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【环球瞭望】中国电机工程学会 赵建军等: CIGRE 20会主要技术内容综述报告

2023-05-10 14:56:27

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CIGRE是大电网领域最重要的国际组织,其每年开展的技术活动引起世界广泛关注。CIGRE大会的技术交流活动注重于技术研究、工程实践和市场发展。小编今天为您推送中国电机工程学会赵建军博士等关于CIGRE第46届大会的综述报告,欢迎品读。

原文将发表在《电力系统自动化》2017年第41卷第8期,敬请期待。



本文引文信息:

赵建军, 王春莉. 2016年国际大电网会议主要技术内容综述 [J/OL]. 电力系统自动化, 2017, 41(8) (2017-3-20). http:// www.aeps-info. com/ aeps/ ch/ reader/ view_news. aspx?id= 20170320114328550. DOI: 10.7500/ AEPS20170220018.



CIGRE

DOI: 10.7500/AEPS20170220018

赵建军,王春莉


2016年8月21日,CIGRE第46届大会(CIGRE2016)在法国巴黎会展中心开幕,来自93个国家的3290位代表参会。CIGRE中国国家委员会组织了80余人参加了会议。这次会议中国代表参会人数创新高,录取论文数量也超过了往届。


CIGRE大会共录取论文502篇,CIGRE中国国家委员会推荐的26篇论文被大会录取,19篇论文参加了会议交流。


来自中国的南京南瑞集团公司、南方电网科学研究院、江苏神马电力股份有限公司、江苏中天科技股份有限公司、上海华明电力设备制造有限公司等企业参加了大会同期举办的技术展览。



开幕式主旨报告


在开幕式上,ABB电网部总裁Claudio Facchin先生作了题为“电力巨变——创建未来电力系统”的报告,对可再生能源并网下未来电网的特征和影响进行了梳理和解读,提出为了满足电力不断增长的需求及促进节能减排需要发展新能源电力。目前的电网已具备了向全球互联的超级电网发展、电能质量与需求管理、数字化、分布式太阳能发电及微网、储能设备等特点。关键问题是可再生能源的安全可靠并网,主要包括:传统运行方式、电网容量、电网电压、短路容量及各种可再生能源发电控制等。未来电网发展的趋势是电网的互联,其促进因素包括高压直流电网在全球的发展、微网与可再生能源并网技术的发展、储能技术的发展、电力供应的多样化、促进传统发电增效等。他认为可再生能源发电将在未来的发电领域占很大比重,将影响到光伏发电、电池储能、数字化设备等方面,分布式发电将需要适应不同的用户和生产商的用电模式,配电网的角色将发生改变,将引领新的商业和运作模式。



开幕研讨会——分布式发电对大容量互联电网影响的全球视角


CIGRE电力系统发展及其经济性专委会(SC C1)主席Konstantin Staschus在其报告中着重阐述了全球范围内电力工业的转型,输配电协调的需求、电力系统规划的观察与建议三方面内容。他认为由于可再生能源的波动性,对输电与配电之间的协调提出了更高的要求,可以通过智能电网和微网来提高配电可靠性;建立坚强电网不仅为满足电力需求增长和提高可靠性,也是为了减少弃风弃光,电网要在更大地理范围上实现可靠、优化、灵活的运行;要增加输电与配电系统的数据交换,可靠性将像一个商品一样成为用户最看重的价值选择。


CIGRE C5)主席、美国PJM公司电网互联部总裁Andrew L. Ott在报告中首先介绍了电力工业转型的影响因素,包括间歇性可再生能源发电、分布式发电、储能技术、电动汽车及用户对用电预期的变化等,同时微网通过市场对公用电网的影响越来越大。市场与能源平衡的要求促进了高压直流输电的投资和发展。更大范围地区间能源平衡的趋势包括:运行多样性、资源汇集与共享、经济性、市场激励机制。他认为要做到平衡市场与服务的创新,需要更灵活的辅助产品、跨境交易产品、采购机制创新、市场化激励机制等。在技术上的要求包括:更强的控制技术、分布式储能技术、柔性消费终端等。在市场环境下的输电接入模式应该是:电力交换市场为基础层,发电与能源平衡为第二层,供电与能源平衡汇总连接到配电系统为第三层。


