防控关键技术

我国是世界上台风灾害影响最严重的国家。台风灾害影响范围大，破坏力强，据统计 2013年-2015 年期间，台风灾害就导致广东电网输配电线路损失超 7.2 万基，影响用户达 776 万户以上，是沿海输配电线路损失的最主要原因，严重影响电网安全与社会供电。长期以来，电网风灾防控面临着设备风速缺乏有效监测分析、杆塔风灾破坏过程不明确、风灾损失难以量化评估、风灾防控措施不完备和辅助决策缺乏系统级信息集成等问题。台风灾害的精准预警与防控是提高电网应对能力的必要手段。 通过多学科协同创新，系统性解决了电网台风灾害广域监测、精准评估及高效防治等关键技术难题，取得了突破性创新成果，提出了微尺度台风风场精细化分析技术，揭示了复杂微地形区域的风场变化规律，构建了电网台风监测及灾害告警网络，首次将设备风场监测预警精度提升到 10m 量级，解决了有限监测站点无法对输配电线路全覆盖监测的难题，实现了具体到设备的台风灾害风险告警。提出了塔线体系风雨荷载耦合计算模型，建立了架空线路抗风承载能力及结构参数不确定性倒塌分析方法，有效定位输电杆塔薄弱部位和失效概率，发明了输电线路杆塔不停电加固技术，提升了杆塔抗风承载力。建立了配网台风灾害多因子损失预测模型，突破了强台风区域内配网杆塔定量损失评估的难题。发明了配网防风不停电快速打拉线装置及适用于多方向荷载的弃线保杆装置，拉线抢装时间缩短 90%，弃线保杆动作误差小于 5%，大幅减少配网因台风倒断杆事故； 构建了主配网设备台风监测与灾害防治体系，研发了电网台风灾害决策支持系统，实现了台风监测、灾害损失评估和防治辅助决策，有效支撑电网台风应急指挥。 项目获授权专利 31 项（包括美国专利 1 项，发明 16 项，实用新型 14 项），发表论文 60 篇（其中 SCI 24 篇、EI 21 篇、中文核心 11 篇），主编企标 1 项，参编行标 1 项；授权软件著作权 11 项。经专家组鉴定，成果达国际领先水平。

本项目历时9年，从电网仿真建模、源网友好互动、连锁故障紧急防御及垮网风险快速阻断等方面开展技术攻关和工程应用，取得了一批创新性成果，获得授权发明专利8项，发表论文18篇。主要成果如下：1、提出了计及外部环境扰动的大型新能源场站动态等值技术，建立了计及详细控制系统的柔性设备仿真模型，应用于西北电网生产实际，提升了对复杂电网运行控制的精度。2、揭示了新能源与直流交互耦合及连锁脱网演化机理，计及新能源量化接纳能力和柔性装备优化配置的源网协同预防控制技术，提升了高占比新能源送端电网抗扰能力和交直流输电通道送电水平，降低了新能源大规模连锁脱网风险。3、提出了计及新能源暂态演化信息的连锁故障紧急阻断技术，研发了应对多类型连锁故障的全局资源协调紧急控制系统，填补了高占比新能源电网连锁故障紧急防控技术空白，提升了电网应对连锁故障风险的能力。4、提出计及新能源的高频切机控制技术，研发了西北电网高频切机监视与预警系统，构建了监视、控制及预警于一体的涵盖新能源的高频切机体系，提升电网抵御严重故障能力。 项目成果已应用于祁韶特高压直流工程、青海海西串补工程、甘肃河西加强工程等重大工程项目，显著提升了电网应对连锁故障的防控能力。截止2020年底，累计提高新能源消纳电量114.2亿千瓦，减少电煤消耗近365.44万吨，减少二氧化硫排放约65094吨，降低烟尘排放约18272吨，累计新增销售额98.44亿元，新增利润9.07亿元。成果为推动我国电力能源转型升级和全球能源互联网安全领域科技创新提供了技术、装备支撑。

