超級電網

超級電網是依託長距離輸電設施將多個不同種類的發電系統連線，以最小損失和最大效率將大量電能傳輸至幾千千米外負荷中心的智慧型交直流混合廣域電力傳輸網路。基於能源管理系統，超級電網可對電力消費者、輸電網、微網和多種發電單元進行控制、管理、最佳化，從而實現電力系統的快速回響與安全穩定。

基本介紹

• 中文名：超級電網
• 外文名：super grid
• 起源：歐洲電網
• 優點：資源平衡
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

隨著化石能源的日益枯竭和環境壓力的日益增加，各國政府紛紛提出低碳減排目標，倡導大力開發利用可再生清潔能源，將其作為緩解能源供應矛盾、減少溫室氣體排放和保護生態環境的重要措施。歐盟承諾在1990年的基礎上減排20 %，占歐盟電力供應的25.5%。中國國家能源局也發布中國可再生能源發展“十二五”規劃。在能源消費中的比例超過9.5% 然而，風能、太陽能和生物能等可再生能源的輸出受地理、天氣等外界因素影響，與大電網功率交換特性複雜，交換功率水波動範圍大，具有間歇性和不可預知性。此外，由於多數可再生能源發電需要依賴自然資源，大容量的可再生能源發電廠往往建設在偏遠地區，如大型風電場多建於多風的近海或草原等地，太陽能電廠則多建於光照充裕的沙漠或高原等地，然而日益增長的負荷中心卻多位於人口密集的城區。為滿足不斷增長的電力需求，需要及時將可再生能源所發電能遠距離傳輸至負荷中心。針對以上問題，歐洲提出了超級電網的概念，提議將可再生能源與傳統能源廣域互聯，將偏遠地區的大規模可持續電能傳輸到負荷中心，實現多種能源形式、多時間尺度、大空間跨度、多用戶類型。

中國地域遼闊，能源分布極不均衡，且隨著國內可再生能源的迅速發展，可再生能源併網及遠距離輸送的要求越來越強烈。目前，國內關於超級電網的研究還處於起步階段，歐洲正在建設的超級電網項目將對中國電網建設具有啟示作用。 首先對超級電網的概念和特點進行了介紹，進而探討了建設超級電網所需的關鍵技術，並指出了超級電網建設過程中所面臨的挑戰。在此基礎上，結合中國可再生能源及負荷中心分布特點，研究討論了超級電網在中國的套用前景。

超級電網的概念及發展現狀

目前，超級電網尚沒有統一定義，其實質是依託長距離輸電設施將多個不同種類的發電系統連線，以最小損失和最大效率將大量電能傳輸至幾千千米外負荷中心的智慧型交直流混合廣域電力傳輸網路。基於能源管理系統，超級電網可對電力消費者、輸電網、微網和多種發電單元進行控制、管理、最佳化，從而實現電力系統的快速回響與安全穩定。

目前，歐洲己有超級電網的初步規劃。2010年1月，歐洲十國正式公布北海超級電網計畫，提議將蘇格蘭的海上風力渦輪機、德國的太陽能陣列、比利時和丹麥的波浪能發電站與挪威的水力發電站連線起來，從而形成貫穿從北海到歐洲大陸北部的聯合電網。

北海電網通過廣域範圍內的資源互聯，可實現風能、太陽能、水電、波浪能等多種資源的互補互濟，形成環網狀或放射狀的多端直流電網。北海電網是歐洲超級電網的一期工程。根據歐洲“Super Grid2050”計畫，北海超級電網將與德國2009年10月在撒哈拉沙漠啟動建設的大型太陽能項目“沙漠科技”組成一個有機整體，從而形成跨越歐洲、中東、北非的跨洲超級電網，屆時將覆蓋50個國家、11億用戶、約4 000 TW " h的電力需求。據專家估算，歐洲超級電網預期將投入數千億歐元，約有42%的電力需要經高壓直流輸電(HVDC)遠距離傳輸到歐洲大陸負荷中心，輸電距離約5 000 km，線路損失為8%一14%。然而經折算後，超級電網所產生的電力成本(計入遠距離輸電成本和網損)，相對於當前電力成本而言，依然十分具有競爭力，僅略高於目前電價的1一2歐分/(kW " h) (1歐分、0. 084元人民幣)，而且隨著未來電力設施成本的下降，這一數值很有可能繼續下降。相對於總電費而言，輸電成本僅占其中的7%，且5%來自輸電線和電纜成本。歐洲電網一旦建成，預期每年所帶來的社會效益約為30億歐元，而每年所耗輸電成本卻只有巧億歐元。由此可見，即使計入輸電成本和網損，將風光發電遠距離傳輸5 000 km以上到歐洲中心，依然是可行的。