CIGRE 电力电子与直流输电专委会(SC B4)秘书、加拿大RBJ工程部副总裁Jingxuan Hu在报告中阐述了HVDC的作用——长距离输电和异步电网互联,以及可再生能源发电并网。目前既有基于晶闸管的成熟的LCC HVDC技术,还有基于IGBT和IEGT的VSC HVDC技术。LCC HVDC作为高功率点对点连接的主力来说具有更高的功率等级、短期过负荷应对能力强、架空线路故障清除率和恢复能力更强等优点。VSC HVDC在连接海上风电时具有可以双向输电、抗电力扰动性能更优、黑启动能力更强、适合未来多端网络等优势。直流断路器、全桥式变流器以及超高压电缆的发展使得HVDC能够适用于更高功率的架空线路及电缆线路。


CIGRE 配电系统和分布式发电专委会(SC C6)委员、麦吉尔大学Geza Joos教授首先给出了CIGRE对微网的定义——包含负荷和分布式能源,通过协调的方式连接到主网的配电系统。微网能够增强电网坚强性和稳定性,实现现有配电系统的重新配置;将可再生能源就地并网,通过使用本地能源增强能源安全;使电能质量匹配终端用户的需求,赋予客户和终端用户更大的灵活性;为电网的电压/频率提供辅助服务。北美和亚太微网的市场份额较高,各占40%,欧洲仅有10%。北美地区按照行业与重要性划分,最高的是高校和科研机构为30%,其次为商业和工业占25%,军事、社区与公用事业单位均占15%。微网控制器是重要的组成部分,体现在能够连接与调度可再生能源与负荷,实现与电网的断开与再次连接,实现对电网的辅助服务,实现可再生能源进入电力市场。



“电网大扰动”研讨会——系统运行和市场特性


荷兰TenneT输电公司的Maarten Abbenhuis介绍了2015年3月27日荷兰迪门大扰动的情况和经验。TenneT输电公司服务4100万用户,输电线路长度21000公里,有445座变电站,14条跨境互联线路。3月27日9:37,位于阿姆斯特丹附近的迪门变电站发生事故,导致荷兰北部地区大规模停电。事故原因是由于将母线刀闸的机械故障误判为二次系统故障,人工进行旁路连锁导致相间短路事故,60ms后母线保护动作切除故障。事故造成19座150kV变电站及众多重要负荷受到影响,损失负荷3786MW,14:30完全恢复供电。,加强员工事故处理培训,增强电网的可靠性。要开展与配电公司的联合仿真培训,制定详细的事故恢复预案。


以色列电力公司(IEC)的Igor Aronovich 介绍了以色列应对冬季夜间连锁故障的经验。2015年以色列44.6%为煤电、52.6%是燃气发电,太阳能发电占2%。日最大负荷89135MW,年总用电量64.8GW·h。2015年2月24日04:00,系统总负荷4832MW,由于400kV Zafit变电站的电流互感器短路故障造成两条线路先后跳闸,导致3座火电厂共计610MW机组跳闸,系统频率最低降到49.16Hz。事故反映出冬季低负荷状态下,40%的备用机组没有参与频率响应,如果所有机组都能参与频率响应,就可以避免两次短路故障后的切机和甩负荷。


德国Amprion电力公司的Christoph Schneiders 介绍了2015年日食对电力系统的影响。2015年3月20日欧洲发生日食,欧洲的太阳能发电受到很大的影响。德国20日9:45太阳能发电为13.4GW,10:58降到4.7GW,12:30增加到20.3GW。太阳能发电的急剧变化造成系统的不平衡,德国电网启动了相比于常规近两倍的备用容量以应对。德国输电系统运营商将太阳能发电交易确定为一刻钟电力市场,即只需应对一刻钟电力市场间的负荷变化,同时要求输电系统运营商在日食时有应对的责任。事件表明输电系统运营商的预先分析完全符合实际情况,通过可用备用容量恢复了系统平衡,而电力市场也提供了很好的灵活性。同时,需要加强对太阳能发电的可控制性和可观测性。事件也反映出欧洲输电系统运营商强有力和成功的协调控制能力。


澳大利亚ElectraNet公司的Rainer Korte 介绍了澳大利亚南部大规模可再生能源接入对电力市场的影响。2015年澳大利亚电力市场总装机容量53GW,年发电量200TW·h,最大负荷47GW。澳大利亚提出到2030年将碳排放水平降低到2005年的26-28%,其中南澳大利亚2025年可再生能源比例将达50%,2050年将实现零排放。南澳大利亚风电装机1500MW,太阳能发电700MW,系统最大负荷3100MW,平均负荷1500MW。南澳大利亚通过双回275kV交流输电线路与相邻系统互联,输送容量650MW。同时有容量为220MW的直流联络线。由于较高的可再生能源接入比例,以及与其他系统的弱联系,产生了系统运行的问题。随着南澳大利亚火电厂全部关闭,使其电力市场的电价上涨,造成公众的担忧,希望在环境政策和能源政策间达到更好地平衡。


