電網(wǎng)科技的兩大科學(xué)難題和一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)電科院）是國(guó)家電網(wǎng)公司直屬科研單位，成立于1951年，重點(diǎn)開展電網(wǎng)共性和基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、試驗(yàn)檢測(cè)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定，并為國(guó)家電網(wǎng)公司提供全面的技術(shù)支撐。建院以來(lái)，中國(guó)電科院承擔(dān)各類國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目近400項(xiàng)，逐步形成了世界上功能最完整、試驗(yàn)?zāi)芰ψ顝?qiáng)、技術(shù)水平最高的特高壓、大電網(wǎng)試驗(yàn)研究體系，在特高壓交直流輸變電、大電網(wǎng)控制、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域取得一批創(chuàng)新成果。2012年獲得國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，2016年獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。

黨的十九大提出，要瞄準(zhǔn)世界科技前沿，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破；加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究，拓展實(shí)施國(guó)家重大科技項(xiàng)目，突出關(guān)鍵共性技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、現(xiàn)代工程技術(shù)、顛覆性技術(shù)創(chuàng)新。國(guó)家電網(wǎng)公司著眼黨和國(guó)家工作大局，深入推進(jìn)科技發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)“一強(qiáng)三優(yōu)”現(xiàn)代公司。按照國(guó)家電網(wǎng)公司要求，中國(guó)電科院確定了“全面落實(shí)‘兩個(gè)轉(zhuǎn)變’新要求，聚焦重點(diǎn)發(fā)展方向，全面提升科技創(chuàng)新能力和支撐服務(wù)能力，加快創(chuàng)建‘兩個(gè)中心’”的奮斗目標(biāo)。

在公司科技創(chuàng)新戰(zhàn)略引領(lǐng)下，中國(guó)電科院提出一系列創(chuàng)新管理舉措，科技研發(fā)效率進(jìn)一步提升。一是強(qiáng)化科研頂層設(shè)計(jì)，使創(chuàng)新資源更加集中。初步形成“頂層設(shè)計(jì)先行、指南申報(bào)落地、戰(zhàn)略規(guī)劃兼容”的研發(fā)策劃模式，依托頂層設(shè)計(jì)凝練聚焦技術(shù)新方向，培育未來(lái)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)，并在重大戰(zhàn)略方向的遴選上支撐頂層設(shè)計(jì)，促進(jìn)科技資源進(jìn)一步向核心技術(shù)方向聚集，在資源有限的情況下，增強(qiáng)了科研投入的系統(tǒng)性、全局性和協(xié)同性。通過(guò)科研頂層設(shè)計(jì)，凝練出了47個(gè)重點(diǎn)研究方向、376項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、38項(xiàng)核心技術(shù)、8個(gè)中長(zhǎng)期戰(zhàn)略性科研方向，基本確立了中國(guó)電科院未來(lái)若干年的核心重點(diǎn)技術(shù)方向。二是實(shí)施研發(fā)組織優(yōu)化，使綜合優(yōu)勢(shì)更加凸顯。初步建立“總體設(shè)計(jì)、集中攻關(guān)、分散實(shí)施”的跨專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)機(jī)制，形成院內(nèi)單位互為補(bǔ)充、相互促進(jìn)、互通有無(wú)的協(xié)同攻關(guān)體系。探索試行項(xiàng)目負(fù)責(zé)人制，強(qiáng)化項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在人員、資源方面的支配、考核權(quán)，調(diào)動(dòng)和激發(fā)了科研人員創(chuàng)新積極性。通過(guò)優(yōu)化研發(fā)組織模式，五年來(lái)先后攻克了電力系統(tǒng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真、特高壓變電設(shè)備狀態(tài)預(yù)警、大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)、配電網(wǎng)自愈控制、規(guī)?；瘍?chǔ)能系統(tǒng)集成等一大批關(guān)鍵技術(shù)難題。

隨著國(guó)家科技計(jì)劃改革方案逐步實(shí)施，國(guó)家有關(guān)部門于2016年首次采用國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)形式組織項(xiàng)目申報(bào)。在國(guó)資委、國(guó)家電網(wǎng)公司的大力支持和有序組織下，中國(guó)電科院積極參與各相關(guān)專項(xiàng)申報(bào)，在2016年和2017年共計(jì)參與8個(gè)專項(xiàng)、47個(gè)項(xiàng)目的申報(bào)，其中31個(gè)項(xiàng)目（8項(xiàng)牽頭、23項(xiàng)配合）獲批立項(xiàng)，連續(xù)兩年成為智能電網(wǎng)領(lǐng)域中承擔(dān)項(xiàng)目最多的單位。

