电力系统的重要研究课题

电力系统的重要研究课题
1.特高压交直流输电技术的相关课题
在我国，特高压电网指的是以1000kV交流电压和 800kV直流电压输电工程和技术。

特高压电网指的是以1000kV输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电、高压直流输电和配电网构成的分层、分区、结构清晰的现代化大电网。

建设特高压电网时满足未来持续增长的电力需求根本保证.只有加快建设电压等级更高、网架结构更强、资源配置更大的以特高压电网为核心的国家电网才能满足大规模的电力输送和供应，提高我过能源开发与利用效率。

特高压输电技术的相关研究热点主要高电压技术、控制与保护技术以及新材料与设备制造等。

高电压技术的研究主要包括特高压电晕效应、特高压绝缘理论与技术、特高压电磁环境及其影响、过电压分析与绝缘配合等.控制与保护技术研究主要包括高压直流输电系统的控制系统设计方法、控制器的成套设计与实验、高压直流输电系统的保护技术研究等.新材料与设备制造技术包括新型绝缘材料的研发、电力电子器件的制造技术以及其他特高压设备设计与制造等。

2.基于电压源型换流器多端高压直流输电技术的相关课题
基于电压源换流器的高压直流输电技术（VSC—HVDC)是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，采用最先进的电压源换流器(VSC）、全控型电力电子器件(IGBT)和脉冲调制（PWM）技术，解决了常规直流输电技术的诸多固有瓶颈：它可以实现有功功率和无功功率的独立控制，提供动态无功补偿能力，改善电能质量，向无源网络供电，并且滤波容量小,占地面积小，环境污染低，便于模块化。

相比于交流输电和常规直流输电,其可控性较好、运行方式灵活,在传输能量的同时，还能灵活调节交流系统的电压,在可再生能源并网、城市供电、海岛供电等方面具有巨大的优势。

大规模海上和陆地风能、荒漠太阳能、水电等可再生能源电力的开发，对美国、欧洲、中国等各大电力系统都提出了大容量、远距离输电的需求.为此,各国都在现有输电技术的基础上研究探索新的输电方式和输电技术，为发展新的输电网络提前作技术储备.其中，基于电压源型换流器多端高压直流输电（VSC—MTDC）
技术成为各国研究、设计与开发的重点。

VSC—MTDC相关研究的热点主要包括：加大电力电子器件及其高压电网应用技术的研发力度，如碳化硅电力电子器件、压接型IGBT器件、IGBT高压串联阀及其电压源换流器等；加强高压直流分断的理论机理和关键技术研发力度,尽早实现高压直流断路器的国产化；加强电压源换相直流输电相关理论和关键技术的研发;加强新型绝缘材料在高频高压应用环境下相关基础理论和关键技术研发，为适用于电压源换相高压直流输电技术电工设备的研制奠定技术基础；在系统层次上，完善电压源换相直流输电系统的分析与仿真方法，探索电压源换相直流输电系统过电压分析与绝缘配合，完成电压源换相直流输电系统成套设计，研究电压源换相直流系统控制保护策略；在网络层次上，加强多端直流输电网网络拓扑结构、功率传输特性与运行特性、多端直流输电网控制与调度技术、保护技术等一些关键技术和基础理论的研究工作.
多端直流输电的原理图
3.基于大容量电力电子技术的柔性交流输电技术的相关课题
柔性交流输电技术(FACTS)已被国内外的一些较权威性的输电技术研究者和工作组称为“未来输电系统新时代的三项支撑技术之一。

FACTS技术是指基于电力电子技术在电能输送过程中对电能的数量和形态进行快速、精确的控制技术.柔性交流输电技术实施的核心是基于电力电子技术的,但并不仅限于此，储能技术、分布式电源技术、信息管理与控制技术等与柔性交流输电技术密不可分。

柔性交流输电技术的提出和实施为交流系统参数、无功调节、输送能力、动态稳定给出了新的解决方案.其中,FACTS技术在中国最主要的应用主要包括静止无功补偿器SVC、静止无功发生器STA TCOM和可控串联补偿TCSC等.
与FACTS技术相关的研究课题主要包括：大功率电力电子器件的制造技术是当代技术发展最迅速的高新技术之一，这也将使FACTS技术更可靠、更接近市场、更加实用；FACTS
相关控制理论和技术关键的进一步完善；应用于高压系统的FACTS设备的制造技术以及模块化设计研究;在系统层次方面,FACTS设备在电网调度、电压管理与无功优化、电力系统振荡阻尼与稳定控制等方面的应用研究。

4.高性能大容量储能技术的相关课题
电力系统中，储能技术作为改变电能利用的有效途径，是近年来国内外研究开发非常活跃的领域。

目前已有的储能技术主要包括抽水蓄能技术、蓄水蓄能技术、电池蓄能、飞轮蓄能、超级电容蓄能和超导蓄能技术等。

近年来，新能源汽车特别是电动汽车的良好发展利好动力电池储能产业发展，但目前电动汽车行业的发展依然受限于高性能大容量的电池技术限制，急需重点研究突破技术瓶颈。

另外，新能源发电的间歇性与波动性给现代电力系统带来了非常大的挑战,埋下了巨大的隐患,而储能技术与新能源发电技术的结合将为可再生能源发电并网提供一种可靠安全的途径。

