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(jī)容量、技術(shù)水平還是安全運(yùn)行水平等方面，都發(fā)生了巨大的變化，取得了顯著的進(jìn)步。日前，記者就此采訪了中國科學(xué)院院士、中國電科院名譽(yù)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(gè)關(guān)于世界電力系統(tǒng)發(fā)展階段的調(diào)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(diǎn)是小機(jī)組（不超過10萬千瓦）、低電壓（不超過220千伏）、小系統(tǒng)（省級(jí)及以下電網(wǎng)）。第二代電網(wǎng)是在1950年到上世紀(jì)末，得益于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，第二代電網(wǎng)在第一代的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，特點(diǎn)是大機(jī)組（達(dá)到百萬千瓦級(jí)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(duì)遠(yuǎn)方水電的開發(fā)推動(dòng)大型電網(wǎng)的發(fā)展，是各國的普遍共性。進(jìn)入21世紀(jì)后，世界各國由于對(duì)化石能源枯竭的預(yù)期和環(huán)境惡化的關(guān)注，開始倡導(dǎo)發(fā)展新能源，第三代電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程也由此開啟。其特點(diǎn)是骨干電源與分布式電源結(jié)合、主干電網(wǎng)和局部電網(wǎng)結(jié)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(rèn)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(duì)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(shí)規(guī)模還比較小，除東北電網(wǎng)外基本上都局限在省級(jí)電網(wǎng)的范圍內(nèi)。直到上世紀(jì)70年代，我國才真正意義上進(jìn)入第二代電網(wǎng)。
1969年投運(yùn)的劉家峽水電站裝機(jī)容量122.5萬千瓦，是當(dāng)時(shí)我國裝機(jī)容量最大的水電站。由于當(dāng)時(shí)甘肅省內(nèi)消納能力有限，劉家峽發(fā)出的水電需要在整個(gè)西北地區(qū)（新疆除外）范圍內(nèi)消納。所以，在電壓等級(jí)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(chǔ)上，形成了包括陜西、甘肅、青海在內(nèi)的我國第一個(gè)跨省大型電網(wǎng)。這也標(biāo)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(dāng)時(shí)極為困難的條件下，我國依靠國內(nèi)科研力量獨(dú)立自主研發(fā)并成功應(yīng)用了330千伏輸電技術(shù)和裝備，為500千伏、750千伏輸電技術(shù)研發(fā)應(yīng)用提供了技術(shù)和人才的基礎(chǔ)。改革開放后，我國在330千伏輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上研究500千伏輸電技術(shù)，并結(jié)合國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)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(shù)的華中、東北等電網(wǎng)的網(wǎng)架建設(shè)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(gè)包括周孝信在內(nèi)的20多人的科研團(tuán)隊(duì)到加拿大魁北克水電局學(xué)習(xí)。當(dāng)時(shí)加拿大的直流輸電技術(shù)和工程建設(shè)都很先進(jìn)，而國內(nèi)的研究力量薄弱，電網(wǎng)中直流輸電工程應(yīng)用方面還是空白。他在學(xué)習(xí)期間搜集了一些國外直流輸電系統(tǒng)的資料帶回國內(nèi)，并按國內(nèi)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(zhǔn)備。
周孝信介紹，從1985年開始，以中國電科院為主，相關(guān)單位集中力量研究國外先進(jìn)的直流輸電技術(shù)，配合我國第一個(gè)引進(jìn)消化技術(shù)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(shù)消化和調(diào)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(diào)試得到驗(yàn)證，成功應(yīng)用于該直流輸電工程投產(chǎn)后的調(diào)度運(yùn)行和后續(xù)工程的研究中。
上世紀(jì)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(jìn)程。1993年元旦，周孝信和電科院調(diào)試人員都沒有回家過節(jié)，一直在工程現(xiàn)場調(diào)試。
2000年年底，隨著天生橋一、二級(jí)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(nèi)首個(gè)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(diào)試，經(jīng)過不懈努力，攻克了交直流并聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)，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(shè)計(jì)研究單位、裝備制造企業(yè)，做了大量試驗(yàn)研究和工程調(diào)試工作，掌握了特高壓交流和直流輸電技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)升級(jí)和裝備國產(chǎn)化，推動(dòng)我國電氣裝備制造業(yè)的發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。
現(xiàn)在，我國已形成完整的交直流電壓系列，擁有成熟的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備體系，在特高壓輸電技術(shù)方面達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。
我國電網(wǎng)進(jìn)入構(gòu)建 新一代電力系統(tǒng)的新階段
周孝信認(rèn)為，當(dāng)前，電網(wǎng)發(fā)展已進(jìn)入第三代，即構(gòu)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(diǎn)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(nèi)的非化石能源提供。我國的電力系統(tǒng)需要適應(yīng)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(fēng)、棄光和棄水電量限制在合理水平。
第二個(gè)特點(diǎn)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(xiàng)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(shí)，由于大規(guī)模的直流輸電和分布式發(fā)電進(jìn)入電力系統(tǒng)，給電力系統(tǒng)的運(yùn)行、控制帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。其中，電力電子裝備使整個(gè)系統(tǒng)的慣量減小了，抵抗擾動(dòng)的能力減弱，會(huì)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(gòu)建一個(gè)多能互補(bǔ)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(bǔ)的綜合能源電力系統(tǒng)勢在必行。其包括用戶側(cè)和電源側(cè)兩方面。在用戶側(cè)實(shí)現(xiàn)多種類型能源的綜合利用，通過綜合能源服務(wù)中心等形式，為客戶提供綜合能源服務(wù)，在充實(shí)改善服務(wù)內(nèi)容和質(zhì)量的同時(shí)，提高能源利用效率。在電源側(cè)，特別是西部可再生能源基地，發(fā)展多能互補(bǔ)，通過水電、風(fēng)電、太陽能熱發(fā)電以及火電靈活調(diào)節(jié)等不同特性電源的協(xié)同互補(bǔ)，平抑可再生能源出力的間歇性和波動(dòng)性，使得輸出的電能更穩(wěn)定。結(jié)合西部更大規(guī)?？稍偕茉椿氐慕ㄔO(shè)，發(fā)展電力的就地消納以及轉(zhuǎn)化為可貯存、可運(yùn)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(xiàng)。
