大连市盟

您现在的位置:首页 > 各市盟务 > 大连市盟
以科技创新助推水电发展
以科技创新助推水电发展
发布时间:2019/9/10 15:55:18) 点击:214次 作者:民盟大连市委 签发人:邓长辉  【关闭】


程春田,民盟盟员,大连市政协委员,长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,入选国家百千万人才工程,享受国务院政府津贴。现任大连理工大学土木水利学院教授,“水利水电工程专业”博士生导师,水电与水信息研究所所长。曾主持国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重大国际合作、国家自然科学基金重大计划重点项目、“863”、“973”课题等纵向项目20多项,总经费3000多万元;主持南方电网、华东电网、东北电网、云南电网、贵州电网、广西电网、重庆电网、四川电网、浙江电网、华能、华电等企业委托项目70多项,总经费1.3亿多元。(授权国家发明专利30余项,软件著作权110余项;SCI检索102条,ESI高被引论文7篇。2009年以第一完成人获国家自然科学二等奖1项;获省部级一等奖4项(2项第一);排名第一获日内瓦国际发明展金奖和中国专利优秀奖。研发了在水电和电力行业有广泛影响的5个核心工业级软件产品。

水电作为我国的第二大电源,70%都集中在西南地区,近年来,受多因素影响,西南地区出现了水电消纳和弃水等问题。2017年,弃水问题得到国家高度重视,首次写入国家政府工作报告,2019再次列入,成为国家重点要解决的问题。作为我国水电系统调度专家,程春田长期致力于西南水电大规模消纳的基础研究和工程软件开发。围绕西南突出的水电消纳问题,程春田从基础理论、消纳技术、软件平台三个方面做出了突出贡献:解决了支撑亿千瓦级水电规模跨省跨区域发电优化的基础理论问题,攻克了制约受、送端水电大规模消纳的汛枯期电量转移技术、多馈入直流水电网省协调技术、机组限制区发电安全控制技术,研发了占我国水电装机容量一半以上多层级水调高级应用软件平台。充分挖掘了现有水电工程的调节潜力和充分利用了现有通道能力,实现了流域水文、风光水火等多电源互补,近几年在南方电网应用每年多消纳水电在百亿度以上,弃水状况得到明显改善。

一、系统提出了亿kW级复杂水电系统调度优化基础理论,解决了水电超大规模、海量时空嵌套复杂约束下的优化计算和高效求解难题,使得我国水电系统调度拥有自己的核心“算法”,在国内外产生了广泛影响

西南地区集中了我国70%水电资源,以水电基地特大型干流梯级水电站群为主的西南水电需要通过特高压远距离、大规模跨省跨区域输送,从而形成了独特的异构并网、部分通道压极限运行的水力、电力高度耦合的互联水电调度新问题。

依托国家杰出青年基金、国家自然科学基金委重大国际合作和企业委托的30多项课题,程春田系统创建了亿千瓦级超大规模水电系统调度的主域知识降维方法和多维多重迭代组合降维方法。通过调度规则提取将系统可行域缩减至原来1%~15%,通过时域和空域变换将时空计算复杂度从指数级降维到二次或线性级水平,从而将国内外现有的面向复杂梯级水电站优化计算规模从不足10座发展到几十座,将省级、区域电网水电优化计算规模从百万千瓦、十几座水电站发展到超过1亿千瓦、数百座水电站群,解决了水电超大规模、海量时空嵌套复杂约束下的优化计算和高效求解难题,为我国超大规模复杂水电系统优化调度奠定了坚实的理论基础。提出方法直接集成到了主持研发大水电系统调度自适应软件,使得我国水电系统拥有自己的核心算法。核心理论方法继2009年获国家自然科学二等奖之后,最近10年理论发展成果被以张勇传院士为主任委员,钟登华院士、王超院士、彭苏萍院士等组成的鉴定委员会鉴定为“国际领先水平”;成果引起了国际同行广泛关注,应邀在J.WaterResourcesPlanningandManagement-ASCE上撰写中国水电系统社评文章,是该百年期刊大陆学者首次;应邀为《水利学报》创刊70年撰写中国亿级规模水电系统调度挑战及进展;按照“reservoir and optimization”关键词检索,他有3篇论文引用位居总SCI检索文献7384篇中的前81635




