8.5风电接入电网整体解决方案
一、技术原理与特点风电接入电网整体解决方案是解决大规模风电接入电网的关键技术问题的一整套技术，涵盖风电规划、并网检测、功率预测、调度和运行控制等多个环节，能够保证大规模风电并网后电力系统的安全稳定运行，提高电网承载和适应风电的能力，促进我国风电的开发和利用。
风电接入电网整体解决方案能够改善电力系统对风电的适应性，提高电力系统消纳风电能力，合理优化电力系统的运行控制，降低火电机组煤耗，提高电力系统运行经济性，实现整体的节能减排。
风电并网规划技术主要根据我国资源与负荷逆向分布的特点，将大规模风电远距离传输，扩大间歇性风电的消纳范围，提高电网消纳大规模风电的能力。主要包括区域电网接纳风电能力技术、风电场规划技术、大规模风电接入电网输电规划技术。目前已完成了我国风电发展迅速省区的近三年大部分的风电场规划以及2010～2012年的风电接纳风电能力研究和西北酒泉地区以及东北地区的输电规划。
风电检测技术通过对风电机组特性检测、风电机组和风电场并网特性检测、风电检测认证体系以及风电机组试验测试手段建立，检验风电机组/风电场是否符合并网技术要求，保证风电接入后电力系统的安全稳定运行。公司目前已建设完成国家能源大型风电并网系统研发（试验中心）—张北风电试验基地，该基地具备风电机组和风电场的有功/无功控制、低电压穿越、频率电压适应性等13项完备的风电检测能力。
风电功率预测以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立间歇式新能源发电输出功率的预测模型，以实时的风速、功率或未来的数值天气预报作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，得到风电场未来的功率输出。风电功率预测技术有助于降低风电功率随机性和不确定性对电网安全稳定运行的影响。目前我国具有自主知识产权的风电功率预测系统在吉林、江苏、宁夏等十多个网省调和一百多个风电场得到了应用，预测风电总容量超过15GW，预测精度达到80%以上。
风电调度技术是基于风电功率预测，根据区域风电出力特性、联络线潮流控制特性，实现风电并网后的电力系统的优化调度运行。风电调度技术主要通过研发风电调度支持系统，为风电的运行调度提供决策基础和技术支撑；通过合理安排系统运行方式，提高系统对风电的消纳能力；通过风电与其它电源的优化调度技术，提高整个电力系统运行的经济性。目前国内首套风电调度决策支持系统已在吉林省调投入运行。风电运行控制技术是基于风电机组和风电场运行特性，制定分层分区电压控制策略和联合控制策略；通过对风电接入电网对系统稳定性和运行方式的影响分析，制定风电支持电网调峰调频的有功控制策略和支撑电网稳定性的低电压穿越控制策略，实现风电并网运行控制。风电运行控制技术包括风电机组本身、风电场、风电场群三个层次的有功、无功控制以及低电压穿越能力实现。目前国内已研发出双馈、直驱风电机组控制系统以及风电场的监控系统。
二、适用地点与条件风电接入电网整体解决方案适用于风电大规模开发的东北、西北、华北和沿海地区。根据我国各地区风能资源以及电网、电源特点，有针对性的研究应用风电场接入电力系统规划方法，从技术层面提出更为合理的风电并网、传输、消纳方案。
风电并网检测方法与常规电源及负荷检测方法有很大的区别，需要充分考虑气象条件以及风电机组投切影响，并且检测周期较长。
安全可靠的数值天气预报是风电功率预测的基础，应建立全国统一的具有自主知识产权的适用于我国风电功率预测的数值天气预报生产系统。
风电调度支撑系统运行过程中所使用的实时数据、模型、参数等内容应保证准确性、完整性、一致性，确保及时可靠。应综合考虑经济因素，针对不同运行情况，选择合理的运行控制方案，充分发挥风电的节能减排和经济效益。
三、推广应用计划
2011～2012年：全面推广风电并网规划技术、风电检测技术。逐步推广风电调度和运行控制技术。全面加快风电预测技术的推广应用。风电功率预测技术在风电场侧的覆盖率力争达到70%以上。
2013～2015年：推广风电预测技术在风电场侧的覆盖率为100%，在风电发展集中地区，全面推广风电调度技术和风电并网运行控制技术。
四、责任部门
发展策划部、国家电力调度通信中心、智能电网部
第二部分示范应用类技术
1高压、超高压输电技术
1.1故障电流限制器
