国家电网公司2016年度国家重点研发计划项目简介

　　国家重点研发计划由原来的973计划、863计划、国家科技支撑计划、国际科技合作与交流专项、产业技术研究与开发基金和公益性行业科研专项等整合而成。国家重点研发计划项目的申报成功，对于强化公司基础性、前瞻性问题研究，突破重大共性关键技术，提升核心竞争力和自主创新能力具有重要意义。

　　为超远距离、超大容量电力输送提供解决方案

　　——“±1100千伏特高压直流输电工程关键技术研究与示范”项目简介

　　特高压直流输电技术具有输电距离远、容量大、损耗低等突出优势，适用于大范围优化配置能源资源。目前，国际上在运直流输电工程最高电压等级为±800千伏，经济输电距离约为2000千米。按照规划，我国能源基地开发逐步西移、北移，新疆煤电和新能源基地、西藏水电基地到东中部的距离超过3000千米;正在论证的“一带一路”经济带输电走廊工程输电距离将超过4000千米，需要研发更高电压等级、更高输电效率的直流输电技术。±1100千伏高压直流输电技术是国际上电压等级最高、容量最大、距离最远的输电技术，经济输电距离可达3000～5000公里，每千公里损耗率仅为1.6%，输电容量可达1200万千瓦，是实现我国巨型能源基地超远距离、超大规模电力外送的核心技术，国内外尚无相关研究成果和工程实践。

　　为了解决±1100千伏特高压直流输电关键技术难题，在国家科技部和工信部的组织下，中国电力科学研究院、国家电网公司、国网经济技术研究院、清华大学、西安交通大学、华北电力大学、华中科技大学、重庆大学、武汉大学、中南电力设计院、特变电工集团、西电集团、天威保定变压器有限公司、北京电力设备总厂、江苏神马电力公司等15家单位组成联合攻关团队。

　　项目总体目标是解决±1100千伏特高压直流输电工程电气绝缘与电磁环境特性、核心装备研制、系统成套设计关键技术，支撑示范工程建设。项目需要开展多项技术研究，主要包括：过电压抑制和绝缘配合技术研究、外绝缘特性研究、电磁环境控制技术研究、核心设备研制和系统成套设计方法研究。过电压抑制和绝缘配合技术主要是优化换流站设备和线路绝缘设计，研究系统分层接入下的过电压深度抑制、空间电荷对线路雷击特性。外绝缘特性研究主要是考虑高海拔、污秽、覆冰、淋雨等特殊环境对绝缘设计的综合影响，开展全尺寸、全工况复杂环境下的试验研究。电磁环境控制技术主要是研究多分裂大截面导线可听噪声预测公式，研究直流线路对无线电台站、输油输气管道的影响及防护。核心设备研制主要开展换流变压器、平波电抗器和绝缘子等主设备关键设计参数研究，研制设备样机，通过试验验证，掌握设备核心技术。系统成套设计主要研究接入不同受端交流系统下的成套设计方法。

　　项目预期在如下几方面取得效益：一是提升电力科技技术水平，引领国际输电技术发展。项目的实施将解决目前世界最高电压等级、最大输送容量输电技术的关键问题，为国际上超远距离、超大容量电力输送提供解决方案，将进一步提升我国在国际电工领域的学术影响力和话语权。二是提升重大设备自主创新能力，推动电工制造产业升级。项目实施将研制目前国际上参数最高、制造难度最大的±1100千伏核心设备，有利于提高我国电力装备自主创新能力，促进国内主要电工装备制造企业产业升级和跨越式发展。有力带动电源、电工装备、用能设备、原材料等上下游产业跨越发展。三是促进能源清洁转型，优化能源资源配置。项目的实施将有力促进新疆等新能源基地集约化开发，推进火电、风电、太阳能发电联合外送，有利于实现大范围的能源资源配置，满足中东部地区电力需求。以依托工程±1100千伏准东—华东特高压直流输电工程为例，预计年输送电量750亿千瓦时，减少受端二氧化碳排放5880万吨，具有显著的经济社会效益。四是推动构建全球能源互联网。±1100千伏特高压直流输电距离可达5000千米，可为跨区电网互联和全球能源互联网构建提供有效解决方案。

　　支撑大电网柔性互联建设

　　——“柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用”项目简介

　　柔性直流输电技术是大电网柔性互联及大规模新能源接入的主要方法之一。压接型超大功率IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)是实现柔性直流输电技术向超高压、超大容量及多端化、网络化方向发展的核心器件，具有短路失效、双面散热的特殊优点。

