關于電網發展若干重要技術問題的思考

建設堅強的電網，能夠實現在更大范圍內合理開發資源，提高電能的使用效率和供電的可靠性與經濟性，改善電力系統的安全穩定性能，緩解環保及運輸壓力，取得良好的社會、經濟效益。因此，我們要認真總結世界電網發展的歷史經驗，充分認識和把握電網發展的客觀規律，實現高效和安全可靠的目標。

我國各區域電網全部采用直流相聯的觀點是與電網發展客觀規律相違背的

電力系統中的發電和用電均為交流，交流輸電適用于不同距離和容量的電力輸送，因此，采用交流輸電技術形成同步電網是電網發展的內在規律，在技術、經濟上有很大的優越性。（1）同步電網可以形成堅強的網架結構，電力的傳輸、交換十分靈活。向輸電通道中間地區供電或匯集電力方便，對電源結構、負荷分布和電力流的變化適應性強。我國正處于一個快速發展的階段，負荷增長和地區間經濟結構變化大，電網必須要有經濟性和發展靈活性、適應性。全部采用直流輸電對發展的適應性差、且將來還要建設大量電網實現二次再分配。（2）當系統中出現擾動時，同步電網內所有機組、負荷共同響應擾動，具有受到擾動后維持系統同步運行的自然特點，從而減輕擾動對系統的影響；同步電網規模越大，擾動帶來的波動越小，承受能力越強。（3）我國地域遼闊，東西時差大，南北季節差別明顯，不同地區負荷特性、電源結構差異較大，客觀上決定了我國電網東西之間、南北之間存在錯峰、調峰、水火互濟、跨流域補償調節、互為備用和調節余缺等聯網效益。因此，在更大范圍內形成交流強聯系同步電網，解決大區間電力交換受限的瓶頸，可以充分獲取上述聯網效益。（4）在一個地域廣闊的大電力系統中，不同地域的重要受端系統可以有幾個，這些受端系統之間已有或遲早會有較強的高一級電壓的聯絡線，而且會隨著系統的發展，日益加強各受端系統間的聯系，逐漸把這些受端系統聯系成為更大的受端系統。這些受端系統間的聯絡線路，將成為溝通各大受端系統所在區域的電力交通要道。這些強大交通要道的形成，使大電力系統的遠方大電源能夠得到更合理的開發和充分發揮它們的作用。通過這些強大的交通要道，可以交換由于各區域電力建設容量與負荷增長容量之間在時間上的不完全對應，因電源短時多余而需向其他區輸出或因電源短時不足而需由其他區域供給的電力。"電力系統技術導則"也指出："受端系統愈強，愈有能力接受外部遠方大容量坑口電廠和大型水電基地送入的大量電力，也比較容易解決因電源建設和負荷發展的不定因素給電力系統的建設和運行帶來的困難。"因此，建設堅強的大同步受端電網，是接受大容量電力輸入的客觀需要。我國各區域電網全部采用直流相聯的觀點是與電網發展客觀規律相違背的。實際上，我國目前已形成東北－華北－華中跨區同步電網，今后應根據我國國情，特別是西南水電和北方煤電采用特高壓輸電的需要，對同步電網的構建在發展中進行合理調整。華中電網水電比重大（約占40%），其東部四省能源匱乏；華北電網是純火電系統（約占96%），該地區是我國重要的煤炭基地；華東地區以火電為主（約占86%），嚴重缺能，電力需求旺盛，市場空間大。這三大電網地理位置相互毗鄰，互補性強，采用特高壓交流形成堅強靈活的同步電網，將為促進能源資源的優化配置和高效利用奠定堅實的物質基礎，可以獲得錯峰、水火互濟、互為備用等聯網效益，從而減少裝機和棄水電量，降低電力成本，也有利于環境容量的合理分配。北方煤電基地和西南水電基地是我國未來主要的電力輸出地區，遠景北方煤電基地和西南水電基地各有約1億千瓦電力外送，接受這樣大規模的電力，需要更大規模的受端電網。按照這一送、受電格局，初步分析同步電網的規模在5億～7億千瓦，以適應接受北方煤電基地和西南水電基地大規模電力送入需要，也為未來進一步接受西藏水電、新疆火電和跨國輸電創造必要條件。以特高壓交流形成華北－華中－華東同步電網，與東北、西北和南方三個電網采用直流方式實現互聯，有利于提高互聯電網的動態穩定性能，協調西北750千伏電網和1000千伏電網的連接，便于運行管理。按照此格局，全國形成華北－華中－華東、西北、東北、南方四個主要的同步電網，而不是形成一個大同步電網。

