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发展高效-安全-绿色电力系统的几项关键新技术韩英铎清华大学电机工程与应用电子技术系中国首届智能电力产业论坛,2014。8。16。北京•科技和产业的发展可能有一个共同点:要乘势而上,不要逆潮流而动!•当前和今后一段时期我们电力科技和产业发展的大势是什么?•夏教授的最后一句话很同意—要文章但第1位的是解决国家的发展战略问题•1.“能源生产与消费的革命”我们准备好了吗？•2.智能电网和能源互联网的关系，许多搞通信搞电子的搞控制,搞互联网的都在瞎子摸象，什么是智能电网，什么是能源互联网？---CCCP+PWM---智能电网要与负荷互动就要互联网•最关键的是要解决什么问题?不能脱离开我们当前和今后面临的问题，为什么习主席提出要推进革命？不革命行不行？是否可持续？----插入亦庄报告数据•革命主要是：减量革命---能源消费量要降下来，要有顶棚数值，特别是化石能源要减；增量革命—可再生能源，新能源的利用要增加，要方便接入，要即插即用等效率革命—在保障安全的同时要解决现在的粗放经营，生产和消费的浪费•3.产学研合作的模式已经走到头，有许多经验和教训，WAMS,STATCOM•需要上升发展，需要与创新驱动揭秘结合科技体制的革命•4.我们面临沦为二类学科的危机，我们严重收硬软件的限制，但最主要的是大的创新的想法•前天去了海淀区，书记和区长都出来一起谈的很好；•与中电联和工信部运行局谈一起搞负荷侧能源管理谈的很好；•5.能源互联网创新研究院是很好的尝试，•每个学科带头人都要考虑能否融合，也可以考虑其它出路，总之靠走老路，靠惯性发展是没有前途的！•十八大报告提出:要推进能源供给与消费的革命•6月17日习近平主席主持召开中央财经领导小组第六次会议，研究中国能源安全战略。习近平提出能源革命，包括能源消费革命、供给革命、技术革命、体制革命四个方面。•习近平主席今年6越初在两院院士大会报告中说:--主要依靠资源等要素投入推动经济增长和规模扩张的粗放型发展方式是不可持续的.--现在,世界发达水平人口全部加起来是10亿左右,而我国有13亿多人,全部进入现代化,那就意味着世界发达人口要翻一番多.不能想象我们能够以现发达人口消耗资源的方式来生产生活,那全球现有资源都给我们也不够用!主要内容1。我国电力生产和消费方式需要革命性变革中国电力系统发展的成就与不足中国发展智能电网的基本动因和大背景2。网架建设和加强动态无功支撑暂态电压稳定是当前受端中心负荷区系统最主要稳定威胁STATCOM市场巨大SVC需要尽快用STATCOM取代3.电能质量的治理正在加速4.调峰与节能潜力巨大5.结语1。我国电力生产和消费方式需要革命性变革1)中国电力系统发展成就突出问题明显•至2012年底，我国电力装机容量和发电量快速增长，全国发电设备容量11.45亿千瓦；全国发电量49774亿千瓦时，比上年增长5.22%发电规模居世界第一位,成绩巨大!•至2012年底，全国电网220千伏及以上输电线路回路长度为50.7万千米、公用变设备容量为22.8亿千伏安.中国电网总规模居世界首位,成绩巨大!自1996年起，我国装机总量位居世界第二02468101219521956196019641968197219761980198419881992199620002004200820122000年3.19亿千瓦1995年2.17亿千瓦1987年1.03亿千瓦1978年5712万千瓦1949年185万千瓦2004年4.4亿千瓦2005年5.08亿千瓦9年8年5年4年2012年11.45亿千瓦1年中国电力发展速度世界瞩目2010年世界上8个国家发电装机容量（单位：亿千瓦)11.389.622.142.28美日俄1.66德法1.34加中0.89英1.246国总和9.552010年世界上8个国家发电量412002008年最高43348422802011年4721798329182美日俄5910德5700法5500