　　国外研究机构和器件厂商在高压大功率压接型IGBT技术方面开展了大量研究。ABB公司研制出4500V/2000A压接型IGBT器件，并已经在工程中得到应用验证，4500V/3000A的器件正在试用和推广阶段;东芝的压接型IGBT器件主要面向大功率机车牵引，与柔性直流输电装置的结合性较差;德国开姆尼茨大学、丹麦奥尔堡大学、荷兰代尔伏特理工大学等研究机构侧重焊接型器件，对压接型器件的技术支撑不足。

　　高端芯片技术长期被ABB等国际公司垄断，严重阻碍我国电网技术的自主创新发展;另一方面区别于市场上的常规IGBT器件，柔性直流输电技术对IGBT器件提出了特殊需求，亟需针对不同的输电装置进行定制化开发。

　　因此，在国家科技部的大力支持下，由国家电网全球能源互联网研究院牵头，联合株洲中车时代电气股份有限公司、中国科学院微电子研究所等国内电力电子器件高水平研发机构，共同开展2016年国家重点研发计划《柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用》项目的研发工作，重点攻克芯片—器件—装置联合仿真方法与协同优化设计技术、定制化IGBT/FRD芯片设计与大规模芯片压接并联封装压力和电流均衡控制技术、基于电压电流过冲抑制的驱动保护与封装一体化技术、定制化IGBT长期可靠性等效试验方法、基于定制化IGBT器件的柔性直流输电装备优化设计技术等难点，力求突破国际技术的垄断和封锁，实现核心器件的自主化研制。

　　高压大功率IGBT器件具有极为广阔的市场空间，实现压接型超大功率IGBT器件自主研制将为我国高端制造产业带来巨大的经济效益。截至2016年4月，世界上已建设柔性直流输电工程24项，在建13项;国内已经建设并投运柔性直流工程4项，正在建设3项。按照欧洲超级电网规划、美国Grid2030计划以及全球能源互联网规划需求，预计未来20年全球规划建设柔性直流输电工程220多条，累计需求3300V/3000A及以上IGBT器件约300多万只，市场容量将达1000亿元。

　　通过该项目的研究开发，将实现压接型超大功率IGBT器件自主研制，打破国际公司的技术和市场垄断，促进国产高压大功率IGBT器件产业化和规模应用;同时支撑我国电网装备技术创新发展和电网系统的安全稳定运行，为国家高端制造产业的发展贡献力量。

　　构建柔性直流电网助推全球能源互联

　　——“高压大容量柔性直流电网关键技术研究与示范”项目简介

　　随着资源紧张、环境污染等问题日益突出，能源生产和消费必须由化石能源为主向绿色低碳方向转变，世界各国纷纷制订了相应的发展目标和规划。但是清洁能源必须依赖于输电网络才能实现大规模开发和远距离输送，而此前世界上的输电网络配置范围有限、能力不足，亟待建立以清洁能源为主导、以电为中心、更高效环保的能源配置网络平台。

　　柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电后的新一代输电技术，构成电网络后，可以实现大规模可再生能源的高效接入，提供适应性更强的接纳、传输模式，是推进能源结构转型和实现大范围能源互联的重要手段。

　　2015年9月，习近平主席在联合国发展峰会上提出了“探讨构建全球能源互联网，推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求”的倡议，得到国际社会广泛认可。国家随后瞄准柔性直流电网重大技术和装备，开展了相关部署。

　　2016年2月，国家重点研发计划智能电网技术与装备专项“高压大容量柔性直流电网关键技术研究与示范”项目工作正式启动。由全球能源互联网研究院牵头，联合我国在柔性直流领域的多家专业科研院所和产业公司，成功完成了该项目的申报并获批。

　　该项目将围绕高压大容量及直流构网的应用需求，自主研制满足±500千伏、3000MW柔性直流电网工程的换流阀样机，构建不低于4000独立节点的阀控系统实时闭合数字仿真测试平台，建成世界首个电压等级±500千伏、单端容量最大(3000MW)的张北柔性直流电网示范工程。

　　工程通过两端3000兆瓦换流站汇集张北地区的风电，另一端1500MW换流站接入当地抽水蓄能，并通过一端3000MW换流站接入北京电网，有效解决了该地区高比例可再生能源的高效接纳和外送问题，践行2022年冬奥会“绿色奥运”的办会理念。

