智能電網(wǎng)十大關(guān)鍵技術(shù)解析

電力系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)密集型的行業(yè)，新技術(shù)的應(yīng)用與電力系統(tǒng)發(fā)展是密切相關(guān)的，也是推動(dòng)電網(wǎng)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。我們國家現(xiàn)在的電網(wǎng)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，建成了一個(gè)特高壓的骨干網(wǎng)架，根據(jù)電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)正在穩(wěn)步推進(jìn)。要實(shí)行電網(wǎng)智能話發(fā)展，存在很多技術(shù)性問題和挑戰(zhàn)。

要解決風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模并網(wǎng)，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性評(píng)估分析及對(duì)策等問題。解決變電站自動(dòng)化調(diào)度中心自愈能力。分布式發(fā)電并網(wǎng)、需求式管理。攻克新型直流輸電、大規(guī)模儲(chǔ)能，超導(dǎo)電力等技術(shù)問題。在電力市場(chǎng)方面，要解決市場(chǎng)體系設(shè)計(jì)、電價(jià)機(jī)制設(shè)計(jì)、電力發(fā)展機(jī)制等問題。

目前我國智能電網(wǎng)研究主要關(guān)注以下十項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)上：

1.特高壓交、直流輸電技術(shù)

（1）2011年12月份，特高壓科技工程順利投入運(yùn)行，特高壓交流輸電技術(shù)順利通過了500萬千瓦的輸電能力考驗(yàn)，具備了大電源在集體外送輸電工程中往外運(yùn)送的條件，我們一期工程最大只能輸送240萬千瓦左右的能力，經(jīng)過擴(kuò)建以后， 增加了變壓器，輸送能力超過了500萬千瓦12月8日12時(shí)~15時(shí)，工程在電網(wǎng)全接線運(yùn)行方式下，穩(wěn)定運(yùn)行在500萬千瓦水平，平均功率518.7萬千瓦。其中14時(shí)12分~48分，進(jìn)行了超500萬千瓦功率運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，平均功率533.8萬千瓦。

（2）大容量特高壓開關(guān)

我國在國際上率先建立了63千安特高壓開關(guān)的試驗(yàn)?zāi)芰?，并首次研制成功電力等?jí)最高、電流開斷能力最強(qiáng)的特高壓開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了世界高壓開關(guān)試驗(yàn)和制造技術(shù)的重大突破。

（3）特高壓升壓變壓器

能源基地大型發(fā)電機(jī)組通過特高壓升壓變壓器直接接入電網(wǎng)，有利于提高電源送出通道輸送能力，發(fā)揮特高壓大容量書店的優(yōu)勢(shì)。特高壓升壓變壓器屬世界首次研制，國網(wǎng)公司組織三大變壓器廠聯(lián)合攻關(guān)，在世界上首次研制成功額定容量100萬千伏安的雙柱特高壓變壓器，代表了國際同類設(shè)備制造的最高水平。

（4）特高壓同塔雙回輸電技術(shù)

特高壓同塔雙回路的走廊寬度與兩個(gè)單回路相比，可以從140米下降至80米，結(jié)合后續(xù)特高壓工程，對(duì)特高壓同塔雙回輸電的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，功課了過電壓絕緣配合、導(dǎo)線排列、雷電防護(hù)、潛供電流、桿塔設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)。目前，已在安徽淮南—上海特高壓輸電工程中得到應(yīng)用。

（5）特高壓可控高抗技術(shù)

采用可控高抗技術(shù)，能夠動(dòng)態(tài)補(bǔ)償輸電系統(tǒng)的柔性輸電功率，調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，可以限制系統(tǒng)的高電壓，提高系統(tǒng)的安全性。特高壓可控高抗技術(shù)在世界上屬于首次研制。目前已經(jīng)全面突破系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)。

（6）±1100kV特高壓直流輸電技術(shù)

±1100kV特高壓直流輸電關(guān)鍵技術(shù)研究已經(jīng)取得重大進(jìn)展，技術(shù)規(guī)范已正式發(fā)布，為全面開展設(shè)備研制和成套設(shè)計(jì)和試驗(yàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（7）特高壓多段直流輸電技術(shù)

特高壓多段直流輸電技術(shù)研究已全面展開，主回路結(jié)構(gòu)、主接線方式、過電壓及絕緣配合、系統(tǒng)運(yùn)行方式及控制策略等試驗(yàn)研究工作已取得初步成果。在能源基地多個(gè)電源協(xié)調(diào)外送，向多個(gè)受端系統(tǒng)供電等方面具有應(yīng)用價(jià)值，將提高特高壓直流輸電系統(tǒng)的靈活性和安全性。

2.智能輸變電裝備技術(shù)

裝備技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，通過將智能技術(shù)整合到輸變電裝備中，使其向大容量、低損耗、環(huán)境友好、智能化方向發(fā)展，是提高供電可靠性的重要保障。

