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改革开放40年|电力科技创新发展成果展示!

北极星输配电网  来源:国家电网公司    2018/8/21 8:27:56  我要投稿  

北极星输配电网讯:核心提示科技是国之利器,国家赖之以强,企业赖之以赢,人民生活赖之以好。改革开放40年来,中国电力科技取得了飞跃式的发展。国家电网公司瞄准电网科技制高点,大力推进自主创新,把创新作为引领发展的第一动力,贯穿企业经营发展全过程,在特高压输电、智能电网、大电网运行控制等方面,取得了一批具有全球领先水平的科技创新成果。研发了世界上最先进的特高压输电技术,电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的准东—皖南±1100千伏特高压直流输电工程预计将于年底投运。国家电网已成为全球能源资源配置能力最为强大、全球并网新能源装机规模最大的电网,同时也是全球安全运行水平最高的电网之一。

中国电科院作为国家电网公司直属科研单位,是中国电力行业多学科、综合性的科研机构,其40年来取得的科技成就是中国电力科技进步的缩影。目前,依托中国电科院,9个国家级实验室(含3个国家重点实验室)、7个省部级实验室、国家电网公司“四基地两中心”相继建成,构建了目前世界上功能最完整、试验能力最强、技术水平最高的特高压、大电网试验研究体系,在大电网安全稳定经济运行、特高压交直流输电、大规模新能源并网等方面发挥了重大作用。中国电科院先后获得国家科技进步特等奖2项、一等奖10项,中国专利金奖4项,中国标准创新贡献一等奖7项。2017年,电网安全与节能国家重点实验室在国家科技部组织的5年期评估中获评能源领域唯一“优秀实验室”。这些成果,直接服务于电力建设主战场,为解决我国电力规划、建设、生产和运行中的关键技术,提高技术创新能力发挥了重大作用。

电力系统仿真分析和安全防御技术

电力系统仿真分析和安全防御技术是电网规划、建设、运行的重要理论和技术基础。1976年以来,中国电科院以“支撑电网发展、保障电网安全”为目标,在电网稳定性理论、仿真分析、安全防御领域取得了一系列原创性成果,支撑我国电网发展为世界上电压等级最高、规模最大、安全运行纪录最长的特大型电网。

上世纪70年代起,我国电网由高压(220千伏)局部电网向超高压(330千伏、500千伏)省际互联电网升级,中国电科院开始电网建模仿真和稳定性分析技术研究。历时10余年,科研人员揭示了超高压电网稳定机理,掌握了分析技术,研发出我国首套大型电网仿真分析软件。该软件自上世纪80年代以来一直是我国电网规划设计、调度运行必需的计算工具,探索走出了一条满足国家重大需求、独立自主、创新发展的道路。

上世纪80年代末起,在国家各类重大项目支持下,周孝信、郭剑波和汤涌等专家带领电力系统仿真分析团队持续开展电力电子技术和计算技术在电网中的应用研究,紧密围绕我国发展±500千伏直流输电重大技术需求,攻克交直流互联电网运行控制关键技术,支撑了电网由纯交流向交直流互联发展。

进入新世纪,中国电科院在大规模互联电网稳定性理论、安全防御控制技术等方面取得一系列原创性成果:开发系列先进电网仿真软件,在世界上首次实现多时间尺度仿真,研制国际首套大电网全数字实时仿真装置,实现电网实时仿真技术国际领先,建成国家电网仿真中心和数据中心形成世界上功能最强的电网仿真体系,相关成果先后获1985年和2009年国家科技进步一等奖、2003年国家科技进步二等奖、2010年中国专利金奖;创建强迫振荡、功率波动、故障传播等稳定性理论,解决了复杂电网振荡机理不明、功率转移引发大停电事故的防控难题等电网分析方面的难题,为交直流电网安全运行奠定了理论和技术基础,相关成果获2016年国家科技进步一等奖,1992年国家科技进步二等奖、三等奖1项、中国专利优秀奖2项;研制我国首套电力系统稳定器、世界上容量最大电压最高的可控串联补偿装置、世界领先的多直流安全稳定协调控制系统,构建了国家电网安全防御技术体系,获2008年国家科技进步一等奖和1990年、2015国家科技进步二等奖,三等奖1项。

这些成果支撑了我国由超高压向特高压全国互联电网升级,揭示了世界唯一的特高压交直流互联大电网的新机理,显著提高了电网安全水平,为三峡输电系统、全国联网和特高压交直流电网等国家重大工程提供了强有力的理论和技术支撑,保障了电网长期安全运行。研究成果为推动我国电网技术重大进步作出了突出贡献。(宋新立 何樱 李强 居秀丽)

超特高压输电技术

超特高压输电技术指包括交流500千伏、750千伏、1000千伏及以上,直流±500千伏、±660千伏、±800千伏及以上电压等级的输电技术,具有输送容量大、距离远、损耗低等优点。超特高压输电技术是中国实现能源大范围优化配置的战略途径。

