电气工程与智能电网迫切需要攻克这些核心技术

大规模可再生能源并网消纳

1.1大容量风电机组电网友好型控制技术

针对大规模风电接入后电网的安全稳定运行需求，研究大容量风电机组的电网友好型发电控制技术。包括：典型双馈和直驱风机宽频动态特性及量化分析方法；风力发电机组对电网惯量和一次调频支撑的优化控制技术；风力发电在电网次/超同步频率的动态特性优化控制技术；电网故障暂态过程中风力发电设备支撑电网电压和频率的优化控制技术；不同电网运行条件下风力发电机组的载荷分析及稳定优化控制。

1.2分布式光伏多端口接入直流配电系统关键技术

研究分布式光伏多端口接入直流配电系统的集成优化技术及装备，提高规模化、高渗透率分布式光伏并网消纳能力。包括：分布式光伏多端口直流变换器的拓扑结构、参数、与系统的相互影响；中压或低压直流并网的分布式光伏系统集成和工程设计技术；中、低压光伏多端口直流变换器研制；含高比例分布式光伏的直流配电系统控制、保护和运行技术；MW级实证平台总体方案、关键技术及装备实证研究。

1.3促进可再生能源消纳的风电/光伏发电功率预测技术

研究面向电力生产部门和风电/光伏场站的一体化功率预测和优化调度技术，以提升风电/光伏等新能源发电功率预测水平，提高预测结果在可再生能源发电调度中的应用程度，促进可再生能源消纳。包括：针对中长期调度的电量预测和考虑风电/光伏发电季节性及随机性的年月调度方法；针对日前日内短期调度的概率预测技术和多空间尺度短期功率预测技术；考虑资源关联性等因素的风电/光伏超短期功率预测技术；考虑预测不确定性的风电/光伏风险调度决策方法；应对风险的备用容量优化配置与紧急控制技术。

消纳大电网柔性互联

2.1 500kV及以上电压等级经济型高压交流限流器技术

面向高压交流电网的短路故障电流超标问题，开展经济型高压交流限流器技术研究。包括：高压交流限流器的电路拓扑结构和高电压绝缘、电磁兼容、动热稳定性等的设计；限流器的大容量通流、快速开关和动作等关键部件的制造技术；电网的短路故障检测与快速辨识技术；限流器的运行控制和保护技术，以及限流器与断路器的匹配与协调运行技术；限流器的试验技术及相关标准规范。

2.2超导直流能源管道的基础研究

开展基于天然气等燃料的混合工质温度的输电/输送燃料一体化超导能源管道的应用基础研究和样机的研发，以推动超导技术在输电和能源输送中的应用。包括：基于天然气的混合工质的研制及其传热与绝缘特性；超导材料在混合工质温度的电磁特性及其变化规律；输电/输送燃料一体化超导能源管道的原理和结构、热损耗变化规律及液体燃料输送速率对能源管道温度分布的影响规律；输电/输送燃料一体化超导能源管道及其高压电流终端的设计和制造关键技术、低温高电压绝缘技术；输电/输送燃料一体化超导能源管道燃料输送的运行控制技术及试验规范等。

2.3互联大电网高性能分析和态势感知技术

综合考虑交直流互联大电网在线安全稳定分析的时效性、准确性和规模，研究基于广域实测稳态/动态信息的在线建模与高性能精准仿真、态势感知与趋势预测技术，提高电网运行效率和安全性。包括：复杂电网动态潮流、拓扑和参数等多元基础信息的一体化实时感知方法；分布分层动态设备元件集的测辨建模理论及技术；针对各种典型故障扰动的大电网在线超实时机电-电磁混合仿真技术；基于RTU/PMU等海量数据的电力系统动态特征分析、趋势预测及可视化方法；考虑电网动态特征的电力系统在线综合动态安全稳定评估方法。

2.4柔性直流电网故障电流抑制的基础理论

针对未来柔性直流电网弱阻尼带来的故障电流快速上升问题，研究多电压等级柔性直流电网故障电流抑制的理论与方法。包括：柔性直流电网网架结构、稳态与暂态潮流转移的相互影响机理；柔性直流电网运行特性、暂态相互作用机理及故障演化规律；提高柔性直流电网故障电流抑制能力的电力电子装置拓扑及其控制策略；计及故障电流抑制装置的柔性直流电网故障电流协同抑制方法；柔性直流电网装置建模与数字-物理混合模拟方法。

多元用户供需互动用电

3.1中低压直流配用电系统关键技术

开展中低压直流配用电系统关键装备和技术研究，突破中低压直流配用电系统关建技术瓶颈，攻克多电压等级直流配用电系统安全稳定运行难题，提高系统运行效率和供电可靠性。包括：研究适应不同应用场景的直流配用电系统电压等级序列及典型供用电模式；研发满足中低压直流配用电系统要求的直流断路器、直流计量和保护用传感器等关键设备；研究多换流器并网及多电压等级直流配用电系统的优化运行控制策略；研究多电压等级直流配用电系统保护方法与关键技术；开展技术集成化示范应用。

