十二五期间,公司持续加大科技投入和能力建设,一大批新理论、新技术、新装备、新材料、新工艺在特高压工程、电网智能化、大电网安全、新能源消纳等领域成功应用,电网整体技术水平大为提升,社会和经济效益成效斐然,应用研究、系统集成、运行维护、装备制造等方面总体上达到了国际先进水平,特高压大

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【干货】国家电网公司技术发展现状

2016-03-21 10:24 来源:国研中电输配电中心 

“十二五”期间,公司持续加大科技投入和能力建设,一大批新理论、新技术、新装备、新材料、新工艺在特高压工程、电网智能化、大电网安全、新能源消纳等领域成功应用,电网整体技术水平大为提升,社会和经济效益成效斐然,应用研究、系统集成、运行维护、装备制造等方面总体上达到了国际先进水平,特高压大电网、智能电网综合水平达到国际领先水平。但应看到,公司在基础性、前沿性和原创性技术等方面,虽然各技术领域情况不尽相同,但整体上仍处于追赶国际领先水平的阶段。

1电网安全与控制技术

(1)电网安全分析与仿真技术能力不断巩固提高

实现了基于特高压直流工程的仿真建模和应用,完善了电磁机电暂态混合仿真并实现了多回直流换相失败对特高压联络线影响的精确模拟;推进了在线稳定分析与决策体系建设,完成了国分省三级调控中心的功能部署;研发了大电网时空综合战略研究报告模型,在“三华”特高压同步电网构建中发挥了重要作用;电网战略研究报告与运行重大专项在大电网故障扰动冲击影响机理、低频振荡扰动源定位、在线稳定分析实用化等方面取得标志性成果,全面巩固和提升了对特高压交直流电网战略研究报告、运行的技术支撑能力。

该技术领域整体处于国际先进水平,但在大规模交直流电网精细化仿真、大电网分析控制支撑技术等方面还不能完全满足电网发展需要。

(2)电网安全控制与保护技术持续保持领先地位

提出了基于响应的大电网稳定控制理论和方法、应对电网异常状态的综合防御技术,建成了华中电网跨区交直流电网协调控制系统示范工程。建立了就地-站域-广域的层次化保护体系,研制了适用于特高压系统、智能变电站、交直流混联电网的控制保护设备并得到广泛应用,显著提升了控制保护检验测试能力,建立了控制保护系统设备的全寿命管理系统。

电网安全控制保护理论及实用化方面已处于国际领先地位,但在大停电连锁故障阻断和防御技术、大规模新能源接入背景下的控制与保护协调等方面尚需深化研究,实用化水平有待提升。

(3)电力系统自动化技术迈上新台阶

研发了智能电网调度控制系统,被列入2012年国家重点新产品计划战略性创新产品清单,实现了国家电网各级调度的推广应用。《特大电网一体化调度控制系统关键技术及规模化应用》研究成果获得国家科技进步二等奖。研发了全国统一电力市场交易平台,实现了全面推广建设。一次设备智能化和二次设备集成化技术得到实际应用,有效提升了变电站的总体智能化水平。实现了大型抽水蓄能电站自动化成套控制系统的国产化,打破了国外的长期垄断。

该技术领域整体已处于国际领先地位,但现有调度系统信息共享方式、分立分析和决策控制模式,以及主厂站交互方式还不能完全适应电网快速发展的新要求,日前及实时电力市场运营技术与国际领先水平仍有较大差距。

2输变电技术

(1)超/特高压输变电技术取得巨大成就

研究了特高压交流输电绝缘配置、雷电防护、电磁环境控制、运行检修等关键技术,攻克了特高压同塔多回输电技术,提升了特高压交流工程设计与施工水平,完善了工程运行维护及试验技术,完成了±1100kV直流系统主设备技术储备,形成了±1100kV特高压直流输变电的设计、设备、施工和运行等系列规程规范或标准,其中成套设计研究成果已经在准东-成都±1100kV特高压直流工程的设计中得到应用。持续完善了±800kV直流输电关键技术,提升了±800kV换流变压器、换流阀、金具和套管技术参数和制造水平并在哈郑、溪浙、灵绍等±800kV特高压直流工程中应用。“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”荣获国家科学技术进步特等奖。

