智能电网十大关键技术解析

电力系统是一个技术密集型的行业，新技术的应用与电力系统发展是密切相关的，也是推动电网发展的强大动力。我们国家现在的电网发展已经进入了一个新的发展阶段，建成了一个特高压的骨干网架，根据电网电压协调发展的坚强智能电网正在稳步推进。要实行电网智能话发展，存在很多技术性问题和挑战。

要解决风电场大规模并网，给电力系统安全稳定性评估分析及对策等问题。解决变电站自动化调度中心自愈能力。分布式发电并网、需求式管理。攻克新型直流输电、大规模储能，超导电力等技术问题。在电力市场方面，要解决市场体系设计、电价机制设计、电力发展机制等问题。

目前我国智能电网研究主要关注以下十项关键技术上：

1.特高压交、直流输电技术

（1）2011年12月份，特高压科技工程顺利投入运行，特高压交流输电技术顺利通过了500万千瓦的输电能力考验，具备了大电源在集体外送输电工程中往外运送的条件，我们一期工程最大只能输送240万千瓦左右的能力，经过扩建以后， 增加了变压器，输送能力超过了500万千瓦12月8日12时~15时，工程在电网全接线运行方式下，稳定运行在500万千瓦水平，平均功率518.7万千瓦。其中14时12分~48分，进行了超500万千瓦功率运行实验，平均功率533.8万千瓦。

（2）大容量特高压开关

我国在国际上率先建立了63千安特高压开关的试验能力，并首次研制成功电力等级最高、电流开断能力最强的特高压开关，实现了世界高压开关试验和制造技术的重大突破。

（3）特高压升压变压器

能源基地大型发电机组通过特高压升压变压器直接接入电网，有利于提高电源送出通道输送能力，发挥特高压大容量书店的优势。特高压升压变压器属世界首次研制，国网公司组织三大变压器厂联合攻关，在世界上首次研制成功额定容量100万千伏安的双柱特高压变压器，代表了国际同类设备制造的最高水平。

（4）特高压同塔双回输电技术

特高压同塔双回路的走廊宽度与两个单回路相比，可以从140米下降至80米，结合后续特高压工程，对特高压同塔双回输电的关键技术进行了深入研究，功课了过电压绝缘配合、导线排列、雷电防护、潜供电流、杆塔设计等关键技术。目前，已在安徽淮南—上海特高压输电工程中得到应用。

（5）特高压可控高抗技术

采用可控高抗技术，能够动态补偿输电系统的柔性输电功率，调节系统电压，可以限制系统的高电压，提高系统的安全性。特高压可控高抗技术在世界上属于首次研制。目前已经全面突破系统集成等关键技术。

（6）±1100kV特高压直流输电技术

±1100kV特高压直流输电关键技术研究已经取得重大进展，技术规范已正式发布，为全面开展设备研制和成套设计和试验打下了坚实的基础。

（7）特高压多段直流输电技术

特高压多段直流输电技术研究已全面展开，主回路结构、主接线方式、过电压及绝缘配合、系统运行方式及控制策略等试验研究工作已取得初步成果。在能源基地多个电源协调外送，向多个受端系统供电等方面具有应用价值，将提高特高压直流输电系统的灵活性和安全性。

2.智能输变电装备技术

装备技术是实现智能电网的基础，通过将智能技术整合到输变电装备中，使其向大容量、低损耗、环境友好、智能化方向发展，是提高供电可靠性的重要保障。

（1）变压器

朝着高可靠性、安全（难燃、低噪声）、低损耗、智能化及紧凑化方向发展，其技术经济指标将会进一步提高，随着未来新材料和新技术的发展，变压器也将随之出现变革。

（2）断路器

SF6断路器继续在高电压、大电流、高可靠性和选相控制的方向发展。真空断路器会继续向高电压发展，固态断路器将主要应用在一些需要高性能开断和投入的场合。在直流输电领域，高压直流断路器的研制和应用，将推动多段直流输电的发展，推进电网形态发生变革。

（3）电子式互感器

电子式互感器将得到广泛应用，研究的重点包括：技术规范化和智能化；外国相关技术；功能拓展等等。

（4）输变电设备在线监测及故障诊断技术

变电站和输电线路的在线监测和智能维护技术将迅速发展，全面采用智能传感技术和自动实时的预警机制。逐步实现变电站一次主设备的全息监测和实时状态评价，在输电线路中安装监测导线、杆塔、绝缘子的电、热、力、像等传感器，实现在线监测。

（5）输电设备新材料

为了进一步节约走廊、提高输送容量、减小损耗，输电设备大量采用节能、环保的新材料，输电导线的电、热、机械性能将进一步提高。大截面导线、耐热导线、复合材料芯导线、复合绝缘子、高强度钢材和钢管杆塔将广泛应用；高压复合材料杆塔将开始研制。随着超导材料技术的突破，远期超导输电技术将逐步得到应用。

3.新型电力电子器件及应用技术

电力电子技术和装备应用于交、直流输电系统，可以显著提高电网发、输、配、用各个环节的可控性，推动风能、太阳能等可再生能源的开发和利用，是实现坚强智能电网的重要保障。随着材料技术的发展，电力电子器件级的技术会响应取得突破，对输电技术体系产生巨大影响，将促进电力系统实现整体技术提升。

