973申请书有关大容量输电.docx

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973申请书有关大容量输电

973计划项目申请书

项目名称：

提高大型互联电网运行可靠性的基础研究

项目首席科学家：

周孝信，中科院院士，64岁

申报单位：

中国电力科学研究院

推荐部门（单位）：

国家电网公司

摘要

……

本项目紧密围绕提高大型互联电网运行可靠性的目标，提出拟研究解决4个方面的科学问题：

电力受端系统大面积停电的机理，大型互联电网分布式计算的理论和方法，大电网在线运行可靠性评估、预警及决策理论，以及提高输电系统输送能力和运行可靠性的关键技术。

本项目针对……，为提高大型互联电网运行可靠性的实用化技术提供科学依据。

在理论创新上……。

在技术创新上，提出大幅度提高500kV超高压交流输电线路输电能力的技术基础和综合方案，有效解决我国西电东送的传输容量瓶颈问题，提高电网充裕度……。

本项目将设7个课题开展研究：

……。

本项目的研究成果经进一步应用开发和集成，将形成新一代电网调度控制中心能量管理系统，显著提高我国电网事故分析和处理能力，从而减少大面积停电给社会带来的灾难性损失。

所研究的成果将为大幅度提高我国现有500kV输电系统的输电能力和运行可靠性提供关键技术基础。

将为我国大规模的电网建设节省输电走廊，减少电网建设的环境压力，为提高电网的运行可靠性、确保供电安全提供充分保证。

今后5～10年，中国电网将发展成为世界上技术最复杂、规模最大的电网之一。

本项目的研究成果将使我国电网的安全运行技术与我国电网的发展相适应并跻身国际先进行列，使我国电网具备条件成为世界上最安全可靠的电网。

正文

1、立项依据

1.1开展本项目研究的必要性与紧迫性

1.2本项目研究面临的科学技术需求

提高大型互联电网运行可靠性的研究将从以下4个方面的科学问题入手：

（1）大规模电力网络特性和大面积停电机理

（2）大型互联电网的仿真计算方法

（3）大型互联电网在线运行可靠性评估、预警及决策理论

（4）提高电网的输电能力和输变电设备可靠性的关键技术基础

1.3项目研究的科学意义

1.4可能的突破点

本项目的目标将是通过基础性的理论和关键技术研究，建立电网运行可靠性的理论体系和新的分析方法，在一些关键科学技术问题上有所突破，为提高大型互联电网运行可靠性的实用化技术提供科学依据。

可能的创新突破点主要如下：

●创立大电网运行可靠性的理论和评价指标体系;

●提出有效的大型互联电网在线分布仿真体系和算法；

●建立大电网在线运行可靠性分析与监控技术平台;

●提出大幅度提高500kV交流输电网输送能力关键技术的科学依据;

1.5本项目研究对我国社会、经济和科技发展的贡献

略

所研究的成果将为大幅度提高我国现有500kV输电系统的输电能力和运行可靠性提供关键技术基础。

将为我国大规模的电网建设节省输电走廊，减少电网建设的环境压力，为提高电网的运行可靠性、确保供电安全提供充分保证。

2、国内外研究现状和发展趋势

●大规模电力网络特性和大面积停电机理

●大型互联电网的仿真计算方法

●大型互联电网在线运行可靠性评估、预警及决策理论

●提高电网的输电能力和输变电设备可靠性的关键技术基础

确保电力系统运行可靠性的最基本的措施就是提高电网的充裕度。

而提高电网充裕度的关键措施是大幅度提高超高压交流输电系统的输电能力。

目前，通过改变线路结构和导线材料，应用大功率电力电子技术和超导电力技术是大幅度提高超高压交流输电线路传输能力的关键技术，也是改善电网运行可靠性的关键问题。

上个世纪70年代，前苏联就开始了输电新理论和新技术的研究，提出了紧凑型输电线路的新结构，通过优化导线排列，改变电磁场的分布，达到减小波阻抗、提高线路自然功率、缩小线路走廊宽度并提高输送能力的目的。

1984年建成的330kV紧凑型试验线路，自然功率达到常规线路的1.68倍。

走廊宽度缩小3.1m，输电能力提高25％～27％。

1999年我国建成第一条昌平至房山82.6km的500kV紧凑型试验线路，自然功率达1300MW。

但是，紧凑型线路的传输功率仍然受线路热稳定极限的限制，难以实现大幅度的提高。

为提高超高压线路的热稳定极限，日本从80年代就开展了耐高温大截面导线的研究，采用TACSR810×4～6mm2导线，输送能力可达6000～10000MW，成功解决了短距离输电中大幅度提高线路热稳定极限，缓解输电走廊紧张的问题。