超級電網是歐洲第一個專門用於傳輸可再生能源電力的網路，利用空間擴張平滑和減小可再生能源發電隨時間變化而產生的波動，提高了可再生能源的信用度和經濟性，不僅可以平衡整個歐洲大陸的電力需求，而且能夠及時把所產生的能源以電力形式傳輸到鄰近國家，進一步提高能源的利用率。而日本在福島核事故後亦提出建設“亞洲超級電網”計畫，提議採用超高壓直流輸電技術將蒙古境內的風能、太陽能等可再生能源電力輸送至中國、日本、韓國等電力需求大國。

超級電網關鍵技術

歐洲超級電網需要容納大量可再生能源，輸電網的容量和規模均需進一步擴大，如何經濟高效地吸納可再生能源電力並將其傳輸至負荷中心，是超級電網所面臨的關鍵問題，因此，針對超級電網輸電技術的探討格外重要。與此同時，儲能和智慧型控制中心也對超級電網的安全可靠運行起著舉足輕重的作用。

HVDC技術

目前，歐洲電網主網架建設以400 kV交流為主，而500 kV } 800 kV及以上電壓等級的交流輸電技術可以更有效地提高輸送能力並擴大輸電距離。但由於高壓交流遠距離輸電需要建立大量的輸電線路走廊，會帶來土地資源緊張及沿途電磁污染等問題，這在歐洲是一個極大的挑戰。此外，超級電網為實現遠距離可再生能源接入，要跨越沙漠、海洋等極端輸電環境，傳輸技術需要滿足可靠性高、免維護等要求，而架空線路閃絡機率大，難以滿足要求。因而HVDC在歐洲超級電網建設中更具前景。

HVDC技術線路造價低、損耗少、輸電效率高，節省輸電走廊，調節快速可靠，且不存在系統穩定問題，可實現非同步聯網，因此，比較適用於大容量遠距離輸電、非同步系統互聯及海底電纜送電。但由於HVDC換流站設備繁多，造價比常規交流變電所高很多，運行維護也較為複雜，在一定程度上限制了HVDC的套用。

值得一提的是，對於中國、美國、印度、巴西等地域遼闊的國家，特高壓交直流輸電技術仍是解決遠距離大容量電能輸送問題的有效手段。採用架空線路傳輸不僅可以通過提高電壓等級提升系統容量，還可以有效降低線路投資，節省造價。中國地域遼闊，長距離架空線輸電在國內電力發展過程中具有不可替代的作用。

柔性直流輸電技術

柔性直流輸電(VSC}IVDC)技術是在電壓源換流器(VSC)技術和門極可關斷晶閘管(GTO)及絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)等全控型功率器件基礎上發展起來的新一代直流輸電技術[l#“5」。VSC}IVDC技術適用於可再生能源發電併網、海洋孤島聯網、大型城市中心負荷供電和電力市場交易等套用領域，特別是在風力發電併網和大型城市中心負荷供電等方面綜合技術優勢更加明顯。與此同時，VSC-HVDC技術在增加系統動態無功支撐，改善電能質量，解決非線性負荷、衝擊性負荷和三相不平衡等產生的問題，保障敏感設備供電等方面也都具有較強的技術優勢。因此，VSC}-IVDC技術是超級電網建設藍圖中至關重要的技術之一。

