混联电网

当前，国网山东省电力公司在转型发展中面临两大痛点：一是光伏接入点多面广，全面监控难。山东是新能源大省，光伏装机总量全国第一，分布式光伏户数超过80万户，也是整县光伏试点第一省份；二是电力系统庞大复杂，安全稳定需求高。山东电网是全国最大的特高压交直流混联电网，亟待应用“大、云、物、移、智、链”等新兴信息通信技术，提升电力网络运行安全性。为解决上述痛点，国网山东省电力公司联合国家电网有限公司数字化工作部、山东电力工程咨询院有限公司、北京智芯微电子科技有限公司、南京南瑞信息通信科技有限公司共同开展5G应用实践，并于2021年9月在山东建成全国首张省域5G电力示范网，形成可复制、易推广的电力5G应用模式。

电力变压器作为电力系统最重要的设备之一，长期以来国际标准都由欧美主导。本标准是中国首个主导制定的电力变压器领域IEC标准，实现了中国在电力变压器传统领域国际标准零的突破，代表了世界变压器直流偏磁治理的最高技术水平。该标准规范了世界范围内直流偏磁抑制装置的选型、制造、运行及维护原则，解决了长期以来交直流混联大电网受直流偏磁危害却又缺乏有效治理方案和装备的世界性难题，有效降低了由此带来的设备故障和电网停电的风险；铸就了国产变压器中性点偏磁抑制装置等重要装备的制造能力，带动了装置上下游制造业发展，实现了中国电力装备领域的新突破。 该标准系统地提出了综合设计校核、选型选用、运行维护和监测评估要求的直流偏磁治理方案，并创新提出了电阻型和电容型两种大容量直流偏磁抑制装置的技术参数、基于网络治理理念的抑制装置选用原则和计算校核方法、抑制装置的试验项目及参数，为全过程解决直流偏磁影响问题提供了标准依据。 直流偏磁会造成变压器振动和噪声加剧、电网谐波增加等影响。国内外已发生多起电力设备故障，甚至导致大面积停电。中国已建成世界规模最大的超特高压交直流混联电网，面临巨大的直流偏磁影响威胁。项目组攻克了直流偏磁治理关键技术，成功治理了复奉、锦苏等数十条直流输电引起的直流偏磁影响。在国家重点研发计划《战略新兴产业关键国际标准研究》的支持下，在3年内完成IEC TS 60076-23。相关成果共获授权发明专利8项，实用新型专利35项，发表论文11篇，成果经第三方技术鉴定，达到国际领先水平。 项目组首次在欧美垄断的IEC电力变压器技术委员会主导编制标准，并成立WG33工作组，赢得了国际话语权。本标准填补了国际直流偏磁治理领域标准化的空白，形成了从企标、行标、国标到国际标准的全套标准体系。相比国外IEEE报告，本标准适应性更强，操作性更强，安全和经济性更高，已被英国、挪威等国转化采用。标准涉及的成果已在我国电网工程中得到广泛应用，国内相关设备主流制造厂家均参照本标准，符合标准的装置2年累计实现销售额5612万元。治理方案有效抑制了直流偏磁对电网的影响，每年减少不必要的停电损失7.15亿元，并防范了直流偏磁带来的环境噪声影响，保障了我国交直流混联电网的安全、经济和绿色运行，效益显著。随着“一带一路”建设，中国直流输电技术正向全球输出，本标准将为世界范围直流偏磁治理提供中国方案，为中国制造走向世界提供坚实保障。

直流电源系统

本交直流混联大电网继电保护整定计算系列标准属于电力系统及其二次系统领域。项目针对交直流混联电网运行中面临的故障极限切除时间短、交直流保护配合难度大、机网协调要求高、新型设备缺乏配套规则、整定计算平台智能化程度不足等技术难点，系统研究了各电压等级电力设备特性，将电网稳定需求和一次设备承受能力融入相应继电保护装置整定计算工作，在满足设备安全的前提下，充分挖掘潜力满足系统安全需求。项目构建了覆盖10～500kV全电压等级的交流、直流各类设备继电保护整定计算及其系统设计原则，规范了集成系列整定规程的大电网图形化整定计算系统，显著提高了整定计算工作的规范化、信息化。项目成果显著提升了南方电网第一道防线的安全水平，有力保障了西电东送，项目所提出的失灵保护定值优化、牵引变整定等31条整定原则，获得了行业专家认可，已纳入行标及国标。 本系列标准自2010年开始实施，各项研究成果经测试验证、现场试运行等，完成企标9项，参与完成国标2项、行标3项，并在全网开展15项反措实施、技术改造，组织厂家研发新设备新版本，在新建和现有已投运工程，有序推广应用。项目研究成果的应用极大提高了保电网安全稳定的能力和可靠性，截至2019年，南方电网220kV及以上系统故障快速切除率已连续6年保持100%，保护动作正确率一直维持在较高水平，为南方电网的稳定运行构筑了坚强的第一道防线。 本系列标准目前广泛应用于交直流混联各级电网、各电压等级的继电保护整定计算工作，取得了巨大经济效益，应用前景广泛，有助于整体提升交直流混联大电网安全稳定运行水平。