但由于大截面导线的重量引起的线路弧垂过大，开展使用更轻型材料提高线路热稳定极限的研究是解决我国大容量西电东送的最关键技术。

应用大功率电力电子技术和超导电力技术。

。

。

略

3、拟解决的关键科学问题

3.1大规模电力网络特性和大面积停电机理

3.2大型互联电网分布式计算的理论和方法

3.3大型互联电网在线运行可靠性评估、预警及决策理论

3.4提高电网的输电能力和输变电设备可靠性的关键技术

提高超高压输电线路的输送能力是解决大型互联电网充裕度的基本措施。

为缓解我国输电线路走廊紧张的局面，必须大幅度提高远距离大容量输电和近距离按热稳定极限送电的能力。

具体的措施包括采用紧凑化导线排列结构和大截面耐热导线，采用大功率电力电子装置和超导电力装置，以实现线路的紧凑化、提高线路的输送功率。

4、总体目标、五年预期目标

4.1总体目标

●在理论创新上：

●在技术创新上：

……略

提出大幅度提高超高压交流输电线路的自然功率和热稳定极限的综合技术方案，提高500kV交流输电线路的输送容量，有效解决我国西电东送的传输容量瓶颈问题，提高输电系统的充裕度；……略

●在人才培养上：

培养和造就一批高科学素质、有创新能力的优秀人才，培养多名相关领域的著名专家。

●学术研究上：

在研究领域内发表SCI和EI检索论文累计达200篇以上，出版专著5-8部，组织3-5次高水平的国际学术会议，形成10～20项发明专利，其部分研究成果达到可用于实际电力系统的技术水平。

4.2分年度目标

第一年：

完成课题分解工作，确立课题研究方案，组织研究队伍，完善技术路线，创新研究手段，全面开展研究工作。

第二年：

完成所有理论体系的研究和所有实验平台的搭建；优化实验与分析方案；完善模拟研究模型，并开始获取实验与计算数据。

第三年～第四年：

每年取得4～5项突破性研究成果；提出2～3项有创新见解的新概念；提出分阶段报告，组织检查与交流，落实下阶段任务并做出相应调整。

在机理与理论研究方面发表SCI和EI论文前四年累计达到150篇以上。

第五年：

完成课题研究总报告，各项任务达到预期目标，并为后续工作深化做准备。

5、总体研究方案

5.1学术思路

5.2技术途径

1）

2）

3）

4）采用大截面耐热导线提高线路热稳定极限;优化导线排列结构，控制表面场强，以减小线路波阻抗，提高线路单位走廊的自然功率；采用柔性交流输电技术以及超导技术提高电网稳定极限。

对大功率电力电子装置的特性和动态过程进行试验研究和理论分析，建立相应的微观和宏观模型，奠定理论分析的基础；通过仿真分析，优化拓扑结构和监控方法；研究等效合成试验理论和方法，通过试验研究和校验，提高装置可靠性。

5）

5.3项目的创新与特色

本项目的创新和特色如下：

1）在电网安全分析的三大难题上有所突破，为防范大面积停电事故奠定理论基础。

2）填补电网运行可靠性理论体系和方法的空白，建立电网运行安全可靠性的基础性技术平台。

3）提出大型互联电网分布计算理论和方法，并取得实质性突破。

4）在大幅度提高我国交流500kV电网输电能力方面取得关键性突破。

本项目将采用新型材料（如耐热铝合金和复合材料芯）、优化导线排列和新型FACTS（含超导储能）技术等协调配合，实现大幅度提高交流500kV电网输电能力的目标。

为了提高FACTS设备的可靠性，本项目将实现理论分析和试验方法的创新。

建立大功率电力电子装置的纳秒-微秒级动态过程模型，优化主电路拓扑结构；解决大功率电力电子设备全工况试验无法在实验室实现的困难，研究采用等效合成试验的理论和方法。

5）建立模型、量化分析，为电力市场化运行对电网运行安全性影响提供决策的理论依据。

5.4取得重大突破的可行性分析

6、课题设置

6.1各课题设置的思路、各课题之间的有机联系以及与项目总体目标的联系

6.2课题设置

课题1　电力受端系统的动态特性及安全性评价的基础研究

课题2　大电网安全性评估的系统复杂性理论研究

课题3　大型互联电网分布式计算理论和方法研究

课题4　大型互联电网在线运行可靠性评估、预警和决策支持系统

课题5　电力市场对电力系统运行可靠性的影响研究

课题6　大幅度提高超高压交流输电线路输送能力的研究

研究内容：

1）大幅度提高交流线路单位走廊自然功率的基础研究；

2）提升系统安全稳定极限的柔性交流输电系统技术研究；

3）大幅度提高交流线路热稳定极限及大截面耐热导线相关研究；

4）超导输电设备特性及对电力系统特性影响研究。

研究目标：

1）大幅度提高超高压交流输电线路自然功率，达到常规500kV线路的1.3～1.5倍；

2）综合采用紧凑型技术、柔性交流输电技术、大截面耐热导线等措施，使500kV单回长距离线路输送能力达到常规线路的1.5～1.8倍；短距离500kV线路输送容量达到5000MW以上；

3）开展超导技术在电力系统应用的前瞻性研究，提出超导电力技术和设备的特性及其对改善大电网运行可靠性的作用；

4）发表SCI和EI检索论文累计达30篇以上，出版专著1部，召开国际学术会议1次，申请发明专利4～5项。

承担单位：

清华大学、华中科技大学

课题负责人及主要学术骨干：

梁曦东教授，程时杰教授，毛庆传研究员，何金良教授，曾嵘副教授，段献忠教授，周远翔副教授。

课题7　提高电网可靠性的大功率电力电子共性关键技术研究

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申报单位意见