1、 第 33 卷 第 22 期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.33 No.22 Aug.5, 2013 2013 年 8 月 5 日 Proceedings of the CSEE 2013 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1 文章编号： 0258-8013 (2013) 22-0001-11 中图分类号： TM 71 文献标志码： A 学科分类号： 47040 电网和电网技术发展的回顾与展望 试论三代电网 周孝信1，陈树勇1，鲁宗相2(1中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192； 2电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室 (清华大学电机系 )，北京市 海淀区
2、 100084) Review and Prospect for Power System Development and Related Technologies: a Concept of Three-generation Power Systems ZHOU Xiaoxin1, CHEN Shuyong1, LU Zongxiang2(1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 2. State Key Lab of Control and Simulation
3、of Power Systems and Generation Equipments (Dept. of Electrical Engineering, Tsinghua University), Haidian District, Beijing 100084, China) ABSTRACT: The development processes of domestic and foreign power grids were summarized. According to the development of power grids and related technologies, t
4、he process of power grid development can be divided into 3 stages. Borrowing from the theory of intergenerational inheritance in social science, a concept of three-generation power grid was put forward, and the main characteristics of the three generations of power grids were compared. The first gen
5、eration power grid was developed from around 1900 to 1950, featured by small generation unit, low voltage power transmission and small grid. The second generation power grid was developed from about 1960 to 2000, featured by lager generation unit, extra/ultra-high voltage power transmission, interco
6、nnected grids, and large-scale power production. The development of the third generation power grid was launched at the beginning of the 21st century, and expected to be completed over 2050, featured by intelligence and non-fossil fuel generation holding a significant share. The third generation pow