（1）變壓器

朝著高可靠性、安全（難燃、低噪聲）、低損耗、智能化及緊湊化方向發(fā)展，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將會(huì)進(jìn)一步提高，隨著未來新材料和新技術(shù)的發(fā)展，變壓器也將隨之出現(xiàn)變革。

（2）斷路器

SF6斷路器繼續(xù)在高電壓、大電流、高可靠性和選相控制的方向發(fā)展。真空斷路器會(huì)繼續(xù)向高電壓發(fā)展，固態(tài)斷路器將主要應(yīng)用在一些需要高性能開斷和投入的場(chǎng)合。在直流輸電領(lǐng)域，高壓直流斷路器的研制和應(yīng)用，將推動(dòng)多段直流輸電的發(fā)展，推進(jìn)電網(wǎng)形態(tài)發(fā)生變革。

（3）電子式互感器

電子式互感器將得到廣泛應(yīng)用，研究的重點(diǎn)包括：技術(shù)規(guī)范化和智能化；外國相關(guān)技術(shù)；功能拓展等等。

（4）輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)

變電站和輸電線路的在線監(jiān)測(cè)和智能維護(hù)技術(shù)將迅速發(fā)展，全面采用智能傳感技術(shù)和自動(dòng)實(shí)時(shí)的預(yù)警機(jī)制。逐步實(shí)現(xiàn)變電站一次主設(shè)備的全息監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)狀態(tài)評(píng)價(jià)，在輸電線路中安裝監(jiān)測(cè)導(dǎo)線、桿塔、絕緣子的電、熱、力、像等傳感器，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

（5）輸電設(shè)備新材料

為了進(jìn)一步節(jié)約走廊、提高輸送容量、減小損耗，輸電設(shè)備大量采用節(jié)能、環(huán)保的新材料，輸電導(dǎo)線的電、熱、機(jī)械性能將進(jìn)一步提高。大截面導(dǎo)線、耐熱導(dǎo)線、復(fù)合材料芯導(dǎo)線、復(fù)合絕緣子、高強(qiáng)度鋼材和鋼管桿塔將廣泛應(yīng)用；高壓復(fù)合材料桿塔將開始研制。隨著超導(dǎo)材料技術(shù)的突破，遠(yuǎn)期超導(dǎo)輸電技術(shù)將逐步得到應(yīng)用。

3.新型電力電子器件及應(yīng)用技術(shù)

電力電子技術(shù)和裝備應(yīng)用于交、直流輸電系統(tǒng)，可以顯著提高電網(wǎng)發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)的可控性，推動(dòng)風(fēng)能、太陽能等可再生能源的開發(fā)和利用，是實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要保障。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，電力電子器件級(jí)的技術(shù)會(huì)響應(yīng)取得突破，對(duì)輸電技術(shù)體系產(chǎn)生巨大影響，將促進(jìn)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體技術(shù)提升。

3.1柔性交流輸電技術(shù)

國家電網(wǎng)公司編制了“電力系統(tǒng)電力電子關(guān)鍵技術(shù)研究框架”，加緊開展柔性交流輸電技術(shù)的研發(fā)。目前基于晶閘管半控器件的FACTS裝置已推廣應(yīng)用；基于全控器件的靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）也取得了重大技術(shù)突破，逐步得到應(yīng)用。

3.2柔性直流輸電技術(shù)

國家電網(wǎng)公司于2006年5月制訂了《電壓源換相高壓直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》，全面啟動(dòng)了該技術(shù)的系統(tǒng)研究。目前，上海南匯風(fēng)電場(chǎng)VSC-HVDC示范工程已投入運(yùn)行；大連1000MW級(jí)VSC-HVDC工程進(jìn)入建設(shè)階段；舟山VSC-HVDC工程也開始前期工作。

（1）電壓源換相高壓直流輸電技術(shù)（VSC—HVDC）

采用新型全控型電力電子器件IGBT構(gòu)成換流器，其主要特點(diǎn)如下：可以對(duì)有功和無功功率進(jìn)行精確控制。無需外部交流網(wǎng)提供換相電壓，不會(huì)發(fā)生換相失敗?？梢院芎玫亟鉀Q換流器諧波問題。大大減少無功補(bǔ)償容量和換流站占地位置。大大減少無功補(bǔ)償容量和換流站占地面積。

（2）電壓源換相高壓直流（VSC-HVDC）配電網(wǎng)

采用VSC-HVDC技術(shù)，構(gòu)成配電網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活快速控制，輸送功率的合理分配。這屬于前瞻性配電網(wǎng)技術(shù)，目前處于基礎(chǔ)理論研究階段，尚無工程應(yīng)用。

4.大規(guī)模交、直流混合電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)

電力系統(tǒng)被譽(yù)為最復(fù)雜的人造系統(tǒng)，也是可靠性要求極高的龐大系統(tǒng)，必須應(yīng)用現(xiàn)金的安全穩(wěn)定控制技術(shù)，建立完善的大規(guī)模交直流混合電網(wǎng)電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制體系。