【實(shí)現(xiàn)高端絕緣材料國(guó)產(chǎn)化提升電氣設(shè)備可靠性——特高壓電氣設(shè)備用納米復(fù)合絕緣材料與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)】

環(huán)氧復(fù)合材料是特高壓電氣裝備的關(guān)鍵絕緣材料，用量大，且不可替代。在我國(guó)特高壓工程建設(shè)過(guò)程中，特高壓電氣設(shè)備的關(guān)鍵件——環(huán)氧絕緣件和飽和電抗器都遇到了絕緣材料性能與國(guó)外存在差距的問題。

關(guān)鍵絕緣材料國(guó)產(chǎn)化

特高壓工程建設(shè)之初，盆式絕緣子材料大部分以進(jìn)口為主，國(guó)外如ABB、三菱、東芝、日立等均掌握特高壓盆式絕緣子材料關(guān)鍵技術(shù)，其中東芝特高壓盆式絕緣子材料具備高耐熱、高韌性等特點(diǎn)，玻璃化溫度達(dá)到130℃，拉伸強(qiáng)度達(dá)到80MPa，在特高壓工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛。國(guó)內(nèi)開關(guān)制造企業(yè)如平高、西開、新東北電氣等在環(huán)氧澆注配方、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及工藝技術(shù)方面均存在較大差距，材料強(qiáng)度均在75MPa以下，玻璃化溫度為120℃左右。

特高壓盆式絕緣子在澆注成型過(guò)程中需要解決應(yīng)力控制、缺陷控制、溫度場(chǎng)控制等多項(xiàng)控制難題，深入到絕緣子用環(huán)氧樹脂澆注料層面，則需要從澆注料固化產(chǎn)物的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、多層次微觀結(jié)構(gòu)、有機(jī)—無(wú)機(jī)界面相容性、納米粒子分散與改性等方面對(duì)澆注料的配方進(jìn)行優(yōu)化。國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“特高壓電氣設(shè)備用納米復(fù)合絕緣材料與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”將從環(huán)氧樹脂及其固化劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模擬、納米粒子的合成與表面調(diào)控及分散、無(wú)機(jī)填料的表面改性、環(huán)氧復(fù)合絕緣材料澆注料的配方研制及批量化生產(chǎn)，多個(gè)層面開展系統(tǒng)研究，全面掌握環(huán)氧復(fù)合絕緣材料的配方和批量化生產(chǎn)技術(shù)。

對(duì)于換流閥用飽和電抗器，中空線圈匝與匝之間需采用樹脂進(jìn)行固定，其導(dǎo)熱性將直接影響電抗器內(nèi)部的溫度分布。據(jù)報(bào)道，電抗器用樹脂絕緣材料的熱導(dǎo)率(0.7—0.8W/(m˙K))和耐熱等級(jí)(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度90℃—100℃)偏低。如果可以將其熱導(dǎo)率提高1倍甚至更高，達(dá)到1.5W/(m˙K)以上，將極大改善鐵芯的散熱效果，大幅度降低鐵芯溫度，提高絕緣材料的使用壽命，同時(shí)能有效控制電抗器絕緣設(shè)計(jì)的難度和制造成本，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

項(xiàng)目將對(duì)直流換流閥飽和電抗器用高導(dǎo)熱絕緣封裝材料關(guān)鍵技術(shù)展開研究，攻克目前提高絕緣封裝材料熱導(dǎo)率的瓶頸問題，有效降低現(xiàn)有閥電抗器鐵芯的工作溫度，使其在設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定安全可靠運(yùn)行。研究成果將為生產(chǎn)廠家對(duì)電抗器封裝材料的配方技術(shù)、制備工藝等方面進(jìn)行有針對(duì)性地改進(jìn)提供方向，提升我國(guó)在電抗器領(lǐng)域的技術(shù)和生產(chǎn)能力，為完全擺脫國(guó)外公司在高壓直流輸電裝備中的制約奠定基礎(chǔ)。