　　届时，该工程每年可为北京地区提供26亿千瓦时的清洁能源，同时还可有效缓解张北地区高比例可再生能源的高效接纳和外送问题，预计可减少因弃风、弃光造成的经济损失达3亿元以上，将对我国直流电网高端电力装备的发展和实现由“中国制造”向“中国创造”转变起到促进作用。

　　项目通过高压大容量柔性直流关键技术研究与工程示范等创新工作的开展，旨在实现以“重大科技项目推动重大工程建设，重大示范工程推动重大科技进步”的总体目标。所取得系列具有完全自主知识产权的创新成果，必将为我国电网技术升级、能源结构转型提供重要技术支撑，也为实现全球能源互联、落实“一带一路”战略规划奠定坚实基础。

　　碳化硅技术引领输电系统变革

　　——“高压大功率碳化硅材料、器件及其在电力电子变压器中的应用示范”项目简介

　　第三代半导体器件代表了未来高压电力电子器件发展方向，在全球掀起了竞争热潮，其中，碳化硅(SiC)电力电子器件具有高电压、大电流、快速开关、低损耗等独特优势，对未来电网形态和能源战略调整将产生重大影响。

　　传统电网正向以电力电子技术广泛应用为代表的智能电网方向发展，其智能、灵活、互动、兼容、高效等功能实现依赖于电网设备的智能化水平。其中，柔性变电站柔性可控、智能调控，融合电力电子、控制保护、信息通信以及先进计算技术，实现电气隔离、电压变换、一次设备与控制保护系统融合、电能质量协调、分布式能源即插即用等多种功能的集成与优化。电力电子变压器是柔性变电站中的核心设备，除了具有传统变压器的电气隔离、电压等级变换功能，还可以实现进出潮流柔性可控的能源路由功能、有功和无功复合支撑的虚拟同步发电机功能，对电能质量进行隔离。

　　基于硅IGBT的电力电子变压器在小功率领域实现了部分应用，但是由于损耗大、体积大，在高压大功率的输电领域尚无法应用。基于碳化硅器件的电力电子变压器处理电压可以达到原来的10倍，功率增加5倍，体积与重量减小40%以上，损耗降低60%，从技术角度解决实用化问题。

　　全球能源互联网研究院承担的国家重点研发计划项目《高压大功率碳化硅材料、器件及其在电力电子变压器中的应用示范》，联合国内优势单位，计划研制国际先进水平的6500V/25A碳化硅MOSFET芯片、6500V/400A全碳化硅模块，研制全碳化硅电力电子变压器，并首次实现35KV/5MVA柔性变电站中的示范应用，材料—器件—封装—装备应用全产业链协同发展，实现我国电力电子器件及输电装备领域的原始创新。

　　碳化硅制备技术日益成熟、产业规模迅速扩大，成本降幅每年达到20%左右，目前，基于1200V碳化硅二极管的光伏逆变器成本已经与传统逆变器相当，预期4~5年之后，本项目研制的高压碳化硅器件成本将会下降到产业可以接受的水平。届时，碳化硅器件规模应用于固态断路器、换流阀、有源滤波等已有装备，大幅减小体积、降低损耗、提高转换效率，或者开发新装备，支撑更高电压、更大输送容量的柔性直流输电、灵活交流输电等输变电技术，为实现坚强智能电网、加速我国能源战略转型提供核心元器件及关键装备支撑。

　　同时，基于碳化硅电力电子技术的柔性直流输电技术的将会有更高的输电电压、输送容量，满足全球能源互联网的超高电压、超长距离输电重大需求，有效配合“一带一路”战略。

　　电力光纤到户助力“宽带中国”建设

　　——“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目简介

　　近日，国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项2016年项目陆续完成项目评审，即将进入实施阶段。其中，由国网辽宁省电力有限公司牵头的项目团队，成为由专业机构评出的“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目研究团队，并获得国家科技专项资金支持。

　　政策引领，挑战与机遇并存。随着国家一系列政策的出台，国务院做出了加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合的重大部署。能源和信息作为服务社会公众的重要内容，电力光纤到户示范工程将实现两者的同步传输，有效整合企业和社会的通信信息资源，打造开放的新型公共服务基础平台。