大規(guī)模交直流混聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）建立在線安全分析、評(píng)估和決策理論，構(gòu)建防范電網(wǎng)大面積停電的在線實(shí)時(shí)預(yù)警和防御體系。

（2）智能PSS和TCSC、SVC等FACTS設(shè)備推廣應(yīng)用，達(dá)到對(duì)網(wǎng)絡(luò)潮流和母線電壓的快速、平滑調(diào)節(jié)與控制。

（3）應(yīng)用現(xiàn)金控制及信息技術(shù)，針對(duì)交直流混合、多滯留虧饋入和新能源發(fā)電并網(wǎng)等，構(gòu)建具有高度適應(yīng)性的電網(wǎng)安全控制系統(tǒng)。

5.電網(wǎng)調(diào)度的全局優(yōu)化與協(xié)調(diào)控制技術(shù)

電網(wǎng)智能化調(diào)度在智能電網(wǎng)體系中起到“神經(jīng)中樞”的作用。借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信、電力系統(tǒng)分析和控制理論及技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的全局優(yōu)化與協(xié)調(diào)控制，保證大電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（1）構(gòu)建智能調(diào)度中心

在信息支撐方面，建立分布式一體化數(shù)據(jù)和參數(shù)共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于三維可視化的智能互動(dòng)式人機(jī)交互系統(tǒng)；在電網(wǎng)安全防御方面，建成在線安全評(píng)估和預(yù)警防控體系；實(shí)現(xiàn)基于PMU的高級(jí)應(yīng)用和廣域安全穩(wěn)定監(jiān)控；在電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方面，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃和調(diào)度的時(shí)空優(yōu)化協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)基于全局信息優(yōu)化的有功、無功閉環(huán)控制。

（2）建立適應(yīng)新能源發(fā)電的新型能量管理系統(tǒng)

隨著風(fēng)、光、儲(chǔ)系統(tǒng)和電動(dòng)汽車等大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行，建立與之相適應(yīng)的新型能量管理系統(tǒng)。對(duì)接入電網(wǎng)的發(fā)、用、儲(chǔ)等設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，有效平衡間歇性發(fā)電功率和電網(wǎng)負(fù)荷狀態(tài)之間的不同步性，提高接納間歇性可再生能源發(fā)電的能力。

6.可再生能源發(fā)電友好接入技術(shù)

開發(fā)和應(yīng)用間歇性電源友好接入技術(shù)，將直接推動(dòng)風(fēng)電、太陽能等可再生能源的開發(fā)利用。實(shí)現(xiàn)各種類型可再生能源發(fā)電過程建模，掌握可再生能源大規(guī)模接入后的系統(tǒng)運(yùn)行特性。建立可再生能源發(fā)電的功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)和現(xiàn)金的運(yùn)行控制裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模間歇式電源有功、無功等物理量的全面控制。

7.大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)

主要著眼于最有可能出現(xiàn)突破并世紀(jì)推廣應(yīng)用的大容量電池儲(chǔ)能技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)一旦突破，將使目前的配用電體系發(fā)生重大變革，并且也將對(duì)風(fēng)電、太陽能等可再生能源的間歇性問題提供一種可行的解決方案。

8.智能配電網(wǎng)和微網(wǎng)技術(shù)

著力于提高配電網(wǎng)的智能化水平，重點(diǎn)是配電網(wǎng)對(duì)分布式電源、微網(wǎng)、電動(dòng)汽車等新型配用電設(shè)備或系統(tǒng)的接納和適應(yīng)。開發(fā)高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)，適應(yīng)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、用戶定制電力技術(shù)、電動(dòng)汽車充放電設(shè)施等方面的要求；構(gòu)建智能配電終端軟、硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)短路接地故障的快速自愈，以及電壓和無功綜合優(yōu)化控制等功能。

9.靈活接入、雙向互動(dòng)的綜合用戶服務(wù)技術(shù)

智能用電技術(shù)實(shí)現(xiàn)在供電側(cè)與用戶之間的雙向互動(dòng)，從用戶的角度來看，未來電網(wǎng)不再局限于傳統(tǒng)的“供電”，而形成即是綜合供能的現(xiàn)代能源網(wǎng)絡(luò)，又能提供信息服務(wù)等新型功能的綜合網(wǎng)絡(luò)。

10.低碳、高效的電力市場(chǎng)技術(shù)

建設(shè)低碳環(huán)保、開放有序、競(jìng)爭(zhēng)充分、搞笑協(xié)調(diào)、促進(jìn)安全、服務(wù)用戶的電力市場(chǎng)。將可再生、分布式新能源與電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能元件等新型市場(chǎng)成員納入市場(chǎng)配置平臺(tái)，提供安全、清潔、優(yōu)質(zhì)的電能服務(wù)。

為保障國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，我國電網(wǎng)正處于加快發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，必須加強(qiáng)新技術(shù)和新裝備的研發(fā)，為建設(shè)安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔低碳、靈活智能的現(xiàn)代化電網(wǎng)提供堅(jiān)強(qiáng)的保障。

審核編輯：黃飛