智能電網(wǎng)十大關(guān)鍵技術(shù)解析

電力系統是一個(gè)技術(shù)密集型的行業(yè)，新技術(shù)的應用與電力系統發(fā)展是密切相關(guān)的，也是推動(dòng)電網(wǎng)發(fā)展的強大動(dòng)力。我們國家現在的電網(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，根據電網(wǎng)電壓協(xié)調發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)正在穩步推進(jìn)。要實(shí)行電網(wǎng)智能話(huà)發(fā)展，存在很多技術(shù)性問(wèn)題和挑戰。

要解決風(fēng)電場(chǎng)大規模并網(wǎng)，給電力系統安全穩定性評估分析及對策等問(wèn)題。解決變電站自動(dòng)化調度中心自愈能力。分布式發(fā)電并網(wǎng)、需求式管理。攻克新型直流輸電、大規模儲能，超導電力等技術(shù)問(wèn)題。在電力市場(chǎng)方面，要解決市場(chǎng)體系設計、電價(jià)機制設計、電力發(fā)展機制等問(wèn)題。

目前我國智能電網(wǎng)研究主要關(guān)注以下十項關(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行，特高壓交流輸電技術(shù)順利通過(guò)了500萬(wàn)千瓦的輸電能力考驗，具備了大電源在集體外送輸電工程中往外運送的條件，我們一期工程最大只能輸送240萬(wàn)千瓦左右的能力，經(jīng)過(guò)擴建以后， 增加了變壓器，輸送能力超過(guò)了500萬(wàn)千瓦12月8日12時(shí)~15時(shí)，工程在電網(wǎng)全接線(xiàn)運行方式下，穩定運行在500萬(wàn)千瓦水平，平均功率518.7萬(wàn)千瓦。其中14時(shí)12分~48分，進(jìn)行了超500萬(wàn)千瓦功率運行實(shí)驗，平均功率533.8萬(wàn)千瓦。

（2）大容量特高壓開(kāi)關(guān)

我國在國際上率先建立了63千安特高壓開(kāi)關(guān)的試驗能力，并首次研制成功電力等級最高、電流開(kāi)斷能力最強的特高壓開(kāi)關(guān)，實(shí)現了世界高壓開(kāi)關(guān)試驗和制造技術(shù)的重大突破。

（3）特高壓升壓變壓器

能源基地大型發(fā)電機組通過(guò)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(shū)店的優(yōu)勢。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(chǎng)聯(lián)合攻關(guān)，在世界上首次研制成功額定容量100萬(wàn)千伏安的雙柱特高壓變壓器，代表了國際同類(lèi)設備制造的最高水平。

（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，結合后續特高壓工程，對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(guò)電壓絕緣配合、導線(xiàn)排列、雷電防護、潛供電流、桿塔設計等關(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)補償輸電系統的柔性輸電功率，調節系統電壓，可以限制系統的高電壓，提高系統的安全性。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)規范已正式發(fā)布，為全面開(kāi)展設備研制和成套設計和試驗打下了堅實(shí)的基礎。

（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(kāi)，主回路結構、主接線(xiàn)方式、過(guò)電壓及絕緣配合、系統運行方式及控制策略等試驗研究工作已取得初步成果。在能源基地多個(gè)電源協(xié)調外送，向多個(gè)受端系統供電等方面具有應用價(jià)值，將提高特高壓直流輸電系統的靈活性和安全性。

2.智能輸變電裝備技術(shù)

裝備技術(shù)是實(shí)現智能電網(wǎng)的基礎，通過(guò)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(zhù)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)濟指標將會(huì )進(jìn)一步提高，隨著(zhù)未來(lái)新材料和新技術(shù)的發(fā)展，變壓器也將隨之出現變革。

（2）斷路器

SF6斷路器繼續在高電壓、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 )繼續向高電壓發(fā)展，固態(tài)斷路器將主要應用在一些需要高性能開(kāi)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用，研究的重點(diǎn)包括：技術(shù)規范化和智能化；外國相關(guān)技術(shù)；功能拓展等等。

（4）輸變電設備在線(xiàn)監測及故障診斷技術(shù)

變電站和輸電線(xiàn)路的在線(xiàn)監測和智能維護技術(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)的預警機制。逐步實(shí)現變電站一次主設備的全息監測和實(shí)時(shí)狀態(tài)評價(jià)，在輸電線(xiàn)路中安裝監測導線(xiàn)、桿塔、絕緣子的電、熱、力、像等傳感器，實(shí)現在線(xiàn)監測。

（5）輸電設備新材料

為了進(jìn)一步節約走廊、提高輸送容量、減小損耗，輸電設備大量采用節能、環(huán)保的新材料，輸電導線(xiàn)的電、熱、機械性能將進(jìn)一步提高。大截面導線(xiàn)、耐熱導線(xiàn)、復合材料芯導線(xiàn)、復合絕緣子、高強度鋼材和鋼管桿塔將廣泛應用；高壓復合材料桿塔將開(kāi)始研制。隨著(zhù)超導材料技術(shù)的突破，遠期超導輸電技術(shù)將逐步得到應用。

3.新型電力電子器件及應用技術(shù)

電力電子技術(shù)和裝備應用于交、直流輸電系統，可以顯著(zhù)提高電網(wǎng)發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節的可控性，推動(dòng)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用，是實(shí)現堅強智能電網(wǎng)的重要保障。隨著(zhù)材料技術(shù)的發(fā)展，電力電子器件級的技術(shù)會(huì )響應取得突破，對輸電技術(shù)體系產(chǎn)生巨大影響，將促進(jìn)電力系統實(shí)現整體技術(shù)提升。

