中国电机工程学会2007年一季度理事长、秘书长联席会议

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1 1/511 输电技术及系统 技术进展及发展趋势 2015 年 11 月

2 汇报提纲 2/ 技术进展及发展趋势

3 一 专题编写情况介绍 3/51 输电技术及系统涵盖了保证电网安全 可靠 高效运行的基础支撑技术 专题报告针对十个技术分支, 总结最新研究进展, 分析学科发展趋势, 提出创新发展机制与建议 1 特高压交直流电网规划与分析技术 2 电网调度控制及市场运营技术 3 特高压交流输电技术 4 特高压直流输电技术 5 电压源换相直流输电技术 6 灵活交流输电技术 7 交直流电力系统仿真计算技术 8 电力系统保护与控制技术 技术内容 9 智能变电站技术 10 电网防灾减灾

4 汇报提纲 4/51 1 专题编写情况介绍 2

5 ( 一 ) 特高压交直流电网规划与分析技术 技术进展 5/51 大电网规划技术 : 开展了交直流特高压大电网基础理论研究, 提出了大电网规划评估技术指标体系和指标计算分析方法 ; 提出大规模同步电网构建原则和安全稳定保障策略 ; 开发了国家电网一体化电网规划研究平台 交直流混合电网运行控制技术 : 研究了交直流混合电网稳定性理论和算法, 联络线功率波动的机理及计算方法, 以及连锁故障机理及分析方法 ; 掌握了特高压交流工程投运后交流输电和直流输电的各种稳定特性 ; 结合我国实际工程研究提出了安全稳定协调控制理论 方法及控制策略 源网协调技术 : 提出了提高系统低频及超低频振荡阻尼的新型分频段 PSS 优化控制技术 ; 提出了改善系统阻尼性能的调速系统优化控制技术 ; 提出了千万千瓦级风电基地涉网保护与电网二 三道防线协调配合技术

6 ( 一 ) 特高压交直流电网规划与分析技术 发展趋势 6/51 大电网 规划技 术 针对新能源发展的不同规模 不同系统环境, 从技术要求和电网适应性方面开展研究, 实现更大规模 更有效的接纳新能源 ; 结合新技术的发展状态和趋势, 滚动调整对未来电网发展形态的预判, 推动新的电力技术的实用化研究 ; 将系统论 复杂性等理论, 以及计算机科学的数据处理和分析方法引入电网规划中, 挖掘电网复杂性 脆弱性等特征, 揭示电网发展规模 结构强度 电网特征和电网安全性 经济性等联系, 高效处理与日俱增的海量数据需求 交直流混合电网运行控制技术 研究基于响应的电力系统广域控制技术, 构建电力系统安全稳定超级防线 研究大规模直流异步联网交流系统交互影响及控制技术 大容量直流馈入受端电网的电压稳定控制及直流换相失败防御技术 ; 研究跨多区域电网安全稳定协调控制技术, 直流及 FACTS 装置控制能力定位研究及相关标准的修订

7 ( 一 ) 特高压交直流电网规划与分析技术 发展趋势 7/51 继续开展发电机控制系统协调优化技术研究, 加强大型水电站 火 电站的调峰 调频能力 ; 源网协 调技术 深入开展机组涉网保护协调优化技术研究, 逐步开展涉网保护协调性测试, 研究涉网保护的配置原则和校核方法 ; 深入开展特大型交直流电网联络线功率和频率协调控制技术研究, 优化控制策略及参数, 充分发掘直流系统控制联络线功率和系统频率的能力 ; 深化大电网低频振荡抑制策略及扰动源定位技术的研究, 实现电力 系统振荡的 即测 即辨 即控 ; 深入研究次同步振荡 / 次同步谐振风险评估与抑制技术

