核心提示“要瞄準世界科技前沿，強化基礎研究，實現(xiàn)前瞻性基礎研究、引領性原創(chuàng)成果重大突破。加強應用基礎研究，拓展實施國家重大科技，突出關鍵共性、前沿引領技術、現(xiàn)代工程技術、顛覆性技術創(chuàng)新。”黨的十九大為科技創(chuàng)新指明了方向。國家電網(wǎng)公司堅持創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略,中國電科院從電力系統(tǒng)安全、調度安全再到設備安全，不斷破解發(fā)展難題，以扎實、領先的技術提升電網(wǎng)預防和抵御事故風險的能力。
新一代調度控制系統(tǒng)：
保障復雜大電網(wǎng)
安全穩(wěn)定優(yōu)質運行
電網(wǎng)運行的一體化特征愈加顯現(xiàn)，全局監(jiān)視、全網(wǎng)防控、集中決策的需求日益突出，國家電網(wǎng)公司提出研發(fā)建設新一代調度控制系統(tǒng)，進一步提升電網(wǎng)調控技術支撐能力。國調中心組織中國電科院和南瑞集團開展新一代調度控制系統(tǒng)的全面研發(fā)工作。
針對大電網(wǎng)全局監(jiān)視、全局分析、全局防控、全局決策和市場化調度要求，新一代調度控制系統(tǒng)將實現(xiàn)模型統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)集中應用、全局分析決策和就地實時監(jiān)控。在新一代調度控制系統(tǒng)設計過程中，中國電科院始終堅持電網(wǎng)主動調度和自動巡航的設計理念：通過源—網(wǎng)—荷精細化調控，全局電力電量平衡超前部署，電網(wǎng)事故預想、預判、預控，主動防范電網(wǎng)故障，實現(xiàn)電網(wǎng)主動調度?；谕獠凯h(huán)境信息及未來趨勢分析，通過全景監(jiān)視和評估實施控制策略智能調整，完成電網(wǎng)運行自校正，實現(xiàn)電網(wǎng)自動巡航調度，大幅減輕調控人員工作強度。
在新的架構下，新一代調度控制系統(tǒng)可以做到“更全局、更快速、更準確”。
“全”——模型全、數(shù)據(jù)全、功能全。實現(xiàn)全網(wǎng)一次/二次設備模型的時間、空間多維度管理；實現(xiàn)全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、外部環(huán)境數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)的按需共享；在模型全、數(shù)據(jù)全的基礎上，構建監(jiān)視控制、分析預警、計劃決策、綜合評估及仿真模擬等全方位應用功能，全面支撐各類電網(wǎng)調控業(yè)務；從全局視野的角度設計開發(fā)應用功能，做到全局監(jiān)視電網(wǎng)實時信息，全局分析電網(wǎng)運行態(tài)勢，全局防控電網(wǎng)運行風險，全局決策新能源消納和備用支援。
“快”——獲取快、計算快、響應快。以廣域數(shù)據(jù)傳輸技術為支撐，最大限度減少數(shù)據(jù)轉發(fā)環(huán)節(jié)，提升數(shù)據(jù)共享效率；利用分布式并行計算以及智能化處理技術，確保大電網(wǎng)統(tǒng)一分析計算速度滿足在線應用要求；將電網(wǎng)及外部環(huán)境變化和預兆第一時間推送給調控人員，電網(wǎng)發(fā)生故障后，快速給出分析結果和處置措施。
“準”——信息準、決策準、控制準。通過對傳統(tǒng)電網(wǎng)運行穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)增加時標，提高電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)斷面的時間一致性，采用大數(shù)據(jù)等技術提高新能源及負荷預測準確性；基于分析決策中心，考慮及二次設備實時狀態(tài)和外部環(huán)境變化等信息，進行全網(wǎng)統(tǒng)一分析決策，保證決策結果的準確性；分區(qū)電網(wǎng)實時響應全網(wǎng)分析決策指令，實現(xiàn)設備的就地控制，保證本地控制功能的準確性。
目前，新一代調度控制系統(tǒng)的研發(fā)工作正在有序地開展中。2020年底，中國電科院和其他相關單位將完成示范工程建設。
電力系統(tǒng)仿真計算：
更精確、更快速
