電力系統(tǒng)的重要研究課題

1、電力系統(tǒng)的重要研究課題1. 特高壓交直流輸電技術(shù)的相關(guān)課題在我國，特高壓電網(wǎng)指的是以1000kV交流電壓和±800kV直流電壓輸電工程和技術(shù)。特高壓電網(wǎng)指的是以1000kV輸電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，超高壓輸電網(wǎng)和高壓輸電網(wǎng)以及特高壓直流輸電、高壓直流輸電和配電網(wǎng)構(gòu)成的分層、分區(qū)、結(jié)構(gòu)清晰的現(xiàn)代化大電網(wǎng)。建設(shè)特高壓電網(wǎng)時(shí)滿足未來持續(xù)增長的電力需求根本保證。只有加快建設(shè)電壓等級(jí)更高、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更強(qiáng)、資源配置更大的以特高壓電網(wǎng)為核心的國家電網(wǎng)才能滿足大規(guī)模的電力輸送和供應(yīng)，提高我過能源開發(fā)與利用效率。特高壓輸電技術(shù)的相關(guān)研究熱點(diǎn)主要高電壓技術(shù)、控制與保護(hù)技術(shù)以及新材料與設(shè)備制造等。高電壓技術(shù)的研究主

2、要包括特高壓電暈效應(yīng)、特高壓絕緣理論與技術(shù)、特高壓電磁環(huán)境及其影響、過電壓分析與絕緣配合等。控制與保護(hù)技術(shù)研究主要包括高壓直流輸電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、控制器的成套設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)、高壓直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)技術(shù)研究等。新材料與設(shè)備制造技術(shù)包括新型絕緣材料的研發(fā)、電力電子器件的制造技術(shù)以及其他特高壓設(shè)備設(shè)計(jì)與制造等。2. 基于電壓源型換流器多端高壓直流輸電技術(shù)的相關(guān)課題基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù)（VSC-HVDC）是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù)，采用最先進(jìn)的電壓源換流器（VSC）、全控型電力電子器件（IGBT）和脈沖調(diào)制（PWM）技術(shù)，解決了常規(guī)直流輸電技術(shù)的諸多固有瓶頸：它可以實(shí)

3、現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制，提供動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償能力，改善電能質(zhì)量，向無源網(wǎng)絡(luò)供電，并且濾波容量小，占地面積小，環(huán)境污染低，便于模塊化。相比于交流輸電和常規(guī)直流輸電，其可控性較好、運(yùn)行方式靈活，在傳輸能量的同時(shí)，還能靈活調(diào)節(jié)交流系統(tǒng)的電壓，在可再生能源并網(wǎng)、城市供電、海島供電等方面具有巨大的優(yōu)勢。大規(guī)模海上和陸地風(fēng)能、荒漠太陽能、水電等可再生能源電力的開發(fā)，對美國、歐洲、中國等各大電力系統(tǒng)都提出了大容量、遠(yuǎn)距離輸電的需求。為此，各國都在現(xiàn)有輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上研究探索新的輸電方式和輸電技術(shù)，為發(fā)展新的輸電網(wǎng)絡(luò)提前作技術(shù)儲(chǔ)備。其中，基于電壓源型換流器多端高壓直流輸電（VSC-MTDC）技術(shù)成為各國研

4、究、設(shè)計(jì)與開發(fā)的重點(diǎn)。VSC-MTDC相關(guān)研究的熱點(diǎn)主要包括：加大電力電子器件及其高壓電網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)力度，如碳化硅電力電子器件、壓接型IGBT器件、IGBT高壓串聯(lián)閥及其電壓源換流器等；加強(qiáng)高壓直流分?jǐn)嗟睦碚摍C(jī)理和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)力度，盡早實(shí)現(xiàn)高壓直流斷路器的國產(chǎn)化；加強(qiáng)電壓源換相直流輸電相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)；加強(qiáng)新型絕緣材料在高頻高壓應(yīng)用環(huán)境下相關(guān)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，為適用于電壓源換相高壓直流輸電技術(shù)電工設(shè)備的研制奠定技術(shù)基礎(chǔ)；在系統(tǒng)層次上，完善電壓源換相直流輸電系統(tǒng)的分析與仿真方法，探索電壓源換相直流輸電系統(tǒng)過電壓分析與絕緣配合，完成電壓源換相直流輸電系統(tǒng)成套設(shè)計(jì)，研究電壓源換相直