7、er grid is characterized as being intelligent and sustainable. The power grid refers to the general grid in this paper, including generation, transmission, distribution and loads. Therefore the third generation of power grid can also be referred as the third generation of power systems. The new situ
8、ation and new challenges in the development of power grids were analyzed and the power grid technology development in the next 40 years was forecasted. KEY WORDS: three-generation power systems; smart grid; intergeneration transmission; power system technology; renewable generation; review and prosp
9、ect 摘要 ：总结了国内外电网和电网技术的发展过程，将其划分为 3 个阶段，借鉴社会科学中的代际传承理念，提出了三代电网的概念，并且比较分析了三代电网的主要特征。 20 世纪前半期的电网属于第一代电网，以小机组、低电压、小电网为特征，是电网发展的兴起阶段； 20 世纪后半期的电网属于第二代电网，以大机组、超高电压、互联电网为特征，标志着电网进入规模化发展阶段；从 21 世纪初开始建设并设想到 2050 年在世界范围内实现的第三代电网，以非化石能源发电占较大份额和智能化为主要特征， 是可持续发展和智能化的电网模式。 文中电网指广义电网， 即包括发电、输电、配电和用电在内的电力系统，因此，三代电
10、网也可称为三代电力系统。 分析了当前电网发展面临的新形势和新挑战，对未来 40 年的电网和电网技术发展进行了展望。 关键词 ：三代电网；智能电网；代际传承；电网技术；清洁能源发电；回顾与展望 0 引言 20 世纪 90 年代以来， 人类对化石能源短缺和枯竭的预期，以及全球气候变化的现实威胁，使得清洁能源和可再生能源利用的呼声日渐高涨，其目标是以新能源 (如核能、氢能等 )和可再生能源 (如水能、生物质能、太阳能、风能、地热能、海洋能等 )逐步代替化石能源，保证人类能源的可持续供应1-14。此发展趋势可称为新能源变革或新能源革命。 新能源革命的目标是建设可持续发展的未来能源体系，许多国家将发展新
11、能源与可再生能源作为缓解能源供应矛盾、应对气候变化的重要措施。这种形势下，能源结构将发生重大变化，而可再生能源、核能以及化石能源的清洁利用绝大部分要通过转化为电能来实现，因此电网的重要性日益突出，电网将成为全社会重要的能源输送和配给网络，这对电网的安全性、适应性、资源优化配置能DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2013.22.0052 中 国 电 机 工 程 学 报 第 33 卷 力提出了更高的要求15-22。迎接能源革命的挑战，加快电网转型，发展新一代电网技术，成为当前电力系统发展的主要任务。 回顾 100 多年来电网的历史发展，对不同阶段电网模式和技术进步进行科
12、学总结，从不同阶段之间的传承和创新发展的视角，预测新条件下未来电网和电网技术的发展方向，对指导当前电力系统长期规划研究和电网技术的前瞻性研究都具有重要意义。 社会科学的代际理论是描述和研究不同代的人之间思想和行为方式上的差异和冲突的理论。借鉴这一概念，可以定义技术发展的“代际理论” ，“代际理论”是描述和研究同类技术或产品不同发展阶段的差异和传承的理论。 纵观以往历史和可预见的未来，国内外电网及其技术发展的不同时期具有不同的技术经济特征，存在明显的代际差异、传承和发展特性。因此本文将其划分为三个阶段，即三代电网。本文中“电网”的含义是广义的，指包括发电、输电、配电和用电在内的电力系统，因此三代
13、电网也可称为三代电力系统。 20 世纪前半期的电网属于第一代电网，以小机组、 低电压、 小电网为特征， 是电网发展的兴起阶段；20 世纪后半期的电网属于第二代电网，其大机组、超高电压、 互联电网的特征， 标志着电网进入规模化发展阶段；从本世纪初开始建设并预计到 2050 年后在世界范围内实现的第三代电网， 以非化石能源发电占较大份额 (如达到 40%50%以上 )和智能化为主要特征，是可持续发展和智能化的电网模式。 本文将对三代电网的发展过程及特征进行阐述，剖析当前中国电网发展面临的新形势和新问题，并对未来 2040 年的电网技术发展进行展望。 1 三代电网的发展及其主要特征 1.1 第一代电