提升設(shè)備可靠性

近年來(lái)，采用進(jìn)口環(huán)氧樹脂，國(guó)內(nèi)研制出特高壓盆式絕緣子等環(huán)氧絕緣件，已廣泛用于特高壓交流工程，然而不管是進(jìn)口材料的國(guó)產(chǎn)化絕緣件還是進(jìn)口絕緣件，其絕緣失效一直是特高壓電氣設(shè)備故障的主要原因。另外，由于我國(guó)是國(guó)際上完整掌握特高壓輸電技術(shù)的國(guó)家，并且也是世界上唯一有特高壓工程商業(yè)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的國(guó)家。用國(guó)外進(jìn)口的環(huán)氧復(fù)合材料生產(chǎn)的特高壓盆式絕緣子也發(fā)生過(guò)多次閃絡(luò)問題，尚不能很好地滿足運(yùn)行要求。環(huán)氧絕緣件的故障中，氣固界面的閃絡(luò)問題占環(huán)氧絕緣件故障的80%以上，并且難以預(yù)測(cè)。環(huán)氧絕緣件閃絡(luò)已成為制約特高壓電氣設(shè)備可靠性進(jìn)一步提升的瓶頸。為了解決這類問題，除了前文提到的加強(qiáng)對(duì)于基礎(chǔ)材料本身性能的研究，還要從設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)維診斷等方面加以系統(tǒng)解決。

本項(xiàng)目研究制備工藝、納米添加對(duì)氣固界面特性的影響，掌握氣固界面場(chǎng)強(qiáng)耐受特性與電場(chǎng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;通過(guò)建立環(huán)氧復(fù)合絕緣系統(tǒng)多場(chǎng)耦合仿真模型，研究多場(chǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法。結(jié)合絕緣件表面狀態(tài)調(diào)控，提高氣固界面耐受場(chǎng)強(qiáng)。

以現(xiàn)在的檢測(cè)手段，很多絕緣件內(nèi)部或沿面的微小缺陷難以發(fā)現(xiàn)，因此項(xiàng)目研究脈沖電流局放檢測(cè)和特高頻局放檢測(cè)優(yōu)化方法，以及X射線絕緣缺陷激勵(lì)技術(shù)、新型光纖超聲局放檢測(cè)技術(shù)、陡波沖擊試驗(yàn)技術(shù)，并研制金屬封閉式陡波沖擊電壓發(fā)生器，來(lái)提高絕緣件微缺陷檢測(cè)技術(shù)的靈敏度。

同時(shí)，研究多場(chǎng)耦合條件下絕緣件表面缺陷發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，掌握絕緣件絕緣失效原理，提出多源信息融合的絕緣件缺陷檢測(cè)技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的早期診斷，建立運(yùn)行中絕緣件缺陷危害狀態(tài)評(píng)估方法與運(yùn)維策略。降低絕緣件的故障率，提升設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

本項(xiàng)目的實(shí)施，將使我國(guó)在關(guān)鍵材料、設(shè)計(jì)制造和運(yùn)維診斷等方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，形成特高壓電氣設(shè)備用國(guó)產(chǎn)化環(huán)氧納米復(fù)合材料配方體系，可在超、特高壓方面全面替代進(jìn)口。同時(shí)將培養(yǎng)一批從事特高壓電氣設(shè)備關(guān)鍵材料與應(yīng)用和檢測(cè)相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新人才，推動(dòng)國(guó)內(nèi)特高壓電氣行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，為特高壓電氣設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)、裝備及人才保障。

項(xiàng)目研制的環(huán)保氣體全球變暖系數(shù)值僅為SF6的5%，可帶動(dòng)氣體絕緣設(shè)備環(huán)?；?jí)換代。

研發(fā)新型絕緣氣體，給電力設(shè)備輸送新鮮血液，與環(huán)境友好相處，給電力工作者提出了巨大的挑戰(zhàn)。

世界難題

國(guó)際上各大電力裝備巨頭都在積極研發(fā)新型環(huán)保氣體，美國(guó)3M公司、GE公司和ABB公司都取得了突破，正在逐漸形成技術(shù)壟斷優(yōu)勢(shì)。面對(duì)國(guó)外公司強(qiáng)勁的領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)幾代電力人嘔心瀝血，但仍主要停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，“我國(guó)替代六氟化硫的環(huán)保氣體研究仍處于探索階段，與國(guó)外同類技術(shù)相比差距較大，相關(guān)研究亟待提速和深入?！眹?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“環(huán)保型管道輸電關(guān)鍵技術(shù)”負(fù)責(zé)人、中國(guó)電力科學(xué)研究院副院長(zhǎng)高克利這樣介紹。

