改革開放40年來，我國電力系統無論在系統規模、裝機容量、技術水平還是安全運行水平等方面，都發生了巨大的變化，取得了顯著的進步。日前，記者就此採訪了中國科學院院士、中國電科院名譽院長周孝信。
從孤立分散到
交直流互聯大電網
周孝信表示，8年前，他做過一個關於世界電力系統發展階段的調研，研究發現世界電網的發展大體上可以劃分為三代。第一代電網主要在1950年之前，主要特點是小機組（不超過10萬千瓦）、低電壓（不超過220千伏）、小系統（省級及以下電網）。第二代電網是在1950年到上世紀末，得益於經濟和技術的發展，第二代電網在第一代的基礎上實現轉型升級，特點是大機組（達到百萬千瓦級別）、超高壓和特高壓、大型交直流互聯電網的出現。在這一階段，通過對遠方水電的開發推動大型電網的發展，是各國的普遍共性。進入21世紀後，世界各國由於對化石能源枯竭的預期和環境惡化的關注，開始倡導發展新能源，第三代電網的發展進程也由此開啟。其特點是骨幹電源與分佈式電源結合、主幹電網和局部電網結合、可再生能源逐步替代化石能源、綜合能源系統和電網智能化等。
周孝信認為，我國電網的發展歷程和世界電網的整體發展歷程類似，只是我國電網發展相對滯後。1949年新中國成立以後，雖然我國也開始發展自己的水電系統，但那時規模還比較小，除東北電網外基本上都侷限在省級電網的範圍內。直到上世紀70年代，我國才真正意義上進入第二代電網。
1969年投運的劉家峽水電站裝機容量122.5萬千瓦，是當時我國裝機容量最大的水電站。由於當時甘肅省內消納能力有限，劉家峽發出的水電需要在整個西北地區（新疆除外）範圍內消納。所以，在電壓等級上，需要將輸電電壓從220千伏升至330千伏，線路途徑500多千米，將劉家峽的水電送到西安地區。在此線路的基礎上，形成了包括陝西、甘肅、青海在內的我國第一個跨省大型電網。這也標誌著我國基於330千伏超高壓輸電的區域電網正式形成。
在當時極為困難的條件下，我國依靠國內科研力量獨立自主研發併成功應用了330千伏輸電技術和裝備，為500千伏、750千伏輸電技術研發應用提供了技術和人才的基礎。改革開放後，我國在330千伏輸電技術的基礎上研究500千伏輸電技術，並結合國外先進技術的引進消化，於1981年投產我國第一條500千伏輸電線路——平武線（平頂山到武漢）。此後，基於500千伏交流輸電技術的華中、東北等電網的網架建設陸續起步，全國各大區域電網逐步形成。
除交流輸電外，在我國第二代電網的發展過程中，直流輸電得到快速發展。1979到1980年，水電部派遣一個包括周孝信在內的20多人的科研團隊到加拿大魁北克水電局學習。當時加拿大的直流輸電技術和工程建設都很先進，而國內的研究力量薄弱，電網中直流輸電工程應用方面還是空白。他在學習期間蒐集了一些國外直流輸電系統的資料帶回國內，並按國內要求提出了初步的直流輸電仿真分析模型，為未來的直流輸電工程研究做準備。
周孝信介紹，從1985年開始，以中國電科院為主，相關單位集中力量研究國外先進的直流輸電技術，配合我國第一個引進消化技術和裝備的直流輸電工程（1989～1990年投產的葛洲壩—上海±500千伏直流輸電工程），開展了大量的技術消化和調試工作。
通過該工程，我國初步掌握了直流輸電工程的系統研究和分析方法，在自主研發的電力系統分析綜合程序中增加了直流輸電系統模型分析功能，並通過直流輸電工程的現場調試得到驗證，成功應用於該直流輸電工程投產後的調度運行和後續工程的研究中。
上世紀90年代初，南方電網建成了第一條交流500千伏輸電工程——天生橋—廣州±500千伏直流輸電工程，開啟了南方電網大規模西電東送的進程。1993年元旦，周孝信和電科院調試人員都沒有回家過節，一直在工程現場調試。
