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【摘 要】 随着能源可持续发展战略及低碳经济的提出，可再生能源越来越受到重视并将得到快速发展，大规模可再生能源的发展与接入，必将对输电网发展带来重大影响。智能输电网作为智能电网的重要组成部分，与传统输电网在内涵和外延发展上都存在诸多不同。本文通过分析非水可再生能源类型，结合我国非水可再生能源规模巨大、分布集中、与负荷逆向分布、需要集中开发、大范围消纳的特点，考虑其间歇性与随机性对输电网可能造成的影响，分析智能输电网的技术特征，探讨实现智能输电网所需要的关键技术和网架结构设想。
【关键词】 输电网构架 非水可再生能源 智能电网
引 言
随着化石燃料等传统能源逐渐枯竭、可再生能源并网以及电网规模的提升，导致大电网安全性下降、电力资产利用率低，且数字化技术需求高质量电能等问题越显突出。在这种背景下，世界各国都开始寻找一种新的电网建设模式，欧美各国在这一方面走在前列，他们分别提出了各具特色的“智能电网”，以期建设一种更兼容、可互动、可自愈、更高效的电力系统。2009年，中国国家电网公司正式发布了建设以特高压电网为核心，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的“坚强智能电网”的发展战略[1]。
我国能源资源，特别是水能、风能、太阳能等可再生能源资源规模大，分布相对集中，与负荷呈逆向分布，需要集中开发、规模外送和大范围消纳[2]，这对电网的资源优化配置能力和智能化水平提出了很高的要求。本文将在讨论非水可再生能源类型和特征及其对电网可能造成的影响的基础上，通过与传统输电网的比较，针对智能输电网发展存在的问题，分析智能输电网具有的系统技术特征与关键技术，并对未来智能输电网架结构提出设想。
1 非水可再生能源类型及特点
非水可再生能源發电主要是指利用非水电可再生一次能源的发电形式，主要包括风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热能等，其他如波浪能、振动能、氢能等新型可再生能源也在不断涌现。
非水可再生能源主要特点有：清洁干净；能量密度低且除太阳能和风能外，相对分散；理论上资源丰富，但开发利用难度大；大多具有非连续性、时变性等特点。
就目前看，技术最为成熟，使用前景最为光明，最有可能进行大规模集中开发的主要有风能和太阳能发电，而这两种资源最大的特点是难以实现人为控制，接入电网后，其间歇性、随机性和不确定性势必会对电网安全稳定运行和控制造成冲击，引起一系列问题，如有可能导致电网潮流发生大规模转移，电压闪变，电能质量下降等。但可以预想，在不远的将来一次能源以可再生能源为主，终端能源以电力为主的格局将变成现实[3]。
就我国情况看，可再生能源分布具有规模大、分布相对集中，与负荷资源呈逆向分布等特点，因此积极研究并建设实现可再生能源方便可靠接入，减小对电网冲击，满足风能、太阳能等大规模远距离输送要求，实现多种能源发电的优化综合平衡利用的坚强智能电网，特别是智能输电网，将是发展清洁能源、节能减排、能源布局优化和结构调整的战略选择。
2 智能输电网
作为连接发、变、配和用电等环节纽带的智能输电网是坚强智能电网的重要组成部分。
2.1 智能输电网的概念及特征
智能输电网核心问题是输电网的智能化，在集成、高速、双向通信网络的基础上，通过先进输电技术（特高压交直流）、智能变电站技术、SCC、WAMS、FACTS等技术的应用，实现输电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和灵活运行。未来智能输电网将可以接收任何种类的能源产品，输送所需的任何特性电力，同时可以自我诊断，智能利用冗余进行自我修复[3]。智能输电网结构图见下图。
与传统输电网相比，智能输电网具有明显不同的特征，内涵更为丰富。主要有：支持大规模可再生能源接入、采用先进输电技术、采用智能化灵活调度技术和用户与电网双向互动等。
2.2 智能输电网关键技术