14、网的发展 回顾国内外电力发展史，可以看到，同任何伟大的工程技术成就一样，电网作为承载国民经济电气化的载体，也是根据不同时代经济发展的需求和技术进步的程度分阶段发展的。 19 世纪中叶， 物理学中电磁现象的科学发现和技术发明，以及工业化升级对能源动力的强烈需求，催生了 19 世纪末 20 世纪初的电力工业。经过数十年时间的发展，形成了以交流发电和输配电技术为主导的电网。然而直到二次世界大战结束，电网的发展状况，从发电机组的单机容量、输电电压等级、电网规模、运行技术等方面的特征看，都还属于初级阶段。 第一代电网的主要特点是交流输电占主导，输电电压较低，达到 220 kV 等级；电网规模小 (属于城
15、市电网、孤立电网和小型电网 )；发电单机容量不超过 10 万 20 万 kW。 第一代电网发展历程中的标志性事件有23-28： 1） 1882 年，爱迪生在纽约建成世界上第一座商用发电厂 (660kW， 110V 直流电缆送电， 1.6km)；1885 1886 年威斯汀豪斯建成第一个交流输电系统， 1895 年建成尼亚加拉大瀑布电厂 (3 台 3675kW水电机组 )至布法罗 35km 的输电线路， 交流输电确定了主导地位。 2） 1916 年，美国建成第一条 132kV 线路， 1923 年开始使用 230kV 线路， 1937 年建成 287kV线路23。 3） 1918 年，美国制造了
16、第一台容量 6 万 kW汽轮发电机。 4） 1929 年，美国制造了第一台容量 20 万 kW的汽轮发电机。 5） 1932 年，苏联第聂伯水电站的单机容量 为 6.2 万 kW，美国 1935 年胡佛水电站单机容量为8.25万 kW， 1934年大古力水电站单机容量 10.8万 kW。 1.2 第二代电网的发展及关键技术 第二次世界大战后全球经济快速发展。规模化工业生产对能源电力的巨大需求和廉价的化石能源，推动了电力工业的大发展和电网技术的空前进步与创新。以大机组、超高压输电和大电网为主要技术经济特征的第二代电网在世界主要经济大国和国际间相继建成，带来了规模经济的巨大效益，满足了社会和经济发
17、展日益增长的需要。 第二代电网从开始过渡到技术成熟的时间跨度大体上是从 20 世纪中期到 20 世纪末。 在此期间，电网规模不断扩大，形成了大型互联电网；发电机组单机容量达到 30 万 100 万 kW；建立了 330 kV及以上电压等级的超高压交流、直流输电系统。 第二代电网发展历程中的标志性事件包括29-31： 1） 1952 年，瑞典首先建成 380kV 超高压输电线路，全长 620km，输送功率 45 万 kW。 2） 1954 年，美国建成 345kV 电压等级线路。 3） 1956 年， 苏联从古比雪夫到莫斯科的 400 kV输电线路投入运行，全长 1000km，并 于 1959
18、年升压至 500kV，首次使用 500kV 输电。 第 22 期 周孝信等：电网和电网技术发展的回顾与展望试论三代电网 3 4） 1965 年，加拿大首先建成 735 kV 的输电 线路。 5） 1967年苏联建成了 750kV试验线路， 1984年建成从苏联到波兰的 750kV输电线路。 6） 1969 年，美国实现 765 kV 的超高压输电。 7） 1985 年，苏联建成 1150kV 特高压输电 线路。 欧美发达国家及苏联从 20 世纪 50 年代开始，伴随着大型水电、火电和核电站的建设，向以大机组、超高压和大互联电网为特征的第二代电网过渡。 中国现代电力工业始于 1882 年 (上海
19、 )， 到 1949年全国发电设备容量为 185 万 kW，年发电量 43.1 亿 kWh。 1971 年，刘家峡水电站及刘家峡至关中 330kV 线路 (535km，送电 42 万 kW)建成，中国第一个跨省区域电网 (甘肃、陕西、青海 )形成32，拉开了中国第二代电网建设的序幕。 1981 年，建成第一条 500kV 线路 (平顶山武汉 )， 开始以 500kV输电线为骨干的大区电网建设。世纪之交推动全国电网互联。 2005 年，西北电网 750kV 线路投入运行33。 2009 年 1 月，中国第一条 1000 kV 特高压输电线路投入运行34。伴随电网的规模化发展，适应第二代电网发展的