目前，世界上大部分VSC-IVDC項目採用的是兩電平或三電平拓撲結構，但此種結構存在電壓等級低、損耗大(約2.5%)等缺點，在一定程度上限制了其發展套用。一種新型的模組化多電平換流器(MMC) }'}}因在減少開關損耗、容量升級、電磁兼容、故障管理等方面的明顯優勢得到了越來越多的關注。然而這項技術尚處於起步階段，目前世界上只有少量幾個項目投入運行的實際工程，許多理論基礎和工程套用等相關問題還需進一步探討研究。

多端直流輸電技術

多端直流輸電(MTDC)系統是由3個或3個以上換流站通過串聯、並聯或混聯方式連線起來的輸電系統，能夠實現多點直流聯網、分區電力消納，各換流站的出線大大減少，比採用多個兩端直流輸電系統更為經濟。多端直流輸電系統中的換流站既可作為整流站運行，也可作為逆變站運行，運行方式更加靈活，能夠充分發揮直流輸電的經濟性和靈活性。

由於多端直流系統存在控制保護技術複雜、關鍵設備製造困難以及潮流翻轉需要改變電壓極性等因素，導致目前投運的常規直流輸電工程中絕大多數為兩端直流輸電系統。而VSC}IVDC技術具有潮流翻轉時不改變電壓極性的技術優勢，可實現向弱交流系統供電和連線海上風電場等功能，因此更適合構成多端直流系統[[I A]。

直流輸電網路技術

直流輸電網路(HVDC grid)是大量直流端以直流形式互聯組成的格線化能量傳輸網路，相當於多端直流系統的擴展。其與多端直流系統最根本的區別在於:多端直流系統是從交流系統引出多個換流站，通過多組點對點直流連線不同的交流系統，多端直流沒有格線，沒有冗餘，可靠性低;而直流輸電網是一個具有“網孔”的輸電系統，交流系統通過一個換流站直接與電網連線，換流站之間有多條直流線路通過直流斷路器連線，整個系統擁有冗餘，可靠性高， 由於直流電網中換流站數量的大幅減少，從而降低了建設投資成本和電能傳輸損耗;與此同時，直流電網中換流站可以自由改變傳輸狀態，而不影響其他換流站;直流電網運行方式更加可靠，即使某條線路停運或檢修，也不會影響到整個直流電網。直流電網含有多個直流電壓等級，集成多種直流輸電方式，運行方式多樣，控制手段靈活，可提高整個交直流混合電力系統的運行穩定性。

利用直流電網“多點對一點”的網架結構可以實現風電、光伏發電等新能源發電基地的可靠接入，最大限度地大範圍消納新能源電力，並減小波動功率注入對電網的影響，同時，可充分利用現有交直流輸電設備，實現交直流電網之間的連線和故障隔離[Czol。而且直流電網網架結構簡單，易於擴建，為新能源併網規模的提升與擴建提供了良好的網架支持。

海底電纜技術

跨海輸電和海上風電送出均需依託直流海底電纜技術，預計到2020年，歐洲電網將新增直流線路9 600 km(主要是海底電纜)，用於北海海上風電的送出、波羅的海三國與北歐國家的連線、義大利與地中海國家的連線[}z o。由於交流電纜存在較大容性電流，當海底電纜長度超過40 km時，直流電纜在技術和經濟上更具優勢。依託直流輸電技術的海底電纜輸送容量大、損耗小，海水散熱快，海纜絕緣熱老化損壞程度低，因此己成為世界各國海底電纜輸電工程建設的主流。

目前，直流海底電纜輸送容量及輸送電壓等級卻存在一定限制，其中交聯聚乙烯(XLPE)電纜最高參數為320 kV /500 MW豁性浸漬紙絕緣(MI)電纜最高參數為500 kV /1 000 MW，而電壓等級可達到800 kV的自容式充油(SCOF)電纜則由於有漏油污染環境的隱患，不適宜用於海底電纜的製造。MI電纜雖有較高的電壓等級，但造價較高，難以大範圍推廣，因此研究重點集中在XLPE電纜上。目前，士500 kV的XPLE電纜己處於試驗階段，有望在近兩年內得到工程套用。