加中（单位：亿千瓦时)英38306国发电量总和为39954亿度2.51.00.930.560.440.38GDP总和=2.311995年以来电站项目开工和投产规模单位：万千瓦年份开工规模投产规模装机增长率电量增长率1995111512668.7％9.3％1996106714468.9％6.9％1997119812867.5％4.4％199885218399.1％2.8％199958318917.8％6.6％200059419346.9％11.3％2001214011456.0％9.0％2002233012735.3％11.6％2003311128889.8％15.2％20046100510012.6％14.8％超过英国过去140年全国的装机总和2007910014.6％２０１2年装机总量已接近11.45亿千瓦预测失误资源-环境制约严酷,节能-增效任务繁重!②2012年我国消耗全世界20%的能源，单位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，美国的3.3倍，日本的7倍，同时高于巴西、墨西哥等发展中国家。资源世界中国%名次煤(亿吨)9845114511.63石油(亿吨)1430332.311天然气(万亿米3)1431.41.020我国能源资源相对缺乏①2008年,我国GDP仅占世界的7.1%,能源消耗量占世界的17.7%;生铁的消耗量占世界的39.5%;钢材的消耗量占世界的50.9%;水泥的消耗量占世界的50.9%;消耗水是为世界平均值的四倍。③如此发展难以长期持续!④必须唤醒民众!一条1200公里长输电线的资源消耗--摘自谭永才文章方案1000KV特高压交流X2特高压直流500KV紧凑型X4征地270公顷107公顷229公顷走廊宽48米21米42米导线(铝材)量13.4万吨4.5万吨8.4万吨铁塔钢材量60.7万吨17.3万吨23.4万吨投资340亿170亿200亿500KV输电网夏季典型运行方式潮流情况2009.6.某日2010.6.某日华中系统一般运行方式500KV输电线路输送功率80万以上＜19%,华北＜17%66%68%华北267条500KV线平均有功潮流为470.41MW华中219条线500KV线平均有功潮流为485MW华中282条500kV线路平均有功潮流为385.27MW2010.7.某日81.17%81(28.7%)86(30．49%)62(21．96%)26(9．2%)23(8．15%)4(1.42%)2010.6.某日2010.6.某日70%86%华东306条500KV线路平均有功潮流为490MW东北主网109条500KV线路平均有功潮流为340MW南方电网500KV输电线潮流输送80万以上＜14%2009.6.某日66%目前全国500KV线路达107993KM,每回线按发热限制其输电能力可达260万,考虑稳定和事故限制,设计输送100万千瓦,各大区系统情况不同,可能在较多数时间输电负荷水平在60万千瓦以下,或只有很少时间运行在60万以上!,发展智能输电电网技术,使运行接近满负荷有很大的输电能力潜力可被挖掘!①研究是否可以进一步错峰②研究更准确的稳定边界分析计算方法即使作为稳定储备也要搞清边界在哪!③发展储能技术大幅度提高设备利用率是非常重要问题!原国家电力监管委员会、国家能源局于2012年10月发布的《“十一五”电网运营情况调研报告》指出，中国交流电网设备平均利用效率偏低。2010年中国220－750千伏交流线路长度为432110公里，单位长度线路支撑的发电装机容量为2236千瓦／公里。--是美国相应数据(3771千瓦／公里)的59.3%，--日本相应数据(7846千瓦／公里)的28.5%。截至到2010年底:--全国60%的500千伏省间联络线平均输送功率占经济输送功率的比例低于50%，--26%的500千伏省间联络线平均输送功率是经济输送功率的30%至50%，--34%的500千伏省间联络线平均输送功率占经济输送功率的比例小于30%。