當(dāng)輸電線路遇到高落差、過(guò)江河等特殊地理環(huán)境條件時(shí)，采用氣體絕緣管道輸電近年來(lái)逐漸成為了架空線路的重要補(bǔ)充，中國(guó)電力科學(xué)研究院組織平高集團(tuán)、西開電氣等單位率先研制出六氟化硫絕緣的特高壓(1000kV)輸電管道，在淮南—南京—上海特高壓交流工程中3個(gè)變電站成功應(yīng)用;同時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)公司自主研發(fā)的六氟化硫混合氣體特高壓輸電管道樣機(jī)在武漢特高壓交流試驗(yàn)基地帶電考核。國(guó)內(nèi)積累多年豐富的特高壓開關(guān)類設(shè)備研發(fā)和制造經(jīng)驗(yàn)，為研制采用新環(huán)保氣體的輸電管道打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前，GE公司將新環(huán)保氣體用于420kV輸電管道并取得了工程應(yīng)用，宣稱了新環(huán)保氣體應(yīng)用于輸電管道的可行性。但1000kV環(huán)保輸電管道電壓等級(jí)高，環(huán)保和絕緣要求嚴(yán)，設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行需要考慮的因素多，國(guó)內(nèi)外均無(wú)相關(guān)技術(shù)?！叭魧⑿滦铜h(huán)保絕緣氣體應(yīng)用于特高壓1000kV電壓等級(jí)，需解決‘三飽和、一突破’的難題，隨電壓等級(jí)升高，間隙絕緣、沿面絕緣和通流能力趨于飽和，機(jī)械強(qiáng)度難以突破?！表?xiàng)目負(fù)責(zé)人高克利說(shuō)。

技術(shù)挑戰(zhàn)

項(xiàng)目在1000kV六氟化硫輸電管道研發(fā)基礎(chǔ)上，借鑒420kV新環(huán)保氣體輸電管道的研制經(jīng)驗(yàn)，攻克環(huán)保管道輸電關(guān)鍵技術(shù)，研制出1000kV環(huán)保輸電管道用新環(huán)保氣體、支撐絕緣子及輸電管道樣機(jī)?！绊?xiàng)目需解決新氣體絕緣性與環(huán)保性的矛盾和基于新氣體的氣固絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)難題，重點(diǎn)突破環(huán)保絕緣氣體中氣固絕緣體系的放電規(guī)律和氣固相容性、1000kV輸電管道用三支柱絕緣子設(shè)計(jì)和制造關(guān)鍵技術(shù)，及環(huán)保輸電管道運(yùn)維檢修技術(shù)。”課題負(fù)責(zé)人周文俊介紹。

國(guó)內(nèi)外僅對(duì)少量潛在六氟化硫替代氣體及混合氣體開展了氣固絕緣體系放電特性研究，我國(guó)尚未掌握新環(huán)?；旌蠚怏w絕緣技術(shù)，需開展放電物性參數(shù)、絕緣特性及介質(zhì)恢復(fù)特性研究。氣固材料相容性是保障輸電管道可靠性的前提，需掌握新環(huán)保氣體及其分解氣體與固體材料的相互作用規(guī)律，提出氣固相容調(diào)控方法。

輸電管道運(yùn)行時(shí)需承受電、熱和力等多應(yīng)力作用，新環(huán)保氣體特性使得環(huán)保輸電管道及支撐絕緣子的絕緣、通流和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)等方面存在較大的難度;1000kV輸電管道用三支柱絕緣子的制造工藝控制、絕緣子表面形態(tài)調(diào)控和輸電管道內(nèi)部金屬微粒抑制等面臨較大的挑戰(zhàn)。需攻克1000kV新環(huán)保氣體輸電管道三支柱絕緣子設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，為輸電管道單元樣機(jī)研制提供關(guān)鍵部件。

新環(huán)保氣體的混合制備、性能檢測(cè)、儲(chǔ)存運(yùn)輸，及輸電管道的故障檢測(cè)與定位、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)等技術(shù)，均與現(xiàn)有的六氟化硫及其設(shè)備運(yùn)維技術(shù)存在較大的差異，有必要開展新環(huán)保氣體的運(yùn)維監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，為環(huán)保型輸電管道可靠運(yùn)行提供充分的保障。

圍繞上述三方面的科學(xué)和關(guān)鍵技術(shù)難題，項(xiàng)目開展環(huán)保絕緣氣體介質(zhì)放電的物性參數(shù)及絕緣特性研究、環(huán)保氣體中氣固材料相容性和界面絕緣性能研究、1000kV輸電管道用支撐絕緣子設(shè)計(jì)制造技術(shù)、1000kV環(huán)保管道輸電系統(tǒng)研制與運(yùn)維技術(shù)等方面的研究。

