【电网发展前瞻】发展理念系列文章（七）：支撑电网升级的技术创新分析
编者按：国网能源院电网发展综合研究所主要聚焦于电网发展规划与投资政策、智能电网政策与效益、电网精准投资策略、电网投资效益评价与项目后评价等领域，从理论方法、政策机制、发展规划等方面开展研究，实现从理论研究到落地应用的贯通。本专栏将围绕电网发展规划关键问题，从理论研究、政策解读、理念探讨和典型实践等方面展开，结合相关成果和研究思考与读者进行交流分享。
文章导读：技术创新是电网现代化的主要驱动力，通过物理基础设施与融合基础设施的持续创新推动电网优化升级。电网结构形态逐步趋向集中式与分布式电源接入与交直流混联、多能互补耦合，功能特征主要呈现柔性与韧性兼备。先进信息通信技术的应用不断丰富，与电网业务的深度融合，推动电网数字化和智慧化转型。技术创新是促进电网高质量发展的一种主要手段，需注重技术创新的系统性、整体性、协同性，综合考虑政策体系、市场机制等方面的影响，以电网现代化为价值目标，持续推动技术创新的迭代与进阶，最大程度发挥技术生产力作用。
发展理念系列文章（七）：
支撑电网升级的技术创新分析
执笔人：王旭斌、张琛
国网能源院
电网发展综合研究所
一、物理基础设施升级
随着新能源大规模接入以及不同品类能源元素的耦合，电网在结构形态和功能特征方面不断转型升级。
一是电网的结构形态，逐步趋向集中式与分布式电源接入并存、交直流电网混联、多能互补耦合。风光等新能源机组、电动汽车、储能、可调节负荷以及其他品类能源等新元素已逐步融入电网物理形态，多以电力电子化组态构成电气联系，形成集中式与分布式并存交直流输变配混联电网。在形态转型升级的过程中，离不开柔性输电技术、交直流配电网、先进储能技术、多能互补耦合技术等技术的推广应用，这些技术的特点分别如下：
在柔性输电方面，以柔性直流输电、灵活FACTS技术为代表的交直流输电技术，主要用于支撑“弱送端”条件下新能源的接入与规模送出、区域电网互联、潮流优化控制等，电压等级、容量规模已大幅升级，随着电力电子技术不断成熟和成本下降，有待实现大规模商业化推广应用。如2017年，江苏苏州南部500千伏UPFC科技示范工程投运，提升苏州南部供电能力约130万千万；2020年世界首个柔性直流电网工程组网-±500千伏张北柔性直流电网试验示范工程四端带电组网成功，实现了张北千万千瓦级新能源基地的能源电力汇集外送。
在交直流配电网方面，结合交流的成熟、便利等优势与直流配电的损耗少、可靠性高等优势，交直流配电网可容纳更多分布式电源及多元化负荷的接入，有效提升配电网供电灵活可靠性，有待通过组件、模块化的连接方式，结合配用电更为丰富的应用场景提升用电综合效率，满足用户用能需求。如2019年，杭州智能柔性配电网示范工程投运，实现多路电源同时为用户供电，具有负荷安全经济转移功能。
在先进储能技术方面，作为战略性新兴产业，能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，技术成本大幅下降，部分已实现商业化运营，同时应用场景更趋丰富，近年来在数据中心、偏远地区供电、氢电集成等方面应用加快，按照存储方式主要分为物理储能和电化学储能。物理储能除了抽水蓄能外，主要有飞轮储能、空气压缩储能等，飞轮储能技术因其体积小、可靠性高、寿命长等优势，广泛应用于数据中心供能。电化学储能主要有锂电池、液流电池、氢储能等，其中锂电池储能通过模块化设计与变电站、配电台区等融合应用；液流电池系统具有持续放电时间长、坚固耐用等特点，主要应用于偏远地区供电；氢储能具备可大规模储存、运输等优势，近年来氢电集成一体化应用发展较快。
在多能互补耦合方面，尤其在用户侧智慧能源系统中，将电、热、冷、气等不同形式能源通过能源枢纽、能源路由等转换分配装置实现物理上的连接与交互，促进新能源高效消纳，提升综合用能效率，推动形成多能源形态的“生态循环系统”。
二是电网的功能特征主要呈现出柔性与韧性兼备。源网荷储各环节、各元素通过物理、信息实现连接和汇聚，由点及面到系统提升灵活调节能力，提升电网的柔性、韧性。“点”表现在源侧可调节电源，网侧灵活结构，荷侧柔性负荷，以及储能等灵活调节资源；“面”表现在源侧调节资源的整合、互补利用，网侧多形态电网的互联互济，荷侧需求资源的聚合响应，储能的灵活调节，如柔性负荷、虚拟电厂、微电网等；“系统”表现在源侧、网侧、荷侧及储能资源通过交互响应，以灵活高效的方式推动系统安全经济运行。通过源网荷储协调互动的整套解决方案有助于支撑清洁能源的高效消纳，增强电网柔性调节能力，并基于柔性加强电网韧性，提升对特重大自然灾害、事故灾难等极端情况的承受和恢复能力。
二、融合基础设施创新
以大数据、人工智能、区块链、5G通信等为代表的先进信息通信技术的终端应用不断丰富，从而细化了电力系统的应用场景，促进了与电网业务的融合程度，有力推动了电网的数字化和智慧化转型。