5、流系統(tǒng)控制保護(hù)策略；在網(wǎng)絡(luò)層次上，加強(qiáng)多端直流輸電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率傳輸特性與運(yùn)行特性、多端直流輸電網(wǎng)控制與調(diào)度技術(shù)、保護(hù)技術(shù)等一些關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)理論的研究工作。多端直流輸電的原理圖3. 基于大容量電力電子技術(shù)的柔性交流輸電技術(shù)的相關(guān)課題柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）已被國內(nèi)外的一些較權(quán)威性的輸電技術(shù)研究者和工作組稱為“未來輸電系統(tǒng)新時(shí)代的三項(xiàng)支撐技術(shù)之一。FACTS技術(shù)是指基于電力電子技術(shù)在電能輸送過程中對電能的數(shù)量和形態(tài)進(jìn)行快速、精確的控制技術(shù)。柔性交流輸電技術(shù)實(shí)施的核心是基于電力電子技術(shù)的，但并不僅限于此，儲(chǔ)能技術(shù)、分布式電源技術(shù)、信息管理與控制技術(shù)等與柔性交流輸電技術(shù)密不可分。柔性交

6、流輸電技術(shù)的提出和實(shí)施為交流系統(tǒng)參數(shù)、無功調(diào)節(jié)、輸送能力、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定給出了新的解決方案。其中，F(xiàn)ACTS技術(shù)在中國最主要的應(yīng)用主要包括靜止無功補(bǔ)償器SVC、靜止無功發(fā)生器STATCOM和可控串聯(lián)補(bǔ)償TCSC等。與FACTS技術(shù)相關(guān)的研究課題主要包括：大功率電力電子器件的制造技術(shù)是當(dāng)代技術(shù)發(fā)展最迅速的高新技術(shù)之一，這也將使FACTS技術(shù)更可靠、更接近市場、更加實(shí)用；FACTS相關(guān)控制理論和技術(shù)關(guān)鍵的進(jìn)一步完善；應(yīng)用于高壓系統(tǒng)的FACTS設(shè)備的制造技術(shù)以及模塊化設(shè)計(jì)研究；在系統(tǒng)層次方面，F(xiàn)ACTS設(shè)備在電網(wǎng)調(diào)度、電壓管理與無功優(yōu)化、電力系統(tǒng)振蕩阻尼與穩(wěn)定控制等方面的應(yīng)用研究。4. 高性能大容量儲(chǔ)能技

7、術(shù)的相關(guān)課題電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)作為改變電能利用的有效途徑，是近年來國內(nèi)外研究開發(fā)非?；钴S的領(lǐng)域。目前已有的儲(chǔ)能技術(shù)主要包括抽水蓄能技術(shù)、蓄水蓄能技術(shù)、電池蓄能、飛輪蓄能、超級(jí)電容蓄能和超導(dǎo)蓄能技術(shù)等。近年來，新能源汽車特別是電動(dòng)汽車的良好發(fā)展利好動(dòng)力電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但目前電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展依然受限于高性能大容量的電池技術(shù)限制，急需重點(diǎn)研究突破技術(shù)瓶頸。另外，新能源發(fā)電的間歇性與波動(dòng)性給現(xiàn)代電力系統(tǒng)帶來了非常大的挑戰(zhàn)，埋下了巨大的隱患，而儲(chǔ)能技術(shù)與新能源發(fā)電技術(shù)的結(jié)合將為可再生能源發(fā)電并網(wǎng)提供一種可靠安全的途徑。與儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)的研究課題主要包括：新型儲(chǔ)能材料的研發(fā)，高性能大容量儲(chǔ)能設(shè)備的模塊

8、化設(shè)計(jì)與制造；大容量以及高功率型電池的研發(fā)，電池充放電控制理論和技術(shù)關(guān)鍵的開發(fā)；風(fēng)-光-儲(chǔ)混合電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化方法，系統(tǒng)能量管理技術(shù)研究；大規(guī)模和分布式相結(jié)合的儲(chǔ)能系統(tǒng)（水電蓄能、抽水蓄能、電池蓄能、機(jī)械蓄能、蓄熱，大規(guī)模和分布式，純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車）理論研究；儲(chǔ)能設(shè)備在電力系統(tǒng)控制中的應(yīng)用技術(shù)和理論研究。5. 可再生能源發(fā)電技術(shù)的相關(guān)課題在能源緊缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的形勢下，世界各國在風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源發(fā)電方面的投入不斷擴(kuò)大。隨著大量的可再生能源發(fā)電并網(wǎng)，尤其是風(fēng)力發(fā)電，給電力系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。可再生能源發(fā)電及大規(guī)?？稍偕茉?/p>

9、電力（集中式、分布式）接入是現(xiàn)代電網(wǎng)必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，這一問題受到了國內(nèi)外高校學(xué)者、專家、發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)運(yùn)行人員的廣泛關(guān)注，成為了近年來被廣泛研究的問題之一。與可再生能源發(fā)電技術(shù)相關(guān)的研究課題主要有：新型光伏材料的研發(fā)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行與控制技術(shù)；新型風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)與設(shè)計(jì)，風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)以及風(fēng)電場與風(fēng)電機(jī)組的建模與仿真方法；風(fēng)電功率預(yù)測方法研究，風(fēng)電調(diào)度與調(diào)峰技術(shù)研究；電力系統(tǒng)接納風(fēng)電能力的計(jì)算方法以及風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)影響分析；清潔能源發(fā)電與間歇性電源友好接入技術(shù)研究，風(fēng)-光-儲(chǔ)混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行與控制方法，大規(guī)模和分布式相結(jié)合的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)。6. 電動(dòng)汽車技術(shù)的相關(guān)課