建设智能输电网、保障电网的安全稳定经济运行急需突破智能输电网关键技术，使输电网真正成为国家现代能源综合运输体系的重要组成部分。在这些技术中，有的如：超/特高压交直流输电、超大规模交直流混联安全稳定技术、电网调度全局优化技术等较为成熟，但需要在成熟的基础上进一步创新，以适应电网的发展和转型；有的如：智能输变电装备技术、可再生能源接入技术等本身不太成熟，但为电网发展趋势所要求，需要深入研究和推广应用；还有的如：新型电力电子器件技术和先进大容量储能技术等是进一步突破有较大难度的“突变性”技术，这些技术一旦取得突破将对电网造成革命性影响。
3 考虑大规模可再生能源的输电网架结构设想
根据能源逆向分布、可再生能源快速发展的客观情况，本文从送端和受端及连接两者的输电网三个方面对考虑大规模可再生能源的智能输电网架结构进行设想。
3.1 送端电网远景设想
能源结构战略性调整之后，能源资源和负载需求逆向分布的格局更加明显，未来能源流动必将形成通过特高压交直流电网从西部、北部大型能源基地向东部、南部负荷中心远距离、大容量送电格局。
为了解决可再生能源注入电网的安全性、稳定性等问题，可通过建设“三北”地区广域可再生能源电网，利用广域范围内资源互补性平衡功率间歇性和不确定性，即将可控快速连续性调节电源、大型储能基地与可再生能源通过大电网连接起来，形成具有可控性和连续性的电力能源供应源。
3.2 受端电网远景设想
未来受端电网应形成分散接入、多种输电方式并用、网架结构合理、资源配置能力强大的综合能源系统。受端电网区域电网系统应在就近消纳的前提下同步考虑送端远程输送的消纳。为了提高系统抵御扰动和故障冲击能力、大规模可再生能源消纳能力和电网运行经济性，应依据我国负荷分布情况建设大规模、高电压等级同步电网，即通过超/特高压交流形成坚强的受端电网。同时还应考虑超导和储能等先进技术的应用，而且在配电系统应充分考虑到微网的接入。 3.3 输电网架结构总体设想
根据送端和受端的构建设想，可对电网进行总体考虑。现阶段特高压交直流输电技术已相对成熟，必将在未来电网中将发挥巨大作用。交流输电和直流输电功能和特点各不相同，特高压交流具有输电和构建网架的双重功能，中间可以落点，电源接入、传输和消纳十分灵活，是电网安全运行的基础；特高压直流侧重输电功能，难以形成网络，但同步要求不严格，适用于大容量、远距离输电，大容量直流输电必须依托坚强的交流电网才能充分发挥作用。新型的VSC-HVDC与VSC-MTDC输电技术的诞生又提供了新的可能，其优势在于不需要交流电网提供换向电压，不容易产生换相失败，易于调控，并向无源网络提供电能等。在IGBT等大容量新型全控型开关器件研制成功后，其优势还会进一步显现。届时我国将基于特高压交流、特高压直流、常规直流和VSC-MTDC多端直流输电建立混合的“强交强直”输电系统连接西部和“三北”地区大型能源基地与东部、南部负荷中心，充分发挥直流输电和交流输电各自优势，联合运行、相互补充、相互支撑，形成更加灵活、安全、可靠的输电网。
结 论
随着大规模可再生能源的开发与接入，在送端应通过交直流系统连接形成广域可再生能源网，实现多种资源互补，平衡其不确定性和间歇性，提供稳定的电力输出。受端则形成分散接入，多种输电方式并用，微网配合主网运行，通过超/特高压交流形成坚强的受端电网，同时加大储能、超导等先进技术应用。送受端间应通过“强交强直”以及VSC-HVDC与VSC-MTDC等新型输电技术形成西电东送、南北互供、整体联网的灵活、安全、可靠的输电网。
【参考文献】
[1] 熊浩清，张智焜，等. 智能输电网技术研究框架与探讨[J]. 湖南电力，2012，32（1）：1-4
[2] 刘振亚. 智能电网技术[M]. 北京：中国电力出版社，2010.4.
[3] 肖立业，林良真. 构建全國统一的新能源电网，推进我国智能电网的建设[J]. 电工电能新技术，2009，28（4）：54-59
[4] DESERTEC Foundation. Clean power from deserts-the DESERTEC concept for energy，water andclimate security[EB/OL].[2010-04-20]http：//www.desertec.org/fileadmin / downloads /DESER-TECWhiteBook_en_small.pdf.