二、攻克西南水电大规模消纳的汛枯期电量时空转移、多馈入直流水电网省协调、高水头巨型机组多个复杂限制区快速回避等“发”电调度难题,将南方电网水能利用率提高了4.5%左右,将华东电网预留峰谷差减少了20%左右,确保了西南巨型水电站发电安全

西南水电汛期来水集中,外送通道不足,调节性能好的水电站较少,汛期大小水电相互挤占通道,捆绑送出的直流水电给受端电网造成低谷消纳困难,使得西南地区面临严重的弃水,成为三弃之首,破解西南水电弃水多次写入政府工作报告,是必须解决的国家重大需求;另一方面,西南水电集中了全球70%发电水头最高的巨型水电站,高压瞬变流使得西南地区巨型机组普遍存在高水头不规则限制区,新能源并网、电力市场进一步加剧了机组限制区如何快速回避难题。

1)水电大规模消纳的汛枯期电量转移技术

提高西南水电消纳水平和减少弃水有赖于挖掘现有库容、水文、电源间的互补潜力和和通道利用能力,需要攻克耦合风光水等多重不确定性条件下的多尺度嵌套多电源协调优化技术,程春田提出水电隐随机与风光鲁棒优化耦合嵌套的干流梯级水电站群调度规则和梯级水电站群滚动决策的对角二次优化逼近随机优化控制技术,实现了汛前、汛期、汛末、年末关键水位控制,极大减少了新能源突然失负荷导致的电网备用不足,汛期大小水电相互挤占通道导致的窝电问题。程春田提出的理论方法和实现技术对于我国高比例新能源电网调度运行具有普遍意义,已成为云南电网指导各个阶段大、小水电、风电、光伏电联合调度运行的依据,将小水电利用率提高了20%以上,将云南全网水能利用率提高了5%以上,每年为云南多消纳水电在百亿度以上;上述成果也推广到贵州、广西电网,也极大提高了两网水电消纳水平。

2)多馈入直流网省协调优化技术

低谷消纳困难是影响西电“接纳”的瓶颈问题。以华东电网7条特高压直流实际工程为背景,程春田发明了多馈入特高压直流水电大规模消纳和多电网调峰的网省协调方法,提出负荷重构方法以消除量级效应和弱化利益协调矛盾,以电网余荷方差最小为目标、以高峰电量不变为约束条件,优化多馈入直流水电与多电源间出力,通过同品质电能互济,提高电网调峰率,利于低谷电量消纳,降低火电机组发电峰谷差,突破了水电大规模消纳的网省协调难题,减少了受端电网低谷负荷对西南水电消纳制约影响,为我国特高压直流水电与多电源系统协调调度提供了可行的理论方法和技术手段。在华东电网应用,全网调峰率较经验调度平均提高20.5%,可有效减少高峰时段火电开机,最多关停11600MW的火电机组,极大缓解了负荷中心地区省级电网调峰压力,保障火电低煤耗平稳运行并减少机组启停损失。该成果获2014年水力发电科学技术一等奖。

3)西南巨型水电站高水头大容量机组多不规则限制区回避技术

机组长期在限制区运行会给水电带来重大安全隐患,俄罗斯最大水电站萨扬爆炸就是典型事例。问题复杂性类似于机动车连续穿越复杂障碍物,但西南水电运行更为复杂,因为新能源并网和电力市场化导致电网、电站负荷波动更为频繁,而电站自身前后时段、上下游水电站水力、电力紧密关联使得有复杂限制区的梯级水电发电运行极其困难,成为西南水电调度运行卡脖子问题。程春田针对此问题发明了巨型机组不规则多限制区快速回避厂站组合方法,并提出了基于机组限制区自动凸剖分的混合整数规划自回避方法,实现了机组限制区迅捷避开和出力精确控制,解决了我国巨型水电站发电安全卡脖子问题,成为水电现货出清模型的理论基础,确保了包括溪洛渡、龙滩、糯扎渡、小湾等世界排名前20一大批巨型水电站发电安全。该成果获2017年日内瓦国际发明展金奖、2016年中国专利优秀奖。