20、电网技术也发生了重大变化。除了装备和硬件技术的大型化和高参数化，在超高压远距离输电和互联电力系统关键问题解决的过程中，电力技术与同时代的数学理论、系统科学技术、计算机和信息科学技术、材料科学与技术广泛结合，极大地丰富和改变电力系统理论和技术的面貌，形成了电气装备、高压输电、系统运行与控制三个领域的关键技术。 1）装备和硬件技术。 高效大型发电机组技术，包括：超临界、超超临界燃煤机组 (60 万、 100 万 kW)， 100 万 kW 核电机组， 70 万 kW80 万 kW 水电机组；超 /特高压交直流输变电设备和线路技术 (交流 500、 750、 1000kV断路器、变压器、互感器， 5
21、00、 660、 800kV直流换流阀、换流变压器 )；高速继电保护和安全稳定控制装置；光纤通信技术等。 2）超 /特高压输电技术。 在建设 750kV 及以下电压等级的超高压输变电工程， 660kV 及以下电压的高压直流输电工程，以及 1000、 800kV 特高压交直流输电工程的过程中，借助材料科学技术和高压试验技术的进步，提高了超 /特高电压条件下空气及其他介质的绝缘强度特性，促进了输电线路及输电设备绝缘配合与绝缘水平的合理设计；借助科学试验和仿真计算，提高了输电系统过电压 (包括内部过电压和外部过电压 )预测及防护水平；广泛采用线路并联电抗器补偿以及电抗器中性点小电抗补偿潜供电流的措施
22、；各种运行方式下的调压和无功功率补偿提高了输电系统电压控制水平；对超 /特高压输电线路引起的电磁环境干扰，如电晕放电造成的无线电干扰、电视干扰、可听噪声干扰，以及地面电场强度对人体影响等问题进行了大量研究并采取有效解决 措施。 3）电力系统运行与控制技术。 解决大型互联电网经济运行和系统安全问题的需求带动了电力系统运行优化和控制技术的研究，包含安全约束的经济调度理论和方法、低频振荡 (动态稳定 )和暂态稳定控制的理论方法得到充分研究和广泛应用；采用先进计算机和计算方法的电力系统分析和仿真技术，开发了大规模电力系统计算分析软件，包括详细动态建模的大规模电力系统机电 /电磁暂态计算分析、可靠性计算
23、分析等；采用先进理论和技术开发并广泛应用了快速继电保护和安全稳定控制系统； 基于电力系统远程测量 (常规远程终端 (remote terminal unit， RTU)、同步相量测量装置 (phase measurement unit， PMU)和光纤通信、离线和在线分析的调度自动化能量管理系统成为电网安全经济运行的重要保障。 到 21 世纪初， 结合超 /特高压输电系统建设以及大区电网 /全国联网实践，中国通过研究开发和工程实践，从一次设备和系统，到二次控制、保护，以及安全稳定运行技术、仿真分析技术都得到迅速的发展， 全面掌握了第二代电网技术， 总体达到国际先进水平35，部分技术 (如特高压
24、输电 )水平居国际前列。 1.3 第三代电网的兴起及技术挑战 自 20 世纪末以来，新能源革命在世界范围内悄然兴起，世界各国能源和电力的发展都面临空前的应对和转型挑战。以接纳大规模可再生能源电力和智能化为主要特征的下一代电网，即第三代电网，成为未来电网发展的趋势和方向。第三代电网就是现代电网 (modern power grid)、广义的智能电网，是100 多年来一、二代电网在新形势下的传承和发展。 适应国际能源和电力发展趋势，中国以煤为主的能源结构和电源结构需要在今后几十年内逐步改变，可再生能源和核能、天然气等清洁能源电力将逐步成为主力电源，电网的发展将经历重大转型。 20 世纪 80、 9
25、0 年代开始，发达国家开始研究分布式发电、可再生能源电力、微电网、高速光纤4 中 国 电 机 工 程 学 报 第 33 卷 通信和电力市场，研究开发电力电子装置在电力系统中的应用 (如灵活交流输电技术 FACTS、定制电力技术 (custom power)等， 新一代电网的前景初步显现。当前世界范围内大规模展开可再生能源开发和智能电网建设，拉开了第三代电网发展和建设的序幕36-40。 第三代电网的主要特征是：电源组成上，以非化石能源为主的清洁能源发电应占较大份额 (如中国应力求达到 50%以上 )，大型骨干电源与分布式电源相结合；电网结构方面，国家级 (或更大范围 )主干输电网与地方电网、微电
26、网协调发展；采用大容量、低损耗、环境友好的输电方式 (如特高压架空输电、超导电缆输电、气体绝缘管道输电等 )；智能化的电网调度、控制和保护；双向互动的智能化配用电系统等。 第三代电网传承第二代电网规模化发展的某些特征，将在未来大型骨干电源建设、国家级主干电网建设、电网运行控制和调度的数字化信息化智能化等方面进一步创新发展。但要实现主导第三代电网发展两大特征的功能，即大规模可再生能源电力的集中和分散接入以及电网运行控制和用电的全面智能化，则对电源和电力网发展模式，对电网装备的创新，对电网运行控制、仿真计算分析、智能用电以及用户与电网双向互动等多个方面，提出了前所未有的技术挑战，可概括为装备硬件和
