改革開放40年來，我國電力系統(tǒng)無論在系統(tǒng)規(guī)模、裝機容量、技術水平還是安全運行水平等方面，都發(fā)生了巨大的變化，取得了顯著的進步。日前，記者就此采訪了中國科學院院士、中國電科院名譽院長周孝信。
從孤立分散到交直流互聯(lián)大電網(wǎng)
周孝信表示，8年前，他做過一個關于世界電力系統(tǒng)發(fā)展階段的調研，研究發(fā)現(xiàn)世界電網(wǎng)的發(fā)展大體上可以劃分為三代。第一代電網(wǎng)主要在1950年之前，主要特點是小機組（不超過10萬千瓦）、低電壓（不超過220千伏）、小系統(tǒng)（省級及以下電網(wǎng)）。第二代電網(wǎng)是在1950年到上世紀末，得益于經(jīng)濟和技術的發(fā)展，第二代電網(wǎng)在第一代的基礎上實現(xiàn)轉型升級，特點是大機組（達到百萬千瓦級別）、超高壓和特高壓、大型交直流互聯(lián)電網(wǎng)的出現(xiàn)。在這一階段，通過對遠方水電的開發(fā)推動大型電網(wǎng)的發(fā)展，是各國的普遍共性。進入21世紀后，世界各國由于對化石能源枯竭的預期和環(huán)境惡化的關注，開始倡導發(fā)展新能源，第三代電網(wǎng)的發(fā)展進程也由此開啟。其特點是骨干電源與分布式電源結合、主干電網(wǎng)和局部電網(wǎng)結合、可再生能源逐步替代化石能源、綜合能源系統(tǒng)和電網(wǎng)智能化等。
周孝信認為，我國電網(wǎng)的發(fā)展歷程和世界電網(wǎng)的整體發(fā)展歷程類似，只是我國電網(wǎng)發(fā)展相對滯后。1949年新中國成立以后，雖然我國也開始發(fā)展自己的水電系統(tǒng)，但那時規(guī)模還比較小，除東北電網(wǎng)外基本上都局限在省級電網(wǎng)的范圍內。直到上世紀70年代，我國才真正意義上進入第二代電網(wǎng)。
1969年投運的劉家峽水電站裝機容量122.5萬千瓦，是當時我國裝機容量最大的水電站。由于當時甘肅省內消納能力有限，劉家峽發(fā)出的水電需要在整個西北地區(qū)（新疆除外）范圍內消納。所以，在電壓等級上，需要將輸電電壓從220千伏升至330千伏，線路途徑500多千米，將劉家峽的水電送到西安地區(qū)。在此線路的基礎上，形成了包括陜西、甘肅、青海在內的我國第一個跨省大型電網(wǎng)。這也標志著我國基于330千伏超高壓輸電的區(qū)域電網(wǎng)正式形成。
在當時極為困難的條件下，我國依靠國內科研力量獨立自主研發(fā)并成功應用了330千伏輸電技術和裝備，為500千伏、750千伏輸電技術研發(fā)應用提供了技術和人才的基礎。改革開放后，我國在330千伏輸電技術的基礎上研究500千伏輸電技術，并結合國外先進技術的引進消化，于1981年投產(chǎn)我國第一條500千伏輸電線路——平武線（平頂山到武漢）。此后，基于500千伏交流輸電技術的華中、東北等電網(wǎng)的網(wǎng)架建設陸續(xù)起步，全國各大區(qū)域電網(wǎng)逐步形成。
除交流輸電外，在我國第二代電網(wǎng)的發(fā)展過程中，直流輸電得到快速發(fā)展。1979到1980年，水電部派遣一個包括周孝信在內的20多人的科研團隊到加拿大魁北克水電局學習。當時加拿大的直流輸電技術和工程建設都很先進，而國內的研究力量薄弱，電網(wǎng)中直流輸電工程應用方面還是空白。他在學習期間搜集了一些國外直流輸電系統(tǒng)的資料帶回國內，并按國內要求提出了初步的直流輸電仿真分析模型，為未來的直流輸電工程研究做準備。
周孝信介紹，從1985年開始，以中國電科院為主，相關單位集中力量研究國外先進的直流輸電技術，配合我國第一個引進消化技術和裝備的直流輸電工程（1989～1990年投產(chǎn)的葛洲壩—上?！?00千伏直流輸電工程），開展了大量的技術消化和調試工作。
通過該工程，我國初步掌握了直流輸電工程的系統(tǒng)研究和分析方法，在自主研發(fā)的電力系統(tǒng)分析綜合程序中增加了直流輸電系統(tǒng)模型分析功能，并通過直流輸電工程的現(xiàn)場調試得到驗證，成功應用于該直流輸電工程投產(chǎn)后的調度運行和后續(xù)工程的研究中。
上世紀90年代初，南方電網(wǎng)建成了第一條交流500千伏輸電工程——天生橋—廣州±500千伏直流輸電工程，開啟了南方電網(wǎng)大規(guī)模西電東送的進程。1993年元旦，周孝信和電科院調試人員都沒有回家過節(jié)，一直在工程現(xiàn)場調試。