三、主持研发大水电系统调度自适应软件,实现了气象、水情、负荷、电网状态全景信息感知和多层级水电系统一体化调度,使得我国水电系统有核心“调”度软件工具,应用和推广覆盖西南5个水电大省全部,西电东送“中通道”、“南通道”两个最主要的受端区域电网(南方、华东),7大水电基地,占我国水电总装机容量一半以上

水电系统调度涉及到非常复杂和海量的水文、气象、负荷、电站和机组、电网等动态变化信息,如何通过网、省、集控中心多层级协调和统一调度是需要突破的技术瓶颈。

从学生时代至今,30多年以来一直服务于企业生产应用,带领团队不断迭代升级开发了软件代码达数百万行、在业界有广泛影响的多层级水调系统高级应用软件平台。通过对数据、流程、业务标准化引擎设计和对感知、优化等模型的抽象设计,解决了多源信息的分层全景感知,流域拓扑结构的自动解析,一体化调度决策优化模型自适应、第二次应用开发等技术难题,在国内外首次实现亿kW级、数百座水电站群规模水电系统高效、可靠、可用求解,实现了流域、电站、机组添加即插即用,解决了新投产机组、电站无缝连接到生产应用系统需要。已经成为南方电网总调(2009至今)、云南中调(2004至今)、贵州中调(2005至今)、乌江集控(2009至今)、澜沧江集控(2009至今)等众多企业日常核心专业软件,是这些企业制定年、月运行方式,日前和实时调度计划,防洪调度方案制定必用工具,每年增发电量数百亿度。还推广到了福建、浙江、四川、广西、重庆电网。该成果获2013年水力发电科学技术一等奖。




四、主持研发昆明电力交易系统软件

云南电网是2015年国家新电改的5个试点省份,程春田自2015年就开始负责投资达亿元以上系统核心交易软件平台开发,独自承担的软件费用超过了4000多万元。该系统采用深度融合网络智能弹性虚拟交换、数据库多租户容器虚拟化、服务器完全虚拟化、应用容器虚拟化等多层级虚拟化技术,构建了弹性扩展的私有云计算平台;研发了完全分布式的微应用交易软件平台框架;提出了基于算法语义抽象模型的交易、结算算法引擎技术,实现了算法以组件拼接、参数配置的方式快速开发,解决了复杂交易、结算机制下算法开发周期长、适应性差的问题。实现了注册、市场管理、交易、结算等与计量、营销、调度、OMSOCS、第三方安全验证、工商、银行等无缝对接和电子化。实现了云南全省大工业用电量的95.3%,省内售电量的62.4%由交易系统完成,在全国电力行业产生广泛影响,开发的软件产品被其他电力交易中心学习和借鉴,被国家发改委向全国推广。

五、人才培养

在人才培养方面,程春田采用理论与实践紧密结合的培养模式,使得研究所的学生深受企业欢迎,目前,毕业生主要就业于中国南方电网调度控制中心、国家电网总部及各省调度控制中心、交易中心,以及国内外著名的IT企业,如阿里、百度、腾讯、华为等知名企业。

作为民盟盟员和大连市政协委员,程春田积极参加盟务工作和政协活动,提交提案、反映社情民意信息、撰写调研报告和发言材料等,能切实做到把大局放在心里,把责任扛在肩上,顺应新时代、新思想、新要求,做好各项履职工作。201810月,程春田又入选为“第七批辽宁省优秀专家”。