该技术领域全面处于国际领先水平,但在基础理论深化、特高压工程精细化设计、特高压设备及运维技术等方面仍须持续提升,以突破部分基础研究瓶颈,优化工程设计与运维,保证工程的环境友好性和资源节约性。

(2)输变电装备技术实现长足进步

研制了1000kV国产化GIS并示范应用,研发了126kV智能隔离断路器并在重庆大石变示范应用,研制了1000kV单相升压变,研制了1000kV罐式电容式电压互感器并在皖电东送工程挂网运行,研制成功世界首支1100kV/3150A干式油气套管和国内首支1100kV/3150A油浸式油气套管,研制了世界首套特高压串补装置并在晋东南-荆门工程示范应用,突破了特高压直流换流阀技术并在锦-苏和哈-郑示范应用,突破了多端柔性直流输电技术并在浙江舟山实现了世界首个多端柔性直流输电的工程应用。

该技术领域整体上取得了长足进步,实现了全系列、全电压等级装备的基本自主制备,其应用技术达到了国际先进水平。与国外领先水平差距体现在高端装备基础能力、经验积淀与原始创新等方面,在灭弧机理、电子互感器可用性、高压电缆料及附件/特高压套管国产化、新型FACTS装置、混合直流输电等技术方面仍存不足。

(3)输变电工程设计施工与环保技术实现飞跃

在特大型工程设计施工、智能电网核心技术、柔性直流成套关键技术等方面取得突破,在基础理论研究、数字化设计技术研究、施工新技术新设备研发、工程环保监测体系建立等方面取得了实质性飞跃。“5交4直”特高压工程、青藏联网工程获得多项工程建设和科研大奖,完成了覆盖全电压等级的“三通一标”成果,新型复合材料芯导线、大规格高强钢、新型杆塔、新型智能设备实现了大规模工程应用。开展特高压输电工程电磁环境试验关键技术研究,掌握了电磁环境特性及分布规律,开发了交直流混合电场和高性能直流合成电场测试系统,提出了特高压线路金具电晕噪声控制方法,建设了大型极低频场对动植物生态影响试验研究平台,研制SF6回收净化再利用装置并取得国际领先成果,全面调研和掌握了公司职业卫生现状,施工和环保技术全面支撑了工程建设和运行。

该技术领域达到国际领先水平,但仍需在特高压设计优化、利用云平台的设计技术协同、大容量柔性直流成套设计、新型勘测技术、新材料新设备在工程中的应用等方面加强研究;开展施工仿真虚拟现实技术研究,构建新型施工组织体系,研制系列化、小型化、成套化、智能化的施工装备,进一步提升施工技术能力;深化电磁环境的精确测量和预控方法、变电站噪声预测和控制技术、生态效应的长期观测、电磁兼容防护技术、固体废弃物处理和回收利用技术、职业卫生管理和防控技术等方面研究。

(4)输变电设备运行与防灾技术居于国际前列

稳步推进了输变电设备在线监测及带电检测系统建设;完善了输变电设备带电检测技术体系和管理体系;建立了变电站机器人巡检、人工巡检、专业带电检测、在线监测相结合的设备巡检;以设备运行状态管理为核心,检测装备和信息化平台开发为保障的状态检修体系全面覆盖了各类一次设备;特高压及跨区电网运维工作取得了突破性发展;电网防冰技术得到全面提升;电网雷电、山火监测技术取得重大突破。“电网大范围冰冻灾害预防与治理关键技术及成套装备”获国家科技进步一等奖。

该技术领域整体处于国际先进水平,但在设备状态检测手段、实用化在线监测和评价、电网灾害精细化预测、实时灾害广域监测、灾害防治装备效率和智能化灾害处置等方面尚需进一步提升。

3配用电技术

(1)配电网及分布式电源并网技术实现全面提升

突破了配电自动化大型主站、智能配电终端、配电信息交互等技术,常规配电自动化系统技术成熟并大范围应用,针对传统配电网的运行控制问题基本得到解决,建设了多个智能配电示范园区工程;解决了分布式电源接入战略研究报告、运行控制以及微电网协调控制的基本问题,开发了分布式电源并网保护监控的实用化关键装备及微电网运行控制系统,建成一批微电网示范工程;研发了智能配电网自愈控制系统,实现了示范应用;构建了智能配电网模型体系,初步建成配电网仿真平台;配电自动化测试技术方面达到国际领先水平,初步建立了配电自动化系统试验检测平台;突破了农村智能配电网关键技术,建设了大量示范工程。