8 ( 二 ) 电网调度控制及市场运营技术 技术进展 8/51 电网调度控制系统 调度支撑平台 电网实时监控 调度计划与安全校核 系统检测与试验验证 我国自主研发的智能电网调度控制系统 (D5000) 已成功应用于国家电网各级级调控中心, 实现了省级以上电网的实时工况共享和业务协同 突破了大电网实时监控和安全协调控制 多级调度协同的电网故障综合分析与告警和全网联合在线安全预警 全维度快速仿真等关键技术 ; 实现了调控设备故障诊断和异常的智能分析和综合告警 建立了适应不同调度模式的调度支持系统, 研发了安全约束机组组合和安全约束经济调度等应用软件 开展了大电网多周期发电计划的协调滚动优化和适应大规模新能源接入的调度计划研究 实现了各级调度计划的协调优化 安全校核 建立了电网调度自动化实验室 构建了全系统试验验证平台, 实现了对多级系统协调闭环控制 雪崩环境模拟等典型复杂电网控制功能及性能的试验验证

9 ( 二 ) 电网调度控制及市场运营技术 技术进展 9/51 电力市场运营技术 电力市场运营支撑技术 研制了面向电力用户与发电企业直接交易的全国统一电力市场技术支持平台, 通过两级部署支持全国统一市场的协作运营, 已推广应用至国家电网公司各级交易中心 电力市场分析和评估技术 建立了中长期不同模式下的购电优化模型, 开发了安全约束机组组合的多目标序列优化软件 ; 研发了基于固定市场模式的电力市场仿真软件, 对仿真和评估进行了初步尝试 ; 初步建立风险评价模型及指标体系

10 ( 二 ) 电网调度控制及市场运营技术 发展趋势 10/51 构建逻辑上高度一体化的大电网调度控制系统平台, 具备 物理分布 逻辑集中 的调度控制支撑体系, 确保电网持续安全 优质 经济运行 基于精确模型全网一体化分析, 提供完备的监视 预警和优化控制决策手段, 实时把握电网运行状态及未来变化趋势 ; 深入研究一体化调度计划预测和编制 多元能源的协调优化调度以及各时间维度调度计划的协调等关键技术 ; 深入研究间歇式能源不确定性对安全校核的影响, 在安全校核中实现潜在连锁故障隐患的快速分析 亟需提升我国多商品市场规模化 集约化运营的支撑能力 电力市场实验能力及电力市场运营评估分析能力

11 ( 三 ) 特高压交流输电技术 技术进展 11/51 目前国外没有投运的特高压交流输电工程, 我国已成功建成 3 项特高压交流输电工程, 全面验证了我国在特高压交流输电技术领域的研究成果 首个特高压同塔双回交流输电工程 皖电东送淮南 芜湖 上海工程,2013 年投运 首套特高压串联补偿装置 特高压交流试验示范工程扩建工程,2011 年投运 我国在特高压同塔双回输电 特高压串补 过电压抑制和绝缘配合优化技术方面取得多项创新性成果, 进一步提高了特高压交流输电技术的先进性和经济性, 并正在依托在建和规划的特高压交流输电工程开展新的工程实践

12 ( 三 ) 特高压交流输电技术 发展趋势 12/51 特高压同塔双回输电技术 研究不同长度线路潜供电流的深度限制 ; 研究采用高速接地开关 (HSGS) 等新措施限制潜供电流的可行性及设备的关键技术要求 特高压串联补偿技术 研究适应系统变化 灵活高效 参数易扩展的串补设计方案及测量 控制保护系统关键技术 ; 研究新型串补过电压保护方案 ; 研究特高压高补偿度串补技术应用可行性 特高压系统过电压抑制与绝缘配合优化技术 2015/12/1 研究过电压水平深度控制措施, 如采用选相合闸 可控避雷器等技术 ; 优化绝缘配合方法, 如高海拔的特高压线路和变电站

