。通過上述辦法，使配電網綜合線損率降低1.5個百分點，減少電量損耗218億千瓦時，低壓線損率平均降低2.533 個百分點。

據統計，存在“低電壓”的配電臺區有25萬座，超供電半徑的10kV線路12695條，低壓線路430713條，如按照常規方式全面改造電網，則需投資近千億，投資大，周期長。針對“低電壓”問題，盛萬興通過大量調研分析，深層揭示我國配電網“低電壓”問題發生根源，系統性研究“低電壓”綜合治理方法與技術，優化電網資源配置，達到少投資、短周期解決低電壓問題的目的。經過種種舉措，使居民年端電壓不合格時間由350小時降至104小時，試點單位居民端電壓合格率平均提高3.712個百分點。項目成果在國網公司農網系統得到推廣應用，農村低電壓治理周期縮短約50%，節約投資約70%，對我國農村2203.7萬戶低電壓治理發揮了重要作用。

近年來，春節等節假日農村外出務工人員集中返鄉，造成用電負荷驟增、變壓器過載甚至燒毀嚴重，春節保供電成為供電部門的嚴峻挑戰。盛萬興帶領團隊迎難而上，攻克了提高變壓器過載能力的關鍵技術，研制了系列化高過載配電變壓器，過載能力達到1.5倍額定負荷持續運行6小時，1.75倍額定負荷持續運行3小時，2倍額定負荷持續運行1小時的設計要求，損耗性能參數與同容量常規配電變壓器完全相同，可有效解決“大馬拉小車”問題，降低配變空載損耗。與大容量配電變壓器相比，將節約電量超過70億千瓦時，節約投資超過10億元，為相關供電企業帶來了可觀的經濟和社會效益。

針對剩余電流動作保護器投運率低，導致農村低壓電網用電安全難以得到有效保障問題，盛萬興團隊在生物體觸電電流變化特征及識別方法研究方面取得重大突破：在國際上首次建立了生物體觸電電流波形數據庫，設計了低壓線路剩余電流仿真計算模型和絕緣子等低壓供用電環節的剩余電流試驗測試平臺，提出了剩余電流動作保護器分級協調配合方法，制定了《農村低壓電網剩余電流動作保護器配置導則》等系列技術標準，研發了低壓供用電安全保障系統，實現了低壓電網的數據監測、安全運行和管理等功能；并完成4省9縣試點工程建設，試點單位總保護器和中級保護器安裝率和投運率均達到100%。工程投運以來未出現保護器誤動和越級跳閘問題，用電安全得到了有效保障，解決了農村人身觸電傷亡頻發問題。

盛萬興（前排中）與微電網與直流配電技術研究團隊合影

挑戰三：設備繁多、系統復雜、管控難度大應對：統一平臺、集成設備、接納新能源，構建智能電網

近年來配電網的發展面臨兩大突出問題：一方面，配電網體量龐大而分散、設備種類多、運行環境差，運行維護與管理困難；另一方面，隨著分布式可再生能源發電的接入，配電網逐步演變成為含分布式電源的有源配電網，增加了系統復雜性，運行控制難度加大。如何實現對配電網有效的管控，保障為用戶提供可靠、優質、高效、綠色的電力供電，是配電網技術發展的重點和難點，也是構建智能配電網的核心目標。

智能電網是采用先進的信息通信技術“武裝”電網基礎設施（電網智能化），實現對電網運行狀態的有效監測、分析、控制與管理。國際上智能電網的重點也正是智能配用電。實質上，電網智能化要求實現自動化、信息化、互動化的高度融合。由于歷史原因，我國配電網的自動化、信息化系統均按業務需要獨立建設、“孤島”運行、信息異構，現場的數據采集設備也是功能分散、重復配置。構建智能配電網，必須解決好技術架構設計、系統平臺統一、信息資源整合、設備功能集成等關鍵技術問題。

盛萬興結合我國配電網特點及發展需求，組織30余家科研生產單位協作攻關，開展智能配電網建設的基礎性關鍵技術研究與開發，填補了國際智能配電網建設模式的研究空白，奠定了我國在智能配電網技術領域的國際領先地位。