儲能技術

儲能技術是實現風能、太陽能等可再生能源發電規模化利用的關鍵技術[}zo。電力系統的儲能技術包括抽水蓄能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能、超導儲能、超級電容器儲能及電池儲能等。不同儲能形式具有明顯的差異，包括儲能容量、儲放時間、全過程效率及儲能經濟性等。儲能技術在超級電網中的套用如下。

1)小規模儲能。可用於電力電子換流器對旋轉電機的慣性仿真，由於其所需能量少，甚至可以直接整合進換流器中。此外，換流器和旋轉電機藕合進入交流系統(例如風力發電機)，電網側慣性仿真所需能量可以通過旋轉電機的暫時加速或減速得到，為了達到這一目的，所需儲能裝置的回響速度必須是毫秒級或秒級的。

2)中規模儲能。可用於初級、次級控制備用能量以維持系統頻率穩定，即旋轉備用。當可再生能源取代常規發電時，需要結合儲能設備緩解其輸出波動，例如飛輪儲能和電池儲能等。

3)大規模儲能。分散式能源通常受天氣變化而出現出力波動，然而機組發電與負荷需求情況卻常存在反調峰特性，例如夜間用電低谷時，風能資源恰好較為豐富。因此，需要儲能在負荷低谷時充電、負荷高峰時放電，抽水蓄能、壓縮空氣儲能常用於此。此外，抽水蓄能多用於為大型電網提供初級備用控制。

超級電網需較多地利用大規模儲能技術以保證系統的穩定、平衡。而從整體上看，有些新型的、可儲存幾天到一周能量的大規模儲能技術(例如德國己開發套用的制氫和制甲烷技術)，仍處於產業化初級階段，目前效率較低、成本較高，需要更長時間的運行驗證。超過100 MW級別的大規模儲能技術中，抽水儲能和壓縮空氣儲能技術相對成熟，但其對應的大型電站都對選址有一些特殊要求，還需要架設輸電線路和一定的輸電走廊。

智慧型輸電控制中心

可再生能源由於輸出不確定性，接入電網後將對系統電壓、頻率、阻尼特性等產生影響。超級電網連線了大規模可再生能源，電網安全性面臨嚴峻挑戰。智慧型輸電控制中心利用廣域測量系統(WAMS)對電力系統動態過程進行監測，分析電網動態特性，及時發現故障並予以解決，最佳化輸電網運行，從而實現超級電網的安全穩定最佳化運行Czz3a73超級電網函待解決的問題。

關鍵設備的研製

直流斷路器

由於直流網路的阻抗較小，一旦發生故障，其影響面廣且波及速度快。為保證系統可靠性，直流斷路器應能根據不同拓撲結構在發生故障2 } 5 ms內切除故障電流，這給直流斷路器的性能提出了很大的挑戰。此外，直流短路電流無自然過零點，需強迫電流過零，同時還要綜合考慮燃弧時間和系統過電壓問題，因此開斷直流電流比開斷交流電流要困難很多。

結合常規開關和電力電子器件的混合式直流斷路器被認為是最有可能實現工業套用的技術方案。它兼具機械斷路器良好的靜態特性以及固態斷路器無弧快速分斷的動態特性，具有運行損耗低、分斷時間短·使用壽命長、可靠性高和穩定性好等優點。2012年年底，ABB公司研製成功的320 kV直流斷路器樣機即為此類型。然而由於其固態開關由全IGBT組件串聯構成，且未採用限流開斷技術，高壓套用場合下需解決大量IGBT串聯均壓等問題。

直流變壓器

直流變壓器主要用於不同電壓等級的直流電網互聯及直流輸電線路的潮流調節。由於目前直流電網尚無統一的電壓標準，超級電網廣域系統記憶體在多種電壓等級的直流輸電線路，利用直流變壓器實現直流線路的互聯具有極大套用前景Czi .z}7 如今的直流變壓器多集中於低功率場合，難以適應高壓直流輸電系統。因此，需要從原理研究、拓撲設計、性能比較、仿真計算等多方面考慮，研製出適用於超級電網的新型直流變壓器。