3.2海上多平台互联电力系统的可靠运行关键技术

针对海上油气开采、处理及输运电力系统高可靠运行的需求，研究海上多平台互联电力系统的结构优化、保护控制以及仿真分析技术。包括：海上多平台互联电力系统的结构优化方法及可靠性评估方法；海上平台电力系统的故障模式及保护和自愈控制方法；海上平台综合用能管理系统；海上电力系统关键部件的动态模型研究，分析正常、过载及主要故障模式下关键部件的应力特征。

3.3电力系统终端嵌入式组件和控制单元安全防护技术

为保障电力系统和智慧能源的安全稳定运行，针对电力系统智能设备安全互联、现场移动作业需求，研究电力监控系统芯片内核、电力终端内嵌入式组件和控制单元的安全防护及检测技术。包括：电力监控系统芯片电路级安全防护技术；电力专用CPU及芯片和内嵌入式操作系统（Embedded Operating System）；具有主动免疫能力的电力终端内嵌入式组件和控制单元；电力工控终端与嵌入式控制单元的安全监测与防渗透技术；电力系统边缘计算的安全防护技术。

3.4面向新型城镇的能源互联网关键技术

针对新型城镇清洁能源开发和利用的技术需求，研究能源互联网关键技术并实现工程示范。包括：能源互联网中能源系统架构及规划设计方法；能源系统运行优化方法与能量优化管理技术；用户个体及群体能源消费特征分析与预测方法、能源交易模式及信息支撑技术；能源互联网技术经济评价理论与评价方法；新型城镇能源互联网示范工程。

多能源互补的分布式供能与微网

4.1可再生能源互补的分布式供能系统关键技术

针对与可再生能源互补的分布式供能系统，提升终端能源综合利用效率，开展可再生能源与化石能源互补的分布式发电与热/冷联供技术研究。包括：具备可再生能源互补特征的分布式能源系统设计技术；利用太阳能等可再生能源制备清洁燃料并应用于发电的技术；动力余热驱动冷电联供的关键技术；多能互补与电采暖/热泵结合的热电联供技术；分布式系统全工况主动调控和优化控制技术。

4.2分布式光伏与梯级小水电互补联合发电技术

研究分布式光伏与梯级小水电联合并网发电系统和变速恒频抽水蓄能技术。包括：梯级水光互补电站容量优化配置及接入技术；分布式光伏与梯级小水电互补系统运行特性及系统稳定性分析；梯级水光互补电站联合运行控制与智能调度技术及系统；基于变速恒频的可逆式水轮发电机组关键技术；开展梯级水光互补联合运行发电系统示范应用。

智能电网基础支撑技术

5.1梯次利用动力电池规模化工程应用关键技术

针对我国大量动力电池退役的形势，研究在智能电网中规模化工程应用的动力电池梯次利用关键技术，包括：退役动力电池电芯和模块的健康状态评估和残值评估技术；梯次利用动力电池快速分选和重组技术；梯次利用动力电池电、热和安全管理技术；梯次利用动力电池应用场景分析、再利用寿命评估和经济性评估技术；梯次利用动力电池再退役标准。

5.2高安全长寿命固态电池的基础研究

针对智能电网对本质安全、超长寿命、低成本先进储能技术的广泛需求，研究储能型固态电池的基础科学问题和关键技术。包括：固态电池电极与电解质关键材料体系；固态电池中热力学、动力学、界面及稳定性研究；固态电池电芯的设计和制备；固态电池在全寿命周期中的失效机制及健康状况评估；固态电池的安全性评测方法和标准。

5.3MW级先进飞轮储能关键技术研究

针对电网对短时高频次的储能技术需求，研究先进飞轮储能单机及阵列技术。包括：飞轮本体技术；研制低损耗高速电机及控制系统；高可靠性大承载力轴承系统技术；飞轮储能阵列的控制技术；飞轮阵列系统的集成应用技术。

5.4液态金属储能电池的关键技术

针对智能电网中小型分布式储能的需求，研究新型液态金属储能电池的关键技术。包括：高性能电极和电解质材料；电池液/液界面的稳定控制技术；电池的高温长效密封关键材料与技术；电池循环寿命及失效机制；电池成组技术及能量管理系统。

5.5碳化硅大功率电力电子器件及应用基础理论

面向未来智能电网对碳化硅大功率电力电子器件的需求，研究15kV碳化硅大功率IGBT器件用芯片和器件封装的应用基础理论。包括：碳化硅材料性能对芯片电气特性的影响机理；提高芯片电气性能及功率的结构和方法；器件封装多芯片并联均流、电气绝缘、电磁兼容和驱动保护方法；器件的老化机理和可靠性的提升方法；器件的高压串联技术与柔性直流换流阀功率模块的应用验证。

5.6大容量电力电子装备多物理场综合分析及可靠性评估

智能电网用电力电子装备所占比重日益增加，在此背景下研究10MVA以上高密度大容量电力电子装备的可靠性评估理论和方法。包括：关键部件在复杂工况下的多物理场综合作用与多时间尺度交互机制；关键部件级与装备级的动态失效机理与安全运行域刻画方法；关键部件的电磁应力、温度及老化状态的在线提取方法与验证；装备的多物理场联合建模和仿真方法；装备的优化设计与可靠性评估方法。