27、系统集成两个方面33-35。 1）装备和硬件技术。 高效、节能、环保的硬件装备是新一代电网发展的基础。主要包括：经济高效的可再生能源发电装备 (风力、太阳能、生物质能等 )；新型高效的输配电技术和装备 (特高压输电、 超导输电、 地下输电，智能化绿色电器 )；新型电力电子元器件、装备和技术；大容量和分布式储能技术和装备；各类传感器和信息网络。 2）系统集成技术。 融合先进信息通信技术、电力电子技术、优化和控制理论和技术、新型电力市场理论和技术等的系统集成是未来新一代电网构建和安全经济运行的基础。具体包括：大容量集中式和分布式可再生能源电力接入技术；基于先进传感、通信、控制、计算、仿真技术，涵盖
28、各类电源和负荷的智能化能量管理和控制；新一代电网的建模和分析技术；电网运行的能量流和信息流可靠性评估和安全防护；支持各类电源与用户广泛互动的电力市场理论、模式和运作方式；资产管理和综合服务系统；智能化的配用电系统，实现电力需求侧响应和分布式电源、电动汽车、储能装置灵活接入；覆盖城乡的能源、电力、信息综合服务体系。 第一代、第二代和第三代电网主要技术经济特征的比较如表 1 所示。 表 1 第一代、第二代和第三代电网技术经济特征的比较 Tab. 1 Comparison between different generations of power systems 项目 第一代电网 第二代电网 第三
29、代电网 电源结构及 单机容量 机组容量不超过 10 万 20 万 kW 化石能源为主的电源结构，大机组容量 达到 30 万 100 万 kW 清洁能源发电占较大比重 (中国力求达到 50%以上 )，大型骨干电源与分布式电源相结合 输电电压及 输电方式 220 kV 级及 以下输电和配电 330 kV 级及以上超高压交流、直流输电， 主要是架空输电方式 大容量、低损耗、环境友好的输电方式 (特高压、超导、气体绝缘管道等 ) 电网规模及 结构模式 城市电网， 孤立电网和小型电网 分层分区结构的大型互联电网 主干输电网与地方电网、微电网相配合 保护和 控制系统 简单保护和控制 快速保护和优化控制；输
30、变电设备 故障的快速切除 智能的电网控制、保护系统； 输变电设备和网络自愈 调度方式 经验型调度 分析型调度，适应负荷变化的电源侧 能量管理系统 智能型调度，适应可再生能源电力变化和 负荷变化的综合能量管理系统 用电方式 被动型用电 被动型用电，单一的电力服务 主动型用电，用户广泛参与电网调节； 向用户提供能源和信息综合服务 效率 电厂能耗率、 线损率高 发电和电网效率较高 采用经济高效的清洁能源发电设备及新型输配电技术和装备，发电和电网效率大幅提升 对环境的影响 电厂污染排放严重 常规污染排放 (SOx， NOx等 )基本解决 但以化石能源发电为主，碳排放量大 化石能源消耗大幅降低，碳排放大
31、幅降低 安全可靠性 电网安全和 供电可靠性低 电网安全和供电可靠性大幅提高， 但大电网事故风险依然存在 供电可靠性大幅提高， 基本排除用户的意外停电风险经济性和资源 优化配置能力 小机组、小电网经济性差， 资源优化配置能力差 充分利用大机组大电网的规模经济性， 大范围的资源优化配置能力 大型集中式和分布式清洁电力相结合，基于先进传感、通信、控制、计算等实现资源智能优化配置管理模式 粗放的经营管理 发、输、配垂直集中管理，后期引入 电力市场机制 市场化的管理模式，充分调动电网、 用户参与各方的积极性 第 22 期 周孝信等：电网和电网技术发展的回顾与展望试论三代电网 5 2 未来电网的几类前瞻技
32、术 与传统电网相比，第三代电网的使命将发生重大变化，未来电网将成为41-49： 1）大规模新能源电力的输送网络，具有接纳大规模可再生能源电力的能力。 2）灵活、高效的能源配置和供应系统，建立用户需求响应机制，分布式电源和储能将改变终端用电模式，电能将在电网和用户之间双向流动，大幅度提高终端能源利用效率。 3）安全、可靠的智能能源网络，具有极高的供电可靠性，基本排除大面积停电的风险。 4）覆盖城乡的能源、电力、信息的物联网和综合服务体系，实现“多网合一” ，成为能源、信息的双重载体。 上述 4 点重大变化也是建设第三代电网的重大需求。基于此对未来科技发展趋势的预测，本文提出几类能促进传统电网转型