该技术领域距离国际领先水平仍有一定差距,主要在主动配电网高级应用、针对大规模高密度分布式电源/柔性负荷接入的配电网分析与仿真、高性能智能配电试验检测平台、配电网智能化等方面仍需深化研究,微电网示范工程的经济性还有待提高,在配电网安全运行及作业方面,存在小电流接地系统单相接地故障诊断(定位、隔离)困难、中低压配电线路防雷水平不高、线路设计(设备选型)不能适应不停电作业等问题。

(2)用电能效与电动汽车取得重大进展

研制了多渠道缴费、智能营业厅和移动营销作业系统;电力需求侧能效测评技术取得长足进步,建立了节约电力电量测评方法体系,研发了电能服务管理平台、移动能效检测等系统,有效支撑了节能服务业务;初步掌握了智能园区/楼宇/小区用电管理智能化技术,率先开展了示范应用;研制成功系列化电动汽车充换电设备并投入规模化应用,建成国际领先、规模最大、跨区域、全覆盖的智能充换电服务网络运营监控系统,引领我国充换电产业发展;创新建设具有自主知识产权的、国际先进的中国充换电标准体系,完成国标22项,行标25项,企标49项,发起并承担3项国际标准编制,实现由中国提出电动汽车领域国际标准零的突破,推动中国充电标准体系成为世界4大标准体系之一。研制了统一电能质量控制器,建设优质电力园区示范工程,实现京沪高铁电能质量的全线监测。

该技术领域处于国内领先水平,但在市场化竞争技术、自动需求响应与双向互动技术、低碳节能等方面与国际领先水平存在较大差距,亟待开展深入研究。在分布式电源及电动汽车充换电方面,仍存在配电网为分布式电源备用容量、电动汽车充电负荷与用电高峰负荷叠加、电压质量影响等问题。

4新能源技术

大规模新能源发电并网与运行控制技术取得重要突破。掌握了风电、光伏发电建模和参数辨识技术,建立了实用化的新能源发电模型;建成具有国际领先水平的风电并网试验检测中心和光伏发电并网试验检测中心;研发了电网侧以及电站侧风电、光伏发电功率预测系统,在公司主要新能源省区实现全面覆盖;突破了风电、光伏发电并网智能控制和调度运行技术,建成了国家风光储输示范工程,实现了电网友好型新能源发电技术示范应用;基本解决大规模新能源脱网问题。

获得国家科技进步二等奖一项。该技术领域总体已达到国内领先、国际先进水平,目前存在的问题主要在于在新能源设备、厂站控制的技术水平难以满足电网对新能源发电智能化、自动化的需求;新能源功率预测的精度尚需进一步提升,新能源建模、参数实测尚未进入实用化阶段,新能源调度运行水平总体较为粗放,电网消纳新能源的能力尚未充分挖掘。

5基础和共性技术

(1)信息通信及安全技术支撑作用显著

提出了电网一体化信息系统架构,形成信息化应用开发、一体化运维管理、统一视频监控等基础平台;突破了二次系统信息安全防护和信息系统等级保护测评技术,自主研制了网络隔离和安全接入装置;掌握了大容量骨干光传输网的设计和运行技术;开展了下一代互联网在智能电网中的示范应用;突破了电力特种光电复合缆、跨频带电力线载波通信、工业级以太网等核心技术,自主研制的通信管理系统实现了推广应用。

该技术领域对于推进电网智能化和提升电网管控能力成效显著,总体达到国际先进水平,但自主可控信息通信软硬件基础平台技术有待进一步提升,信息通信与电网运行业务及装备尚未达到深度融合,与国际领先水平尚存一定差距,技术快速更新换代带来了新的挑战和安全风险。

(2)新材料与器件技术取得良好开端

掌握了电工装备用绝缘材料及电网防护材料检测和应用评估技术;提升了非晶合金及高取向硅钢在电网装备的国产化率;输电等级冷绝缘超导电缆系统技术填补了国内技术空白;高压直流绝缘材料和变电站用噪音/电磁防护材料的开发和应用技术取得了长足进步;研制了高导、耐热输电铝导体及产品,实现了线路节能扩容输电;研制了1200V-3300V系列硅基IGBT器件和国内单芯片功率等级最高的3300V/50A碳化硅二极管,实现了示范应用,初步具备了高端电力电子器件的开发能力。