項(xiàng)目預(yù)期研制出1000kV環(huán)保輸電管道用環(huán)保絕緣氣體、盆式絕緣子和三支柱絕緣子及長(zhǎng)18m的輸電管道標(biāo)準(zhǔn)單元樣機(jī)。采用的環(huán)保氣體相同壓力下氣體絕緣性能達(dá)到六氟化硫的80%，液化溫度不高于-15℃。項(xiàng)目的研究成果將為解決特高壓、遠(yuǎn)距離、復(fù)雜地理環(huán)境下的輸電瓶頸提供強(qiáng)力支撐，并可推廣應(yīng)用于其他電力設(shè)備，持續(xù)引領(lǐng)設(shè)備環(huán)境友好性升級(jí)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

為我國(guó)特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)安上智慧大腦——大電網(wǎng)智能調(diào)度與安全預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

調(diào)度是控制電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的大腦，是維系電力生產(chǎn)過(guò)程的基礎(chǔ)，是保障智能電網(wǎng)運(yùn)行和發(fā)展的重要手段。相比于國(guó)外，我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展迅速，很多技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。其中，2008年國(guó)家電網(wǎng)公司組織研發(fā)的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)(D5000)，基于一體化平臺(tái)集成了實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警等4大類應(yīng)用，獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，目前已推廣至國(guó)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)范圍內(nèi)全部省級(jí)以上及眾多地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)。

電網(wǎng)調(diào)度控制面臨新挑戰(zhàn)

當(dāng)前，我國(guó)特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)運(yùn)行特性發(fā)生深刻改變，電網(wǎng)調(diào)度控制也面臨了新的更大的挑戰(zhàn)。一方面，特高壓長(zhǎng)距離、大功率輸電，跨越多個(gè)氣候區(qū)，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，亟須各級(jí)調(diào)度同步掌控電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì);另一方面，特高壓電網(wǎng)送受端、交直流強(qiáng)耦合，存在局部故障影響全局的安全風(fēng)險(xiǎn)，需要在全網(wǎng)層面實(shí)時(shí)進(jìn)行跨區(qū)一體化安全預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)防控;此外，大范圍源—網(wǎng)—荷資源的優(yōu)化配置，亟須提升市場(chǎng)條件下全網(wǎng)范圍精益化調(diào)控的決策支撐能力。

新架構(gòu)、新技術(shù)，為大電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行保駕護(hù)航

據(jù)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“大電網(wǎng)智能調(diào)度與安全預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”負(fù)責(zé)人、國(guó)家電力調(diào)度控制中心許洪強(qiáng)副主任介紹：“現(xiàn)有調(diào)度控制系統(tǒng)沿襲了電網(wǎng)弱互聯(lián)階段的體系架構(gòu)，難以支撐大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的需求。迫切需要開展大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)一體化智能調(diào)度與安全預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建基于云計(jì)算理念的‘物理分布、邏輯統(tǒng)一’的智能調(diào)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)整體協(xié)調(diào)控制，提升大電網(wǎng)運(yùn)行安全預(yù)警能力?！?/p>

項(xiàng)目圍繞特高壓大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行控制重大需求設(shè)置了五個(gè)課題，即智能調(diào)控平臺(tái)體系架構(gòu)和實(shí)時(shí)透明訪問技術(shù)，調(diào)控系統(tǒng)按需建模與廣域數(shù)據(jù)分布式處理技術(shù)，計(jì)及源荷雙側(cè)不確定性的大電網(wǎng)智能調(diào)度控制技術(shù)，大電網(wǎng)一體化在線安全風(fēng)險(xiǎn)防控和智能決策技術(shù)，以及面向大電網(wǎng)的一體化運(yùn)行智能調(diào)控平臺(tái)開發(fā)和應(yīng)用。

智能調(diào)控平臺(tái)體系架構(gòu)和實(shí)時(shí)透明訪問技術(shù)面向大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)的一體化調(diào)度運(yùn)行的監(jiān)視、控制和決策的業(yè)務(wù)需求，以云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、信息物理融合等理論為指導(dǎo)，提出支持“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的分布式異地多活智能調(diào)控平臺(tái)體系架構(gòu);以數(shù)據(jù)資源的網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化為基礎(chǔ)，按權(quán)限和需求對(duì)任意位置的電網(wǎng)信息透明訪問，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的需則可用,為后續(xù)課題提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。

調(diào)控系統(tǒng)按需建模與廣域數(shù)據(jù)分布式處理技術(shù)著重解決大電網(wǎng)模型的靈活定義、圖模多版本管理、分布式源端維護(hù)與按需共享，提出數(shù)據(jù)流式處理方法，實(shí)現(xiàn)廣域數(shù)據(jù)需則可用及高速并行處理、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)和高效訪問技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的主子站廣域協(xié)同處理和故障診斷，為后續(xù)課題提供模型、數(shù)據(jù)支撐。

