国家电网公司2016年度国家重点研发计划项目简介

　　描绘我国高比例可再生能源并网蓝图

　　——“高比例可再生能源并网的电力系统规划与运行基础理论”项目简介

　　当前，全球能源问题突出、环境污染严重。大力发展可再生能源，实现能源生产的清洁化转型，是能源可持续发展的重要途径。近十年来，我国可再生能源发展迅猛，目前已经成为世界上风电和光伏装机容量最大的国家。到2030年至2050年，我国可再生能源的发电量占比达30%以上，“高比例可再生能源并网”将成为未来电力系统的重要特征。

　　国家科技部启动了国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项，2016年首批在5个技术方向启动17个项目。在第一个技术方向“大规模可再生能源并网消纳”中设置的第一个项目就是基础前沿类项目“高比例可再生能源并网的电力系统规划与运行基础理论”。项目紧密围绕两大科学问题展开：一是高比例可再生能源并网对电力系统形态演化的影响机理和源-荷强不确定性约束下输配电网规划问题，二是源—网—荷高度电力电子化条件下电力系统多时间尺度耦合的稳定机理与协同运行问题。

　　本项目将从未来电力系统结构形态演化模型及电力预测方法、考虑高比例可再生能源时空分布特性的交直流输电网多目标协同规划方法、高渗透率可再生能源接入下考虑柔性负荷的配电网规划方法、源—网—荷高度电力电子化的电力系统稳定性分析理论、含高比例可再生能源的交直流混联系统协同优化运行理论五个方面进行深入研究，形成高比例可再生能源接入下未来电力系统形态构建、协同规划和优化运行的基础理论体系。

　　项目研究具有显著的经济与社会效益，其成果将引领电力系统向低碳、绿色、智能的方向发展，促进电力能源结构转型，降低电力工业对资源以及环境问题的影响，提升我国智能电网相关产业的自主创新水平，提高我国能源企业的国际竞争力和影响力。项目将建立自主知识产权的核心技术体系，打造具有较强创新能力、以中青年学者为主力的科研团队，培养智能电网领域具有国际影响力的学术领军人物和研究骨干人才。

　　本项目由中国电力科学研究院牵头，18家实力雄厚的大学和科研院所组成研究队伍。团队将借助十三五的春风，同心协力，众志成城，研究高比例可再生能源并网下电力系统规划与运行的重大课题，建立电力行业实现高比例可再生能源发电并网的技术体系，为政府相关部门制定能源政策、发展战略和技术路线提供强有力的决策支持，为我国电力能源事业实现高效绿色可持续发展的美好未来提供强大的科技驱动力!

　　引领世界大电网控制技术发展

　　——“大型交直流混联电网运行控制与保护研究”项目简介

　　大型交直流混联电网运行控制与保护(基础理论研究)获科技部批准立项。该项目的设立标志着我国面对现代大型交直流混联电网安全运行重大需求的科学研究拉开了帷幕。

　　世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网已在我国形成。截止2015年底，电网装机容量15亿千瓦，各大区域电网已通过超/特高压交直流输电线路实现互联，跨区输电功率达到2.1亿千瓦，其中23回直流输电线路承担了三分之一的传输功率;到2020年，16回直流输电线路和世界上最高电压等级的柔性直流环网还将投入运行，电网规模、直流输电占比以及交直流混联深度将进一步增大。如何有效保障大型交直流混联电网安全运行是重大和紧迫的国家需求。

　　大型交直流混联系统状态变量广域耦合，各元件动态时间常数差异巨大。交直流混联系统连续、离散、逻辑变量交织，多种类型约束相互制约，不同控制变量交互影响，控制目标存在耦合和冲突的可能，运行控制难度大。交直流混联电网中交流同步电源混合非线性受控开关电源、三相交流网络与两极直流网络拓扑互联，故障特征发生改变，基于线性等效电路的传统故障分析方法和保护原理不能简单沿用。