2000年年底，隨著天生橋一、二級水電站全面投產(chǎn)發(fā)電，天生橋至廣州±500千伏直流輸變電工程單極投產(chǎn)，國內首個交直流并聯(lián)混合輸電系統(tǒng)由此誕生。中國電科院全面介入了該系統(tǒng)的研究和現(xiàn)場調試，經(jīng)過不懈努力，攻克了交直流并聯(lián)電網(wǎng)運行控制關鍵技術，支撐了電網(wǎng)由純交流向交直流并聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展。
2009年和2010年，我國首條1000千伏特高壓交流輸電線路工程和±800千伏特高壓直流輸電工程相繼投產(chǎn)。中國電科院緊密配合公司、規(guī)劃設計研究單位、裝備制造企業(yè)，做了大量試驗研究和工程調試工作，掌握了特高壓交流和直流輸電技術，為實現(xiàn)電網(wǎng)升級和裝備國產(chǎn)化，推動我國電氣裝備制造業(yè)的發(fā)展作出了突出貢獻。
現(xiàn)在，我國已形成完整的交直流電壓系列，擁有成熟的標準和設備體系，在特高壓輸電技術方面達到了世界領先水平。
我國電網(wǎng)進入構建 新一代電力系統(tǒng)的新階段
周孝信認為，當前，電網(wǎng)發(fā)展已進入第三代，即構建新一代電力系統(tǒng)的新階段，面臨著全新的問題和挑戰(zhàn)。
第三代電網(wǎng)最主要的特點是可再生能源在電力系統(tǒng)中的比例不斷提高。我國提出，到2050年，全國電量的60%以上要靠包括可再生能源在內的非化石能源提供。我國的電力系統(tǒng)需要適應這一發(fā)展趨勢，努力研究怎樣消納高比例的可再生能源，將棄風、棄光和棄水電量限制在合理水平。
第二個特點是隨著可再生能源接入和直流輸電的發(fā)展，電網(wǎng)中電力電子裝備的比例不斷提高。我國已經(jīng)建成10余項特高壓直流輸電工程，“西電東送”的規(guī)模很大，電力電子裝備替代了大量的傳統(tǒng)電磁裝備，發(fā)揮著輸送、分配和接納可再生能源的作用。但同時，由于大規(guī)模的直流輸電和分布式發(fā)電進入電力系統(tǒng)，給電力系統(tǒng)的運行、控制帶來相當大的挑戰(zhàn)。其中，電力電子裝備使整個系統(tǒng)的慣量減小了，抵抗擾動的能力減弱，會帶來一定的安全隱患，現(xiàn)在正在加緊研究解決之中。
第三是要構建一個多能互補的綜合能源電力系統(tǒng)。為了更多消納可再生能源，提高能源綜合利用效率，建立多能互補的綜合能源電力系統(tǒng)勢在必行。其包括用戶側和電源側兩方面。在用戶側實現(xiàn)多種類型能源的綜合利用，通過綜合能源服務中心等形式，為客戶提供綜合能源服務，在充實改善服務內容和質量的同時，提高能源利用效率。在電源側，特別是西部可再生能源基地，發(fā)展多能互補，通過水電、風電、太陽能熱發(fā)電以及火電靈活調節(jié)等不同特性電源的協(xié)同互補，平抑可再生能源出力的間歇性和波動性，使得輸出的電能更穩(wěn)定。結合西部更大規(guī)?？稍偕茉椿氐慕ㄔO，發(fā)展電力的就地消納以及轉化為可貯存、可運輸?shù)臍怏w、液體燃料（通過電制氫、制甲烷等）也是未來的重要選項。
第四是成為信息物理融合的智能電力系統(tǒng)。在未來電力系統(tǒng)可再生能源占優(yōu)的需求背景下，在智能電網(wǎng)和綜合能源系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術快速發(fā)展和普及的基礎上，能源互聯(lián)網(wǎng)、能源物聯(lián)網(wǎng)理念和技術推動未來電網(wǎng)發(fā)展為信息物理融合的智慧能源電力系統(tǒng)的步伐不斷加快。利用發(fā)達的網(wǎng)絡信息技術促進可再生能源的消納，提高能源利用效率和服務客戶水平的需求，都將達到前所未有的高度。
推動技術創(chuàng)新構建更加 清潔智能的綜合能源電力系統(tǒng)
周孝信表示，未來將構建的是更加清潔、智能的綜合能源電力系統(tǒng)，在構建新一代電力系統(tǒng)中，有幾大關鍵技術將發(fā)揮重要作用。
一是高效低成本可再生能源發(fā)電技術。近年來，光伏發(fā)電、陸上風電快速發(fā)展，不久的將來都要實現(xiàn)平價上網(wǎng)。這一方面要依靠科學研究和產(chǎn)業(yè)技術的進步，不斷提高發(fā)電效率，降低設備成本，還要克服一些體制機制障礙，更充分地發(fā)揮電力市場交易的作用，促進可再生能源的消納。