電網(wǎng)的規(guī)劃設計、調度運行離不開準確科學的計算，所有的運行方式安排必須經(jīng)過嚴格的定量分析與仿真驗證。目前應用于國家電力調度控制中心和全國所有網(wǎng)、省、地各級電力調度部門的標準仿真分析程序，長期以來一直由中國電科院研發(fā)和維護。過去數(shù)十年間，仿真程序用大量計算和分析工作，為我國電網(wǎng)各項里程碑式的工程和日常安全穩(wěn)定運行提供了可靠的依據(jù)。目前我國電網(wǎng)正處在快速發(fā)展中，新元件、新設備、新技術不斷涌現(xiàn)，電網(wǎng)新設備、新系統(tǒng)的準確模擬是仿真計算的核心和重點，正確建模、準確仿真，方能保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
隨著使用傳統(tǒng)化石能源發(fā)電帶來的環(huán)境污染問題日益突顯，風力發(fā)電和光伏發(fā)電技術成為當今世界各國發(fā)展和研究的熱點?；谖覈鴮嶋H情況，中國電科院建立了通用化的固定轉速、雙饋、直驅風電模型和與光伏發(fā)電實際特性一致的通用機電暫態(tài)模型，為新能源基地電力送出提供了有力保障。大容量高電壓等級交/直流輸電工程集中投入運行，新型多端柔性直流輸電系統(tǒng)開始陸續(xù)建設和運行，也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和仿真技術帶來了挑戰(zhàn)。中國電科院開發(fā)的仿真程序常規(guī)直流模型能夠準確模擬直流輸電系統(tǒng)的響應特性以及直流換相失敗特性；對于近年來新出現(xiàn)的分層接入直流系統(tǒng)，也及時開發(fā)了相應的仿真模塊。為向電網(wǎng)運行提供更準確的依據(jù)，中國電科院的專家制定了直流輸電模型參數(shù)校核的相關流程。目前所有特高壓直流輸電系統(tǒng)均有經(jīng)過規(guī)范校核驗證的模型與參數(shù)。為了滿足未來將要出現(xiàn)的柔性直流輸電系統(tǒng)，中國電科院與國網(wǎng)直流部、國調中心和控制保護廠商密切合作，研發(fā)了具備換流閥閉鎖、直流線路短路及斷路等直流側故障機電暫態(tài)仿真能力的電壓源型直流系統(tǒng)仿真模型。
目前，仿真程序里風機、光伏電站、特高壓直流輸電系統(tǒng)、多端/柔性直流輸電系統(tǒng)等一系列新模型已成為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行必須的分析工具。
借助新的高效數(shù)值算法、建模方法以及軟件的分析能力和計算性能的提高，中國電科院經(jīng)過十多年的研發(fā)，包含電力系統(tǒng)多個時間尺度動態(tài)過程(電磁—機電—中長期過程有機結合)的全過程動態(tài)仿真技術應運而生。該技術可用于解決大電網(wǎng)連鎖性故障、新能源大規(guī)模接入、多直流饋入的受端電網(wǎng)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、FACTS技術的應用、電網(wǎng)規(guī)劃方案比較、安全穩(wěn)定控制策略、二次系統(tǒng)規(guī)劃設計等問題，仿真時間跨度從毫秒級到分鐘級。該成果為青藏直流聯(lián)網(wǎng)工程、三峽輸變電工程、西電東送、特高壓交直流輸電等重大輸電工程系統(tǒng)提供了重要的技術支撐。該程序及相關成果“互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)過程安全防御關鍵技術及應用”榮獲2016年度國家科學技術進步一等獎。
2016年12月，世界上首個電力系統(tǒng)專用的超算中心于中國電科院建成并投入試運行。在交直流大電網(wǎng)復雜運行特性對仿真計算效率帶來嚴峻考驗的背景下，超算中心的海量電網(wǎng)仿真計算能力，使之成為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行強有力的支撐工具，全面支持各級調度開展運行方式計算和規(guī)劃滾動校核。
超算中心使用的作業(yè)調度平臺、仿真計算程序都是由中國電科院自主研發(fā)的國產(chǎn)軟件系統(tǒng)。超算中心的使用刷新了方式計算人員對計算速度“快”和計算效率“高”的認識?！霸诔阒行慕ǔ芍?，我們也使用后臺服務器進行批量作業(yè)的計算，但是由于CPU個數(shù)有限，我們不得不把同一批1000多個計算任務手工分成幾批，分批次提交后臺計算，再拼接結果，手工拆分作業(yè)計算的方式還容易出錯，我們方式計算人員花費了大量的精力。但現(xiàn)在不一樣了，超算中心機房配有810臺服務器，近24000個計算核心，理論峰值計算能力高達918萬億次每秒，在電力系統(tǒng)計算領域真是首屈一指。原來我們10個計算人員一周的計算任務，現(xiàn)在通過超算中心配套開發(fā)的批處理計算調度平臺軟件提交后臺計算，不到一個小時就完成了，速度提高了3000倍?！币幻麌{中心方式計算工作人員在利用超算中心資源進行2017年的夏季滾動方式計算后，對平臺的強大能力稱贊不已。