計(jì)及源荷雙側(cè)不確定性的大電網(wǎng)智能調(diào)度控制技術(shù)通過(guò)研究異質(zhì)電源與柔性負(fù)荷響應(yīng)不確定性統(tǒng)一模型和電力系統(tǒng)大規(guī)模分析及優(yōu)化的計(jì)算方法，采用計(jì)及置信區(qū)間的多周期多目標(biāo)調(diào)度計(jì)劃生成電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行域，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘和智能學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)大電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行多維度實(shí)時(shí)評(píng)估，從而得到電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)，并指導(dǎo)和實(shí)施分區(qū)電網(wǎng)源荷協(xié)同優(yōu)化控制。

電網(wǎng)一體化在線安全風(fēng)險(xiǎn)防控和智能決策技術(shù)提出計(jì)及源荷雙側(cè)不確定性的大電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)大電網(wǎng)進(jìn)行多時(shí)間尺度快速安全風(fēng)險(xiǎn)前瞻預(yù)警，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警場(chǎng)景進(jìn)行大電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防控制策略優(yōu)化，并跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)三道防線和系統(tǒng)保護(hù)進(jìn)行協(xié)同校核，實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)一體化安全風(fēng)險(xiǎn)防控和智能決策。

項(xiàng)目預(yù)期將研發(fā)高可擴(kuò)展性和高性能的智能調(diào)控平臺(tái)并實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差降低5%、新能源消納能力提高3%。項(xiàng)目的實(shí)施，將改變調(diào)控中心各自孤立進(jìn)行分析決策的現(xiàn)狀，為我國(guó)特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)安上智慧的大腦，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)的精益化調(diào)控決策，顯著提升大電網(wǎng)調(diào)度“預(yù)想、預(yù)判、預(yù)控”能力和智能化水平，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的“自動(dòng)巡航”和安全風(fēng)險(xiǎn)防控的“智能決策”。在節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)成本、降低電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差、提高新能源消納水平、避免重大停電事故等方面可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

【攻克送端系統(tǒng)穩(wěn)定控制促進(jìn)可再生能源跨區(qū)消納——可再生能源發(fā)電基地直流外送系統(tǒng)的穩(wěn)定控制技術(shù)】

大力發(fā)展可再生能源是我國(guó)保障能源安全、應(yīng)對(duì)氣候變化的重要舉措，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電是我國(guó)可再生能源利用的主要方式。根據(jù)“十三五”規(guī)劃，到2020年我國(guó)風(fēng)、光發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到3.2億千瓦，其中2億千瓦位于“三北”地區(qū)。為解決“三北”地區(qū)可再生能源消納問題，已建、在建和規(guī)劃建設(shè)特高壓直流外送通道有8條，目前和將來(lái)一段時(shí)間，大基地、直流送出將是我國(guó)可再生能源開發(fā)利用的主導(dǎo)形式。

高比例電力電子裝備接入安全穩(wěn)定問題突出

與以同步發(fā)電機(jī)為主導(dǎo)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，可再生能源發(fā)電基地直流外送系統(tǒng)最大的特征在于高比例的電力電子裝備接入，主要包括風(fēng)光發(fā)電、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、直流輸電等。以新疆哈密天中直流送端系統(tǒng)為例，風(fēng)光發(fā)電容量超過(guò)10GW，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量超過(guò)2GW，直流輸電容量8GW，而同步發(fā)電機(jī)容量?jī)H為5GW，電力電子裝備容量遠(yuǎn)大于同步發(fā)電機(jī)容量。

在電力電子裝備控制特性的主導(dǎo)作用下，可再生能源發(fā)電基地直流外送系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)差異巨大，系統(tǒng)的穩(wěn)定分析和控制面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前已開始凸顯的問題主要有兩個(gè)方面：正常工況下振蕩事故頻發(fā)，新疆哈密—鄭州直流送端電網(wǎng)已發(fā)生次/超同步振蕩100余次，曾導(dǎo)致3臺(tái)直流配套火電機(jī)組同時(shí)跳機(jī);交、直流故障下連鎖脫網(wǎng)事故風(fēng)險(xiǎn)加大，初步計(jì)算表明，甘肅酒泉—湖南直流送出功率將因此受到限制。