巴西Thymos公司的João Carlos Mello介绍了巴西应对水利危机的经验。2015年巴西总装机容量147GW,其中水电占65%、火电18%、风电6%、生物质发电9%、核电2%。巴西主要依靠水电,可再生能源发电和火电作为补充,而其水电站大都远离负荷中心。巴西采取“并行电力市场”,即管控市场和自由合同市场。管控市场是巴西电力市场的主要组成部分,其主要目的是通过引入竞争机制使得受管控用户以合理的价格来消费电力。自由合同市场是由用户直接和发电商协商电力买卖合同,买卖电量需要在电力市场注册。由于近年来水偏少使水电发电量不足,而使巴西总发电量小于合同量,造成电力供需不平衡及电价的波动。因此巴西电力市场提出了电能再分配机制以消减这种危机,即要求所有发电机组共同承担责任,并为每台机组计算出单独的“商业发电量”。


哥伦比亚电力系统和市场中心的Cecilia Maya介绍了哥伦比亚可靠缴费条例失误的影响。2015年哥伦比亚电力系统装机容量16.42GW,年发电量66549GW·h,其水电69%,火电31%。从2006年开始哥伦比亚确立了基于可靠性的电力市场策略,发电采取严格的合同约定,基于“绿色计划”竞价,采取下降时钟拍卖来确定价格。基于可靠性的电力市场策略要求不能完成合约的发电机组要向其他机组支付电价差额,用电紧张时用户需要支付附加费以保障电力供应。由于气候原因使水电发电量减少(占比减少到50%),火电由于燃料成本而电价高,造成了电力市场供需的不平衡。因此需要对火电采取激励机制,减少发电商的损失,同时尽量降低用电需求。要加强电力市场的财务能力,监督发电商的财务状况、形成可靠性激励机制。


美国PJM公司的Adam Keech介绍了由于天然气供应紧张对美国加州气电协调产生的挑战。2006年2月天然气价格从$7/MMBtu 涨到$20/MMBtu,使燃气电厂的电价上涨,这是由于电力市场采用不准确的能源价格估算燃气电厂电价造成的。由于气价过高,而使燃气电厂不得不采取最小方式运行。加州电力市场提出天然气生产商和发电商之间要加强协调,需要设计新的市场规则,以避免和消除能源价格波动带来的影响。



专委会会议情况


A1专委会下设汽轮发电机、水轮发电机、新技术、大型电动机四个咨询组。专委会技术会议讨论的议题包括:旋转电机及其运行经验、电机的资产管理、可再生能源与分布式发电用电机。讨论了变速抽水蓄能发电电动机、电机的电磁性能计算、发电机疲劳寿命分析、汽轮发电机的优化设计及标准化、电机的绝缘材料和绝缘技术、传统电机的新技术等。专委会会议提出的新发展方向包括:通过添加纳米材料改善电机绝缘材料的电气与机械性能,采用多相变频系统的大型发电机组,可调速水轮发电机组,汽轮发电机的标准化与模块化设计。


A2专委会有5个咨询组、5个联合工作组和17个独立工作组。专委会技术会议讨论的议题包括:变压器诊断与监控新技术、超高压/特高压交直流变压器及附件、 变压器绕组。重点讨论了1500 MVA大容量解体式特高压变压器,包括其结构、运输、绝缘和漏磁通间的平衡、解体方式、变压器油等。专委会关注热点有电力变压器和并联电抗器声级和振动水平、组部件诊断和可靠性、运输和安装的新的解决方法。


A3专委会工作范围包括开关类设备、避雷器、并联电容器、母线、套管、绝缘子、互感器等的设计、制造与运维。专委会技术会议讨论的议题包括:新系统情况下的高压设备、设备全寿命周期管理、信息化工具。A3的战略发展计划提出影响未来电网的因素包括:电力需求的变化,分布式电网发展,海量实时数据信息的交换,高压直流和电力电子发展,储能技术的发展,颠覆式的新技术,对现有电力系统的维护和扩展等,环境影响。专委会重点关注新技术应用包括SF6替代、直流断路器、全寿命周期管理、多物理场仿真等。


B1专委会工作范围涉及交直流电缆系统的理论、设计、应用、制造、安装、试验、运行、维护和诊断技术。专委会技术会议讨论的议题包括:新安装或升级后的电缆系统的反馈、现役电缆系统的优化利用、未来电网中的电缆。发展趋势包括:增加输电能力、提高HTS交流电缆和HVDC电缆可靠性,提高电缆尤其是海底电缆的机械性能,新材料如非填充和填充的XLPE的商业化开发,引进新的减少对环境影响的设计和安装方法,改进电缆系统的建模和计算方法,未来高压电缆系统新的规范和标准。