10、題隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)燃油汽車廣泛應(yīng)用所引起的能源供應(yīng)緊缺和環(huán)境污染等問題日益突出，節(jié)能減排已深入人心。發(fā)展電動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)交通動(dòng)力電氣化轉(zhuǎn)型，不僅關(guān)系到汽車產(chǎn)業(yè)的未來，更關(guān)系到人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，電動(dòng)汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用將有助于提高電網(wǎng)電能利用效率，發(fā)揮其分散式儲(chǔ)能、參與系統(tǒng)調(diào)峰、作為應(yīng)急支撐電源等功能。對于中國而言，電動(dòng)汽車的發(fā)展還在一定程度上成為中國從汽車銷售大國逐步向生產(chǎn)大國、出口大國和技術(shù)強(qiáng)國發(fā)展，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)汽車行業(yè)獲取國際競爭優(yōu)勢的重大契機(jī)。因此，電動(dòng)汽車的發(fā)展對中國具有重要的經(jīng)濟(jì)與戰(zhàn)略意義。與電動(dòng)汽車技術(shù)相關(guān)的研究課題主要包括：開發(fā)新型電池材料，研發(fā)高性能大容量電池；

11、研究電動(dòng)汽車電池的快速充放電控制技術(shù)，完善充電站管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)；研究電動(dòng)汽車充電對電力系統(tǒng)的影響及其調(diào)度與控制方法；討論電動(dòng)汽車充放電與可再生能源發(fā)電的協(xié)調(diào)控制方法；探索包含電動(dòng)汽車的風(fēng)-光-儲(chǔ)混合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與控制方法。7. 超導(dǎo)輸電技術(shù)的相關(guān)課題超導(dǎo)輸電使用高溫超導(dǎo)材料替代傳統(tǒng)的銅和鋁導(dǎo)線來輸送電能，其優(yōu)越性由超導(dǎo)材料的優(yōu)點(diǎn)所決定，主要是：第一，高溫超導(dǎo)體的臨界電流密度達(dá)到銅線或者鋁導(dǎo)線的允許電流密度的100倍以上，易于實(shí)現(xiàn)單回路大容量傳輸，相同容量時(shí)，體積小，重量輕。第二，超導(dǎo)線路在直流情況下沒有電阻，沒有電能損耗，維持液氮溫度以上的制冷耗能要小得多，使得輸電損耗低，效率高。由于以上重

12、大優(yōu)越性，使高溫超導(dǎo)輸電將為未來電網(wǎng)提供一種全新的低損耗，大容量，遠(yuǎn)距離電力傳輸?shù)闹匾緩?，考慮到我國未來大規(guī)模的電力輸送問題，超導(dǎo)直流輸電是重要發(fā)展的方向。近些年來，超導(dǎo)直流輸電技術(shù)日益受到世界各國重視。美國、 日本、德國等國家均在探索長距離超導(dǎo)直流輸電的可行性。建議超導(dǎo)直流輸電應(yīng)作為我國發(fā)展的重點(diǎn)。與超導(dǎo)輸電技術(shù)相關(guān)的研究課題有：超導(dǎo)科學(xué)的物理基礎(chǔ)研究，研究和開發(fā)新一代超導(dǎo)材料及其制造工藝技術(shù)、配套的低溫制冷技術(shù)；重點(diǎn)開發(fā)超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)儲(chǔ)能等電力設(shè)備和技術(shù)；研究超導(dǎo)技術(shù)在電力輸配系統(tǒng)中的應(yīng)用，長遠(yuǎn)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離、超導(dǎo)直流輸電；建立超導(dǎo)技術(shù)研究、開發(fā)和應(yīng)用的平臺(tái)及相應(yīng)的試驗(yàn)基地，進(jìn)行裝置的物理試驗(yàn)、系統(tǒng)仿真并建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。超導(dǎo)電纜截面圖交流多相超導(dǎo)電纜結(jié)構(gòu)示意圖8. 微網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)課題微網(wǎng)概念的興起主要是解決分布式電源并網(wǎng)帶來的技術(shù)、市場和政策上的問題。為了最大限度地發(fā)揮分布式發(fā)電技術(shù)在經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境中的優(yōu)勢，很多國家都將微網(wǎng)納入未來電網(wǎng)發(fā)展的日程中。歐洲以及美國、日本等國家都針對本國實(shí)際提出了微網(wǎng)的概念并積極開展研究， 到目前為止，微網(wǎng)在理論與應(yīng)用上都取得了豐碩的成果。鑒于微網(wǎng)能夠最大化接納分布式電源，節(jié)能降耗且提高能效，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電氣化，提高供電可靠性和電能質(zhì)量以及電網(wǎng)整體抗災(zāi)能力，建議將微網(wǎng)作為我國電力系統(tǒng)未來發(fā)展的