33、并可能给未来电网带来重大变革的前瞻性技术，为超前部署基础理论研究和高技术开发提供参考，具体包括： 1）大容量储能技术和电动汽车50-58。 储能是未来智能电网适应大规模可再生能源接入、用户智能化与互动化以及变革传统电网升级模式等诸多问题的最佳解决方案之一。可行的大规模电网储能方式有抽水蓄能、压缩空气储能等物理储能，以及锂电池、液流电池、铅酸电池等化学储能。 高性能大容量电池储能系统的技术核心是电池本体技术、系统集成与应用技术。电池本体关键技术主要是要突破电池原材料制备技术和电池本体制造技术，系统集成与应用技术着重解决围绕不同应用场景的储能配置与优化问题；此外，电池模块制造及组成、电池管理、能源
34、转换与能量管理等技术也是储能技术的攻关方向。 压缩空气储能是一项能够实现大规模和长时间电能存储的储能技术之一，也是目前大规模储能技术的一个研发热点。 未来储能技术的重大突破，将带来储能装置技术经济指标的显著改善，储能技术在电力系统中的广泛应用将在发、输、配、用电的各个环节给传统电力系统带来根本性的影响。储能技术是当代电网和电工技术研发的重点方向。 发展电动汽车是具有战略性的一项事业。要实现电动汽车产业规模化发展，电动汽车的充电服务模式以及电动汽车充电对电力系统的影响、支撑电动汽车发展的基础设施和技术标准等关键技术问题急需研究，包括：临时性快速充电对电网产生短时性负荷冲击；电动汽车存储电能需通过
35、逆变向电网反向馈送时的电能质量问题和无功功率平衡问题；给电网的规划和调度运行带来新的问题，尤其是配电网规划和大系统的调峰 (如何利用电动汽车作为大电网的储能手段和负荷响应，或作为需求侧管理的手段 )；电力市场交易、双向计量表计、通信等问题；电动汽车及充电站的标准问题等。 2）大容量直流断路器和直流电网59-61。 直流电网有可能成为未来主干输电网的构成模式，在大规模风电接入系统和高渗透率分布式电源接入的配电系统也有应用的前景。其中经历多年发展的多端直流输电 (multi-terminal HVDC， MTDC)技术和正在研发的大容量直流断路器技术是直流电网的重要技术基础。 多端直流输电系统指含
36、有多个整流站或多个逆变站的直流输电系统。其最显著的特点在于能够实现多电源供电、 多落点受电， 提供一种更为灵活、快捷的输电方式。随着大功率电力电子全控开关器件技术的进一步发展、新型控制策略的研究、直流输电成本的逐步降低以及电能质量要求的提高，基于常规的电流源换流器 (current source converter，CSC)和电压源型换流器 (voltage source converter，VSC)的混合 MTDC 输电技术、基于 VSC 的新型MTDC 技术将得到快速发展，为大区电网提供更多的新型互联模式，为大城市直流供电的多落点受电提供新思路，为其他形式的新能源接入电网提供新方法。 多端
37、直流输电技术与大容量直流断路器组合形成的直流电网，能够快速切除故障，确保电力电子装置和系统的安全。要重点加快直流断路器的研发进程，研究加强直流电网的系统研究，包括建模仿真分析、稳态和暂态特性、控制和保护方法等关键科学和技术问题。 3）超导输电技术62-63。 超导输电是利用超导体在临界温度下失去电阻转变成超导态的原理而研制和开发的输电技术。高性能的超导材料是超导输电技术应用的基础，需要研究实用化和产业化的高温超导材料制备技术；开展更高临界温度的超导材料基础研究。进一步研究完善高效可靠的低温制冷技术。在高温超导材料和线材发展的基础上，重点超前开展高温超导直流输电研究，包括高温超导直流电缆的研制和
38、工程实6 中 国 电 机 工 程 学 报 第 33 卷 用化研究；研究高温超导直流输电技术的可靠性、安全性；推动高温超导直流输电示范工程的研究、设计及实施。 4）新型电力电子材料和器件64-66。 未来智能化电网的前景带动了与新能源技术相关的新能源接入、电动汽车、储能和各种节能技术中电力电子相关技术的发展和进步，同时也推动了功率器件技术向更高电压、更大容量和更高性能方向发展。为了得到更高性能的电力电子器件，科学家也在不断探索新型半导体材料应用于电力电子器件的技术。特别是以 SiC、 GaN 为代表的宽禁带半导体材料的发现，使得人类为取得反向截止电压超过 20kV 的限度成为可能。新型半导体材料
39、制成的新器件 (如 SiC 功率器件 )，与 Si 半导体器件相比，具有开关损耗低、耐高温、反向截止电压高的特点，在未来的输电和配电系统中有可能成为新一代高电压、低损耗、大功率电力电子装置的主要组成器件。 5）新型输电技术67-70。 新型架空输电线路和地下电缆、气体绝缘管道输电 (gas insulated line， GIL)、超导输电等改进和全新的输电形态有可能对电网的电能传输模式产生重大影响。 在未来二三十年内，架空线路由于其综合性价比的优势，仍将是输电的主要方式。为了满足特高压同塔多回、特高压紧凑型、特高压交/直流同塔输电技术的需求，尤其是在高海拔地区的应用，线路的外绝缘设计和新型耐