一、技术原理与特点电力系统的快速发展，引起各级电网中的短路电流水平不断增加，已经威胁到电气设备和系统的安全。一旦发生短路故障，可能会造成故障线路中相关设备的烧毁，造成严重后果。随着故障电流限制技术研究的逐步深入，电力系统中限制短路电流的手段也越来越丰富。从实施层面来看，限制短路电流的措施可以分为系统级措施和设备级措施两大类。在系统级措施中，电网解裂和母线分段是我国电网中常用的两种措施，用以降低系统短路电流水平，但这两种措施也同时降低了电力系统运行的稳定性和可靠性，给系统稳定运行带来影响。设备级措施就是设置故障电流限制器(FCL)。故障电流限制器是解决短路电流超标问题的新途径，目前较为成熟的超高压电网故障电流限制器有串联限流电抗器。串联限流电抗器包括限流电抗器、电容器组、晶闸管阀、金属氧化物限压器（MOV）等设备。限流电抗器在短路期间起限流作用；电容器组在正常工作条件下补偿限流电抗器的感抗，系统短路期间电容器组被快速旁路；晶闸管是旁路电容器的主要手段，当发生短路故障后应快速导通，旁路电容器组；金属氧化物限压器（MOV）是电容器组过电压保护的必要措施。装置各部分协调控制，实现在短路故障下对短路电流的限制。
故障电流限制器主要解决短路电流过大致使无足够遮断能力的断路器可选的问题；解决因短路电流增大，需要大批更换高压断路器等设备所带来的经济上和基建上的问题；解决某些联网、成环上的难点，提高供电可靠性；降低输电线路和串联输变电设备的电动力及短时发热负担；提高电网的暂态稳定性；减少短路电流对通讯线路的干扰；在短路故障时，提高母线电压，提高用电质量。
故障电流限制器主要技术指标包括：额定电压，额定工作电流、短路限制电流、晶闸管通流容量、装置损耗等。
目前国外故障电流限制器已在美国多个500kV变电站中投入使用。在国内，中国电科院和华东电网公司合作在华东500kV瓶窑变电站安装了一台8.0Ω、额定电流为2.0kA的串联谐振型故障电流限制器（FCL）。该故障电流限制器不但可以大幅度降低支路的短路电流，将短路点的总电流降低到47kA以下，而且限流动作迅速，响应时间（从故障电流达到动作整定值到限流电抗器投入的延迟时间）不超过1.5ms。全套FCL装置通过了系统试验验证，并已于2009年12月25日投入正式运行。
二、适用地点与条件故障电流限制器适用于短路电流普遍超标的区域电网，如：如我国三大负荷中心京津唐、长江三角洲、珠江三角洲等。
三、示范应用计划
2011～2013年，在重庆、华中等故障电流严重超标的地区电网中开展示范应用。
力争于2013年完成故障电流限制器在我国超高压电网中的示范应用，进入全面推广应用阶段。
四、责任部门
发展策划部、基建部、生产技术部
2高压、超高压变电技术
2.1252kV智能GIS
一、技术原理和特点
GIS作为一种多功能开关设备，其最核心、最重要的元件是高压断路器。同时，GIS还集成了隔离开关、互感器、避雷器等元件，因此具备通断、测量、监控、过电压保护等一系列功能。
252kV智能GIS是在前期智能开关技术研究和应用的基础上，以252kV开关设备为载体，综合应用现代传感技术、微机处理技术、状态监测和故障诊断等技术研制而成。252kV智能GIS集成了电子式电流互感器、智能控制单元等，可实现状态监测等功能，具有较高的功能集成度和可靠性。252kV智能GIS设备主要技术特点包括：
（1）设计集成度高，结构更加紧凑。通过集成电子式互感器、传感元件、智能组件等，使得设备布置更加优化。除具备常规开关设备功能，还可实现运行状态的监测、评估功能。
（2）接口统一。各部分接口遵循统一规约，内部组件互换性好，外部互联性好，可有效减少设计和现场调试工作量。
（3）设备运行可靠性高。对设备内部状态具备一定的感知与预测能力，有利于实现设备的状态检修。
（4）优化系统运行。由于支持程序化控制，更加便于选相合闸技术的应用。
（5）体现环保节约理念。对外接口除了电源电缆之外，其余多采用光缆通讯，减少铜材的使用。
（6）降低运行成本。通过状态监测技术的应用，能够将开关设备的状态信息及时上传到区域监控中心，减少了变电站现场巡视，还可实现变电站无人值守。
目前，智能GIS设备在750kV延安变、500kV长春变、500kV献县等多个试点工程中得到应用。但由于电子式互感器、状态监测传感器的实际运行经验较少，运行现场也曾多次发生保护误动、监测信号误报警等情况，技术成熟度仍有待提高。
二、适用地点和条件随着国网公司智能电网建设的分阶段实施，智能GIS设备的需求将会越来越多，而智能开关的技术特点决定其适用范围较宽，能够满足新建或改造智能变电站的设备要求。
