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加快推进电网技术创新 支撑新型电力系统构建

来源:中国电力新闻网 时间:2022-08-05 17:07

  加快推进电网技术创新 支撑新型电力系统构建

  近日,国家能源局和科学技术部印发的《“十四五”能源领域科技创新规划》(简称《规划》),擘画了能源科技创新发展蓝图,是我国在“两个一百年”奋斗目标的历史交汇期推进能源技术革命的纲领性文件。电网科技创新是能源科技创新的重要组成部分,加快推进电网领域的技术创新对支撑新型电力系统构建、促进能源高质量发展和带动我国相关产业优化升级具有重要意义。

  一、 我国电网科技发展面临的形势

  “十三五”期间,我国电网科技创新取得丰硕成果。一是直流输电技术实现跨越式发展,±1100kV直流输电、多端混合直流输电、柔直电网等先进技术取得重大突破和工程应用,实现从“跟跑者”到“引领者”的跨越。二是交流输电技术创新持续深化,GIL、大跨越、海底电缆等技术不断突破,极大拓展了交流输电通道型式;大容量STATCOM、UPFC、新一代同步调相机等技术装备研发应用,使电网更加灵活坚强、绿色智能。三是配网新技术、新业态不断涌现,创新培育了交直流混合配电网、智能微电网、超导电缆、新型储能、虚拟同步发电机等一批新技术、新业态。

  然而在电网科技创新方面仍然存在一些问题,主要表现为:一是高比例新能源并网,加大了系统平衡调节和稳定控制难度,“双高”系统下电网安全运行的基础理论和稳定机理认知不足。二是部分电网技术装备“卡脖子”问题依然存在,大型变压器调压开关、干式电容器薄膜材料、直流电缆绝缘料与屏蔽料等部件和材料被国外垄断。三是绿色低碳技术发展对电网绿色低碳转型支撑不够,原创性、引领性技术偏少,一些低碳技术产品应用电压等级较低、覆盖面较窄。

  进入“十四五”,在碳达峰碳中和目标背景下我国电网发展面临新能源消纳压力增大、系统调节灵活性欠缺、电网企业经济增长内生动力不足严峻挑战,迫切需要充分发挥科技创新引领作用,加快建成安全可靠、绿色高效的先进电网,支撑新型电力系统构建和助力双碳目标实现。

  二、 加快推进落实电网科技创新任务

  在电网科技创新领域,《规划》提出要加快开展新能源友好并网、电力系统仿真分析及安全高效运行、交直流混合配电网、新型柔性交直流输电、远海风电送出、数字化智能化等关键技术装备的集中攻关和示范试验,以支撑大规模高比例新能源并网、保障电网安全稳定运行和促进电网数字化转型升级。

  (一)新能源并网及主动支撑技术。新型电力系统构建过程中,新能源的大量接入将导致机组出力波动性加大、系统惯量降低、无功支撑能力下降,对电网的持续供电和安全稳定带来挑战,为此亟需突破新能源发电参与电网频率/电压/惯量调节的主动支撑控制、自同步控制、宽频带振荡抑制等关键技术。同时,“十四五”期间我国将依托大型新能源基地形成一批跨区输电通道,实现清洁能源在全国更大范围内的优化配置,而新能源基地往往面临地区电网架构薄弱、缺少稳定电源支撑等系统性问题,未来亟需研究并示范无常规电源支撑的新能源直流外送基地主动支撑技术以及新能源孤岛直流接入的先进协调控制技术等。

  (二)电力系统仿真分析及安全高效运行技术。仿真分析是电力系统规划设计和运行控制的基础,高比例新能源接入带来的电力电子设备数量将呈指数级增长,精确高效仿真难度增大,亟需研发电力电子设备/集群精细化建模与高效仿真技术。在运行控制方面,为攻克新型电力系统设备数量多、分布广、不确定性等难题,需突破具有经济运行与安全稳定自我感知能力的源网荷储多元接入的多级调度协同、广域协调安全稳定控制技术;高比例新能源系统的运行控制高度依赖信息通信网络,网络安全关系到国家能源电力安全,网络战是未来战争冲突的表现形式之一,亟需开展电网遭受网络攻击等非常规安全风险识别及防范技术研究,突破基于国产自主工控芯片的控制保护系统,提高非常规状态电网安全稳定防御和应急处理能力。