2000年年底，隨著天生橋一、二級水電站全面投產發電，天生橋至廣州±500千伏直流輸變電工程單極投產，國內首個交直流並聯混合輸電系統由此誕生。中國電科院全面介入了該系統的研究和現場調試，經過不懈努力，攻克了交直流並聯電網運行控制關鍵技術，支撐了電網由純交流向交直流並聯系統的發展。
2009年和2010年，我國首條1000千伏特高壓交流輸電線路工程和±800千伏特高壓直流輸電工程相繼投產。中國電科院緊密配合公司、規劃設計研究單位、裝備製造企業，做了大量試驗研究和工程調試工作，掌握了特高壓交流和直流輸電技術，為實現電網升級和裝備國產化，推動我國電氣裝備製造業的發展作出了突出貢獻。
現在，我國已形成完整的交直流電壓系列，擁有成熟的標準和設備體系，在特高壓輸電技術方面達到了世界領先水平。
我國電網進入構建
新一代電力系統的新階段
周孝信認為，當前，電網發展已進入第三代，即構建新一代電力系統的新階段，面臨著全新的問題和挑戰。
第三代電網最主要的特點是可再生能源在電力系統中的比例不斷提高。我國提出，到2050年，全國電量的60%以上要靠包括可再生能源在內的非化石能源提供。我國的電力系統需要適應這一發展趨勢，努力研究怎樣消納高比例的可再生能源，將棄風、棄光和棄水電量限制在合理水平。
第二個特點是隨著可再生能源接入和直流輸電的發展，電網中電力電子裝備的比例不斷提高。我國已經建成10餘項特高壓直流輸電工程，“西電東送”的規模很大，電力電子裝備替代了大量的傳統電磁裝備，發揮著輸送、分配和接納可再生能源的作用。但同時，由於大規模的直流輸電和分佈式發電進入電力系統，給電力系統的運行、控制帶來相當大的挑戰。其中，電力電子裝備使整個系統的慣量減小了，抵抗擾動的能力減弱，會帶來一定的安全隱患，現在正在加緊研究解決之中。
第三是要構建一個多能互補的綜合能源電力系統。為了更多消納可再生能源，提高能源綜合利用效率，建立多能互補的綜合能源電力系統勢在必行。其包括用戶側和電源側兩方面。在用戶側實現多種類型能源的綜合利用，通過綜合能源服務中心等形式，為客戶提供綜合能源服務，在充實改善服務內容和質量的同時，提高能源利用效率。在電源側，特別是西部可再生能源基地，發展多能互補，通過水電、風電、太陽能熱發電以及火電靈活調節等不同特性電源的協同互補，平抑可再生能源出力的間歇性和波動性，使得輸出的電能更穩定。結合西部更大規模可再生能源基地的建設，發展電力的就地消納以及轉化為可貯存、可運輸的氣體、液體燃料（通過電制氫、制甲烷等）也是未來的重要選項。
第四是成為信息物理融合的智能電力系統。在未來電力系統可再生能源佔優的需求背景下，在智能電網和綜合能源系統、互聯網和人工智能技術快速發展和普及的基礎上，能源互聯網、能源物聯網理念和技術推動未來電網發展為信息物理融合的智慧能源電力系統的步伐不斷加快。利用發達的網絡信息技術促進可再生能源的消納，提高能源利用效率和服務客戶水平的需求，都將達到前所未有的高度。
推動技術創新 構建更加
清潔智能的綜合能源電力系統
周孝信表示，未來將構建的是更加清潔、智能的綜合能源電力系統，在構建新一代電力系統中，有幾大關鍵技術將發揮重要作用。
一是高效低成本可再生能源發電技術。近年來，光伏發電、陸上風電快速發展，不久的將來都要實現平價上網。這一方面要依靠科學研究和產業技術的進步，不斷提高發電效率，降低設備成本，還要克服一些體制機制障礙，更充分地發揮電力市場交易的作用，促進可再生能源的消納。