[5] 杨冬，刘玉田. 中国未来输电网架结构初探[J]. 电力自动化设备，2010，30（8）：1-4
[6] 周润健. 中国启动6个千万千瓦级风电基地规划和建设[EB/OL]. [2010-04-20].
[7] 刘振亚. 中国电力与能源[M]. 北京：中国电力出版社，2012.2.
【关键词】 输电网构架 非水可再生能源 智能电网
引 言
随着化石燃料等传统能源逐渐枯竭、可再生能源并网以及电网规模的提升，导致大电网安全性下降、电力资产利用率低，且数字化技术需求高质量电能等问题越显突出。在这种背景下，世界各国都开始寻找一种新的电网建设模式，欧美各国在这一方面走在前列，他们分别提出了各具特色的“智能电网”，以期建设一种更兼容、可互动、可自愈、更高效的电力系统。2009年，中国国家电网公司正式发布了建设以特高压电网为核心，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的“坚强智能电网”的发展战略[1]。
我国能源资源，特别是水能、风能、太阳能等可再生能源资源规模大，分布相对集中，与负荷呈逆向分布，需要集中开发、规模外送和大范围消纳[2]，这对电网的资源优化配置能力和智能化水平提出了很高的要求。本文将在讨论非水可再生能源类型和特征及其对电网可能造成的影响的基础上，通过与传统输电网的比较，针对智能输电网发展存在的问题，分析智能输电网具有的系统技术特征与关键技术，并对未来智能输电网架结构提出设想。
1 非水可再生能源类型及特点
非水可再生能源發电主要是指利用非水电可再生一次能源的发电形式，主要包括风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热能等，其他如波浪能、振动能、氢能等新型可再生能源也在不断涌现。
非水可再生能源主要特点有：清洁干净；能量密度低且除太阳能和风能外，相对分散；理论上资源丰富，但开发利用难度大；大多具有非连续性、时变性等特点。
就目前看，技术最为成熟，使用前景最为光明，最有可能进行大规模集中开发的主要有风能和太阳能发电，而这两种资源最大的特点是难以实现人为控制，接入电网后，其间歇性、随机性和不确定性势必会对电网安全稳定运行和控制造成冲击，引起一系列问题，如有可能导致电网潮流发生大规模转移，电压闪变，电能质量下降等。但可以预想，在不远的将来一次能源以可再生能源为主，终端能源以电力为主的格局将变成现实[3]。
就我国情况看，可再生能源分布具有规模大、分布相对集中，与负荷资源呈逆向分布等特点，因此积极研究并建设实现可再生能源方便可靠接入，减小对电网冲击，满足风能、太阳能等大规模远距离输送要求，实现多种能源发电的优化综合平衡利用的坚强智能电网，特别是智能输电网，将是发展清洁能源、节能减排、能源布局优化和结构调整的战略选择。
2 智能输电网
作为连接发、变、配和用电等环节纽带的智能输电网是坚强智能电网的重要组成部分。
2.1 智能输电网的概念及特征
智能输电网核心问题是输电网的智能化，在集成、高速、双向通信网络的基础上，通过先进输电技术（特高压交直流）、智能变电站技术、SCC、WAMS、FACTS等技术的应用，实现输电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和灵活运行。未来智能输电网将可以接收任何种类的能源产品，输送所需的任何特性电力，同时可以自我诊断，智能利用冗余进行自我修复[3]。智能输电网结构图见下图。
与传统输电网相比，智能输电网具有明显不同的特征，内涵更为丰富。主要有：支持大规模可再生能源接入、采用先进输电技术、采用智能化灵活调度技术和用户与电网双向互动等。
2.2 智能输电网关键技术
建设智能输电网、保障电网的安全稳定经济运行急需突破智能输电网关键技术，使输电网真正成为国家现代能源综合运输体系的重要组成部分。在这些技术中，有的如：超/特高压交直流输电、超大规模交直流混联安全稳定技术、电网调度全局优化技术等较为成熟，但需要在成熟的基础上进一步创新，以适应电网的发展和转型；有的如：智能输变电装备技术、可再生能源接入技术等本身不太成熟，但为电网发展趋势所要求，需要深入研究和推广应用；还有的如：新型电力电子器件技术和先进大容量储能技术等是进一步突破有较大难度的“突变性”技术，这些技术一旦取得突破将对电网造成革命性影响。