  (三)交直流混合配电网灵活规划运行技术。交直流混合配电网为各类电源和多元化用户创造了方便、灵活、便捷的接入条件,是未来配电网的重要发展方向。我国已在江苏、广东、北京等地建成多项示范工程,探索研究了配网拓扑结构、故障分析与自愈控制、中低压直流配电等关键技术以及兼具可靠性和灵活性的城市能源输配用新模式。但总体来说,交直流混合配电网的发展刚起步,未来要实现配电网分布式电源有序接入、灵活并网和多种能源协调优化调度,有效提升配电网的韧性和运行效率,需要在多电压等级交直流混合配电网灵活组网规划、中低压配电网源网荷储协同运行、保护控制与直流配用电设备等方面加强攻关研究。

  (四)新型交/直流输电装备技术。我国先后建成投运30余条高压直流输电工程,在华东、华南等受端地区已形成多回直流馈入的网架结构,一旦出现多馈入直流连续换相失败,将对受端电网的安全稳定运行造成严重影响。因此,亟需开展多馈入直流系统换相失败综合防治技术研究,通过研制新型直流换流装备,为解决换相失败问题提供新的有效手段。为避免新能源故障期间出现大规模脱网,需研究新型无功补偿装备,有效抑制新能源系统过电压水平,提高新能源无功电压支撑能力。另外,随着直流工程建设的快速发展,换流站选址越来越困难,未来还需研究有源滤波、混合滤波等新型柔性交流装备,以减少换流站占地面积,节约宝贵土地资源。

  (五)大容量远海风电友好送出技术。2021年我国海上风电增量占全球的80%,累计装机规模已超26GW,跃居世界第一。我国海上风电的发展趋势是朝着远距离、大规模方向发展,柔直技术是目前远海风电并网的主要技术路线。未来高压大容量和轻型紧凑化是海上柔直送出技术的发展方向,需要攻克轻型紧凑化海上柔直拓扑及主回路参数设计、海上柔直换流平台紧凑化布置、大容量直流海缆及附件材料制造等关键技术。此外,低频输电技术在远海风电送出场景也具有应用潜力,未来需要在低频系统方案构建及控制保护技术、大容量交交变频器拓扑及控制技术、低频系统过电压保护和绝缘配合技术、低频系统短路开断技术等方面进行攻关。

  (六)电网数字化智能化技术。当前,能源革命与数字革命相融并进,加快电网数字化转型是推动电网高质量发展的必然要求。数字化技术和智能化技术为传统电网的赋能升级提供了技术手段,以数字孪生为代表的数字技术可实现在电网物理系统基础上同构虚拟化的数字系统,利用数字系统挖掘数据信息,提升对电网物理系统的诊断、预测、决策和管理水平。智能化技术可应对系统复杂性和不确定性,提升电网智能水平,在电力调度、市场交易、需求侧响应、智能巡检、安全生产等多个场景具有应用潜力。未来电网应与新一代信息技术融合发展,开展电力智能传感、智能机器人、数字孪生、人工智能与区块链、大数据与云计算、物联网以及电网智能调度运行控制、智能运维等关键技术研究。

  结束语

  引领以新能源为主体的新型电力系统建设是实现双碳目标的战略选择,也是推动能源革命的必然要求。电网作为连接电力生产和消费的桥梁,是新型电力系统的关键环节。电网必须坚持创新驱动,加快研发应用更为柔性和灵活的先进技术和装备,大幅提高系统的调峰、调频和调压能力,最大程度提升新能源消纳水平,实现数字化转型升级,为推动能源技术革命、支撑新型电力系统构建、助力双碳目标实现提供坚强保障。

责任编辑:周小博  投稿邮箱:网上投稿

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