華北－華中－華東同步電網的安全穩定性能符合"電力系統安全穩定導則"的要求

從國外電網近年來發生的大面積停電事件的統計數據和機理看，無論大規模電網還是小規模電網，都可能發生大停電事故。電網崩潰往往是在電網安全充裕度下降的條件下，由發電、輸電設備的連鎖反應事故誘發的，都有一定的發展過程。這種事故通過采取正確的控制策略，提高電網的充裕度，切斷惡性連鎖反應鏈，將系統狀態導向良性的恢復過程，是可以有效控制的。我國電網體制的特點是統一規劃和統一調度。實踐證明，這樣的體制，有利于規劃建設堅強的骨干網架，對于保障大電網的安全可靠、經濟運行是十分有利的。為了充分發揮我國電網"統一規劃、統一調度"的優勢，有效防止大停電事故的發生。在規劃和調度運行中要堅持以下原則：（1）按照分層分區原則規劃電網結構。電網合理分區并不意味著要形成我國六個大區電網徹底獨立的格局。而是要加強受端電網的建設，形成堅強的受端電網主網架；對大電源（群）向受端網送電要做到合理的分散接入；要增強輸電通道的建設，合理兼顧向中間地區安全可靠供電的需要。（2）在規劃階段，應該按照我國電網的相關技術標準進行規劃設計，充分考慮電網在發生各種嚴重故障下的安全穩定水平，避免形成可能引發低頻振蕩的電網結構，形成靈活性和適應性均很強的合理的網架結構，為電網的安全穩定運行打下良好的基礎。在同步電網構建及特高壓電網規劃論證工作中，對"十二五"期間和2020年前后我國同步電網規劃方案進行了詳細的潮流、暫態穩定、小干擾穩定和短路電流計算。計算結果表明，華北－華中－華東交流特高壓同步電網方案結構堅強，動態穩定水平較高，不存在影響系統安全穩定運行的弱阻尼區域低頻振蕩模式。系統中發生單一交流故障，正常清除故障，可以保持穩定。受端系統中發生嚴重的多重故障或失去一個特高壓交流通道，電網可以承受較大的功率轉移，仍可以保持穩定；電源送端輸電通道發生類似的嚴重故障時只需切除送端部分機組即可保持系統穩定。因此，該同步電網方案能夠滿足"電力系統安全穩定導則"的要求，具有較高的安全穩定水平。（3）綜合采取各種應對策略，提高特高壓電網的安全性。為進一步提高特高壓電網的安全性，避免可能出現連鎖反應故障，經過深入細致的計算分析，提出如下的多種應對策略：加強統一調度，合理安排全網的運行方式。建設完善的安全穩定控制系統，防范故障擴大化。加強故障應對措施的預先研究，提高快速應對能力。優化同步電網的規模，與電網輸電能力相適應。積極采用新技術提高特高壓電網的安全穩定水平。總之，無論大規模還是小規模同步電網，都必須通過合理規劃和采取必要的措施，來保障電網的安全和可靠運行。片面強調大同步電網發生大停電的高風險，從而認為只有六大區域電網獨立運行才能保證安全穩定運行的觀點是不科學的。