　　面对新形势和新挑战，“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目将按照“中国制造2025”和“互联网+”行动计划等相关政策的要求，开展光纤复合低压电缆(OPLC)成套和电力光纤到户关键技术的研究，利用电力通道资源，实现电网和通信网基础设施深度融合，满足能源互联网信息通信需求。

　　产业升级，科研与示范先行。随着信息通信产业的升级和广泛应用，已经逐渐带动各行各业飞速发展。电力光纤到户作为优质的网络资源，能更好的适应未来多样化信息服务的需要，满足用户多元化的信息服务需求，具有广阔的应用空间。“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目团队具有强大的技术攻关能力，团队由产学研用各个环节的优势单位组成。该项目将以建设T级电力光纤到户系统为目标，开展自主创新研究，研制1000Gbps高速接入系统，揭示热场环境OPLC中光纤衰减变化机理，研制高速虚拟化PON系统，制定电力光纤到户系列标准，创建国内首套T级电力光纤到户系统，建设示范应用工程，为电力光纤到户规模化应用奠定坚实基础，形成可复制、可推广的电力光纤到户整体解决方案。

　　效益提升，企业与社会共赢。电力光纤到户采用OPLC作为传输介质，充分利用电力通道资源，对比传统的光纤到户建设，节省工程投资约11.6%，避免资源重复建设与浪费，提高社会整体资源利用率，实现节能减排。在节约社会资源、降低建设成本及提高运营效率方面优势明显。

　　“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目的落地，将强力支撑智能电网建设，有力推动“互联网+智慧能源”的资源整合和应用创新，优化城市信息通道资源，创新城市管理模式，实现“宽带中国”、“互联网+”国家发展战略，奠定我国在电力光纤到户领域的国际引领地位，同时带来巨大的经济和社会效益。

　　共建新能源汽车发展命运共同体

　　——“电动汽车基础设施运行安全与互联互通技术”项目简介

　　近年来，我国电动汽车及其基础设施呈现爆发式增长，产业发展进入快车道。然而一直困扰该行业的运行安全与互联互通问题，也越来越突出。例如：在安全运行方面，国内纯电动汽车仅自燃事件就达到24例，运行安全问题严重大规模集中充电导致停电的供电安全问题严重;在互联互通方面，中国电力企业联合会组织的接口一致性测试通过比例直流不足10%，目前全国不同运营商的充电网络间互联互通尚未开展，导致跨区域、跨平台充电困难;电动汽车与智能电网、分布式能源深度融合的实用案例也未开展。因此本项目研究对我国电动汽车大规模发展具有重大战略意义。

　　2016年国家科技部会同有关部门启动了国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项，在第六个技术方向“纯电动力系统”中设置了本专项唯一一个充电设施项目，旨在解决电动汽车充电安全尤其是充电自燃事故以及电动汽车互联互通的关键问题。国电南瑞科技股份有限公司牵头团队在20余家申报竞争团队中以综合总分第一成功申报。

　　项目团队对指南内容进行了认真分析，紧密围绕安全运行、互联互通两个方面拟定了相对解耦的6个子课题。从理论层面上构建电池、充电与供电一体化安全防护体系;从标准层面上制定一体化安全防护和互联互通技术规范及相关标准;从应用层面上开发电动汽车充电设施互联互通平台，并在此平台基础上开发部署“电动汽车与智能电网、分布式能源融合系统”和“电动汽车一体化安全预警与智能保护控制系统”;从示范层面上建立覆盖长三角区域的电动汽车与智能电网融合及互联互通综合示范工程，并验证研究成果的正确性。通过本项目的研究将为我国电动汽车充电一体化安全防护以及充电设施的互联互通建立坚实的理论支撑和技术支持，有效推动我国电动汽车的健康快速发展。

　　本项目研究团队由国电南瑞科技股份有限公司(牵头)、清华大学、中国科学院电工研究所、比亚迪汽车工业有限公司等15家单位组成，研究团队涵盖了电动汽车、充电设施及智能电网等相关技术专业的产/学/研/用领域。

　　本项目通过跨界融合电动汽车、充电设施、智能电网、分布式能源、互联网+等技术，将显著提升电动汽车基础设施安全性和使用方便性，加快电动汽车产业发展。通过建立电动汽车基础设施互联互通数据平台，全力支撑我国电动汽车及基础设施发展与运营保障，并推动“互联网+电动汽车”商业模式的创新。