13 ( 四 ) 特高压直流输电技术 技术进展 13/51 ±1100kV 特高压直流输电技术 国外研究进展 : 世界范围内当前只有中国规划了 ±1100kV 电压等级的特高压直流输电工程, 并开展了设备的研制和系统设计 国内研究进展 : 目前已经在主回路设计 设备选型 设备制造标准以及过电压与绝缘配合等相关研究中取得一系列成果 尤其在换流变压器 换流阀 穿墙套管等关键技术领域取得突破 多端高压直流输电技术 国外研究进展 : 目前已建成并运行 5 个多端高压直流输电工程, 印度 新西兰等多个国家已开始积极探讨和研究该技术应用的可行性 国内研究进展 : 科研院所和高校对于其拓扑结构及应用场景 运行控制与保护技术 交直流相互影响等关键技术已经开展了广泛的研究工作 改善系统稳定性的直流控制保护优化技术 国外研究进展 : 世界上其它国家的直流输电工程并未面临像我国一样复杂的接入系统条件, 对直流控制保护系统进行相应调整和优化的需求并不多国内研究进展 : 国内已有科研项目针对我国复杂的交直流混联电网运行需求, 提出了直流控制系统关键环节的优化配合策略和参数优化原则

14 ( 四 ) 特高压直流输电技术 发展趋势 14/51 ±1100kV 特高压直流输电技术 输电距离 更远 输送容量 更大 电压等级 更高 损耗更小 多端高压直流输电技术 应用场景与电网规划 关键设备研究与制造 多端系统运行控制技术 交直流系统互相影响 改善系统稳定性的直流控制保护优化技术 特高压大容量直流接入系统耦合机理 针对特定接入系统条件的直流控制保护优化技术 特高压直流换相失败风险及抑制措施

15 ( 五 ) 电压源换相直流输电 技术进展 15/51 高压大容量电压源换相直流输电技术 : 直流断路器技术 : 已建设多个示范工程 : 南汇 ±30kV/20MW 电压源换相直流输电示范工程南澳 ±160kV/200MW 三端电压源换相直流输电示范工程舟山 ±200kV/400MW 五端电压源换相直流输电示范工程厦门 ±320kV/1000MW 电压源换相直流输电示范工程 已研制出 ±200kV 级的直流断路器, 计划安装在舟山多端直流 工程中

16 ( 五 ) 电压源换相直流输电 发展趋势 16/51 高压大容量电压源换相直流输电技术 : 混合直流输电技术 : 努力研发架空线传输 换流器并联等技术, 使其达到常规直流的发展水平 ; 开发制造成本可接受的超 / 特高压直流断路器 直流电网技术 : 研究利用常规直流升级改造的机会, 将现有常规直流工程改造为混合直流输电系统, 使其性能上基本达到电压源换相直流输电技术的水平 国内外均投入大量人力物力进行直流电网的研究, 欧洲已经提出了超级电网计划 张北 ±500kV/3000MW 四端直流电网示范工程正在规划中

17 ( 六 ) 灵活交流输电技术 技术进展 17/51 串联型 以 TCSC 和 TCSR 技术为代表, 已基本掌握了 TCSC 的关键和核心技术, TCSC 成套技术已实现国产化, 部分核心技术达到了国际领先水平 并联型 掌握了大容量 STATCOM 和可控高抗的国产化技术, 设计制造及应用 技术水平国际领先 串并联 2015 年底, 我国将投产国内首个 UPFC 工程, 工程采用 MMC 技术构 成电压源换流器, 技术水平国际领先 短路电流限制 基于 TPSC 技术的 500kV 短路电流限制器示范工程已投运 ; 基于超导 技术的 220kV 短路电流限制器已挂网运行, 技术水平国际领先

18 ( 六 ) 灵活交流输电技术 发展趋势 18/51 1 大容量并联动态无功补偿技术向更大容量 更高电压等级发展 针对大容量 STATCOM 级联结构的优化技术 1000kV 可控电抗器的深化研究开发, 继续开展科研创新和攻关 2 进一步推动 UPFC 技术的工程应用 针对 UPFC 装置器件模块设计 主电路结构优化设计等方面开展研究工作, 针对采用 MMC 技术设计的 UPFC 换流器, 研究控制策略的分层设计原则 3 FATCS 技术限制短路电流的应用向更大通流量 更高电压等级发展 需要解决阻抗快速转换过程中产生的暂态过电压 谐波等问题, 相应地开展理论研究 工程设计等研究工作