2)系统情况已经巨变,稳定导则需要修订80年代初全国装机6000万左右,长稳定问题突出,甚至面临”大机小系统问题”.70-90年总共发生272次系统性事故,平均15次/年,稳定导则发挥了重要作用现在:1)远端电厂外送线路暂态稳定是卡送电极限的关键!---是吗?2)远距离交流输电能力要考虑暂稳极限,要能够经得起机端K3短路的考验!—是吗?3)某处小水电外送要考虑”事故后动稳极限限制!—是吗?4)某处风电向系统中心送要考虑线路静稳极限限制!是吗?3)中国发展智能电网的基本动因和大背景①節能減排、資源和環境的制約問題②提高現有輸電能力和各級電力設備利用率③進一步提高發輸供用系統安全可靠性滿足信息時代提高供电电能质量的新要求大規模可再生能源接入問題,解决大量弃风-弃水问题(云南问题具有特殊性);我所理解的“智能电网”•“智能电网”就是把现代先进的计算机-通讯-网络-传感-控制技术最大限度地应用于电力系统以达到最大限度地提高设备效率,提高安全可靠性,节能减排,提高用户的供电质量,提高可再生能源的利用效率.•IBM认为智能电网应包括3个层次：第一层次，实现对电网运行状态、资产设备状态和客户用电信息的实时、全面和详细监视，消除监测盲点，提高电网可观测性；第二层次，提供先进的IT技术手段，实现对电力企业信息的传输和集成；第三层次，在信息集成的基础上进行高级分析，实现提高可靠性、降低成本、提高收益和效率的目标。----提法比较到位!•“智能电网”不是名词游戏,也不是概念炒做---“智能电网”是推进我国电力生产与消费发生革命性变革的有效手段!是电力系统发展的内在需求和必然趋势。4)发展智能电网的大背景—3C技术的发展与人对世界的可观性和可控性水平坐在大洋彼岸的指挥中心观看袭击本拉登地面观察站观测神九舱内情况及控制对接35kV10kV110kV220kV500kV220V电力系统的多电压等级多层结构+负荷的随机性使负荷动态参数成为长期经典难题!M虚拟电动机恒定阻抗动静负荷比,参数,负载率?500kV实际物理系统仿真决策系统存在大量监测盲点!３／７开？４／６开？迄今的仿真计算模型黑箱子到多久?选择不同负荷模型对输电系统稳定极限影响很大•黑龙江电网稳定极限与负荷参数影响算例断面名称模型一模型二模型三模型四黑龙江东部送出断面功率极限（MW）615120012051210黑吉断面（MW）843123614761387吉辽断面（MW）1500196819851750模型一：50%恒定阻抗+50%电动机模型二：40%恒定阻抗+60%恒定功率模型三：电动机参数中定子电抗由0.295改为0.12模型四：IEEE-6型电动机参数24清华大学电机系柔性输配电系统研究所設備利用率低安全可靠性還不高安全裕度過大節能減排優化調度差接受間歇式可再生能源接入能力差改善電能品質得不到落實基本問題重要參數具有隨機性,時變性,不可觀性真正輸電極限未知,靠大的保守度換取大的可靠度輸電距離遠,故障地點和嚴重程度未知,反事故措施到位程度未知,採取試探辦法應對,造成設備大量冗餘;負荷無法互動,熱備用造成浪費癥結所在有功無法存儲,有功/無功都無法暫態平衡發展廣域動態監測資訊平臺消除參數和狀態監測盲點發展在线測量-辨識克服參數的隨機、時變困難,得到在线實測狀態和主導動態參數發展基於實測參數,潮流的新的安全穩定分析,預警,智能控制技術和智能控制裝置發展基於實測參數,狀態,潮流並考慮負荷互動的安全經濟優化高級調度自動化體系採用固定串補,潮流控制,大幅度提高現有輸電能力,發展相應抑制低頻和次同步振盪安全綜合措施發展大規模動態無功補償和電能品質治理,發展儲能儲電技術解決思路5)国內電網面臨的關鍵技術問題與智能電網研究思路①②③⑤④⑥新廣域動態安全監測与物联网技术參數辨識超即時仿真計算自適應控制電力電子技术儲能技术關鍵技術调峰与节能2。只注意网架建设不加强动态无功支撑是错误的暂态电压崩溃和动态无功补偿功角稳定/频率稳定已经不是我国区域电力系统的大问题暂态电压稳定是京沪穗深等中东部受端各大中心