B2专委会关注设计及使用新型线路材料并对其电气特性进行分析研究,提高现有架空线路的热容量并增强其耐受浪涌过电压的电气性能,优化设计新型架空线路并保证线路的电气安全。专委会技术会议讨论的议题包括:架空线路与信息技术、架空线路的改进,涉及气象信息系统在线路布置中的应用、评估HTLS导线对架空线路传输能力的提升、杆塔改进与新型导线、提升输电线路传输容量、实验室测量架空线路的可听噪声、架空输电线路的新概念。专委会制定了《架空线路设计指南》、《现有交流线路转换成直流线路指南》,出版了《架空线路》绿皮书。将针对架空线路技术与环境成立联合工作组。


B3专委会研究领域包括新概念变电站、变电站管理、寿命周期管理和维护、新通信标准和智能电网对现有和新建变电站的影响。专委会技术会议讨论的议题包括:变电站技术发展、变电站设计发展与新思考、变电站管理评估,涉及GIS和GIL的研制、非传统互感器、新材料和新技术、模块化变电站、变电站经济维护、变电站设计和寿命管理的互动等。会议讨论了变电站安全问题,提出了CT开路和感应电流的安全问题,强调了电力变压器有效的消防保护,提出利用视频监测来防止入侵,有效杜绝黑客的侵入等。


B4专委会有4个咨询工作组、15个工作组及5个联合工作组,致力于高压直流输电及电力电子两大领域,主要关注HVDC关键技术及工程应用、电力电子技术、先进HVDC与电力电子装备、直流电网等问题。专委会技术会议讨论的议题包括:HVDC及其应用,应用于输电系统的FACTS及其他电力电子设备,应用于配电网系统的直流、FACTS及其他电力电子设备。咨询组提交了SVC及STATCOM系统运行性能报告,涵盖了49个SVC及STATCOM系统,初步调研结果表明,大部分SVC系统平均被迫停运不可用率低于1%;辅助系统及交流设备是导致系统被迫停运的两大主要因素;由控制设备与开关设备导致的停运可能性较低。专委会将启动FACTS绿皮书的编写工作。


B5专委会提出的技术方向包括新技术的使用、保护和自动控制新概念、提高保护和自动控制系统的可靠性、电网发展对保护和自动控制系统的新要求。专委会技术会议讨论的议题包括:保护和自动控制系统的优化及生命周期管理、发电机与协调保护的协调。专委会成立工作组讨论如何找出一种通用的标准语言来表达保护功能需求,还成立了近过程层智能电子设备的技术需求工作组。


C1专委会着重在考虑社会和环境因素及能源供应情况下,研究对电力系统发展起重要作用的经济和系统分析方法,协助电力企业在不同的发展阶段、竞争和市场化条件下寻找最佳解决方案。专委会技术会议讨论的议题包括:先进的资产管理决策方法和标准化、输配电网络规划中多方参与工程的协调、灵活坚强系统规划的新解决方案和规划技术。专委会关注方向在于:经济发展及电源发展带来的需求变化和不确定性,需求响应、信息通信技术和社会环境等对电力发展规划的影响,构建更大范围互联的坚强电网,新能源接入,新技术新设备应用。


C2专委会专注于运行统一电力系统所需的功能、结构和能力,覆盖电力系统安全经济运行的技术、人力资源、机制,以及满足电力系统不发生系统瓦解、设备破坏和人身事故的安全条件等内容。专委会技术会议讨论的议题包括:适应分布式和可再生能源发电接入后电源结构发生变化的电网运行解决方案、系统扰动与恢复管理。C2的未来主要技术方向包括:实时运行与控制、运行安排及性能分析、控制中心设施及人力资源,关注设备的监视、操作和控制,运行机构业务的发展与变化,系统性能评估及标准,输电能力与网络安全的协调,控制中心和运行人员的要求。


C3专委会专注于资产管理与环境、全球环境变化与电力系统、管理与公共接受度等方向。专委会技术会议讨论的议题包括:输配电设备的环保责任、架空线路与地下电缆接纳接受问题、环境变化对电力系统的影响。成立的工作组研究内容涉及EMF与人类健康、高压输电线路的环境问题、改善公众对于高压变电站接受度、电力基础设施与野生动物之间的相互作用、投资计划过程中的利益相关者等。