我國遠距離大容量輸電工程全部采用直流輸電是不可行的

80年代初期以來，我國電力工作者在三峽電站及其輸電系統規劃、西電東送和全國聯網研究中，對交、直流輸電的特點和適用范圍進行過大量全面深入的研究工作，為電網的規劃、建設和運行提供了技術指導和依據。基本的共識可歸納為：交、直流輸電方式各有所長，本身沒有排他性，而是互相補充的；在電網規劃和建設中要注意發揮各自的優勢，使兩種輸電方式各盡所能，相得益彰。目前，隨著遠方水、火電基地的開發和外送，直流輸電已成為主要的輸電方式之一。但是由于直流輸電的結構比交流輸電要復雜，因此對于直流輸電系統運行初期的故障率和可靠性問題、直流故障對送受端電網沖擊引發的穩定問題、多回直流集中落點對受端系統安全存在的不利影響、直流輸電換流站接地極址選擇困難等問題，需要認真加以研究解決。特別要注意的是：一個受端系統接受直流輸電落點的數目是有限度的；并且大火電基地采用直流輸電點對網直接送出，對火電機組的技術要求苛刻，在世界上尚沒有先例，還需要進行深入的專題試驗研究。因此，鑒于我國水、火電基地規模巨大，其遠距離大容量輸電工程全部采用直流輸電是不可行的。如前所述，特高壓交流與±800千伏級直流在電網中的應用是相輔相成和互為補充的。特高壓交流輸電系統具有交流電網的基本特征，可以形成堅強的網架結構，因此，特高壓交流的發展除了可應用于大電源基地的外送外，主要將定位于高一級電壓電網的建設。而±800千伏級直流輸電將定位于我國西部大電源基地的遠距離大容量外送，并將依托于堅強的交流輸電網發揮作用。目前，西電東送基本上都采用直流輸電方案，現已有6回大容量直流輸電線路投入運行，成為世界之最。在建設和規劃中的大容量直流輸電線路則更多。但是，西部大型電站送出清一色地采用直流輸電會造成電網的結構性缺陷。因此，在西部電源基地外送中采用特高壓交流與±800千伏級直流相互配合，形成"強交流和強直流"并聯輸電結構，可為西電東送提供多樣化的選擇，將有助于改善我國的電網結構，提高輸電系統的安全穩定運行水平。

在大容量、遠距離輸電中，特高壓交流輸電工程的技術經濟性能全面優于500千伏緊湊型同塔雙回輸電工程

交流1000千伏與500千伏同塔并架緊湊型輸電技術有各自的適用場合。從安全性和經濟性統籌考慮，500千伏同塔并架緊湊型輸電技術僅適用于輸電距離中等、輸送容量適中的情況。在大容量、遠距離輸電中，特高壓交流的技術經濟性能全面優于500千伏緊湊型同塔雙回線路。（1）隨著特高壓輸電技術的發展，1回特高壓線路的輸電能力將提高到450～500萬千瓦，輸電距離可達1000公里以上。而500千伏交流輸電距離超過500～700公里時，受系統暫態穩定影響，1回同塔雙回緊湊型線路即使采用加裝串補等措施，實際輸電能力最多能達到250～300萬千瓦，無法與1000千伏交流相提并論。（2）特高壓交流輸電比500千伏交流輸電走廊占地少，可以大量節約土地資源。1000千伏同塔并架雙回輸電線路走廊寬度約90米，500千伏同塔并架雙回緊湊型輸電線路走廊寬度約44米，前者為后者的約2倍。1000千伏同塔并架雙回輸電線路輸電能力為500千伏同塔并架緊湊型輸電線路的3．5～3．8倍。在同樣輸送1000萬千瓦功率的情況下，特高壓輸電僅需要1回同塔并架線路，而500千伏同塔并架緊湊型輸電需要4回，特高壓占用的輸電走廊寬度僅為500千伏緊湊型的50%。經過研究，如特高壓緊湊型和串補技術得到應用，特高壓輸電線路占用的輸電走廊寬度可進一步壓縮30%左右，與500千伏相比，節約走廊的效益更加明顯。（3）特高壓輸電損耗低，符合建設節約型社會的要求。從輸電損耗看，特高壓輸電提高了電壓等級，減少了線路電流，線損較500千伏輸電線路大大降低。經計算，當同塔雙回特高壓線路送電1000萬千瓦、輸電距離1000公里時，線損率僅為2．9%（8×630平方毫米截面導線）；如果采用4組同塔雙回緊湊型500千伏輸電線路（6×300平方毫米截面導線），則相應的線損率將達到8．3%。特高壓輸電比500千伏線損率降低約65%。隨著燃料價格的上漲，特高壓輸電降低損耗的效益將更加突出。綜上所述，在大容量、遠距離輸電方面，特高壓交流輸電工程的技術經濟性能全面優于500千伏緊湊型同塔雙回輸電工程，500千伏同塔并架緊湊型輸電技術是無法代替交流特高壓輸電技術的。