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(shù)快速發(fā)展和普及的基礎(chǔ)上，能源互聯(lián)網(wǎng)、能源物聯(lián)網(wǎng)理念和技術(shù)推動(dòng)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(dá)的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)促進(jìn)可再生能源的消納，提高能源利用效率和服務(wù)客戶水平的需求，都將達(dá)到前所未有的高度。
推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)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(gòu)建的是更加清潔、智能的綜合能源電力系統(tǒng)，在構(gòu)建新一代電力系統(tǒng)中，有幾大關(guān)鍵技術(shù)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(shù)。近年來，光伏發(fā)電、陸上風(fēng)電快速發(fā)展，不久的將來都要實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。這一方面要依靠科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，不斷提高發(fā)電效率，降低設(shè)備成本，還要克服一些體制機(jī)制障礙，更充分地發(fā)揮電力市場交易的作用，促進(jìn)可再生能源的消納。
二是高效低成本長壽命儲(chǔ)能技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模發(fā)展，高效低成本長壽命儲(chǔ)能作為一種配合，是非常關(guān)鍵的。當(dāng)前，除抽水蓄能以外，其他技術(shù)還沒有成熟到可以大規(guī)模應(yīng)用的程度。磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能的技術(shù)進(jìn)步很快，成本也大幅度降低。在國家政策引導(dǎo)下，其商業(yè)化應(yīng)用的前景顯現(xiàn)。2018年以來用戶側(cè)和電網(wǎng)側(cè)配置電池儲(chǔ)能的意愿明顯增加。為了盡快實(shí)現(xiàn)其規(guī)模化應(yīng)用的目標(biāo)，當(dāng)前要繼續(xù)加強(qiáng)研發(fā)力度，不斷提高相關(guān)性能、降低成本。其他類型的儲(chǔ)能，如儲(chǔ)熱、壓縮空氣儲(chǔ)能、太陽能熱發(fā)電等，都在開展相關(guān)研究和示范應(yīng)用，我們期待著些技術(shù)的不斷進(jìn)步和突破。
三是高可靠性低損耗電力電子技術(shù)。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(shí)現(xiàn)國產(chǎn)品的批量應(yīng)用。要進(jìn)一步加大新一代電力電子器件如基于寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅器件的研發(fā)力度，早日實(shí)現(xiàn)耐高電壓、耐高溫性能強(qiáng)，體積小，安全性可靠性高的電力電子裝備在電網(wǎng)中應(yīng)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(shù)。礙于技術(shù)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。現(xiàn)在電網(wǎng)規(guī)模這么大，只憑人的經(jīng)驗(yàn)去分析海量數(shù)據(jù)已經(jīng)不夠了，準(zhǔn)確性、快速性都跟不上?，F(xiàn)在就設(shè)想能不能用人工智能解決這個(gè)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(dǎo)輸電、既能輸液態(tài)天然氣又能輸電的輸能管線等。
加強(qiáng)科研攻關(guān)為電力系統(tǒng)發(fā)展 貢獻(xiàn)重要技術(shù)和解決方案
周孝信說，在改革開放和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)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(xiàn)。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(chǔ)性和共性的關(guān)鍵技術(shù)和研究手段，在一系列電力系統(tǒng)重大工程實(shí)踐的關(guān)鍵時(shí)刻貢獻(xiàn)了相關(guān)技術(shù)和解決方案。
以電系統(tǒng)仿真分析技術(shù)和電力電子應(yīng)用技術(shù)為例。電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)是電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)度運(yùn)行都離不開的技術(shù)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(shè)備，這樣大規(guī)模的人造系統(tǒng)，如果想實(shí)現(xiàn)有效控制和故障處理，必須事先做好充分預(yù)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(jìn)國外相關(guān)軟件的消化和吸收，目前在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、調(diào)度運(yùn)行方面的應(yīng)用軟件都實(shí)現(xiàn)了自主可控。
中國電科院在此領(lǐng)域有十分強(qiáng)大的科研開發(fā)團(tuán)隊(duì)，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(shí)時(shí)仿真裝置等先進(jìn)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(qiáng)的電網(wǎng)仿真體系。相關(guān)成果先后獲得1985年和2009年國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
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(yīng)用軟件的能力外，也具有全方位分析解決電力系統(tǒng)技術(shù)難題、支持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。多年來，為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和調(diào)度運(yùn)行提供強(qiáng)有力技術(shù)支持，為我國電網(wǎng)的發(fā)展和持續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行作出了突出的貢獻(xiàn)。
電力電子裝備在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，是中國電科院率先在公司系統(tǒng)內(nèi)倡導(dǎo)的研究和發(fā)展方向。
自上世紀(jì)90年代起，從試驗(yàn)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(yīng)用領(lǐng)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(bǔ)償裝備研制和應(yīng)用，到220千伏和500千伏超高壓輸電可控串補(bǔ)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(shù)研究和裝備研制，還有近期開展的風(fēng)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(nèi)起到了先導(dǎo)作用，為我國電網(wǎng)中發(fā)展電力電子技術(shù)和裝備奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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