文/胡月
雙碳目標下,我國分散式發電將呈現爆發性的增長態勢,新能源微電網可實現風、光、儲等多型別分散式電源之間的有效協同控制,已成為世界各國關注的重點領域和新能源發展的重點方向。目前,對於微電網技術,成果多聚焦於微電網系統建設執行全環節中某個獨立領域,缺乏系統性的技術研究成果,尤其是伴隨新型交直流混合微電網群中多個微電網、多種分散式電源、多元負荷互動,多種控制策略及執行方式加大了微電網穩定控制和最佳化排程的複雜性,影響新能源微電網的發展和推廣應用。
呂天光是山東大學電氣工程學院電力系統研究所教授、博士生導師,山東大學齊魯青年學者,主要從事電力系統智慧感知與執行最佳化、能源系統與環境互動等關鍵技術的科研工作。為了完善微電網技術系統,呂天光教授帶領其科研團隊提出了“多微網新型配電系統互動調控關鍵技術及工程應用”成果。該成果主要涉及交直流多微網系統的源、荷功率預測、執行控制、最佳化排程與保護技術等全過程技術研發,對微電網的執行與發展都具有重要的理論意義和現實價值。
研究新能源發電技術 攻破區域能源網難關
隨著國家大力推動新能源發展與多能互補系統示範,分散式能源呈現規模化和多樣化的發展趨勢,滲透率也將大幅提高。呂天光教授認為,由此產生的區域能源網際網路將是未來城鎮供能系統中的基本組成細胞,多個細胞又可根據自身能源特性和地理位置在利益驅動下形成組織,充分發揮系統整合優勢並提供多元化的經濟能源服務。然而,新能源發電出力難預測、不可控、抗擾動能力弱;本地具有支撐和可控能力的能源佔比會逐漸降低。
呂天光教授針對未來區域能源網的執行難題,基於目前所積累的低碳電網最佳化、電力互動執行、分散式能源叢集和智慧感知技術等研究基礎,他決心要進行區域能源網際網路細胞 - 組織架構與建模研究,然後要實現多能耦合智慧分層調控技術並發展以數字孿生為代表的智慧感知技術,最終構建區域能源網與環境氣候系統的互動機制。他將透過系統性研究,構建區域能源網執行的理論和方法體系,促進其高效執行和協同發展。
在呂天光教授的帶領下,“多微網新型配電系統互動調控關鍵技術及工程應用”成果發表多篇高水平論文,其中發表在智慧電網領域頂刊IEEE Transactions on Smart Grid 的研究“A data-driven stackelberg market strategy for demand response-enabled distribution systems.” 探索了配電需求響應的市場機制,為需求側管理的智慧化提供了非常有意義的理論參考。
傳道授業解惑 培養後備人才
在實現自己學術理想的同時,呂天光教授注重優秀後備軍團的培養,積極參與課程搭建和教學工作,不斷夯實人才基礎,助力學生科研學習發展。2020年起,呂天光擔任山東大學電氣工程學院教授。團隊依託山東大學“電網智慧化排程與控制”教育部重點實驗室等優越平臺,承擔國家重大、重點科研專案,注重與電網公司等單位的合作和交流,促進研究成果轉化。研究成果應用於多個國家電網示範專案併產生了顯著的社會經濟效益,收錄於多本專著,被美國工程院院士、IEEE Fellow等國際知名專家所領導的課題組關注,並被美國阿貢國家實驗室的研究論文引用。
積極與學生交流,鼓勵學生參與學術活動。