为实时监测设备内部状态，智能GIS设备需要大量配置局放、微水、密度、机械特性、气体组分等状态监测传感器，而目前这些传感器的使用寿命一般低于GIS设备本体，需要及时检测以保证其运行可靠性。此外，在变电站强电场环境的影响下，传感器的稳定性和抗干扰性也需时间进一步验证。由于该产品属于新研制产品，且整体技术含量相对较高，对安装维护人员的技术水平提出较高的要求，因此推广过程中须加强相关人员的技能培训。
三、示范应用计划
2011～2012年，252kV智能GIS将在华北220kV承德市区南变电站、浙江220kV元东变电站、北京220kV菜市口变电站等工程中应用。在此基础上还需进一步完善各电压等级GIS产品的智能化解决方案，为后续推广应用提供指导和积累经验。
2013年后，待条件完全成熟后在公司系统实现大范围推广应用。
四、责任部门
基建部、生产技术部、智能电网部、物资部
2.2SF6气体绝缘变压器
一、技术原理与特点
SF6气体绝缘变压器是以SF6气体作为绝缘介质和冷媒的变压器，有着卓越的非燃性、绝缘性和安全性，能同时满足现代城市发展过程中对有效利用空间、增大中心城区供电量和预防火灾和其他事故的要求。在商业中心或人口密集区建造高电压、大容量、安全可靠、没有消防隐患的110kV～220kV变电站有着广泛的市场需求，安装使用SF6气体绝缘变压器是建设此类变电站的重要选择。
SF6气体绝缘变压器还可与GIS组合而成全气体绝缘变电站，建于地下和高层楼宇内，具有安全性高、检查维修便利、大大节约安装空间等优点。
SF6气体绝缘变压器具有卓越的绝缘、冷却特性和热稳定性。与传统的油浸式电力变压器相比，具有以下优点：（1）卓越的安全性与稳定性。油浸式电力变压器使用的绝缘油属于矿物油，可燃可爆；SF6气体绝缘变压器使用SF6气体为绝缘介质，即使变压器发生事故或变电站发生火灾，也不爆炸或燃烧。油浸式电力变压器承受的绝缘温度等级为A级，线圈耐受温升为65℃；SF6气体绝缘变压器承受的绝缘温度等级为E级，线圈耐受温升可达75℃。发生事故时，油浸式变压器油箱内压力上升很快；而SF6气体绝缘变压器箱体的压力上升缓慢，留给操作人员充足的补救时间。可以最大限度减少事故及预防措施（如防火墙、消防喷淋系统、大面积的蓄水池、地下集油池等）。（2）节省空间。SF6气体绝缘变压器与油浸式变压器相比，不需要油枕与压力释放阀等附件，以300MVA/275kV变压器为例，可以降低变压器高度2～2.5m；不需要防火墙等设施，可将变压器与GIS近距离排列，实现变电所的紧凑布置；另外散热器可装在主变压器本体顶部或远离本体安装，可解决场地限制问题，减少占地面积。
（3）运行维护简单。SF6气体绝缘变压器完全密封在箱体里，没有接触端子暴露在空气中，减少了由受潮和灰尘积累引起的事故。气箱中SF6气体不活泼，其惰性与氮气相似，干燥的SF6气体最大限度降低了绝缘材料的老化，延长变压器的运行寿命。因此，SF6气体绝缘变压器维护简单、方便，运行维护成本低。
2004年开始多台SF6气体绝缘变压器通过工厂试验和有关单位验收。2007年110kVSF6气体绝缘变压器通过电能（北京）产品认证中心的产品认证。近两年，天津、南京、哈尔滨、无锡等大中城市相继规划建设使用气体绝缘变压器的变电站。国内常州东芝等公司已具备自行设计、生产110kVSF6气体绝缘变压器能力。
二、适用地点与条件
SF6气体绝缘变压器有很好的事故预防特性，适合在中心城区地下和高层楼宇内或其他消防要求高的区域使用。SF6气体绝缘变压器运行维护简单方便，使用效率高，可以大大减少停电带来的损失。
由于SF6具有很强的吸收红外辐射的能力，是一种温室效应气体，对环境影响比较严重。因此，SF6气体的泄露、回收都应严格控制。
SF6气体绝缘变压器使用的原材料与零部件价格高于油浸式电力变压器，因此前期投入较高，需综合考虑安全稳定性、运行维护费、土地使用费以及相关社会效益等因素。
三、示范应用计划
2011～2012年，在南京新街口和鼓楼110kV变电站项目中试点应用SF6气体绝缘变压器（80MVA/110kV）。分期制修订气体绝缘变压器技术参数与要求、安装与运行维护标准等公司企标，并适时升级为行业或国家标准。
2013～2014年在各个地区中心城市逐步建立采用SF6气体绝缘变压器的示范变电站。
四、责任部门
基建部、生产技术部、物资部
