从教育部近日召开的“复杂电网自律——协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”科研成果鉴定会上获悉，历经20年研发，作为一项保证电网安全和经济运行、实时控制电网电压的科技成果，该技术目前已在我国绝大部分大区域电网和省级电网应用，并实现了对美国的首例输出。
项目负责人、清华大学电机系教授孙宏斌介绍，电的质量如何，关键之一在电压质量。对电力系统而言，负荷经常发生变化，故障不可避免，要维持系统的电压安全，需要实时进行调节。以前各国都采取的是依靠人工分散控制的方法，不仅耗费巨大人力，还不利于从全局的角度协调整个电网的安全。“尤其是在经济发达、用电量大的地区，电从远方输送过来，就向瀑布注入深潭一样，容易形成电压的凹陷区。这种凹陷区如果遇到突发故障，非常容易发生连锁反应，就像推倒多米诺骨牌一样，引发大面积停电事故。”孙宏斌说，国际上的美加大停电、希腊大停电等事故，都反映出电网系统的电压安全是世界性难题。
而通过实时采集电网数据进行分析，利用有效算法形成决策，并对电网中的各类无功电压控制设备进行协调控制，使得整个电网时时刻刻处于最佳的电压状态，就能保障电网运行的安全和经济。但在复杂电力系统中实现系统级的自动电压控制是一个重大难题。“为了应付这种复杂性，我们采取了‘自律协同’的技术路线。”孙宏斌将这种技术路线描述为一个“跷跷板”，“一边是自律，一边是协同，通过自律使控制简化、可靠、敏捷，通过协同，保证目标一致、全局最优，而我们所做的就是如何在自律与协同之间找到那个微妙的平衡点。”
除了保障电网安全之外，该技术还在节能减排和支撑大规模可再生能源接纳等方面取得了巨大社会和经济效益。
据统计，该系统在江苏电网投运后，一年可节约近1亿度电的损耗，相当于年节省开支约5000万元人民币。在美国PJM电网持续半年的运行数据也表明，该系统实现了节能降损收益约850万美元，在显著降低网损取得巨大经济效益的同时，五个关键输电通道的传输极限分别提高了7.6%~16.1%，为PJM电力市场带来了巨大的电价降低效益，此外还提高了供电可靠性带来的社会效益。“中国电网目前每年的损耗大约是3600亿度电，相当于每人每天浪费了近1度电，相当于多消耗了1.5亿吨煤。”孙宏斌说，“而通过我们的自动电压控制系统，不需要增加任何设备投入，仅通过控制的手段，就能显著降低损耗，起到四两拨千斤的效果。”
另一方面，近年来我国风机装机容量位居世界首位，光伏装机占第二位，面临着大规模的可再生能源接入电网的问题。然而，风、光发电等可再生能源的输入是间歇性的，会引起电网电压的快速、大幅度波动，甚至诱发大规模连锁脱网事故，给电网的安全运行带来威胁，这也成为我国大规模可再生能源接入电网的主要障碍之一。
针对这一新出现的重大挑战，孙宏斌团队提出并实现了大规模风电汇集接入的自律协同电压控制技术。截至2015年年底，已在我国6个大型风光基地应用和102座大型风光场站应用，已经接入协同控制的风/光能源总装机48.7GW，占全国并网风/光能源总装机的37%，有效保障了新能源基地和电网的安全运行，显著提高了电网消纳间歇式新能源的能力。
据悉，该成果自2003年江苏电网成功运行，至2015年年底，已在华北、华东等6大区域电网和北京、天津等22个省级电网得到推广应用，接入控制的机组的总装机容量达7.55亿千瓦，占全国水火电装机总容量的56%。
鉴定委员会专家认为，该项目取得了重大的原创性科研成果，引领了电力系统电压控制领域的发展与进步，填补了北美在该领域应用的空白，是中国先进大电网控制系统首次输出北美，具有里程碑意义。