　　围绕上述问题，本项目将开展大规模交直流混联电网全电磁暂态建模和仿真理论、多换流站与交直流混联电网稳定控制理论与技术、大型交直流混联电网故障特性分析与保护、交直流混联电网连锁故障预警与主动保护、含高密度新能源发电的电网源荷端动态响应与自愈控制等事关混联电网安全运行的重大基础理论和关键科学技术研究。

　　项目团队由国内20家著名高校、科研院所和设备制造厂商共同组成，覆盖了电气工程领域全部的5个国家一级学科、10个相关国家重点实验室;集合了国内在大电网控制、保护和仿真研究领域经验丰富、勇于探索的优秀人才，项目参加人员319人，其中固定研究人员129人，高级职称94人;项目还聘请本行业领域国内外著名专家组成指导小组指导并监督项目的实施。项目团队陈容强大、研究实力雄厚，有望在大电网安全运行领域取得重大突破。

　　项目将首次开发出大型全电磁暂态仿真软件、提出并实现柔性直流输电线路超高速保护技术以及具有毫秒级响应速度的交直流混联电网协同控制方式和系统稳定控制方法。项目成果将为我国大型交直流混联电网安全高效运行提供坚实的理论支撑和技术指导，并引领世界大型交直流混联电网运行控制和保护技术的发展。

　　有序接入、灵活并网、优化调度

　　——“分布式可再生能源发电集群灵活并网集成关键技术及示范”项目简介

　　当今世界已经逐步进入到可再生能源时代，作为世界能源发展的一个重要趋势，分布式可再生能源的并网已成新能源革命和智能电网建设的重要组成部分。在国家“光伏扶贫”等系列政策激励下，我国分布式电源的并网呈现出区域化和园区化的快速发展态势，大规模、集群化分布式发电并网成为未来重点发展方向。

　　然而大量具有间歇性、随机性的分布式发电接入电网，极大地增加了电网复杂性和管控难度。如何保障分布式发电能够规模有序、安全可靠、灵活高效地接入电网，已成为能源与电网领域的重大科学命题。为了推动分布式新能源的发展，设立国家重点专项“分布式可再生能源发电集群灵活并网集成关键技术及示范”，以期解决大规模、集群化分布式电源并网的技术难题。

　　围绕分布式可再生能源发电集群灵活并网集成重大需求，项目组聚焦大规模分布式发电集群有序接入、灵活并网、优化调度三大科学与关键技术问题，重点从高渗透率分布式发电集群优化规划设计方法、高效灵活并网关键技术与装备、分层分级群控群调关键技术与系统、分布式发电集群数模混合仿真测试四个方面开展研究，创新集群规划方法、突破并网与运行控制关键技术、研发系列关键装备与系统、实施仿真测试验证，进而建设安徽金寨“区域分散式”和浙江海宁“区域集中式”两种典型应用模式分布式发电集群灵活并网示范工程。

　　该项目将从共性关键技术研究、核心系统和装置研发到典型应用示范全链条布局，产出一系列具有自主知识产权的国际领先/先进水平的重大成果，研制出高功率密度、高效变流、即插即用并网关键设备(功率密度≥1.0w/cm3、转换效率>98%)与智能测控保护装置，开发区域群控群调系统，建成具有国际领先水平的区域分散型和区域集中型两种典型模式的分布式可再生能源发电集群示范工程(所有并网点THDi≤5%，反孤岛保护动作时间≤2s)，实现多种类(风/光/生物质)、多容量(瓦-兆瓦)、大规模(>200兆瓦)、高渗透率(>100%)分布式能源集群的有序接入、灵活并网和优化调度。

　　该项目将于2019年完成，其研究成果将大幅提高我国分布式能源的消纳水平，实现大规模可再生能源并网关键技术与装备的国产化，探索我国未来分布式电源的开发利用可行道路，切实支撑能源结构清洁化转型和能源消费革命，实现我国在智能电网技术领域整体处于国际引领地位等方面，具有广阔的市场前景和巨大的经济、社会、生态效益。