二是高效低成本長壽命儲能技術。要實現可再生能源大規模發展，高效低成本長壽命儲能作為一種配合，是非常關鍵的。當前，除抽水蓄能以外，其他技術還沒有成熟到可以大規模應用的程度。磷酸鐵鋰電池儲能的技術進步很快，成本也大幅度降低。在國家政策引導下，其商業化應用的前景顯現。2018年以來用戶側和電網側配置電池儲能的意願明顯增加。為了儘快實現其規模化應用的目標，當前要繼續加強研發力度，不斷提高相關性能、降低成本。其他類型的儲能，如儲熱、壓縮空氣儲能、太陽能熱發電等，都在開展相關研究和示範應用，我們期待著些技術的不斷進步和突破。
三是高可靠性低損耗電力電子技術。在這方面，期望大容量柔性直流輸電裝備的核心部件——IGBT能夠早日實現國產品的批量應用。要進一步加大新一代電力電子器件如基於寬禁帶半導體碳化硅器件的研發力度，早日實現耐高電壓、耐高溫性能強，體積小，安全性可靠性高的電力電子裝備在電網中應用，使新一代電力系統中柔性直流輸電、可再生能源接入電網的可靠性和效率更高。
四是新一代人工智能技術。礙於技術發展，以前有些事想做卻做不了，比如做電力系統穩定的快速在線分析。現在電網規模這麼大，只憑人的經驗去分析海量數據已經不夠了，準確性、快速性都跟不上。現在就設想能不能用人工智能解決這個問題，以加快電力系統在線分析和控制的速度。
此外，還有一些新型輸電方式正在研究中，比如超導輸電、既能輸液態天然氣又能輸電的輸能管線等。
加強科研攻關 為電力系統發展
貢獻重要技術和解決方案
周孝信說，在改革開放和社會經濟發展的進程中，中國電科院為我國電力系統的發展作了非常突出的貢獻。40年來，中國電科院在我國電力系統發展的不同階段提供了基礎性和共性的關鍵技術和研究手段，在一系列電力系統重大工程實踐的關鍵時刻貢獻了相關技術和解決方案。
以電系統仿真分析技術和電力電子應用技術為例。電力系統仿真分析技術是電網規劃設計、調度運行都離不開的技術支撐。我國電力系統縱橫幾千千米，連接千家萬戶，其中包含各種設備，這樣大規模的人造系統，如果想實現有效控制和故障處理，必須事先做好充分預案和在線分析。通過大型電力系統仿真軟件的自主研發和引進國外相關軟件的消化和吸收，目前在電力系統規劃、設計、調度運行方面的應用軟件都實現了自主可控。
中國電科院在此領域有十分強大的科研開發團隊，先後研製了大型電力系統分析軟件和大電網全數字實時仿真裝置等先進手段，建成國家電網仿真中心和數據中心，形成世界上功能最強的電網仿真體系。相關成果先後獲得1985年和2009年國家科技進步一等獎。
從離線分析到在線分析，從物理模擬到全數字仿真，中國電科院除具備研究開發電力系統分析應用軟件的能力外，也具有全方位分析解決電力系統技術難題、支持電網安全穩定運行的能力。多年來，為電網規劃設計和調度運行提供強有力技術支持，為我國電網的發展和持續安全穩定運行作出了突出的貢獻。
電力電子裝備在電力系統的應用，是中國電科院率先在公司系統內倡導的研究和發展方向。
自上世紀90年代起，從試驗研究、裝備製造、工程承接到人才培養，中國電科院在電力電子應用領域各環節中都做了大量開創性工作。從早期的無功補償裝備研製和應用，到220千伏和500千伏超高壓輸電可控串補等靈活交流輸電系統研究和裝備研製，以及高壓和特高壓直流輸電、柔性直流輸電技術研究和裝備研製，還有近期開展的風電太陽能電力電子裝備接入電網和直流電網研究，都在行業內起到了先導作用，為我國電網中發展電力電子技術和裝備奠定了堅實的基礎。
原文刊載於《國家電網報》2018年12月4日一版 作者|孫珂
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