新型半導體器件

換流器、斷路器、變壓器等裝置的研製及工藝提高，很大程度上受限於電力電子器件的容量，而碳化矽因在耐壓水平、通流能力、工作溫度等方面的優勢，成為近年來研究的熱點網。基於碳化矽的電力電子器件所構成的輸電系統，工程容量可提高10倍以上，這將給電力系統的發展帶來革命性的改變。由於碳化矽材料的質量和工藝控制等方面尚存在較多難題，現在還只停留在小容量研製階段，短期內還無法真正投入到大容量的工程套用中。但可以預見，隨著材料工藝的不斷改進，碳化矽將是未來大功率電力器件發展的主要方向之一。

超級電網的拓撲結構

同交流電網一樣，超級電網拓撲設計過程中也應遵循安全、經濟、可靠三要素。由於直流斷路器、直流變壓器、換流站等成本很高，電網結構規划過程中需儘可能減少其數量。有些專家提出的超級電網結構是在現有電網基礎上疊加一層直流電網，通過換流站將直流電網與交流電網融合在一起，各條直流線路可以自由連線、互為冗餘

此種拓撲結構中，並不是每條直流線路的兩端都有換流站，換流站的數量等於直流節點數即可。由於換流站是直流電網中最昂貴、最靈敏且損耗最多的部件，如此一來，可極大地降低超級電網的建設與運營成本，便於電網可靠控制運行，提高電網傳輸效率。

目前的直流輸電大多採用點對點的形式，多端直流尚較少套用，網狀直流電網由於構成和控制十分複雜，運行較為困難，則更是無相關商業案例，因此，理想的網狀直流電網拓撲架構的實現仍存在不少挑戰。

超級電網的建模仿真

由於超級電網在拓撲結構、運行特性上與交流電網存在本質區別，需重新建立用於超級電網仿真的數學模型。超級電網的穩態仿真，即潮流計算，受直流電網控制模式的直接影響。需根據不同的控制模式(例如主從控制、下垂控制等)，在潮流方程中增加相應的參數，並設定不同的直流節點類型。而超級電網的電磁暫態仿真，由於受到系統中多換流器、多開關的影響，仿真步長小、資源要求高，目前的離線仿真系統難以滿足超級電網仿真的需求。此外，由於超級電網潮流分布與協調控制的複雜性，其直流系統仿真技術的節點要求高，特別是直流換相特性和控制保護系統的準確模擬，目前的數字仿真精度亦無法滿足超級電網系統仿真的要求。物理仿真能部分彌補數字仿真技術在模型和仿真方法上的不足，建設超級電網數字和物理混合仿真平台，可在低電壓小電流的模擬情境下，從一定程度上實現對超級電網的仿真。

超級電網的潮流調節與控制

與相同電壓等級的交流電網相比，超級電網中的直流輸電在遠距離輸電方面具有經濟高效的優勢，然而其負荷的靈活分配卻面臨一定局限性，需要與交流電網或下一級電網配合進行負荷的分配和消納，以避免潮流的迂迴送電。

在輻射狀直流系統中，輸電線上的潮流可以通過換流站的電壓進行控制。然而在網狀直流系統中，由於兩個換流站之間連線了多條線路，線路中的潮流不僅受到換流站電壓的影響，還要受到線路阻抗的影響，因此需要額外的直流線路潮流控制器( DC line power flow controller)來實現潮流的調節。

控制直流電壓的調節方法能夠根據設定的換流器負荷平衡點，實現潮流自動控制，控制速度J決，且不依賴於通信。而線路阻抗的調節方法則是利用直流線路潮流控制器，通過線上路中插入直流電壓源來改變線路電流，從而實現潮流的調節。值得一提的是，由於交直流的功率交換可以通過換流器控制實現，使得交直流系統的潮流控制增加了一個自由度，有利於系統的最佳化運行。