兩大科學(xué)難題和一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

據(jù)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“可再生能源發(fā)電基地直流外送系統(tǒng)的穩(wěn)定控制技術(shù)”負(fù)責(zé)人康勇教授介紹，本項(xiàng)目以解決目前系統(tǒng)存在的上述兩大問題為主線，攻克兩大科學(xué)難題和一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

1.多樣化裝備動(dòng)態(tài)相互作用及寬頻帶振蕩機(jī)理

可再生能源發(fā)電基地直流外送系統(tǒng)中，電力電子發(fā)電裝備數(shù)量巨大，控制復(fù)雜且存在多時(shí)間尺度耦合，基地間及其與直流輸電的動(dòng)態(tài)相互作用加劇，導(dǎo)致寬頻帶振蕩機(jī)理不明，建模與分析面臨極大挑戰(zhàn)。

2.多機(jī)多時(shí)間尺度暫態(tài)過(guò)程耦合機(jī)理及系統(tǒng)暫態(tài)行為演化規(guī)律

復(fù)雜控制作用下，多樣化裝備間呈現(xiàn)多時(shí)間尺度的電壓功角耦合，可再生能源發(fā)電裝備動(dòng)態(tài)特性與同步發(fā)電機(jī)迥異，交/直流故障時(shí)控制存在非線性切換現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)行為演化規(guī)律更為復(fù)雜，亟須探索新條件下系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定機(jī)理。

3.寬頻帶振蕩抑制與暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)

由于系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)理不清、動(dòng)態(tài)相互作用復(fù)雜，目前缺乏有效的寬頻帶振蕩抑制方法、弱同步電網(wǎng)下基地暫態(tài)穩(wěn)定控制困難，制約了可再生能源的跨區(qū)消納，亟待突破寬頻帶振蕩抑制與暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)。

項(xiàng)目牽頭單位中國(guó)電力科學(xué)研究院是我國(guó)電力行業(yè)最具實(shí)力的多學(xué)科、綜合性科研機(jī)構(gòu)。團(tuán)隊(duì)成員包括我國(guó)5個(gè)電氣工程一級(jí)學(xué)科國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科所在高校，擁有包含6個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的16個(gè)國(guó)家級(jí)研發(fā)平臺(tái)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人康勇教授長(zhǎng)期從事電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用方面的科研工作，現(xiàn)任強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任。

項(xiàng)目將提出弱同步電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電基地直流外送系統(tǒng)的穩(wěn)定控制理論與方法，形成包括論文、發(fā)明專利、國(guó)家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等一系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán);研制35kV/1MVA寬頻帶阻抗測(cè)量裝備，研發(fā)35kV/5MW級(jí)含風(fēng)/光發(fā)電、同步發(fā)電機(jī)和直流輸電的動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)，驗(yàn)證短路比小于2條件下控制方法的有效性;項(xiàng)目成果直接應(yīng)用于新疆、甘肅千萬(wàn)千瓦可再生能源基地，解決寬頻帶振蕩和直流功率受限問題，并推廣應(yīng)用，提升我國(guó)大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)消納水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

【助推能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革促進(jìn)分布式能源靈活高效消納——基于電力電子變壓器的交直流混合可再生能源技術(shù)】

近年來(lái)我國(guó)分布式可再生能源增長(zhǎng)迅速，大規(guī)模分布式可再生能源接入電網(wǎng)，對(duì)系統(tǒng)的靈活接入和有效管控提出了新的挑戰(zhàn)和更高的要求。

新技術(shù)應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)

目前可再生能源接入技術(shù)交直流變換環(huán)節(jié)較多，降低了效率、影響了接入的便捷性。另外配電網(wǎng)互聯(lián)互濟(jì)和柔性調(diào)控能力不足，也限制了分布式可再生能源的充分消納和高效利用。利用雙向多端口電力電子變壓器構(gòu)建交直流混合系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)，在多個(gè)交直流電壓等級(jí)集成分布式可再生能源，實(shí)現(xiàn)靈活安全接入;并減少變換環(huán)節(jié)，提高能源利用效率，增強(qiáng)系統(tǒng)控制能力，在更大范圍實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互補(bǔ)，充分消納可再生能源。

中國(guó)科學(xué)院電工研究所原所長(zhǎng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“基于電力電子變壓器的交直流混合可再生能源技術(shù)研究”負(fù)責(zé)人孔力研究員介紹說(shuō)：“基于電力電子變壓器等構(gòu)建的交直流混合系統(tǒng)，可為未來(lái)大量可再生能源的靈活接入、優(yōu)化配置和安全運(yùn)行控制提供有效技術(shù)手段，是未來(lái)重要發(fā)展方向，應(yīng)用前景廣闊?！?/p>