19 ( 七 ) 交直流电力系统仿真计算技术 技术进展 19/51 1 持续推进励磁 调速系统的实测建模 和高压直流 新能源等设备的精细化 建模 ; 2 开发了电磁暂态 机电暂态 中长期 动态的多时间尺度全过程仿真技术和 软件 ; 3 实时仿真技术取得关键突破, 开发了全数字实时仿真装置 ADPSS; U d rec U d inv Id inv 1 1 TUdr mess 1 1 TUdi mess 1 1 TIdi mess Pord V mes R L 2 P des Vmes P1 P des K1 P2 Id rec Pmod I ord K2 VDCL I P d/dt 1 1 TIdr mess Min I des - Imin Imax I ord - I d-rec K I 1 rec T I rec s MinIr MaxIr I margin - K I MinIr inv MaxIi 1 T I inv s MaxIr rec - MinIi rec 180 MaxIi 4 开发建设在线稳定评估和预警系统, 并在国调 网省公司实际运行 inv 1 1 T mess - ord max Max MinIi K G inv MaxIi 1 T G inv s MinIi MaxGi MinGi Max inv inv - 180

20 ( 七 ) 交直流电力系统仿真计算技术 发展趋势 20/51 1 不断提高建模工作的精细化程度 广度和深度 强化直流 新能源等电力电子设备的电磁暂态建模, 推进安控装置 保护 AGC 等更广范围的建模, 继续开展已投入设备的实测 参数辨识和验证工作 2 提升仿真的计算精度 规模效率 开放灵活性 提升大规模电网的电磁暂态仿真和中长期仿真能力, 提升仿真的大电网规模和运行效率, 提升仿真技术的接口开放和灵活性 3 不断提升实时仿真的技术水平和实用性 开展大规模电力电子的快速 准确的仿真方法研究, 开展适应更大规模电网的仿真方法研究, 开展实用化技术研究 4 继续推进在线稳定评估技术的功能和实用化水平 提升自动仿真分析 多角度分析及快速预警处理能力, 开展主动防御能力的研究开发和应用

21 ( 八 ) 交直流电力系统保护与控制技术 技术进展 21/51 交直流电力系统保护与控制技术主要包括超 / 特高压交流系统 智能变电站 新能源 接入电网, 微电网等方面的保护和控制技术, 以及电网的协调优化控制技术 超 / 特高压交流系统保护与控制技术 智能变电站保护与控制技术 提出了一系列保护控制理论, 保护设备研制和检验测试能力大幅提升, 实现了系统在线监测 分析和设备全寿命管理 提出了层次化保护控制的概念和技术体系, 已通过试点工程开展保护装置就地化可靠性和站域保护控制研究

22 ( 八 ) 交直流电力系统保护与控制技术 技术进展 22/51 新能源接入电网的保护与控制技术 电网协调优化控制 重点研究了新能源系统发生不同类型故障时的故障特征 控制方法及其对电网保护的影响, 提出了高压电网接入大规模新能源时的保护技术 研究主要集中在多断面协调控制 广域协调控制 智能优化控制 多 FACTS 协调控制等关键技术, 研究成果完善了大电网在线安全稳定控制理论体系并提出了一系列解决策略