此外，換流站之間的協調控制是系統面臨故障時能否及時提供輔助服務和保持穩定性的關鍵因素，系統控制的複雜性也將隨著直流電網中終端數量的增多而增加。超級電網在制定控制策略時，需考慮諸多問題，包括網路拓撲中需操作協調的換流站數量;加入一個新機組後，控制系統能否平穩過渡;惡劣天氣危害電網中大量可再生能源機組時，系統又將發生什麼樣的變化等。

超級電網的保護

基於HVDC的超級電網是一個“低慣性”系統，回響時間常數比常規交流電網一般要小兩個數量級，直流電網中一旦某處發生故障，將很快(毫秒級)波及整個系統，需要快速定位並隔離故障區。

雖然直流斷路器樣機的研發成功，為快速切斷直流電網中故障提供了可能，但這並不能保證系統的高度可靠性。直流短路類型可根據故障電流L的幅值和di/dt的範圍進行劃分。這些特徵量隨著超級電網中故障發生的位置和交直流電網連線點的特徵而變化，每一種故障均需特定的電力切斷功能的直流短路器。相關研究指出[X330，在未來的超級電網結構中，單獨依靠直流斷路器可能並不十分適合清除短路故障，整個保護系統需要包括感測器、制動器、處理器等。換流器和其他設備(如電感器)可以幫助限制故障峰值電流，為選擇故障清除過程預留更多的時間，使其更加容易和可靠。

此外，故障的快速切除還依賴於電網的故障檢測技術。超級電網的故障檢測技術不僅要儘可能縮短檢測時間，提高回響速度，還需準確區分故障與負載突變，以免發生保護誤動。目前存在的直流檢測措施多針對兩端直流輸電系統，構想一旦建成複雜的網狀超級電網，其故障檢測判別難度可想而知。有學者提出利用小波變換、傅立葉變換等理論，分析處理多端直流輸電系統中的量測信息，實現故障的快速檢測。

因此，制定超級電網保護策略時需綜合考慮網架結構、換流器拓撲、斷路器配置、故障來源及類型、通信技術等影響因素，傳統的交流控制保護策略不宜直接套用於超級電網，需從多方面提高改進。

超級電網的通信

一般而言，VSC站控制器並不依賴外部通信，可通過預先設定參考值實現VSC站、交流系統、直流系統之間的協調控制。在其他方面，例如換流器啟動順序、換流器啟停控制以及電能的反向傳輸等則依賴於通信技術。在傳輸參考功率設定點的過程中，可通過較慢的低寬頻通信;在終端輸出的動態控制中，則需要利用遠程信號。

由於超級電網中覆蓋大量直流線路，而直流電網中的電壓和電流不存在上升沿的過零點和下降沿的過零點，造成交流電網的同步相量測量裝置(PMU)及其算法等無法直接套用在直流電網中。此外，PMU在與衛星通信過程中傳輸的是微波信號，遇到灰塵、雲層容易衰減，可能發生數據丟失，且由於行波反射傳輸距離變長，平均通信延遲13 ms遠不能滿足直流電網的時間要求。因此，需要採用適用於直流系統的廣域測量技術，使超級電網能夠實現大範圍的統一協調控制和保護、狀態估計、電壓穩定分析、故障檢測處理等功能。光纖通信傳輸速度快、衰減小、抗干擾性強，可以幫助系統快速更新數據，減少系統反應時間。

超級電網在中國電網發展前景

從歐洲超級電網計畫可以看到，雖然單獨的可再生能源發電系統輸出受地形、氣候等外界因素影響，與大電網的交換功率水平波動範圍大，具有間歇J險和易變性，但在大空間尺度下能夠彼此互補，即廣域範圍內的調度能夠平衡可再生能源的輸出波動。

