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個變電站成功應(yīng)用;同時，國家電網(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在武漢特高壓交流試驗基地帶電考核。國內(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，為研制采用新環(huán)保氣體的輸電管道打下了堅實的基礎(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高，環(huán)保和絕緣要求嚴，設(shè)計、制造和運行需要考慮的因素多，國內(nèi)外均無相關(guān)技術(shù)。“若將新型環(huán)保絕緣氣體應(yīng)用于特高壓1000kV電壓等級，需解決‘三飽和、一突破’的難題，隨電壓等級升高，間隙絕緣、沿面絕緣和通流能力趨于飽和，機械強度難以突破。”項目負責人高克利說。

技術(shù)挑戰(zhàn)

項目在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，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。“項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)計難題，重點突破環(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)計和制造關(guān)鍵技術(shù)，及環(huán)保輸電管道運維檢修技術(shù)。”課題負責人周文俊介紹。

國內(nèi)外僅對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。

輸電管道運行時需承受電、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)強度設(shè)計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)計和制造技術(shù)，為輸電管道單元樣機研制提供關(guān)鍵部件。

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

圍繞上述三方面的科學和關(guān)鍵技術(shù)難題，項目開展環(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)計制造技術(shù)、1000kV環(huán)保管道輸電系統(tǒng)研制與運維技術(shù)等方面的研究。

項目預期研制出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18m的輸電管道標準單元樣機。采用的環(huán)保氣體相同壓力下氣體絕緣性能達到六氟化硫的80%，液化溫度不高于-15℃。項目的研究成果將為解決特高壓、遠距離、復雜地理環(huán)境下的輸電瓶頸提供強力支撐，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，具有顯著的經(jīng)濟社會效益。

為我國特高壓交直流混聯(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)定運行的大腦，是維系電力生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)，是保障智能電網(wǎng)運行和發(fā)展的重要手段。相比于國外，我國電網(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)已達到世界領(lǐng)先水平。其中，2008年國家電網(wǎng)公司組織研發(fā)的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)(D5000)，基于一體化平臺集成了實時監(jiān)控與預警等4大類應(yīng)用，獲得國家科技進步二等獎，目前已推廣至國網(wǎng)運營范圍內(nèi)全部省級以上及眾多地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)。

電網(wǎng)調(diào)度控制面臨新挑戰(zhàn)

當前，我國特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)運行特性發(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，特高壓長距離、大功率輸電，跨越多個氣候區(qū)，運行環(huán)境復雜多變，亟須各級調(diào)度同步掌控電網(wǎng)運行態(tài)勢;另一方面，特高壓電網(wǎng)送受端、交直流強耦合，存在局部故障影響全局的安全風險，需要在全網(wǎng)層面實時進行跨區(qū)一體化安全預警和風險防控;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)濟運行保駕護航

據(jù)國家重點研發(fā)計劃項目“大電網(wǎng)智能調(diào)度與安全預警關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”負責人、國家電力調(diào)度控制中心許洪強副主任介紹：“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)度與安全預警關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建基于云計算理念的‘物理分布、邏輯統(tǒng)一’的智能調(diào)控平臺，實現(xiàn)大電網(wǎng)整體協(xié)調(diào)控制，提升大電網(wǎng)運行安全預警能力。”

項目圍繞特高壓大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)調(diào)度運行控制重大需求設(shè)置了五個課題，即智能調(diào)控平臺體系架構(gòu)和實時透明訪問技術(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)一體化在線安全風險防控和智能決策技術(shù)，以及面向大電網(wǎng)的一體化運行智能調(diào)控平臺開發(fā)和應(yīng)用。

智能調(diào)控平臺體系架構(gòu)和實時透明訪問技術(shù)面向大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)的一體化調(diào)度運行的監(jiān)視、控制和決策的業(yè)務(wù)需求，以云計算、網(wǎng)絡(luò)科學、信息物理融合等理論為指導，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)限和需求對任意位置的電網(wǎng)信息透明訪問，實現(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、分布式源端維護與按需共享，提出數(shù)據(jù)流式處理方法，實現(xiàn)廣域數(shù)據(jù)需則可用及高速并行處理、數(shù)據(jù)分布式存儲和高效訪問技術(shù)，實現(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)通過研究異質(zhì)電源與柔性負荷響應(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)化的計算方法，采用計及置信區(qū)間的多周期多目標調(diào)度計劃生成電網(wǎng)經(jīng)濟運行域，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘和智能學習技術(shù)對大電網(wǎng)運行狀態(tài)進行多維度實時評估，從而得到電網(wǎng)最優(yōu)運行點，并指導和實施分區(qū)電網(wǎng)源荷協(xié)同優(yōu)化控制。

電網(wǎng)一體化在線安全風險防控和智能決策技術(shù)提出計及源荷雙側(cè)不確定性的大電網(wǎng)安全風險評估方法，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對大電網(wǎng)進行多時間尺度快速安全風險前瞻預警，對高風險預警場景進行大電網(wǎng)安全風險預防控制策略優(yōu)化，并跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)對三道防線和系統(tǒng)保護進行協(xié)同校核，實現(xiàn)大電網(wǎng)一體化安全風險防控和智能決策。

項目預期將研發(fā)高可擴展性和高性能的智能調(diào)控平臺并實現(xiàn)示范應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)負荷峰谷差降低5%、新能源消納能力提高3%。項目的實施，將改變調(diào)控中心各自孤立進行分析決策的現(xiàn)狀，為我國特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)安上智慧的大腦，實現(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“預想、預判、預控”能力和智能化水平，實現(xiàn)電網(wǎng)優(yōu)化運行的“自動巡航”和安全風險防控的“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)濟和社會效益。
 

【攻克送端系統(tǒng)穩(wěn)定控制 促進可再生能源跨區(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保障能源安全、應(yīng)對氣候變化的重要舉措，風力發(fā)電和光伏發(fā)電是我國可再生能源利用的主要方式。根據(jù)“十三五”規(guī)劃，到2020年我國風、光發(fā)電裝機容量將達到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，目前和將來一段時間，大基地、直流送出將是我國可再生能源開發(fā)利用的主導形式。

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)電機為主導的傳統(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，主要包括風光發(fā)電、動態(tài)無功補償、直流輸電等。以新疆哈密天中直流送端系統(tǒng)為例，風光發(fā)電容量超過10GW，動態(tài)無功補償容量超過2GW，直流輸電容量8GW，而同步發(fā)電機容量僅為5GW，電力電子裝備容量遠大