他首次提出了含分布式電源的智能配電網技術體系與層次建模方法，建立了112個智能配電網典型模型庫及具有國際領先水平的數模混合仿真平臺；首次提出了集成型智能變電站建設模式、智能配電臺區建設模式等重要創新思想與概念；首次提出了智能配電網的風險辨識與自愈、“分布式電源—儲能—負荷”分組優化、微電網能量自平衡/功率自平滑等創新理論方法。出版專著6部，發表SCI/EI檢索論文100余篇。突破了智能配電設備一二次融合平臺、智能配電終端統一支撐平臺、統一信息交互總線、智能配電網風險預警與自愈控制、分布式電源并網/微電網自適應協調控制等一系列關鍵技術，研發了關鍵設備與系統，申請發明專利150余項，制定國際/國家/行業/企業技術標準與規范30多項，成果應用于29省智能配電網試點示范工程。奠定了我國智能配電網技術發展的堅實基礎。

“智能配電終端”是配電網智能化的關鍵設備，具有量大面廣、功能需求多樣的特點。目前，國內外配電終端設備的種類繁多、功能單一、可靠性低、互換性差等問題突出。盛萬興團隊設計開發了用于研制多功能一體化智能配電終端的統一支撐平臺開發工具，突破硬件平臺、軟件平臺的關鍵技術，實現“統一支撐平臺”的軟硬件集成優化，可快速研制各類智能配電終端產品，并支持硬件即插即用與靈活擴展、軟件移植和在線升級，從根本上解決了目前配電終端存在的一系列突出問題，縮短新產品開發周期75%，降低研發成本60%以上。

基于該平臺開發的多功能一體化智能配電終端產品，實現了生物體特波檢測、瞬時功率檢測、電壓無功優化、三相不平衡帶載調節等多項關鍵技術突破與集成創新。用于配電網中，一臺智能配電終端可替代多臺單一功能設備，實現了對配電網運行狀態的全采集、全可控，以及故障處理、無功補償、損耗管理、諧波治理、負荷不平衡調節、漏電檢測保護等綜合應用功能，保證了配電網供電的安全可靠、優質高效，解決了供電可靠性低、供電質量差、用電安全隱患多、電能損耗高、運行維護困難等難題。試點示范工程累計應用智能配電終端1.76萬臺，節支2.3億元。

截至2012年底，盛萬興團隊主導完成11省13縣智能配電網示范工程建設，試點區域供電可靠率平均提高0.11個百分點，居民端電壓合格率平均提高0.64個百分點，低壓線損率平均降低1.33個百分點。項目驗收專家組認為：研究成果在智能配電臺區、中低壓配電網統一數據采集與集中監控平臺、企業一體化信息管理平臺和營配調模式優化等方面達到了國際領先水平，多項成果填補國內外空白。研究成果已在國網公司系統27個省（區、市）全面推廣應用，取得顯著經濟社會效益，得到地方政府和電力客戶的充分肯定，中央電視臺、中國能源報、中國電力報、國家電網報等主流媒體給予廣泛報道。

節能減排，提倡清潔能源是國家能源戰略的方向。然而新能源發電如何應用，如何接入電網，如何實現火電、水電、核電、風電等的統一協調運行，都是十分棘手的問題。

赫爾洪德移民新村地處內蒙古草原深處，遠離主網電源點，是我國中西部無電地區的典型代表，村民們生活簡陋，電話、網絡、電視等生產、生活的社會基礎設施缺乏。那里年平均可照時數4452.7小時，日照時數2916.5小時；風功率密度等級屬于4級，年有效風速小時數達7318小時。新村牧戶103戶，牧民生活用電和奶牛生產基地等用電功率上百千瓦。怎么解決這類偏遠地區村子供電，造福百姓？

盛萬興帶領團隊，經過幾個月的理論分析與若干次實地考察、討論，提出一種“電源—負荷”分組優化的微電網建設模式，充分利用了當地的風、光資源，大大降低了建設運維成本，所建的微電網工程3年來運轉正常。法國電力公司等多家單位參觀后，都感慨中國的微電網工程能建設得如此先進、可靠。

除此之外，他們還在福建、浙江聯合建設了海島微電網工程，在天津、安徽聯合建設了村莊模式微電網、戶用模式微電網工程等，探索了不同需求、不同資源環境下的多種微電網建設模式，為我國分布式可再生能源發電并網及微電網建設提供了堅實的理論、技術及實踐依據。

“電力要造福于社會，科技要服務于民生”，這是盛萬興及其團隊的人生信條。心中有用戶，創新為百姓。他們始終以此為出發點和著力點，行走在中國這片廣袤的熱土之上，為人們的光明生活時刻奔忙。