國內外己有專家學者針對可再生能源的廣域互補性進行了研究。 [[38]以美國東海岸上分布的海上風電系統實測數據為基礎，研究了風力發電在大空間範圍的互補性，得出風電能源的互補性隨著調度範圍增大而變強的結論。 針對光伏發電系統進行了研究，認為利用光伏電站在廣域範圍的互補性能夠有效平滑功率輸出。 [[40 ]基於中國氣象局的風速和光照強度測量值，研究分析了中國北部和東部沿海區域風能和太陽能的互補J險，並提出通過調整兩種發電設備在組合中的比例能夠提高廣域互補性。

以上研究證明，廣域調度能夠有效減少可再生能源發電系統對電網的負面影響，提高可再生能源的利用率，充分發揮可再生能源發電對電網的支撐作用，對中國可再生能源發展具有啟示作用。

中國能源負荷分布嚴重不均衡:中東部地區城市化水平高、人口密集、大型企業集中，負荷水平占全國總負荷的近70 %;而傳統能源電力，如大型火電廠主要分布在包括東北、華北、西北的“三北”地區，水力發電廠則主要集中在水力資源豐富的四 、雲南、西藏等西南部地區，均遠離負荷中心。

在中國政府的大力發展推動下，大規模利用可再生能源發電的新型電廠蓬勃發展。截至2014年年底，中國風力發電累積併網裝機容量達到96. 37 GW，占全部發電裝機容量的7%，占全球風電裝機容量的26%，位居世界首位。其中，陸上風電主要集中在“三北”地區，合計占全國風電總量的87 %，而且隨著大型風電基地建設的推進，併網風機裝機占比將持續提高。近海地區也在發展海上風電，全國共建成海上風電示範項目5個，總裝機容量達到390 MW，開展前期工作項目17個，總裝機容量3. 95 GW。光伏發電經過多年探索，近年來快速發展，截至2014年年底，全國併網光伏發電裝機容量達到26. 52 GW，同比增長67 %。西北地區，如山西、甘肅、青海、寧夏和新疆等地，海拔高、日照時間長，太陽能資源充足，光伏電站併網容量占全國總量的75.5 %。

為充分利用可再生能源，實現中國大規模可再生能源接入，同時緩解中國能源負荷不均衡的局勢，中國可以借鑑歐洲超級電網經驗，在中國建設一個廣域連線可再生能源的交直流混合超級電網Cam37如圖4所示。

以中國現有的高壓交流輸電網為骨幹，將華中、華東和華北電網作為特高壓交流電網系統的交匯中心，通過高壓直流輸電線路，與全國各地的大型交流電網聯合形成堅強的電力系統網架結構。利用VSCIVDC技術將四 、雲南、西藏等西南地區的水能、‘生北”地區豐富的太陽能和風能、東部沿海地區豐富的風能匯集並連線成多個區域直流電網，減小新能源發電的間歇性及不穩定性;再進一步利用換相高壓直流輸電(LCCIVDC)技術及直流電壓變換(DC /DC)技術將區域直流電網輸出的大規模電力送往負荷集中的中東部地區，形成大型多端直流電網或網路狀高壓直流輸電網。同時，開發中國兩廣(廣東、廣西)地區的風能、石油和天然氣等天然能源，建設成直流輸電工程，為沿海高負荷地區供電，實現了能源貯藏和能源消耗自給自足。甚至通過背靠背直流工程或遠距離高壓直流輸電工程，同具有廉價豐富電能的鄰邦地區的能源基地電網互聯，如與中國接壤的蒙古及俄羅斯遠東地區、西伯利亞地區和其他中亞國家通過合作，最佳化資源配置，合理共享資源。

中國超級電網的遠期構想

大規模集中式可再生能源的遠距離傳輸從一定程度上緩解了負荷中心用電緊張的現狀，並推動了能源利用低碳化的進程。然而，小規模分散式電源的蓬勃發展及用戶主動參與電網運營的需求趨勢，迫使電網必須進一步發展，以容納小型的、分散的、廣域的電力系統成員。在此基礎上，以交直流混合超級電網作為主框架，接入大量分散式發電與分散式儲能系統，並支持需求側對電網的積極回響，實現集中式與分散式相協調、多種能源相互融合、供需互動和高效市場化配置，是未來電網發展的必然趨勢Caasl。