该技术领域在支撑电网发展方面初具成效,但与国际领先水平相比仍有相当差距,主要在特高压直流绝缘材料、高频磁性材料等面向电网应用的新材料与电力电子器件的定制化开发及其制备工艺技术等方面亟待深化研究。

(3)电测量技术应用成效显著

在国际上首次提出并建立了智能电能表和用电信息采集系列标准体系,获得中国标准创新贡献一等奖;建立了省级用电信息采集系统和网/省/地三级用电信息密钥管理系统,用电信息自动化采集用户已突破****亿户,覆盖用户规模和应用深度居世界第一位,使中国成为世界各国用电信息自动化采集与管理领域的领跑者;突破关键技术瓶颈,研制了特高压1000kV工频电压和±800kV直流电压计量标准装置;引领计量新技术发展方向,建立了谐波电能、无功电能、直流电能计量标准装置,形成了较为完整的电测量技术标准体系。建成了国网计量中心和27家省级计量中心,取得了多项国家计量授权;突破自动化检定技术难题,在国际上率先研发了智能电表、用电信息采集设备、低压电流互感器自动化检定流水线和智能化仓储系统,取得多项发明专利,具有核心知识产权,已在公司系统大规模应用,极大提高了检定效率,消除了人员检测差异;通过实施标准化设计和软件统一开发,构建了国内外首个大规模集中检定模式下的计量生产调度平台,实现了计量业务和检定资源自动统一调配和实时监控,支撑计量业务全过程、全方位管控。目前公司已经成为世界上检定效率最高、自动化检定规模最大的电网企业。

该技术领域在特高压计量标准、智能电能表、用电信息采集、计量设备自动化检定技术、计量生产调度规模化应用、用电信息密码技术方面处于国际领先,但在数字化电能计量、动态信号测量、智能量测技术等方面亟待加强。

(4)储能技术应用实现长足进步

突破了大规模电池储能系统集成技术、多类型电池储能协调控制与能量管理技术,构建了世界上最大规模多类型电池储能电站,实施了国家风光储输示范工程;突破了储能电池集成技术及电池一致性管理技术,开展了湄洲岛储能电站示范以及移动式储能电站示范;突破了分布式储能系统集成与控制技术并示范应用。突破了大容量电池储能系统试验与检测技术,建成了世界规模最大的储能并网试验电站。突破钠硫电池集成技术,开展了MW级钠硫电池储能系统应用示范,国内首次研制了压缩空气储能系统样机、大容量超级电容器储能样机、MW级梯次利用电池储能样机、kJ级容量、毫秒级动态功率/电压跟踪补偿能力的高温超导磁储能实验室样机。

储能应用技术处于国际先进水平。在储能系统建模、仿真分析等方面取得了重要进展,保持了国内储能技术引领地位,但尚未形成系统化的理论体系。与国际先进水平相比,储能本体的试验检测能力尚需进一步提升;电池管理技术,如电池荷电状态(SOC)和电池健康状态(SOH)的估算精度等方面仍存在较大差距。

6决策支持技术

(1)能源发展与企业管理决策支撑能力全面提升

掌握了能源电力协调配置优化技术和新能源大规模并网影响评价方法,建立了基于需求侧模拟和供应侧优化的中长期能源需求预测技术模型;构建了输配电定价理论、模型和模拟分析系统,提出了电力市场化改革量化评价分析方法;建立了公司战略战略研究报告模型集成系统、“三集五大”体系理论与成效评估体系、财务集约化管控技术和应用体系、公司运营监测与分析模型技术等,在支撑公司战略决策和管理创新、争取电网发展、改革和电价政策方面发挥了重要作用。

该技术领域整体达到国内领先水平。在经济发展新常态与能源革命、新一轮电力改革和国企国资改革等新形势下,适应多种不确定因素、多时间尺度、多元化市场主体、基于大数据和互联网思维的能源电力战略研究报告方法、企业战略决策、经营管理和商业模式创新分析技术,还有待深化研究。