课题历时4年多科研攻关，云集了国内外青海省、新疆、浙江省和四川省、广东省、及上海市的技术专家和武汉大学等著名高校的知名教授和学者，20多位高级工程师和多位享受国务院政府津贴专家、湖北省有突出贡献青年专家、国家电网公司优秀专家构成精英团队，在交直流混联电网直流电流分布理论模型、深层大地电阻率分布的勘测与反演技术、直流偏磁主动防御方法研究以及可投切式分布式接地极等方面取得了多项理论与应用创新，在国内外重要学术刊物及会议上发表了27篇高水平的学术论文（21篇EI收录），作为第一负责单位承担编制行业标准和企业标准3项，并完成了7项发明专利（授权）、2项软件著作权及2项实用新型专利授权，项目成果为我国直流输电的规划、设计、建设、运行提供有力的技术保障，为确保交流电网安全运行提供了技术支持，具有良好的社会效益和经济效益。在国家电网公司科技部的关怀下，在各省电力公司科研单位、运维单位的大力支持协作下，在湖北省电力公司的领导和支持下，在课题负责单位湖北省电力公司电力科学研究院的具体组织下，各课题参加单位武汉大学、中国电力科学研究院、青海电力科学研究院、上海电力科学研究院、新疆电力科学研究院、四川电力科学研究院、武汉新电电气技术有限公司等，在项目研究的实施过程中，均投入了大量的人力物力，提供了十分热情和大力的支持、帮助，付出了辛勤的努力，终于使本项课题研究如期完成预定任务，圆满达到了课题预期效果。

本项目结合南方电网在无功电压控制方面的实际需求，在交直流混联电网无功电压运行分析与控制、分布式发电接入配网的无功电压控制、电压暂降治理等方面进行了深入的研究。 获授权发明专利19项、实用新型4项、软件著作权3项，发表论文31篇。成果已在南方电网应用，为电网稳定运行和可靠供电提供了重要的技术支撑；理论与机理方面的成果推动了相关领域的技术进步。

一、项目针对问题现状(成果产生背景) 近些年国内高压直流输电工程发展迅速，在“西电东送”、“南北互供”和“全国联网”中起到重要作用。.馈入直流替代了受端电网大量常规机组，使受端电网惯性水平下降，抗功率扰动能力下降。当发生单条或多条直流闭锁故障时，容易引发频率、电压大幅偏移，严重危害系统的安全稳定运行。随着核电和间歇式新能源发电的占比不断增加，将有更多具有灵活调节能力的常规机组被替代，受端电网在大功率扰动下的安全和稳定运行将面临更大挑战。 紧急切负荷是系统应对大功率扰动的重要措施，当前通常不考虑对用户用电的影响或者考虑较为粗糙。随着社会的发展，用户对供电服务质量提出更高要求，上述负荷控制方式不能满足形势发展需要。国务院2011年颁布的《电力安全事故应急处置和调查处理条例》也明确规定了电力事故等级、紧急拉路负荷数量与事故安全等级直接关联。 为降低大功率扰动下紧急切负荷控制对用户供电的影响，需要对紧急切负荷控制进行优化，在维持系统安全稳定运行的同时，降低切负荷量。同时，受端电网中存在大量柔性负荷，如空调、热水器、电动汽车以及电解铝等，短时间控制不会对用户造成明显负面作用，挖掘此类负荷潜能以满足交直流混联电网安全防御需要，具有重要的现实意义。

本项目成果首创海陆联合场路模型，计算地中电流分布，校核抑制措施效果。基于网络治理理念，提出“疏堵结合、合理分配、区域电网内各电压等级相互协调”的抑制装置布点方法，为工程设计和选型提供依据。首次提出两种外接大容量电阻型和电容型抑制直流偏磁装置的技术规范，并形成3大类、7个型号装置产品的制造能力。综合各国电网实际运行情况，统一了直流偏磁抑制装置的电气试验和功能检测的关键技术参数，有效提升标准的适用性和可操作性。首次提出直流偏磁影响治理标准，形成全过程治理体系，解决了超特高压交直流混联电网直流偏磁治理的世界性技术难题。采用项目成果，避免为抑制直流偏磁影响采用金属回线运行方式而增加的线路损耗，每年可减少售电损失71586万元，新增利润17897万元。在金华、南浔、练塘、龙兰、凤鸣等变电站，安装了45台电阻型限流装置，销售额总计2758万元；在新疆及西北地区等能源中心，安装近40套电容型隔直装置，累计销售额约2854万元；总计5612万元。

电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-based high voltage direct current，LCC-HVDC)系统若发生后续换相失败,将严重影响交直流混联电网的安全稳定运行。文中首先针对LCC-HVDC系统故障恢复过程中电流偏差控制作用阶段易再次发生换相失败的问题，对电流偏差控制参数与换相失败之间的关系进行理论分析，发现此阶段系统若不发生换相失败，逆变侧LCC直流电压和交流换相电压须满足一定的约束关系，且该约束关系受电流偏差控制参数的直接影响。然后，基于理论分析结果，提出一种电流偏差控制参数整定方法，可改善系统故障恢复过程中对直流电压恢复速度和程度的控制要求，使系统更易满足直流电压与交流换相电压稳定运行约束关系，以降低后续换相失败概率。最后，利用PSCAD/EMTDC仿真平台CIGRE标准测试模型验证了理论分析的正确性以及参数整定方法的有效性。

我国已建成世界规模最大的特高压交直流混联电网，随着电网格局和电源结构重大改变、远距离跨区输电规模持续增长，故障下电网特性日益复杂，多断面输送能力耦合、故障对电网冲击全局化复杂化。基于传统交流系统运行控制形成的认知和技术，已难以适应特高压交直流电网运行实践要求。近年来，世界范围内发生的多次大停电事故，也为我国大电网安全运行提出警示，追切需要突破交直流混联电网复杂特性的稳定控制技术，提升电网抵御大停电能力。 项目针对交直流混联电网运行特性的重大变化，从电网三道防线出发，突破暂态稳定关联断面识别和极限协调计算、应对多稳定模式交互影响的紧急控制优化、连锁故障链识别及防控、振荡中心定位和失步解列优化、解列后局部孤网保稳控制等关键技术，提升防御电网大面积停电的安全稳定控制水平，为保障特高压交直流混联电网安全稳定运行提供先进适用的技术手段。