產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)

由國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司、中國(guó)科學(xué)院電工研究所、中國(guó)電力科學(xué)研究院和浙江大學(xué)等單位組成了這一項(xiàng)目的產(chǎn)、學(xué)、研、用攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)擁有新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制、新能源電力系統(tǒng)等5個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，電力電子應(yīng)用技術(shù)、電力電子技術(shù)與裝備研發(fā)等5個(gè)國(guó)家工程研究中心。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)近年來(lái)主持了相關(guān)領(lǐng)域30余項(xiàng)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，并已研制成功1MVA電力電子變壓器樣機(jī)并掛網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)是IEC“大容量可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)”技術(shù)分委會(huì)發(fā)起單位，多個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的牽頭單位，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在本領(lǐng)域具有很強(qiáng)的科研水平，支撐條件完善，確保項(xiàng)目的順利完成。

針對(duì)交直流混合分布式可再生能源系統(tǒng)的靈活接入、互補(bǔ)優(yōu)化和協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)問題，研究團(tuán)隊(duì)從“系統(tǒng)分析、優(yōu)化配置、設(shè)備研制、運(yùn)行控制、集成示范”五個(gè)方面開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

在系統(tǒng)分析方面，針對(duì)電力電子變壓器等關(guān)鍵設(shè)備交直流耦合帶來(lái)的運(yùn)行多樣性及動(dòng)態(tài)復(fù)雜性，重點(diǎn)攻關(guān)基于電力電子變壓器等關(guān)鍵設(shè)備的交直流混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性分析方法等，解決強(qiáng)耦合、非線性交直流混合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析方法問題。

在優(yōu)化配置方面，考慮交直流混合系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式的復(fù)雜性和靈活性對(duì)規(guī)劃帶來(lái)的復(fù)雜多維度難題，攻關(guān)交直流混合分布式可再生能源互補(bǔ)優(yōu)化配置多層規(guī)劃方法，并提出適合交直流系統(tǒng)的能效評(píng)估方法。

在設(shè)備研制方面，針對(duì)多端口電力電子變壓器，重點(diǎn)攻關(guān)高效高可靠性電路拓?fù)浼捌鋵捿d荷范圍效率優(yōu)化控制技術(shù)，使其效率達(dá)到96%;針對(duì)故障電流控制器，重點(diǎn)攻關(guān)集限流、分?jǐn)嗯c線路電壓調(diào)節(jié)于一體的電力電子限流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和快速響應(yīng)控制，對(duì)直流故障電流進(jìn)行快速限流和分?jǐn)?，并增?qiáng)系統(tǒng)電壓控制能力。

在運(yùn)行控制方面，充分利用電力電子變壓器量測(cè)信息和柔性控制能力，重點(diǎn)攻關(guān)交直流混合可再生能源系統(tǒng)時(shí)序遞進(jìn)優(yōu)化調(diào)度方法，解決多維度、強(qiáng)非線性的復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化和控制問題，發(fā)揮電力電子變壓器靈活組網(wǎng)和柔性控制能力，提升可再生能源接入和消納能力，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

在集成示范方面，針對(duì)交直流分布式可再生能源的多設(shè)備、多參數(shù)集成問題，重點(diǎn)攻關(guān)關(guān)鍵設(shè)備集成、系統(tǒng)信息交互集成等技術(shù)，并研究系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)，開發(fā)相應(yīng)的測(cè)試平臺(tái)并完成示范。

項(xiàng)目預(yù)期成果包括3MW雙向四端口電力電子變壓器、1.2MW/±750Vdc直流故障電流控制器、優(yōu)化運(yùn)行控制系統(tǒng)、規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件等。項(xiàng)目成果將在國(guó)際能源變革論壇永久會(huì)址蘇州同里開展示范驗(yàn)證，示范驗(yàn)證結(jié)合區(qū)內(nèi)高占比的可再生能源，將其接入電力電子變壓器不同電壓等級(jí)端口，向國(guó)際能源變革論壇永久會(huì)址等重要直流負(fù)荷供電，有效提升能源利用效率和消納能力，同時(shí)保證能源供給可靠性。

項(xiàng)目的實(shí)施將推動(dòng)交直流分布式可再生能源的技術(shù)發(fā)展，為提升我國(guó)分布式可再生能源接入和消納水平、提高系統(tǒng)安全運(yùn)行控制能力提供核心技術(shù)和實(shí)證經(jīng)驗(yàn)。