3 考虑大规模可再生能源的输电网架结构设想
根据能源逆向分布、可再生能源快速发展的客观情况，本文从送端和受端及连接两者的输电网三个方面对考虑大规模可再生能源的智能输电网架结构进行设想。
3.1 送端电网远景设想
能源结构战略性调整之后，能源资源和负载需求逆向分布的格局更加明显，未来能源流动必将形成通过特高压交直流电网从西部、北部大型能源基地向东部、南部负荷中心远距离、大容量送电格局。
为了解决可再生能源注入电网的安全性、稳定性等问题，可通过建设“三北”地区广域可再生能源电网，利用广域范围内资源互补性平衡功率间歇性和不确定性，即将可控快速连续性调节电源、大型储能基地与可再生能源通过大电网连接起来，形成具有可控性和连续性的电力能源供应源。
3.2 受端电网远景设想
未来受端电网应形成分散接入、多种输电方式并用、网架结构合理、资源配置能力强大的综合能源系统。受端电网区域电网系统应在就近消纳的前提下同步考虑送端远程输送的消纳。为了提高系统抵御扰动和故障冲击能力、大规模可再生能源消纳能力和电网运行经济性，应依据我国负荷分布情况建设大规模、高电压等级同步电网，即通过超/特高压交流形成坚强的受端电网。同时还应考虑超导和储能等先进技术的应用，而且在配电系统应充分考虑到微网的接入。 3.3 输电网架结构总体设想
根据送端和受端的构建设想，可对电网进行总体考虑。现阶段特高压交直流输电技术已相对成熟，必将在未来电网中将发挥巨大作用。交流输电和直流输电功能和特点各不相同，特高压交流具有输电和构建网架的双重功能，中间可以落点，电源接入、传输和消纳十分灵活，是电网安全运行的基础；特高压直流侧重输电功能，难以形成网络，但同步要求不严格，适用于大容量、远距离输电，大容量直流输电必须依托坚强的交流电网才能充分发挥作用。新型的VSC-HVDC与VSC-MTDC输电技术的诞生又提供了新的可能，其优势在于不需要交流电网提供换向电压，不容易产生换相失败，易于调控，并向无源网络提供电能等。在IGBT等大容量新型全控型开关器件研制成功后，其优势还会进一步显现。届时我国将基于特高压交流、特高压直流、常规直流和VSC-MTDC多端直流输电建立混合的“强交强直”输电系统连接西部和“三北”地区大型能源基地与东部、南部负荷中心，充分发挥直流输电和交流输电各自优势，联合运行、相互补充、相互支撑，形成更加灵活、安全、可靠的输电网。
结 论
随着大规模可再生能源的开发与接入，在送端应通过交直流系统连接形成广域可再生能源网，实现多种资源互补，平衡其不确定性和间歇性，提供稳定的电力输出。受端则形成分散接入，多种输电方式并用，微网配合主网运行，通过超/特高压交流形成坚强的受端电网，同时加大储能、超导等先进技术应用。送受端间应通过“强交强直”以及VSC-HVDC与VSC-MTDC等新型输电技术形成西电东送、南北互供、整体联网的灵活、安全、可靠的输电网。
【参考文献】
[1] 熊浩清，张智焜，等. 智能输电网技术研究框架与探讨[J]. 湖南电力，2012，32（1）：1-4
[2] 刘振亚. 智能电网技术[M]. 北京：中国电力出版社，2010.4.
[3] 肖立业，林良真. 构建全國统一的新能源电网，推进我国智能电网的建设[J]. 电工电能新技术，2009，28（4）：54-59
[4] DESERTEC Foundation. Clean power from deserts-the DESERTEC concept for energy，water andclimate security[EB/OL].[2010-04-20]http：//www.desertec.org/fileadmin / downloads /DESER-TECWhiteBook_en_small.pdf.
[5] 杨冬，刘玉田. 中国未来输电网架结构初探[J]. 电力自动化设备，2010，30（8）：1-4
[6] 周润健. 中国启动6个千万千瓦级风电基地规划和建设[EB/OL]. [2010-04-20].
[7] 刘振亚. 中国电力与能源[M]. 北京：中国电力出版社，2012.2.