40、高温、低损耗导线将是未来输电技术中需要攻克的难题。 大容量电缆输电与气体绝缘管道输电已经有了数十年的发展历史。因其封闭式结构，敷设于地面、地下或是管道中，不受环境影响，最大限度地甚至完全地保全了景观，不对外造成安全威胁，大幅度节省走廊面积，已广泛应用于发电厂及电站的出线装置，在城市电网中也越来越得到重视。随着技术的进步、材料和工艺的完善，其输电电压等级逐渐提高，输送容量不断增大，应用范围将从电站出线、 城市大容量输电进一步扩大。 在未来电网中，交直流大容量电力电缆输电和气体绝缘管道输电将有可能与架空线路输电共同形成混合模式的输电网络。 6）高渗透率间歇式电源接入电网的系统运 行71-72。 在
41、电网中高渗透率风电、太阳能发电的情况下，其发电功率的波动性、间歇性特性将对电力系统的安全可靠运行产生多方面的影响，为此必须基于可能的高渗透率 (如接入容量超过 30%50%)，超前研究接入主干电网和地方电网的合理电源结构，特别是补偿电源和储能的合理比例和分布；研究集中接入电网薄弱地区的无功补偿和电压控制；研究随机变动电源和负荷的特性及其相互补偿调节的技术措施和市场调控机制；研究确保供电安全可靠和电能质量的控制方法。 7）分布式电源与微网的广泛应用73-74。 微网技术为分布式发电技术及可再生能源发电技术的整合和利用提供了灵活、高效的平台，是电力产业可持续发展的有效途径。随着包括风电、光伏等可再
42、生能源和高效清洁的化石燃料在内的新型发电技术的发展，分布式发电系统 (distributed generation system， DGS)日渐成为满足负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率和供电可靠性的一种有效途径。 DGS 具有投资少、发电方式灵活、可与环境兼容等优点，将在配电网中得到广泛的应用。未来在分布式电源和微网方式逐渐普及，并占有电网发电和供电相当比例的情况下，如何相应改变电网的管理模式、市场化运作机制及运行控制方式，成为必需研究解决的理论和实际问题。 8）电网的信息安全75-77。 信息化在实现未来电网主要目标 (灵活、高效、可持续、节能环保、高可靠性和高安全性等 )的
43、过程中起着举足轻重的作用。然而，信息化程度的提高给电网也带来诸多安全隐患，如信息采集环节、传输环节、智能控制和电网与用户互动环境下均存在不同程度的安全风险。信息化带来的种种安全隐患或危害，均可视为对信息网的有意或无意攻击，其影响一般表现为信息网的相继故障，从而可能引发信息网瘫痪，严重时故障可能穿越信息网边界并波及物理网， 进而导致物理网连锁故障。 极端情况下，相继或连锁故障在信息网和物理网之间交替传播，严重威胁电力系统安全运行。为此应予以高度重视并加以超前研究。 3 结束语 电网和电网技术发展到今天，已进入第三代。第三代电网就是现代电网、广义的智能电网。可再生能源的大规模利用和智能化是第三代电
44、网的两个显著特征。 第一代电网和第二代电网的发展都经过了大第 22 期 周孝信等：电网和电网技术发展的回顾与展望试论三代电网 7 约 50 年的时间，初步推测第三代电网目标的实现也需要 50 年。与国际电网的发展趋势同步，未来40 年中国电网发展总体上要完成第二代电网向第三代电网的过渡。期望可再生能源、核能、天然气等清洁能源电力比重达到 40%50%，并力争超过50%。 逐步实现大型骨干电源与分布式电源相结合，主干输电网与地方电网、微网协调发展。 迎接第三代电网的挑战需要理论突破和真正意义的技术创新，当前智能电网研究和实践为此提供了前所未有的条件和机遇。超前部署面向 21 世纪第三代电网的前瞻
45、技术 (大容量储能技术和电动汽车、大容量直流断路器和直流电网、超导输电技术、新型电力电子材料和器件、新型输电线路、高渗透率间歇式能源电力接入电网的系统运行、分布式电源与微网的广泛应用、 电网的信息安全等 )的研究，并期待其创新和发展将为新一代电网的建设奠定技术基础。 致 谢 本文提出的前瞻性电网技术吸纳了中国科学院咨询项目能源革命中电网技术发展预测和对策研究 的观点， 在此向该项目的所有参与专家致谢。 参考文献 1 周孝信我国的电力系统和电力系统的研究 J电网技术， 1989， 23(3)： 6-10 Zhou Xiaoxin Present and prospect of power sys
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