3.1柔性交流輸電技術(shù)

國家電網(wǎng)公司編制了“電力系統電力電子關(guān)鍵技術(shù)研究框架”，加緊開(kāi)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裝置已推廣應用；基于全控器件的靜止同步補償器（STATCOM）也取得了重大技術(shù)突破，逐步得到應用。

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關(guān)鍵技術(shù)研究框架》，全面啟動(dòng)了該技術(shù)的系統研究。目前，上海南匯風(fēng)電場(chǎng)VSC-HVDC示范工程已投入運行；大連1000MW級VSC-HVDC工程進(jìn)入建設階段；舟山VSC-HVDC工程也開(kāi)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構成換流器，其主要特點(diǎn)如下：可以對有功和無(wú)功功率進(jìn)行精確控制。無(wú)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(wèn)題。大大減少無(wú)功補償容量和換流站占地位置。大大減少無(wú)功補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)，構成配電網(wǎng)，能夠實(shí)現對電網(wǎng)參數，網(wǎng)絡(luò )結構的靈活快速控制，輸送功率的合理分配。這屬于前瞻性配電網(wǎng)技術(shù)，目前處于基礎理論研究階段，尚無(wú)工程應用。

4.大規模交、直流混合電網(wǎng)安全穩定控制技術(shù)

電力系統被譽(yù)為最復雜的人造系統，也是可靠性要求極高的龐大系統，必須應用現金的安全穩定控制技術(shù)，建立完善的大規模交直流混合電網(wǎng)電網(wǎng)協(xié)調控制體系。

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

（1）建立在線(xiàn)安全分析、評估和決策理論，構建防范電網(wǎng)大面積停電的在線(xiàn)實(shí)時(shí)預警和防御體系。

（2）智能PSS和TCSC、SVC等FACTS設備推廣應用，達到對網(wǎng)絡(luò )潮流和母線(xiàn)電壓的快速、平滑調節與控制。

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

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

電網(wǎng)智能化調度在智能電網(wǎng)體系中起到“神經(jīng)中樞”的作用。借助先進(jìn)的計算機、通信、電力系統分析和控制理論及技術(shù)，實(shí)現對電網(wǎng)調度的全局優(yōu)化與協(xié)調控制，保證大電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行。

（1）構建智能調度中心

在信息支撐方面，建立分布式一體化數據和參數共享平臺，實(shí)現基于三維可視化的智能互動(dòng)式人機交互系統；在電網(wǎng)安全防御方面，建成在線(xiàn)安全評估和預警防控體系；實(shí)現基于PMU的高級應用和廣域安全穩定監控；在電網(wǎng)運行優(yōu)化方面，實(shí)現計劃和調度的時(shí)空優(yōu)化協(xié)調，實(shí)現基于全局信息優(yōu)化的有功、無(wú)功閉環(huán)控制。

（2）建立適應新能源發(fā)電的新型能量管理系統

隨著(zhù)風(fēng)、光、儲系統和電動(dòng)汽車(chē)等大規模商業(yè)化運行，建立與之相適應的新型能量管理系統。對接入電網(wǎng)的發(fā)、用、儲等設備進(jìn)行統一調度管理，有效平衡間歇性發(fā)電功率和電網(wǎng)負荷狀態(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(kāi)發(fā)和應用間歇性電源友好接入技術(shù)，將直接推動(dòng)風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生能源的開(kāi)發(fā)利用。實(shí)現各種類(lèi)型可再生能源發(fā)電過(guò)程建模，掌握可再生能源大規模接入后的系統運行特性。建立可再生能源發(fā)電的功率預測系統和現金的運行控制裝置，實(shí)現對大規模間歇式電源有功、無(wú)功等物理量的全面控制。

7.大容量?jì)δ芗夹g(shù)

主要著(zhù)眼于最有可能出現突破并世紀推廣應用的大容量電池儲能技術(shù)。該項技術(shù)一旦突破，將使目前的配用電體系發(fā)生重大變革，并且也將對風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生能源的間歇性問(wèn)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(zhù)力于提高配電網(wǎng)的智能化水平，重點(diǎn)是配電網(wǎng)對分布式電源、微網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)等新型配用電設備或系統的接納和適應。開(kāi)發(fā)高級配電自動(dòng)化系統，適應分布式電源、儲能系統、用戶(hù)定制電力技術(shù)、電動(dòng)汽車(chē)充放電設施等方面的要求；構建智能配電終端軟、硬件平臺，實(shí)現短路接地故障的快速自愈，以及電壓和無(wú)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(hù)服務(wù)技術(shù)

智能用電技術(shù)實(shí)現在供電側與用戶(hù)之間的雙向互動(dòng)，從用戶(hù)的角度來(lái)看，未來(lái)電網(wǎng)不再局限于傳統的“供電”，而形成即是綜合供能的現代能源網(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)

建設低碳環(huán)保、開(kāi)放有序、競爭充分、搞笑協(xié)調、促進(jìn)安全、服務(wù)用戶(hù)的電力市場(chǎng)。將可再生、分布式新能源與電動(dòng)汽車(chē)、儲能元件等新型市場(chǎng)成員納入市場(chǎng)配置平臺，提供安全、清潔、優(yōu)質(zhì)的電能服務(wù)。

為保障國民經(jīng)濟發(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，必須加強新技術(shù)和新裝備的研發(fā)，為建設安全可靠、經(jīng)濟高效、清潔低碳、靈活智能的現代化電網(wǎng)提供堅強的保障。

審核編輯：黃飛