城市配电网安全稳定运行关乎国计民生。感知体系是其可靠运行的基础。立项之初，大型城市配电网感知设备往往局部配置冗余、整体感知能力不足，经济性较差；感知数据完整性、精准度不高，风险防控缺乏数据支持和有效方法；提高电网精益感知水平迫在眉睫。随着分布式电源大量接入、智能化设备快速推广，城市配电网规模愈加庞大，加速向多源协同、信息物理融合的复杂系统演变，对感知和运行提出了更高要求，突破精益感知与风险防控技术意义重大。 长期以来，大型城市配电网精益感知和风险防控领域面临三大难题：①网架结构多样、运行不确定性强，兼顾经济性、可靠性、可观性等多目标的感知设备精准配置难度大；②终端设备运行环境复杂、元件耦合度高，信号交互干扰，设备-系统多层级、多类型数据可信提升困难；③城市配电网呈现源网荷交互、信息物理耦合、中低压协同等特征，风险主动防控十分复杂。 在国家自然科学基金和国网科技项目支持下，团队历时6年产学研联合攻关，取得三方面重大技术突破：①建立了兼顾可观性、可靠性的中低压配电感知设备优化配置模型，突破了基于改进差分演化算法与模糊综合评价的配置方法，优化感知设备位置、类型；②突破了感知终端多维可信诊断技术，攻克了融合参数识别与过零同步的拓扑自动辨识方法，提出了基于随机森林模型分析与数据流异常检测的主站-终端双重校核技术，异常数据识别准确率超过97%；③提出了信息物理协同的配电网“设备-网格-系统”多空间尺度风险感知技术，突破了考虑时滞影响的功率波动协同平抑技术，发明了融合配用电信息的中低压故障快速识别与分级供电保障方法，提升了风险防控能力。 项目获授权发明专利11项，发表论文33篇，发布国标等技术标准8项，出版专著1部，登记软著8项，研制软硬件8套。项目通过了中电联组织的成果鉴定，中国工程院罗安院士任组长的鉴定委员会一致认为配电网感知设备优化配置和精益化感知技术处于国际领先水平。 成果在天津、杭州等20多个大型城市率先应用，并规模化推广至陕西、贵州等23个省，感知体系建设成本降低8.35%以上，异常量测数据识别准确率超过97%，有效平抑了分布式电源、“煤改电”等电能替代负荷大规模接入后带来的风险，直接经济效益超10亿元，在庆祝新中国成立70周年大会、进博会等重大活动保电中发挥了关键作用，间接效益数十亿元，促进配电网感知与防控从“粗放+被动”向“精益+主动”转变，为支撑“新基建”、推进城市能源变革提供了坚强技术保障。

本项目属于电网建设领域。 煤矿开采导致的地表变形，一直是我国矿区输电线路的路径规划、结构设计、施工建设和安全运行面临的重大难题，对电网建设和安全运行带来巨大挑战。采动区输电线路的建设理论、安全评估方法及防控技术，成为输电线路规划、设计、施工、运维等必须解决的关键技术问题。 从2006年开始，经过十几年的研究和工程实践，揭示了开采沉陷对输电线路的影响机理；研制了山西省输电线路采空区分布图；提出了基于等效深厚比为核心的采动区输电线路稳定性评价方法。解决了采动区输电线路规划设计的重要技术难题。揭示了输电铁塔在地表变形和荷载共同作用下的破坏机理，建立了采动区输电铁塔考虑节点滑移的计算模型，计算精度提高逾30%；得到了铁塔的抗地表变形根开限值。确立了采动区输电铁塔抗变形分析方法。发明了采动区复合防护板基础，提高结构抗变形能力75%以上，减小结构杆件最大附加内力近80%；建立了采动区输电铁塔复合防护板基础的设计理论，突破了采动区复合防护板基础设计的技术瓶颈。研发了采动区输电线路运行监测、风险评估及预警系统，使采动区较大事故隐患预警率达100%。为采动区输电线路安全运行提供了关键技术手段。发明了一系列采动区输电铁塔检修与变形治理技术，研制了采动区线路变形治理系列装置和工器具，降低检修费用85%以上。实现了采动区输电线路变形的快速、经济和高效治理。 该项目成果编制行业标准1项，企业标准3项；授权专利17项（发明专利14项）；登记软件著作权4项；出版专著3部；发表论文20余篇（SCI6篇，EI6篇）。经中国电机工程学会鉴定，整体技术达到国际领先水平。 本项目主要成果以行业标准和企业标准为基础，建立了完整的应用体系，为采动区输电线路的安全运行提供了有效的解决方案，在全国推广应用，取得了巨大的经济和社会效益，为我国特高压技术发展提供了强有力的技术支撑。

7月13日，由国家电网有限公司西北分部牵头，国网陕西电力、国网宁夏电力、南瑞集团、清华大学等单位参与的《提升送端电网新能源消纳水平的安全评估与防控关键技术及应用》创新成果通过中国电力企业联合会组织的技术鉴定。专家组认为，该项目成果在西北五省（自治区）电网、新能源企业和设备生产企业等单位成功应用，实现了新能源电力外送防控领域的技术引领，提升了安全稳定条件下的新能源大规模接入和外送能力，整体达到国际领先水平。

7月13日，由国家电网有限公司西北分部牵头，国网陕西电力、国网宁夏电力、南瑞集团、清华大学等单位参与的《提升送端电网新能源消纳水平的安全评估与防控关键技术及应用》创新成果通过中国电力企业联合会组织的技术鉴定。专家组认为，该项目成果在西北五省（自治区）电网、新能源企业和设备生产企业等单位成功应用，实现了新能源电力外送防控领域的技术引领，提升了安全稳定条件下的新能源大规模接入和外送能力，整体达到国际领先水平。

近日，我国电力行业科技创新最高奖项2024年度中国电力科学技术奖正式发布，国网青海省电力公司牵头完成的“青藏高原冻土区输电线路杆塔基础稳定及冻融灾害防控关键技术”项目喜获中国电力科学技术进步一等奖；“高比例新能源电力系统多能互补优化配置与运行关键技术及应用”项目喜获中国电力科学技术进步二等奖，这也是国网青海电力历史上首次牵头获得的中国电力科学技术进步一等奖，取得了历史性突破。