大数据技术方面，通过构建数据管理平台整合数据资源，实现数据处理、分析与调用功能的一体化，打通数据之间的烟囱、壁垒，促进数据的汇聚、融合、共享、分发、交易，实现数据的高效应用和增值服务。大数据技术在电网生产、经营管理和客户服务领域的融合应用已得到全面推进。比如电网生产领域，全国首座大数据智慧台区于2020年5月在章丘三涧溪建成，满足电网运检、用电服务等前端场景功能需求；经营管理领域，大数据技术应用于防窃电预警分析、政策性电价和清洁能源补贴执行效果评估分析；客户服务领域，主要用于分析用户用电行为，提升供电服务质量。
人工智能方面，通过机器感知、机器学习、机器思维和智能行为模拟人类智能做出分析、判断和决策，其在电网业务中的应用将有效提升电网智能化水平。目前人工智能技术主要应用于负荷/电价/发电预测、故障识别、安全稳定判断、智能运维、调度控制和需求响应潜力分析等方面，可快速获取数据驱动下的电网治理方案，从而提升运行效率、故障处理速度和系统巡检效率。2019年6月，国内首个基于人工智能的电网监控系统在南京上线，能够对电网故障类型判断、影响范围以及处理预案的形成实现“秒级”响应，有效保障了电网安全。2020年1月，全国首套基于人工智能技术的中压配网负损治理系统在江苏进行推广，实现电网设备缺陷精准识别、运行故障智能分析与处理方案快速生成。
区块链技术方面，依托于该技术对共享信息真实可信度以及安全性的有力保障，在电网业务存证类与授权管理类场景的应用较多，进一步可参与调节电网运行。2019年10月，国网浙江公司基于区块链技术对系统实施填谷，通过区块链技术保障数据共享的安全性，消除客户对响应数据的质疑，提升客户参与需求响应的积极性，同时降低了监管成本。基于区块链技术的电网平衡平台Equigy在欧洲试运行，该平台通过整合小型分布式发电和消费单元积极参与电网稳定运行来释放灵活性，使小型柔性电力资源进入供电系统，降低可再生能源接入对电网的影响。
电力通信方面，5G通信技术具有超大带宽超高速率、高可靠超低延时、超多连接等特点，能够大幅提升网络通信能力。5G技术的高可靠性超低延时特点能够满足电网保护系统、配电网自动化、精准管控能力需求，对提升电网智能化水平具有重要意义。2019年8月，我国首个基于5G技术的智能分布式配网保护在合肥市安装完成，实现配电线路故障的快速就地、精准隔离，隔离时间从分钟级缩短至毫秒级，减少了故障停电时间、停电范围以及来电等待时间。2019年12月，国内首套5G配网差动保护30日在四川投入试运行，以5G通道代替光纤通道，能够精确运用差动保护技术隔离故障点，从而最大限度保障用户用电需求。
技术创新是推动电网高质量发展的一种手段，但如果不注重技术创新的系统性、整体性、协同性，则无法取得很好的效果。在聚合、集成物理基础设施升级与融合基础设施创新的同时，需要综合考虑政策体系、市场机制等方面的影响，以电网现代化为价值目标，持续推动技术创新的迭代与进阶，才能最大程度发挥技术生产力作用。
专家介绍
王旭斌，国网能源院电网发展综合研究所研究员，电力系统及其自动化专业博士。主要从事电网发展战略、电网投资评价及策略、电网安全防控等研究。
张琛，国网能源院电网发展综合研究所研究员，电器工程专业博士。主要从事电网投资评价及策略研究。
团队简介：电网发展综合研究所（简称电网所）是国网能源院内设业务所，成立于2009年10月，目前拥有员工18人，平均年龄34岁，博士11人，副高级职称以上10人，是一个朝气蓬勃、开拓创新的宽口径、复合型研究团队。
电网所下设电网综合业务、智能电网两个研究室，自成立以来，以电网发展、电网安全、电网运营等研究咨询为核心，为政府政策制定和能源电力行业发展提供决策咨询服务。发扬“踏实肯干、勇于担当、开拓创新”的“勤劳、担当、创新”精神，深耕细作，精益求精，不断提高科研能力和质量，不断涌现思想火花和智库成果。累计承担近400项研究项目，其中，政府委托项目21项，国家电网公司科技项目97项、管理咨询项目36项、专项研究项目54项，其他省级电力公司和社会企业机构委托项目170余项。获得中国电力科学技术奖2项，国家能源局软科学研究优秀成果奖3项，中电联中国电力创新奖3项，国家电网公司科技进步奖15项，国家电网公司软科学优秀成果奖10项。依托研究成果形成100余篇内参专报，相关建议被政府部门、国家电网公司采纳，纳入相关政策文件、标准规范、会议材料和决策依据等。挂牌“国家电网公司劳模创新工作室”，获得“国网能源院先进集体”“国网能源院课题攻关党员先锋团队”“国网能源院先进党支部”“课题攻关党员创新团队”等荣誉称号。
2020年初，以“四个革命，一个合作”能源安全新战略为指引，聚焦新时代如何发展新电网，电网所集思广益，提出“三二一”研究体系，即三大功能定位、两轮创新驱动、一个国际视野，形成六大研究方向，分别是电网发展规划战略、电网安全应急保障、电网运营服务升级、电网治理能力提升、电网技术创新发展、电网发展国际比较，并成立六个柔性研究团队，围绕六大研究方向开展基础能力建设和研究咨询工作。
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编辑：杨彪
审核：蒋东方
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