在哈佛大學擔任本科課程教員時,呂天光教授以助教組長和教研組核心人員身份參與了哈佛環境中心的課程改革,承擔了兩門能源-環境-經濟交叉學科課程搭建和教學工作;並作為教研組中唯一具有能源和電力系統學術背景的參與者,獨立承擔了能源部分的教學改革和授課任務,在課程結束後的教學評估中,該課程被學生給予學院前5%的評價成績;幫助教授完成《Future Energy Economies》;擔任 2020 春季本科 / 研究生課程教員,幫助教授完成《The Challenge of Human Induced Climate Change:Transitioning to a Post Fossil Fuel Future》。2020 年開始,呂天光教授在山東大學主講《電力系統排程與最佳化方法》與《全球能源網際網路概論》。在此期間,他將擅長的交叉學科知識融入授課內容,不斷拓寬學生視野;並透過教材新內容的引入讓學生了解中國的電力系統現狀,積極宣傳我國的電力改革成績,有效吸引優秀人才聚焦我國電力科研。
積極開展學術講座
一片丹心育桃李,辛勤耕耘結碩果。呂天光教授在入職山東大學後,主動申請開設融合前沿理論知識的全新課程,承擔/開設綜合能源系統、人工智慧方向的課程,獨立編寫課程教材,並根據同學實際需求不斷修訂教學內容;並積極搭建山東大學與哈佛大學,德州大學阿靈頓分校以及南衛理工會大學的合作橋樑,協助聯絡海外優秀學者開設中短期課程。在上課時呂天光教授注重知識傳授及理想信念的樹立,以自己在國外求學及工作時的經歷不斷激勵學生,收到良好效果。在教學同時,他不忘指導本科生畢業設計和研究生的科研學習,他將前沿課題和我國現狀相結合引導學生立題,帶動學生進行創新型科研。
科研成果應用轉化 帶動產業轉型升級
呂天光教授及其團隊的科研成果已在山東長島國家級微電網示範工程示範應用,高效提取了裝置及線路的異常資訊,有效辨別了網路薄弱節點,進而降低了裝置故障率及停電時間,裝置檢修和維護費用分別減少17% 和23%,挽回經濟損失約300萬元。該成果顯著提升了區域內供電可靠性和供電電能質量,增強了分散式可再生能源消納能力,同時延緩/降低了電網設施投資,有力推動區域能源消費結構升級;成果獲批“山東省分散式發電及微電網工程試驗室”,推動相關技術成果在多家企業進行產品轉化,累計新增銷售額7.56 億元,新增收益5.64 億元,顯著帶動我國分散式發電及微電網領域相關高新技術產業發展,助推新舊動能轉換。除此之外,該專案還在山東電力研究院園區微電網示範工程、承德高新區供電中心微電網系統,以及壽光華能風電場、東營河口風電場、日照莒縣風電場、日照五蓮風電場等多個風電企業所轄風電場得到推廣應用。
研究成果適用於國內已建成或即將建設的交流、直流和交直流混合微電網,可為微電網協同最佳化執行控制提供“可複製、可推廣”的技術解決方案和工程示範經驗。成果優勢同時反映到能源利用方面,突破了交直流混合微電網建設的關鍵技術,有效提高了可再生能源利用率,促進了能源清潔高效利用,減少了傳統能源發電對環境的汙染,對完成“碳達峰”、“碳中和”目標,推進節能減排和實現能源可持續發展具有重要意義,同時推進了能源發展及經營管理方式變革,轉變能源結構,提高能源綜合利用效率,轉變經濟增長方式,帶動相關產業升級。
呂天光教授及其團隊透過研究多型別分散式電源和使用者負荷之間的協同最佳化控制,提升了應用區域內供電可靠性和供電電能質量;透過高精度功率預測,增強了可再生能源利用率;取得了顯著的經濟效益和社會效益。聚焦於社會民生方面,透過交直流混合微電網源荷功率預測、執行控制等一系列技術的開發應用,實現了多型別分散式電源最優調控和穩定執行,僻遠海島解決了因電受困的現實窘境,並可在工業園區、軍事設施以及海島、山區等偏遠地區乃至廣泛的配電網使用者側進行推廣應用,為我國偏遠地區及弱電網區域注入綠色新動能,有利於節約型社會形態的建設,有力地推動了新能源發電在全國的普及,造福更多人民。