(2)电网发展与战略研究报告技术支撑了公司发展需求掌握了规模化同步电网、受端电网合理受电比例的量化评估方法,攻克了特高压电网建设时序、交直流适用范围和经济性论证等技术难题;实现了在面向可靠性目标的典型供电模式研究方面的技术突破;在公司大容量骨干光传输网、数据通信网等大型复杂通信网络的架构战略研究报告、节点配置技术等方面取得了长足进步;构建了电网投资效益的基础评价模型,初步形成了电网投资效益评价体系;探索建立了资产全寿命周期管理的评价模型和管理体系。

该技术领域为电网发展和公司运营提供了有力的战略支撑,但在基于电力体制改革和全球电网互联的输电网战略研究报告技术方面仍有大量研究工作亟待开展,对于高比例可再生能源与电网、多能源系统与电网间协调战略研究报告技术方面有待深入研究。

7重点跨领域技术

(1)全球能源互联网研究稳步启动

系统梳理全球能源互联网重大技术及装备需求,凝练重大攻关方向,提出“全球能源互联网关键技术与设备”重大专项,明确了专项研究总体目标和阶段目标,重点提出了第一阶段(2015年~2020年)的实施计划,启动首批17个项目研究工作。完成俄罗斯北部喀拉海、东西伯利亚海、巴西北部沿海等全球重点地区风能资源评估;完成严寒地区GW级风电场的宏/微观选址及风电场设计;完成中国周边国家以及非洲、中东、北美、南美地区的可再生能源资源分布,能源电力发展战略目标,电网互联发展战略研究报告调研,为全球能源互联需求提供依据。

全球能源互联网在规模上更大、更复杂,现有的战略战略研究报告技术无法完全满足构建全球能源互联网战略框架和电网结构的技术需求,输变电技术和装备不能完全适应洲际电力传输,面向洲际/国际互联的运营控制技术需要进一步提升,能源与电力技术有待创新。

(2)电能替代技术实现重点突破

船舶岸电技术取得重点突破,研制了适合船舶用电特点的双频岸电电源技术,开发了岸电电源谐波消除装置,大幅度降低了原有岸电电源的谐波含量;电锅炉集中采暖、碳晶分散电采暖、热泵空调等电能替代技术获得初步进展,建设了北京韩村河集中式电蓄热采暖等示范项目;初步掌握了“热泵+锅炉”、“电蓄热+燃气锅炉”等混合多能优化运行技术。

该技术领域与国际领先水平存在一定差距,主要在港口岸电转换效率提升及标准化技术、电能替代组合应用与优化控制技术、激励机制及商业模式方面仍待深化研究。

(3)智能电网技术实现全面突破

公司在智能电网各领域的核心技术取得突破,组织研制了柔性直流核心组件、智能高压设备等200多项关键装备;建成了风光储输示范工程等32类305项智能电网工程,示范工程在世界上总体规模最大、水平最高、速度最快、种类最全;参与编制了9项智能电网国际标准,显著提升了在智能电网领域的国际地位,实现了从“跟随者”向“引领者”的转变。“国家电网智能电网创新工程”项目荣获2014年度国家科学技术进步一等奖。

为响应国家能源发展战略,形成煤、油、气、核和清洁能源多轮驱动、清洁能源优先发展的能源供应体系,亟需研究突破多环节、多要素协同互动的智能电网技术。同时应用“互联网+”战略思想,深化智能电网全局性技术研究,突破大规模供需互动的技术瓶颈,创新商业模式,充分挖掘需求侧主动调节的潜力,支撑清洁能源的综合利用,全面构建安全、高效、清洁的现代能源保障体系。

(4)先进计算与电力大数据技术取得良好开端

在公司一体化信息平台及专业应用实现基础上,探索了大数据平台基础体系架构与应用规范;掌握了批量计算、流计算、内存计算等先进计算技术;在实时数据采集、数据库实时复制、分布式ETL等数据整合技术方面取得突破;运用分布式文件系统、分布式数据库技术,提升了数据存储横向扩展能力;在数据检索、分析挖掘技术上取得突破,提升了大数据专业化分析能力。

该技术领域整体处于国内先进水平,但同国际领先水平仍有一定差距,主要在基于大规模集群的计算架构、混合计算体系、数据质量治理、深入分析挖掘、数据业务应用建设等方面有待深化研究。(来源:文章摘自《国家电网公司“十三五”科技战略研究报告》)

原标题:国家电网公司技术发展现状

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