为解决超特高压输电的重大共性关键技术问题,在国家科技部等有关部委和两院院士的指导下,国家电网公司牵头,联合科研、高校、设备制造等160多家单位协同合作,在理论、技术、标准、装备及工程建设、运行等方面取得全面创新突破。公司开展了国家“973”计划、“863”计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个国家重大科研项目以及500余项公司科技项目的研究。经过数十年的艰苦攻关,我国先后攻克了交流500千伏、750千伏、1000千伏及以上,直流±500千伏、±660千伏、±800千伏及以上特高电压,特大电流下的绝缘特性、电磁环境、试验技术等世界级难题,研制出了超特高压变压器、开关、换流阀、平波电抗器、控制保护等重要核心装备。

设备方面,研制了世界首台单体式150万千伏安/1000千伏单相特高压交流变压器,主要技术性能指标达到国际领先水平;研制了代表世界最高水平的63千安培、1100千伏特高压开关设备,是世界上运行电压等级最高的开关类产品;研制了世界首台特高压气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)产品,并在淮南—南京—上海特高压交流工程中示范应用;研制了±800千伏换流变压器、控制保护系统、直流转换开关以及±1100千伏换流阀、直流穿墙套管等特高压直流成套设备。

线路方面,建立了特高压交流输电线路高强钢管塔结构设计理论体系,达到国际领先水平,研究成果应用于多条特高压直流输电线路工程;提出了900平方毫米、1000平方毫米、1250平方毫米大截面导线及配套金具的设计、制造、施工技术,有效减少线路损耗,降低输电线路的表面场强、无线电干扰和可听噪声。

截至2017年年底,公司已建成了“八交十直”特高压骨干电网。特高压电网的建设为解决我国能源与电力负荷逆向分布问题,推动我国西部资源优势转化为经济优势,推进能源革命,防治大气污染奠定了坚实基础。“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”于2012年获得国家科技进步特等奖,“特高压±800千伏直流输电工程”于2017年获得国家科技进步特等奖。

依托超特高压输电技术的突破发展,首个由我国自主提出并获得批准的IEC技术委员会TC115(高压直流输电技术委员会)成立,秘书处设在中国。同时,IEC成立了TC122(特高压交流输电系统技术委员会),中国担任主席。目前,由我国主导的特高压技术国际标准已发布7项,在编10项。我国在国际电工标准领域的话语权和影响力大幅提升,中国成为IEC常任理事国,国家电网公司董事长舒印彪从2013年起任IEC副主席至今。

超特高压输电技术的研发成功,显著提升了我国电工装备制造的自住创新能力和国际竞争力,带动国内制造企业全面主导国内市场并进军国际市场,研发的大功率器件和先进控制技术延伸应用到军工和工业自动化领域,电工装备成为中国制造的“金色名片”,近年来带动电工装备累计出口超过350亿美元。我国成功中标巴西美丽山水电送出±800千伏直流一、二期项目,实现了中国特高压输电技术、标准、装备等国际化输出。为“一带一路”建设提供了中国能源互联方案。目前,依托特高压输电技术,我国正积极推进与俄罗斯、哈萨克斯坦、巴基斯坦等周边国家能源电力设施互联互通合作。同时,正在建设±1100千伏直流输电工程。

超特高压输电技术是能源电力领域的重大创新,是世界电力工业发展史上的重要里程碑,对于加快我国能源转型升级具有重大意义。

电力自动化相关技术

1996年,由当时的电力部电力科学研究院与东北电管局联合开发的,具有我国独立自主知识产权和国际先进水平的CC-2000开放式、面向对象的EMS/DMS系统开发成功。2004年,南京自动化研究院成功研发了OPEN-3000调度自动化系统。这两项科研成果,结束了当时我国同类产品主要依靠国外引进的历史,我国电网调度自动化技术由此进入了一个具有里程碑意义的新阶段。CC-2000开放式、面向对象的EMS/DMS支撑系统和之后开发成功的基于CC-2000支撑平台的EMS高级应用软件分别于2000年和2003年摘取了国家科技进步一等奖和二等奖的殊荣,基于标准化平台的电网调度自动化集成系统OPEN-3000于2007年获得了国家科技进步二等奖。这些成果彻底改变了我国网省调度自动化系统依靠国外引进的历史,为中国独立版权的EMS软件产业化作出了巨大贡献。

2009年,国调中心牵头组织,以中国电科院和国网电科院为主的科研团队成功研发了智能电网调度控制系统(D5000),并于2010年投入实际运行。该系统在CC-2000和OPEN-3000的基础上,首次研发了适应大电网调度控制业务“横向集成、纵向贯通”的一体化支撑平台,攻克了多级调度协同的大电网智能告警和协调控制、全网联合在线安全稳定分析、安全约束机组组合等重大技术难题,实现了特大电网多级(国网省)调度控制业务的一体化协同运作,促进了可再生能源有效消纳。系统的成功应用推动了电网调度技术的升级换代,实现了电网实时监测从稳态到动态、电网分析从离线到在线、电网控制从局部到全局、电网调度从单独到协同的重要技术进步。特大电网一体化调度控制系统关键技术及规模化应用获2013年度国家科学技术进步二等奖。D5000核心技术已经形成国家标准及行业标准共20余项,我国主持起草的两项IEC国际标准正式发布。