3.1柔性交流输电技术

国家电网公司编制了“电力系统电力电子关键技术研究框架”，加紧开展柔性交流输电技术的研发。目前基于晶闸管半控器件的FACTS装置已推广应用；基于全控器件的静止同步补偿器（STATCOM）也取得了重大技术突破，逐步得到应用。

3.2柔性直流输电技术

国家电网公司于2006年5月制订了《电压源换相高压直流输电系统关键技术研究框架》，全面启动了该技术的系统研究。目前，上海南汇风电场VSC-HVDC示范工程已投入运行；大连1000MW级VSC-HVDC工程进入建设阶段；舟山VSC-HVDC工程也开始前期工作。

（1）电压源换相高压直流输电技术（VSC—HVDC）

采用新型全控型电力电子器件IGBT构成换流器，其主要特点如下：可以对有功和无功功率进行精确控制。无需外部交流网提供换相电压，不会发生换相失败。可以很好地解决换流器谐波问题。大大减少无功补偿容量和换流站占地位置。大大减少无功补偿容量和换流站占地面积。

（2）电压源换相高压直流（VSC-HVDC）配电网

采用VSC-HVDC技术，构成配电网，能够实现对电网参数，网络结构的灵活快速控制，输送功率的合理分配。这属于前瞻性配电网技术，目前处于基础理论研究阶段，尚无工程应用。

4.大规模交、直流混合电网安全稳定控制技术

电力系统被誉为最复杂的人造系统，也是可靠性要求极高的庞大系统，必须应用现金的安全稳定控制技术，建立完善的大规模交直流混合电网电网协调控制体系。

大规模交直流混联电网安全稳定控制技术体现在以下几个方面：

（1）建立在线安全分析、评估和决策理论，构建防范电网大面积停电的在线实时预警和防御体系。

（2）智能PSS和TCSC、SVC等FACTS设备推广应用，达到对网络潮流和母线电压的快速、平滑调节与控制。

（3）应用现金控制及信息技术，针对交直流混合、多滞留亏馈入和新能源发电并网等，构建具有高度适应性的电网安全控制系统。

5.电网调度的全局优化与协调控制技术

电网智能化调度在智能电网体系中起到“神经中枢”的作用。借助先进的计算机、通信、电力系统分析和控制理论及技术，实现对电网调度的全局优化与协调控制，保证大电网的安全、经济运行。

（1）构建智能调度中心

在信息支撑方面，建立分布式一体化数据和参数共享平台，实现基于三维可视化的智能互动式人机交互系统；在电网安全防御方面，建成在线安全评估和预警防控体系；实现基于PMU的高级应用和广域安全稳定监控；在电网运行优化方面，实现计划和调度的时空优化协调，实现基于全局信息优化的有功、无功闭环控制。

（2）建立适应新能源发电的新型能量管理系统

随着风、光、储系统和电动汽车等大规模商业化运行，建立与之相适应的新型能量管理系统。对接入电网的发、用、储等设备进行统一调度管理，有效平衡间歇性发电功率和电网负荷状态之间的不同步性，提高接纳间歇性可再生能源发电的能力。

6.可再生能源发电友好接入技术

开发和应用间歇性电源友好接入技术，将直接推动风电、太阳能等可再生能源的开发利用。实现各种类型可再生能源发电过程建模，掌握可再生能源大规模接入后的系统运行特性。建立可再生能源发电的功率预测系统和现金的运行控制装置，实现对大规模间歇式电源有功、无功等物理量的全面控制。

7.大容量储能技术

主要着眼于最有可能出现突破并世纪推广应用的大容量电池储能技术。该项技术一旦突破，将使目前的配用电体系发生重大变革，并且也将对风电、太阳能等可再生能源的间歇性问题提供一种可行的解决方案。

8.智能配电网和微网技术

着力于提高配电网的智能化水平，重点是配电网对分布式电源、微网、电动汽车等新型配用电设备或系统的接纳和适应。开发高级配电自动化系统，适应分布式电源、储能系统、用户定制电力技术、电动汽车充放电设施等方面的要求；构建智能配电终端软、硬件平台，实现短路接地故障的快速自愈，以及电压和无功综合优化控制等功能。

9.灵活接入、双向互动的综合用户服务技术

智能用电技术实现在供电侧与用户之间的双向互动，从用户的角度来看，未来电网不再局限于传统的“供电”，而形成即是综合供能的现代能源网络，又能提供信息服务等新型功能的综合网络。

10.低碳、高效的电力市场技术

建设低碳环保、开放有序、竞争充分、搞笑协调、促进安全、服务用户的电力市场。将可再生、分布式新能源与电动汽车、储能元件等新型市场成员纳入市场配置平台，提供安全、清洁、优质的电能服务。

为保障国民经济发展和人民生活水平的提高，我国电网正处于加快发展的关键时期，必须加强新技术和新装备的研发，为建设安全可靠、经济高效、清洁低碳、灵活智能的现代化电网提供坚强的保障。

审核编辑：黄飞