与储能技术相关的研究课题主要包括：新型储能材料的研发,高性能大容量储能设备的模块化设计与制造；大容量以及高功率型电池的研发，电池充放电控制理论和技术关键的开发;风-光—储混合电力系统的设计方法,系统协调控制与优化方法，系统能量管理技术研究;大规模和分布式相结合的储能系统（水电蓄能、抽水蓄能、电池蓄能、机械蓄能、蓄热，大规模和分布式，纯电动和插电式混合动力汽车）理论研究；储能设备在电力系统控制中的应用技术和理论研究。

5.可再生能源发电技术的相关课题
在能源紧缺和环境污染日益严峻的形势下,世界各国在风能、太阳能、生物质能等可再生能源发电方面的投入不断扩大。

随着大量的可再生能源发电并网，尤其是风力发电,给电力系统的可靠和稳定运行带来了巨大的挑战。

可再生能源发电及大规模可再生能源电力（集中式、分布式）接入是现代电网必须解决的关键技术问题，这一问题受到了国内外高校学者、专家、发电企业和电网运行人员的广泛关注，成为了近年来被广泛研究的问题之一。

与可再生能源发电技术相关的研究课题主要有：新型光伏材料的研发，光伏发电系统的运行与控制技术;新型风电机组的研发与设计，风电并网技术以及风电场与风电机组的建模与仿真方法；风电功率预测方法研究，风电调度与调峰技术研究;电力系统接纳风电能力的计算方法以及风电并网对电力系统影响分析；清洁能源发电与间歇性电源友好接入技术研究，风—光—储混合系统设计、运行与控制方法,大规模和分布式相结合的可再生能源发电系统研究与设计。

6.电动汽车技术的相关课题
随着汽车工业的快速发展，传统燃油汽车广泛应用所引起的能源供应紧缺和环境污染等问题日益突出，节能减排已深入人心。

发展电动汽车,实现交通动力电气化转型，不仅关系到汽车产业的未来,更关系到人类社会的可持续发展.同时,电动汽车的大规模推广应用将有助于提高电网电能利用效率，发挥其分散式储能、参与系统调峰、作为应急支撑电源等功能。

对于中国而言，电动汽车的发展还在一定程度上成为中国从汽车销售大国逐步向生产大国、出口大国和技术强国发展，实现国内汽车行业获取国际竞争优势的重大契机。

因此,电动汽车的发展对中国具有重要的经济与战略意义。

与电动汽车技术相关的研究课题主要包括：开发新型电池材料，研发高性能大容量电池；研究电动汽车电池的快速充放电控制技术，完善充电站管理系统设计；研究电动汽车充电对电力系统的影响及其调度与控制方法；讨论电动汽车充放电与可再生能源发电的协调控制方法；探索包含电动汽车的风-光-储混合系统的设计、运行与控制方法。

7.超导输电技术的相关课题
超导输电使用高温超导材料替代传统的铜和铝导线来输送电能，其优越性由超导材料的优点所决定,主要是：第一，高温超导体的临界电流密度达到铜线或者铝导线的允许电流密度的100倍以上，易于实现单回路大容量传输，相同容量时，体积小，重量轻.第二，超导线路在直流情况下没有电阻,没有电能损耗,维持液氮温度以上的制冷耗能要小得多，使得输电损耗低，效率高。

由于以上重大优越性，使高温超导输电将为未来电网提供一种全新的低损耗，大容量，远距离电力传输的重要途径，考虑到我国未来大规模的电力输送问题,超导直流输电是重要发展的方向。

近些年来,超导直流输电技术日益受到世界各国重视。

美国、日本、德国等国家均在探索长距离超导直流输电的可行性.建议超导直流输电应作为我国发展的重点。

与超导输电技术相关的研究课题有：超导科学的物理基础研究,研究和开发新一代超导材料及其制造工艺技术、配套的低温制冷技术；重点开发超导电缆、超导变压器、超导限流器、超导储能等电力设备和技术;研究超导技术在电力输配系统中的应用,长远目标是实现大容量、远距离、超导直流输电；建立超导技术研究、开发和应用的平台及相应的试验基地，进行装置的物理试验、系统仿真并建立相应的标准规范。

超导电缆截面图
交流多相超导电缆结构示意图
8.微网技术的相关课题
微网概念的兴起主要是解决分布式电源并网带来的技术、市场和政策上的问题.为了最大限度地发挥分布式发电技术在经济、能源和环境中的优势，很多国家都将微网纳入未来电网发展的日程中.欧洲以及美国、日本等国家都针对本国实际提出了微网的概念并积极开展研究，到目前为止，微网在理论与应用上都取得了丰硕的成果。

鉴于微网能够最大化接纳分布式电源，节能降耗且提高能效，实现农村电气化，提高供电可靠性和电能质量以及电网整体抗灾能力,建议将微网作为我国电力系统未来发展的重点。

与微网技术相关的研究课题主要包括：微网基础理论与核心技术研究，微网的仿真技术、规划设计理论、运行控制与保护技术、微网的孤岛检测技术与快速联网技术、微网的能量管
理系统;微网设备的制造技术以及模块化技术研究;微网技术与可再生能源发电技术、新型储能技术、柔性直流输电技术以及智能用电技术等相结合,进行技术创新与发展；电网大面积停电、电网解列情况下、微电网的运行与控制方法,完善电网黑启动等应急预案。

微网结构图。