二是高效低成本長壽命儲能技術。要實現(xiàn)可再生能源大規(guī)模發(fā)展，高效低成本長壽命儲能作為一種配合，是非常關鍵的。當前，除抽水蓄能以外，其他技術還沒有成熟到可以大規(guī)模應用的程度。磷酸鐵鋰電池儲能的技術進步很快，成本也大幅度降低。在國家政策引導下，其商業(yè)化應用的前景顯現(xiàn)。2018年以來用戶側和電網(wǎng)側配置電池儲能的意愿明顯增加。為了盡快實現(xiàn)其規(guī)?；瘧玫哪繕耍斍耙^續(xù)加強研發(fā)力度，不斷提高相關性能、降低成本。其他類型的儲能，如儲熱、壓縮空氣儲能、太陽能熱發(fā)電等，都在開展相關研究和示范應用，我們期待著些技術的不斷進步和突破。
三是高可靠性低損耗電力電子技術。在這方面，期望大容量柔性直流輸電裝備的核心部件——IGBT能夠早日實現(xiàn)國產(chǎn)品的批量應用。要進一步加大新一代電力電子器件如基于寬禁帶半導體碳化硅器件的研發(fā)力度，早日實現(xiàn)耐高電壓、耐高溫性能強，體積小，安全性可靠性高的電力電子裝備在電網(wǎng)中應用，使新一代電力系統(tǒng)中柔性直流輸電、可再生能源接入電網(wǎng)的可靠性和效率更高。
四是新一代人工智能技術。礙于技術發(fā)展，以前有些事想做卻做不了，比如做電力系統(tǒng)穩(wěn)定的快速在線分析?，F(xiàn)在電網(wǎng)規(guī)模這么大，只憑人的經(jīng)驗去分析海量數(shù)據(jù)已經(jīng)不夠了，準確性、快速性都跟不上?，F(xiàn)在就設想能不能用人工智能解決這個問題，以加快電力系統(tǒng)在線分析和控制的速度。
此外，還有一些新型輸電方式正在研究中，比如超導輸電、既能輸液態(tài)天然氣又能輸電的輸能管線等。
加強科研攻關為電力系統(tǒng)發(fā)展 貢獻重要技術和解決方案
周孝信說，在改革開放和社會經(jīng)濟發(fā)展的進程中，中國電科院為我國電力系統(tǒng)的發(fā)展作了非常突出的貢獻。40年來，中國電科院在我國電力系統(tǒng)發(fā)展的不同階段提供了基礎性和共性的關鍵技術和研究手段，在一系列電力系統(tǒng)重大工程實踐的關鍵時刻貢獻了相關技術和解決方案。
以電系統(tǒng)仿真分析技術和電力電子應用技術為例。電力系統(tǒng)仿真分析技術是電網(wǎng)規(guī)劃設計、調度運行都離不開的技術支撐。我國電力系統(tǒng)縱橫幾千千米，連接千家萬戶，其中包含各種設備，這樣大規(guī)模的人造系統(tǒng)，如果想實現(xiàn)有效控制和故障處理，必須事先做好充分預案和在線分析。通過大型電力系統(tǒng)仿真軟件的自主研發(fā)和引進國外相關軟件的消化和吸收，目前在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設計、調度運行方面的應用軟件都實現(xiàn)了自主可控。
中國電科院在此領域有十分強大的科研開發(fā)團隊，先后研制了大型電力系統(tǒng)分析軟件和大電網(wǎng)全數(shù)字實時仿真裝置等先進手段，建成國家電網(wǎng)仿真中心和數(shù)據(jù)中心，形成世界上功能最強的電網(wǎng)仿真體系。相關成果先后獲得1985年和2009年國家科技進步一等獎。
從離線分析到在線分析，從物理模擬到全數(shù)字仿真，中國電科院除具備研究開發(fā)電力系統(tǒng)分析應用軟件的能力外，也具有全方位分析解決電力系統(tǒng)技術難題、支持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的能力。多年來，為電網(wǎng)規(guī)劃設計和調度運行提供強有力技術支持，為我國電網(wǎng)的發(fā)展和持續(xù)安全穩(wěn)定運行作出了突出的貢獻。
電力電子裝備在電力系統(tǒng)的應用，是中國電科院率先在公司系統(tǒng)內倡導的研究和發(fā)展方向。
自上世紀90年代起，從試驗研究、裝備制造、工程承接到人才培養(yǎng)，中國電科院在電力電子應用領域各環(huán)節(jié)中都做了大量開創(chuàng)性工作。從早期的無功補償裝備研制和應用，到220千伏和500千伏超高壓輸電可控串補等靈活交流輸電系統(tǒng)研究和裝備研制，以及高壓和特高壓直流輸電、柔性直流輸電技術研究和裝備研制，還有近期開展的風電太陽能電力電子裝備接入電網(wǎng)和直流電網(wǎng)研究，都在行業(yè)內起到了先導作用，為我國電網(wǎng)中發(fā)展電力電子技術和裝備奠定了堅實的基礎。
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