上世纪70年代末,变电站自动化技术迎来一个黄金发展时期。1978年投运第一套国产变电站自动化系统,2004年研制出国产电子式互感器,2006年投运第一套数字化变电站,2010年投运第一套智能变电站,截至2017年年底,公司共建成智能变电站4900座,最高电压等级为750千伏,建设规模世界领先。建设智能变电站带动了变电站相关技术进步,并由此建立了相关标准体系。2000年,DISA&DR2000变电站自动化设备获得国家科技进步二等奖;2017年,智能变电站相关标准体系研究和标准制定获得了中国电力创新奖(标准奖)一等奖。

“十一五”、“十二五”期间,公司自主设计和研制了拥有完全自主知识产权的电力市场技术支撑系统和全国统一电力市场交易平台,并推广到南网、澳门等合计36家单位应用,全面支撑了总(分)部及各省市交易中心的核心业务需求,获得了省部级以上科技奖励11项。全国统一电力市场交易平台是目前世界上覆盖面积最大的电力市场交易平台,成功解决了灵活适应市场规则变化的技术难题,实现了分层分区的电力交易协调运作,成果总体达到国际先进水平。

新能源发电并网技术

2006年,中国电科院成立新能源研究所,在国内率先开展新能源并网仿真与试验研究。建立了多时间尺度新能源并网仿真平台,为科学论证新能源并网问题提供了必备的技术手段。在世界上首次提出了风电机组电网适应性试验方法,组织研制了电网运行模拟装置和新型低电压穿越检测装置,解决了风电机组全工况高效试验的难题。建成了世界上规模最大、唯一具备风电机组全部并网性能试验功能的张北基地,显著提高了风电机组试验和检测效率,支撑了我国风电机组制造业的自主创新和国际化战略。风电并网试验能力先后获得除欧美国家之外唯一的国际风电检测机构组织(MEASNET)资质,和亚洲首家国际电工委员会可再生能源实验室(IECRE),进一步提高我国在新能源发电检测领域的国际影响力和话语权,在引领我国新能源技术进步、促进我国风电装备产业参与国际竞争方面作出了贡献。主持完成我国所有型号风电机组的并网性能试验,解决了风电机组低电压脱网问题,风电机组大面积脱网事件由2011年8起(5447台次)下降到2012年2起(1244台次),2013年之后再未发生。大型风电并网运行与试验检测关键技术及应用相关成果荣获2013年度国家科技进步二等奖。

2008年,中国电科院在国内率先开展风电/光伏功率预测与调度研究。针对我国风电/光伏发电地域分布广、发展速度快、运行数据少等挑战,首次提出了基于天气过程辨识的新能源功率预测方法。根据国际比对结果,预测精度高于国外水平。预测方法用于葡萄牙电网,预测精度较原有方法提高2%。提出包含相关性随机变量的优化模型快速求解方法,实现了新能源在线随机优化调度,主持研发了新能源功率预测和调度系统,形成具有自主知识产权的新能源发电调度运行核心技术及相应的系列产品,系统用于我国24个省级及以上电网,覆盖新能源装机容量超过8000万千瓦。成果推广后,新能源受限地区在过去3年累计多消纳新能源电量300多亿千瓦时。新能源发电调度运行关键技术及应用研究成果荣获2016年度国家科技进步二等奖。

针对国内新能源发电并网技术标准缺失等问题,中国电科院主持和参与制定了GB/T19963《风电场接入电力系统技术规定》和GB/T19964《光伏发电站接入电力系统技术规定》等20余项国家/行业技术标准。形成了符合我国新能源发展模式的并网标准体系,实现了新能源规划设计、试验检测、功率预测和调度运行全环节标准化,达到世界先进水平。在近10年我国新能源增速与装机容量均居世界第一的情况下,保证了新能源可靠并网、稳定运行和高效消纳。系列标准广泛应用于电网企业、科研机构、咨询设计单位、新能源开发商和装备制造业等,有力地支撑了我国新能源并网运行与电网安全稳定,引领新能源发电装备并网性能的快速提升,取得了显著的经济和社会效益。组织发起并促成国际电工委员会成立了可再生能源接入电网分技术委员会(IECSC8A),秘书处设在中国。中国电科院牵头编制的《GB/T19963风电场接入电力系统技术规定》《GB/T19964光伏发电站接入电力系统技术规定》等24项标准获2016年中国标准创新贡献奖。

原标题:电力科技40年

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