電網(wǎng)關鍵設備：
攻克世界難題站在世界前列
電網(wǎng)線路和變電站長期暴露在空氣中，大氣污染使電網(wǎng)遇到潮濕天氣或者霧霾天氣極易發(fā)生污閃，造成大范圍停電。這些問題在歐美、日本、前蘇聯(lián)的工業(yè)區(qū)都曾發(fā)生，在印度、南非等發(fā)展中國家，至今仍威脅著電網(wǎng)的安全運行。在我國，自上世紀80年代到本世紀初，電網(wǎng)大面積污閃幾乎每年發(fā)生。1990年2月，該問題跨越京津晉冀魯豫遼5省2市，1996年末至1997年初波及長江中下游6省1市，2001年初再次覆蓋京津冀魯豫遼4省2市。
在國家電網(wǎng)公司的組織下，中國電科院會同相關研究機構，在電網(wǎng)外絕緣飽和積污特性、全工況污穢試驗及外絕緣配置方法等方面取得重大技術突破與創(chuàng)新，從根本上解決了困擾我國近30年的電網(wǎng)大面積污閃難題，全國電網(wǎng)大面積污閃事故已得到有效遏制，輸電線路污閃跳閘率從2001年的0.12次/（百千米˙年）大幅下降到近年的0.001次/（百千米˙年），極大地提高了我國電網(wǎng)安全運行的可靠性。
目前，由中國電科院牽頭制定的新的污區(qū)劃分標準和污區(qū)圖在全國電網(wǎng)運行管理和各大區(qū)電力設計院的輸變電工程設計中得到全面使用。新建的特高壓交直流輸變電工程全面推廣采用等價自然污穢的全工況耐受電壓進行外絕緣設計，顯著提高了輸變電工程建設與運行的經(jīng)濟可靠性。
中國電科院在外絕緣關鍵技術方面取得重大技術突破與創(chuàng)新，得到國際同行的高度認可，提升了行業(yè)國際話語權。污區(qū)分界線被國際電工委員會污穢地區(qū)絕緣子選用標準IEC60815-1所采用?！爸袊奈蹍^(qū)圖是這類文件中我所見過的最好的，提供了可為世界各國電力系統(tǒng)運行人員學習的實際解決方案和經(jīng)驗?！泵绹娏﹄娮庸こ處焻f(xié)會(IEEE)電介質與絕緣學會副主席Gubanski如是說。
特高壓GIS(氣體絕緣金屬封閉開關設備)是電網(wǎng)的關鍵控制和保護設備，包含多種電氣設備，結構復雜，技術要求高。隨著特高壓工程建設推進，盆式絕緣子和VFTO（特快速瞬態(tài)過電壓）的影響日益凸顯。
盆式絕緣子是GIS中大量使用的關鍵絕緣和支撐部件，特高壓盆式絕緣子絕緣水平高、結構尺寸大，對材料、設計、工藝和質量控制均提出了很高要求。由于我國在大型環(huán)氧絕緣件澆注領域研究基礎薄弱，特高壓盆式絕緣子在工程建設初期主要依賴進口，增加了工程采購成本和建設周期，盡管如此，運行中依然出現(xiàn)了多次放電和開裂等嚴重質量問題，給電網(wǎng)安全造成了巨大隱患，研制國產(chǎn)化高水平盆式絕緣子迫在眉睫。
頂著時間緊、任務重的巨大壓力，中國電科院聯(lián)合國內(nèi)頂級開關廠、科研院校開展協(xié)同攻關?？朔刂乩щy，國產(chǎn)盆式絕緣子僅用一年時間就研制成功，經(jīng)檢測，在電氣和機械性能等方面均達到了國際領先水平，并成功應用于皖電東送工程。目前，工程應用的國產(chǎn)化特高壓盆式絕緣子數(shù)以萬計，長期運行狀況良好。特高壓盆式絕緣子的國產(chǎn)化研制成功，是我國絕緣子技術領域的一項重大突破，有力地支撐了特高壓工程的規(guī)?；ㄔO，保障了電網(wǎng)的長期安全穩(wěn)定運行。中國工程院院士雷清泉在驗收會上指出：“特高壓盆式絕緣子的國產(chǎn)化代表我國在環(huán)氧絕緣件澆注領域已經(jīng)站在了世界前列，對國內(nèi)其他相關行業(yè)也是一次極大的促進與鼓舞?！?/p>
VFTO是GIS內(nèi)部特有的電磁瞬態(tài)現(xiàn)象，幅值高，波前時間短，嚴重威脅GIS內(nèi)部絕緣安全。對其深入認知和有效防護成為保障特高壓GIS質量和電網(wǎng)安全亟待解決的難題。
中國電科院整合包括國內(nèi)數(shù)所知名高校和制造廠商的優(yōu)勢研究資源，并獲得國家973計劃項目及國家電網(wǎng)公司三期重點項目支持。經(jīng)過歷時8年的持續(xù)攻關，中國電科院研究全面掌握了VFTO測量、特性、仿真、絕緣及防護方法，為VFTO防護提供了經(jīng)濟有效手段。研究成果通過了中國電機工程學會的技術鑒定，中國工程院院士邱愛慈認為：“項目推動了我國特高壓GIS變電站VFTO防護技術的進步，成果總體達到國際領先水平”。目前，項目成果直接應用于7個1000千伏工程，全面提升了特高壓GIS變電站VFTO防護水平，為保障特高壓電網(wǎng)的運行安全發(fā)揮了巨大作用。