C4专委会的任务是促进电力系统技术特性领域信息与知识的工程应用与国际交流,整合理论与实践,提供行业规范。重点关注电能质量、电磁兼容与电磁干扰、绝缘配合、雷电、电网运行模型以及数值分析等问题。专委会技术会议讨论的议题包括:基于逆变器的发电与储能的影响、未来电网中雷电特性与绝缘配合建模与评估、EMT/FEM与正序电网仿真方法。涉及与电力系统相关的分析方法与工具,包括动态与暂态工况,电力系统及其设备/子系统的相互作用,电力系统与外部因素的相互作用,电力系统与其他设备的相互作用。专委会将在新能源利用、储能技术、换流器对电网的影响,新型电网的防雷与绝缘配合问题及相关建模与评估方法,电网建模、仿真新技术、FEM、数据综合利用等方面展开研究。


C5专委会的研究内容包括分析不同途径和方法及其对电力供应的影响,市场结构和产品、市场参与者的技术和手段、规章和立法。专委会技术会议讨论的议题包括:批发与零售市场互动,,从电力市场架构角度看分布式能源与需求响应整合。


C6专委会的主要研究领域是分布式能源连接与并网、分布式能源在配电系统规划和运行中的控制和协调(含微网和主动配电网)、用户侧管理和用户主动融合、农村电气化、分布式电源管理和储能应用。专委会技术会议讨论的议题包括:配网升级的一体化规划和运行方案、城市电网的能源基础设施、微网和离网混合系统。涉及分布式能源的影响、配网保护和可靠性、配网状态估计、含需求集成的配网控制问题、智能城市、多能源系统及能源技术的发展、大数据和配电系统、主动配电网的电压控制和自动化、未来电网的业务规划和案例等。


D1专委会的目标是促进绝缘材料和新型试验技术领域的工程进展以及国际交流,D1关注的范围有绝缘气体与气体绝缘系统、液体与液体浸渍的绝缘系统、固体材料、高电压与大电流试验与诊断。D1目前的研究方向主要集中在材料与电气绝缘系统的特性、面向HVDC的新测试技术与诊断技术、诊断工具与相关规则的研发。专委会技术会议讨论的议题包括:交直流紧凑型绝缘系统、新材料、非标准化应力和新型试验技术,涉及包括高场强现象、场强控制、老化和长期性能,纳米复合材料、环境友好型材料,先进诊断技术、对材料的影响。直流气体绝缘管道相关技术的研究以及六氟化硫替代气体的研究受到持续关注,复合绝缘子的老化试验、憎水性评估,复合绝缘杆塔是国际上的研究热点。


D2专委会的宗旨是促进和推动电力系统信息和通信领域内工程经验的推广和相关知识的国际交流,通过加强与国际标准组织协同,将此类工程经验和知识纳入相关标准和建议草案。今后将更加面向行业用户,注重各方的参与,强化信息、通信、自动化控制技术结合,加强成果推广应用。专委会技术会议讨论的议题包括:电力系统控制的新应用、电力公司引入网络安全的措施、移动业务应用、系统及基础设施。讨论新的智能设备的采用,分布式能源和微电网接入给电力ICT系统带来的新挑战,智能变电站建设对通信拓扑和信息交换的同步和互操作提出了新需求。


总结


CIGRE是大电网领域最重要的国际组织,其每年开展的技术活动引起世界广泛的关注。相比其他国际会议,CIGRE大会的技术交流活动更注重于技术研究、工程实践和市场发展。各个专委会及其工作组抓住工程领域的热点问题,开展切实有效的分析研究,提出极具权威性的研究报告和论文。从其参会者构成可以看出CIGRE大会更受国际上各大电力公司、制造企业的重视,当然高校的参与度也越来越高。


CIGRE中国国家委员会组团参加了大会,支持专委会委员和工作组成员参加专委会和工作组的工作会议,协助论文作者参加各个专委会技术会议,成效显著。但是和欧美、日本等相比,参会人员规模和活跃程度还有待提升。需要将CIGRE各专委会工作与中国电机工程学会专委会工作有机结合,进一步加强对CIGRE热点问题的关注,适时开展前瞻性研究;梳理主要研究成果,进一步加大对国内重要研究成果的宣传,提升我国在CIGRE各个层面的影响力;加强国际化工作培训和人才培养,支持国内青年专家参与国际交流;注重发展青年工程师和学生加入CIGRE,积极推荐青年专家加入工作组;引导和支持国内专家积极发起工作组,尽快实现从跟随学习到创新引领的角色转变。


CIGRE大会内容非常丰富,为中国专家和技术人员搭建更为便捷的国际交流平台,也为国际专家了解中国能源电力发展创造良好条件。


作者介绍


赵建军,博士,中国电机工程学会高级工程师。主要研究方向:电力系统分析与控制、电力电子技术。


王春莉,主要研究方向:英国语言文学。


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