能源網際網路(energy InternetEI)以超級電網為主幹網，以分散式能源及微網等單元為區域網路，以能源路由器為智慧型控制單元Carl，通過局域自治消納和廣域對等互聯，可以最大程度地適應分散式可再生能源接入的動態特性，而分散協同的管理調度可實現系統供需動態平衡，提高能源利用效率，

微網是能源網際網路中的基本組成元素，通過新能源發電，微能源的採集、匯聚與分享以及微網內的儲能或用電消納形成“區域網路”。而連線可再生能源的交直流混合超級電網在傳輸效率、傳輸容量等方面具有無可比擬的優勢，仍然是能源網際網路中的“主幹網”。中國特高壓的成功實踐，為構建能源網際網路奠定了基礎。特

然而能源網際網路的發展還依賴於能源路由器、大數據分析等重要技術支撐:能源路由器具有能源控制和信息保障功能，更易保證能源網際網路的運行;能源網際網路通過整合運行數據、氣象數據、電網數據、電力市場數據等，進行大數據分析，可最佳化能源生產端和能源消費端的運作效率和實時動態調整。

總之，與目前開展的分散式發電、微網、智慧型電網、超級電網研究相比，能源網際網路在概念、技術、方法上有一定的獨特之處，卻又與這些研究相互交叉:方面，分散式發電的併網、智慧型電網的通信、超級電網的遠距離傳輸等相關技術研究可以為能源網際網路的發展奠定一部分基礎;另一方面，能源網際網路的發展又可以反過來促進這些技術的更好融合。因此，在現有研究的基礎上，結合能源網際網路的特徵及內涵，探討實現能源網際網路的各種關鍵技術，具有重要理論意義和實用價值:一方面鼓勵開展關鍵技術的先導性研究，並在傳統能源供應相對不足的地區開展小範圍示範工程建設;另一方面，基於現有能源基礎設施，開展能源調控、能源供需互動、分散式能源併網、能源遠距離傳輸等方面的研究，積累能源網際網路的建設經驗，從而推動能源網際網路發展，逐步使傳統電網向能源網際網路演化。

展望

隨著化石能源的枯竭，發展大規模可再生能源己經成為國際趨勢。然而可再生能源發電具有間歇性與易變性等特點，大規模集中併網有時可能會給電網穩定性問題帶來危害。超級電網將廣域範圍內分散分布的可再生能源發電聯網，利用時間和空間上的資源互補性平衡可再生能源的功率波動性和易變性，提高了可再生能源利用率，是未來電網發展的必然趨勢，對中國電網發展具有借鑑意義。 首先闡述了超級電網的概念與特點，以此為基礎分析發展超級電網所需關鍵技術及面臨的挑戰，並根據中國能源分布情況，對中國未來發展超級電網進行了初步探討，得出如下結論。

1）超級電網通過廣域互聯西北、西南、沿海地區大規模可再生能源，利用時間和空間上的資源互補性平衡可再生能源的功率波動性和易變性，提高可再生能源併網安全性，高效利用可再生能源。

2)超級電網可以解決由國外能源基地、中國西南部水電基地、中國西北部火電基地和可再生能源基地向中國中東部負荷中心大規模遠距離輸電的問題。

3)中國可以發展建設以超特高壓骨幹網為基礎，利用高壓直流互聯可再生能源基地的覆蓋全國範圍的交直流混合超級電網，提高中國供電的靈活性、互補性、安全性與可靠性。

4)為了實現海量分散式電源的無縫接入，更好地消納清潔能源，可以在交直流混合超級電網的基礎上，引入能源路由器等技術，發展能源網際網路。

綜上所述，超級電網在中國具有廣闊的套用前景， 所探討的超級電網可行性分析、超級電網技術與挑戰、超級電網結構構想圖及未來與能源網際網路的交叉融合等都可為中國未來電網研究與建設提供參考。