　　架起能源互联的桥梁

　　——“±500kV直流电缆关键技术”项目简介

　　高压直流电缆作为柔性直流输电技术的关键装备具有低碳环保和安全可靠的优点，适用于环境敏感区域及城市电网的电缆化增容改造，增强电网抵抗自然灾害危害的能力。±500千伏直流电缆代表目前挤包绝缘直流电缆的国际最高水平，其传输功率密度约为±320千伏直流电缆的2倍，可满足新能源规模化利用和区域互联中长距离、大容量、低损耗电力传输的需求。±500千伏直流电缆关键技术已成为当前国际智能电网技术与装备研发领域的前沿热点，也是制约我国大电网柔性互联的技术瓶颈之一。因此，发展±500千伏直流电缆关键技术，对保障我国电力能源安全和可持续发展具有十分重大的战略意义。

　　2016年国家重点研发计划“智能电网技术与装备”专项“±500千伏直流电缆关键技术”项目的总体目标是通过研究±500千伏直流电缆制造及应用技术，掌握国产绝缘材料和屏蔽材料批量化制备工艺，完成样机研制并通过试验验证。

　　项目团队由高校、研究院、制造企业和电网运行企业等15个单位的专家学者组成，高校负责设计基础理论及材料开发，研究院及企业负责材料批量化制备、装备研制及试验应用技术，构成了一支理论基础扎实、实践经验丰富、具有国际视野的“产、学、研、用”协同创新研究团队。项目组将围绕±500千伏直流电缆开发及应用的关键技术与难点，重点开展直流电缆绝缘设计基础、绝缘料与屏蔽料、电缆及附件设计与制造、电缆应用及环境适应性、电缆系统试验及运维技术等方面的系统研究。通过理论分析、仿真计算、实验研究、加工制造和试验评价，在直流电缆系统设计、材料开发、装置研制和试验评价技术方面取得突破，支撑±500千伏直流电缆产品制造及应用，为未来大电网柔性互联提供技术保障。

　　近三年，我国先后在南澳、舟山和厦门柔性直流输电工程中实现了国产挤包绝缘直流电缆的工程应用，最高电压达到±320千伏。直流电缆从±320千伏提升到±500千伏，面临着需要耐受更高场强、传输更大容量和制造更大尺寸电缆系统的挑战：例如，电缆在高场强和高温度梯度下的绝缘设计，高场强、高温度稳定性国产材料开发及批量化制备，多物理场下的电场设计与大尺寸电缆系统制造工艺，直流电缆试验及运维方法有效性等。面对以上问题与挑战，需要开展深入系统的研究。

　　通过该项目的研究开发，将形成我国±500千伏直流电缆核心技术;打破国外技术垄断，提升国产高压直流输电装备的核心竞争力;推动国产高端电力电缆技术开发，增强我国高压直流关键技术整体自主创新能力;为我国清洁能源应用、地区及洲际电网互联和国家能源安全提供有力保障。

　　以友好互动开启电力供需新纪元

　　——“城区用户与电网供需友好互动系统”项目简介

　　日前，国网江苏省电力公司牵头申报的2016年度重点研发计划项目“城区用户与电网供需友好互动系统”成功获批立项。该项目是对电改9号文的一次深度解读和实践探索，项目将结合互联网技术，推动电力供需关系从“网随荷动”向“网荷互动”转变，提高电力供给侧体系质量和效率，引领售电侧市场化改革的发展方向。

　　顺应能源发展形势，促成源荷友好互动

　　从能源供需形势看，我国主要城市群夏季空调负荷已超过最高负荷的1/3，电网峰谷差不断拉大。若继续建设电厂和电网设施来满足短时的高峰负荷需求，将造成社会资源的极大浪费;而传统的有序用电手段，也将极大干扰工商业用户的正常生产。实现城区用户与电网友好互动，短时降低非生产性负荷，可以更好地满足电能供应和需求平衡。

　　从能源利用效率看，我国单位GDP能耗远高于发达国家水平，导致能源总量需求不断增高，而终端用户用能方式的不合理是重要原因之一。实现城区用户与电网友好互动，引导用户主动改变用能习惯，可以更好地控制能源需求总量。