23 ( 八 ) 交直流电力系统保护与控制技术 发展趋势 23/51 超 / 特高压交流系统保护与控制 : 故障特征分析向建模精细化和多特征综合分析 方向发展 ; 继电保护原理向强容错 自适应方向发展 ; 保护控制新设备研制向可 靠性高 易维护 智能化的方向发展 智能变电站保护与控制 : 提升就地 站域 广域保护控制核心理论和设备可靠性 水平, 完善层次化保护控制设备高效运维支撑技术 新能源接入系统的保护与控制 : 故障特征仿真分析向建模精细化和仿真验证动态 模拟化方向发展, 继电保护原理和保护控制向自适应 配合灵活的方向发展 电网协调优化控制 : 对智能 PSS FACTS 等各种先进 智能的设备进行协调优 化控制, 达到对网络潮流等网络参量的快速 平滑控制, 是电网协调优化控制技 术的发展趋势

24 ( 九 ) 智能变电站技术 技术进展 24/51 一次设备智能化技术实现了对变压器 开关设备 避雷器等的状态监测, 通过 一次设备 智能组件, 实现了一次设备的智能化, 在智能化变压器 智能化断路器 智能 GIS 等系列产品的研究上均取得突破 自动化设备与系统检测调试技术实现了智能设备的一键式检测, 将复杂的配置过程数字化, 提高检测效率 ; 实现了变电站二次虚拟回路的数据显示和关联数据索引可视化展示 ; 采用 SCD 校核和比对分析技术, 自动评估改扩建风险, 为智能变电站的顺利建成投运和安全可靠运行发挥了重要作用 1 智能站技术 集成式二次设备技术在高电压等级的试点工程中, 集成了多个厂家的多种产品, 二次设备出现保测一体 合智一体 多功能测控 多合一等装置, 取得了可贵的实际工程经验 一体化监控系统技术变电站一体化监控系统 变电站与主站之间协同互动等技术有了初步应用

25 ( 九 ) 智能变电站技术 发展趋势 25/ ~ ~2030 特征 设备 系统 检测 系统高度集成 结构布局合理 装备先进适用 经济节能环保 支撑调控一体 智能设备逐步集成一 二次功能, 设备传输标准化 功能配置标准化 设备接口标准化 站内一体化业务平台将进一步整合监控 保护 计量 设备状态监测 辅助监控和生产管理等业务 实现变电站系统和设备远程维护和便捷调试 集成化一体化节地节材节资 人工智能化应用分析 态势感知, 主厂站一体化运行与控制, 自主自治 即插即用 变电站与电网协同互动 智能设备具备智能控制 智能联锁和态势感知能力 具备自学习 自适应能力, 自主决策和控制 主厂站一体化业务平台, 变电站即插即用, 作为智能体与调度 相邻站 电源 用户等实时数据交换和协同互动 设备运行状态评估, 人工智能化的故障诊断和故障分析 二次设备和系统在线自检技术, 健康状态 模型数据 功能逻辑的可视化展示 即插即用协同互动

26 ( 十 ) 电网防灾减灾技术 技术进展 26/51 从电网主要灾害机理 防治技术 预警及评估 灾后抢修等方面开展了深入的研究工作, 取得了丰硕的成果, 有力地支撑了电网的安全稳定运行 输电线路防冰成套技术 覆冰预警系统已在湖南 四川 浙江等电网中得到运用, 为冰情监测体系的建设和直流融冰决策提供了强有力的技术支持 输电线路防舞成套技术 完成约 1000 多条 66kV 及以上电压等级输电线路的防舞治理, 累计线路长度超过 10 万公里

27 ( 十 ) 电网防灾减灾技术 发展趋势 27/51 电网主要灾害 监测预警 研究电网主要灾害监测方法可靠性 电网主要灾害 短期和中长期预警预报技术 微地形微气象区电网 灾害预警技术 电网主动防灾 减灾技术 建设防灾减灾技术标准体系, 提高防灾减灾的标准 化水平 ; 研发防灾减灾新材料 新产品和新装备 ; 研究智能防灾减灾技术 电网灾害评估 应急处置及智能 决策技术 2015/12/1 研究电网灾害评估方法和评估策略, 研究电网防灾 智能决策技术, 建立防灾智能决策示范工程

28 28/51 汇报完毕 谢谢!

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