　　掌握项目核心技术，创新友好互动手段

　　项目从模型与机制、设备与系统、工程示范等三个角度开展技术攻关。

　　互动模型与机制设计研究市场竞争机制下用户用电和行为特征，设计面向需求侧主动响应的市场机制框架，建立特殊情况下的电力需求侧应急响应协调机制。

　　互动设备与系统开发研究支持用户与电网双向互动的核心设备，开发基于互联网的家庭能效管理系统，研制电力供需互动服务平台及互动终端。

　　互动工程示范验证研究示范建设方案，探索系统及设备测试方法，提出示范工程相关评价指标，形成用户与电网供需友好互动示范工程推广运营模式和建设指导意见。

　　推进示范工程建设，凸显友好互动成效

　　项目将在苏州与常州选择两个常住人口超过30万的城市区域开展示范验证，预计实现示范互动家庭用户综合能耗降低5.5%以上，示范区负荷峰谷差降低5.8%以上。

　　项目成果具有巨大的推广价值。2014年全国城区用户家庭综合能耗约为3亿吨标准煤，综合能耗降低5.5%将产生经济效益近百亿元。以峰谷差每降低100万千瓦减少调频电源及输配电网配套投资85亿元估算，降低负荷峰谷差5.8%将在全国范围内产生千亿元以上的经济效益。

　　新一轮电力体制改革已经拉开帷幕，电网企业只有不断适应电力用户新需求、新变化，才能更好地实现转型。本项目顺应互联网技术和电改发展潮流，成果将极大地提升用户与电网供需友好互动水平，产生显著的经济和社会效益。

　　打造智能电网典范践行低碳冬奥

　　——“支撑低碳冬奥的智能电网综合示范工程”项目简介

　　近年来，以可再生能源为支点的能源转型已成为我国能源发展的新趋势，国家战略明确提出大力发展可再生能源的发展目标。2015年张家口被确认为我国首个国家级可再生能源示范区，2022年绿色低碳冬奥会对可再生能源的开发利用提出了更高要求。

　　在此背景下，国家科技部在2016年重点研发计划“智能电网技术与装备”专项中专门设置了“支撑低碳冬奥的智能电网综合示范工程”项目，以张家口可再生能源示范区建设和筹备低碳冬奥会为契机，着力打造覆盖智能电网全环节的综合示范工程，探索解决大规模可再生能源“并得上”和“送得出”难题，以及在可再生能源全额供电的前提下奥运专区的连续高可靠供电和低碳交通难题。

　　为此，项目在综合集成我国智能电网研究成果的基础上，分别从发、输、配、用、调等环节设置5项研究课题，拟重点突破：大容量储能系统应用相关技术、大型可再生能源基地多种能源汇集外送的柔性直流和交直流混联送出技术;可再生能源高精度功率预测技术、多能源互补协调调度与控制技术;多能互补的分布式能源与微网系统及其相关技术、交直流混合配电网技术;与可再生能源发电融合的电动汽车充电设施网络关键技术。

　　项目于2016年8月获批，执行周期4年半，由国网冀北电力牵头，国网北京市电力，清华大学、华北电力大学等8家高校，国网经研院、中国电科院、联研院3家电力科研机构，国电南瑞、许继集团、北京四方3家电力设备制造企业共同组成“产—学—研”结合的高水平研究团队。

　　项目的实施有助于构建支撑大规模可再生能源接入和送出的新型电网形态，探索重大活动由100%可再生能源支撑的高可靠供电模式，攻克融合可再生能源的新型充电技术，实现电动汽车充电设施网络覆盖半径达到0.9公里以内。

　　项目将促进大规模可再生能源的开发利用，减少弃风、弃光，根据测算，应用项目成果后的年弃风/弃光率较应用前可降低3%，等效每年多消纳新能源电量2.4亿度。项目通过解决张家口千万千瓦级可再生能源送出难题，达到显著的节能减排目的，预计2020年张家口新能源高效消纳可节煤16.2万吨，等效减少二氧化碳排放59.4万吨。

　　项目通过示范最先进的电力生产、传输、转换、使用和运行控制技术，践行“绿色奥运、低碳奥运”理念，充分展示我国智能电网领域的创新成就，为世界可再生能源的高效利用和绿色用电提供可复制的成功经验，引领世界能源技术创新发展方向。