三華特高壓同步電網(wǎng)構建及安全性分析

中國電力工業(yè)的發(fā)展在滿(mǎn)足負荷不斷增長(cháng)的量、質(zhì)需求基礎上，還必須承擔資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )建設的義務(wù)。電網(wǎng)的發(fā)展方式是電力工業(yè)能否達到上述目標的關(guān)鍵。受資源、環(huán)保、運輸、土地等客觀(guān)因素制約，電源與負荷間的距離逐漸加大，電網(wǎng)需要輸送的電力規模也逐漸擴大，并逐步突破現有電壓等級電網(wǎng)的能力，因此高一級電壓等級電網(wǎng)的發(fā)展是必然的，與之匹配的是同步電網(wǎng)規模的擴大，但同時(shí)不可避免地出現了對未來(lái)電網(wǎng)安全性的考慮。

1 、電網(wǎng)發(fā)展的客觀(guān)規律

1.1 國外電網(wǎng)發(fā)展趨勢

國外的典型電網(wǎng)結構如圖1所示?；仡櫴澜珉娋W(wǎng)發(fā)展的歷史，由于各國家和地區的能源資源分布不均，能源構成、價(jià)格以及負荷需求存在較大的差異，使得大電網(wǎng)之間互聯(lián)可獲得多項效益，例如：

通過(guò)電能的交易可獲取價(jià)格較低的清潔能源;可實(shí)現水火電調劑和錯峰效益;可實(shí)現發(fā)電容量互為備用從而減少裝機容量和提高電網(wǎng)供電可靠性等效益。因此，大電網(wǎng)互聯(lián)一直是世界各國和地區電網(wǎng)發(fā)展的客觀(guān)規律，在北美、歐洲、獨聯(lián)體、巴西、南部非洲、中東等一些國家和地區還出現了跨國互聯(lián)的同步電網(wǎng)。

1.2 中國電網(wǎng)發(fā)展趨勢

中國電網(wǎng)的互聯(lián)經(jīng)歷了從省網(wǎng)到區域電網(wǎng)、再到跨大區電網(wǎng)的發(fā)展階段。從20世紀90年代初開(kāi)始，以2020年為目標，中國全面展開(kāi)了對全國電網(wǎng)互聯(lián)的規劃研究，加快了實(shí)現全國聯(lián)網(wǎng)的步伐，中國電網(wǎng)發(fā)展開(kāi)始進(jìn)入全面實(shí)施“西電東送、南北互供和全國聯(lián)網(wǎng)”戰略工程的階段。至2005年6月，全國跨大區互聯(lián)電網(wǎng)已初步形成，保證了三峽、二灘等大電站的安全穩定運行，取得了大容量輸電、互為備用、調劑余缺等聯(lián)網(wǎng)效益，對于緩解長(cháng)江三角洲、京津唐和珠江三角洲等地區的電力緊缺問(wèn)題發(fā)揮了重要作用。

當前中國正處于電網(wǎng)互聯(lián)發(fā)展的重要時(shí)期。在這一時(shí)期內，需要通過(guò)開(kāi)發(fā)西南水電基地、北方煤電基地和可再生能源基地，向東部和中部負荷中心地區送電，促進(jìn)東、西部協(xié)調發(fā)展。圖2為未來(lái)中國的電力流向，預計2020年前后國家電網(wǎng)公司特高壓(ultra high voltage，UHV)電網(wǎng)輸送容量將達到3億kW，其中通過(guò)百萬(wàn)伏級交流特高壓電網(wǎng)傳輸的容量約為1.4億kW。為滿(mǎn)足如此大規模電力傳輸的要求，必須進(jìn)一步加強全國聯(lián)網(wǎng)，這符合世界電網(wǎng)發(fā)展客觀(guān)規律，而全國六大區域電網(wǎng)全部采用直流聯(lián)網(wǎng)的弱交換格局不符合中國電網(wǎng)發(fā)展需要。

1.3 國內外電網(wǎng)發(fā)展經(jīng)驗

建設堅強的大電網(wǎng)，能夠實(shí)現在更大范圍內合理開(kāi)發(fā)資源，提高電能的使用效率和供電的可靠性與經(jīng)濟性，改善電力系統的安全穩定性能，緩解環(huán)保及運輸壓力，取得良好的社會(huì )經(jīng)濟效益。電網(wǎng)互聯(lián)和規模擴大是世界電網(wǎng)發(fā)展的客觀(guān)規律?？v觀(guān)國內外大規?；ヂ?lián)電網(wǎng)發(fā)展的歷程，總結了如下經(jīng)驗：

(1)聯(lián)網(wǎng)除了獲得輸電效益以外，還取得了共享事故備用和調峰容量、水火互補、跨流域補償、提高供電可靠性、資源優(yōu)化利用等綜合效益。

(2)跨地區和跨國界聯(lián)網(wǎng)將使得供電緊張的地區和國家有機會(huì )從相鄰電網(wǎng)獲得支援，增強電網(wǎng)對電源、負荷分布及電力市場(chǎng)變化的適應性。

(3)互聯(lián)電網(wǎng)以交流同步聯(lián)網(wǎng)方式為主，經(jīng)歷了由初期弱聯(lián)系到結構逐步加強的階段，在這一過(guò)程中電網(wǎng)的輸送能力和安全穩定控制能力都相應得到了提高。

2、 中國電網(wǎng)發(fā)展的合理模式

2.1 “三華”同步電網(wǎng)規模

根據中國電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際情況，對中國同步電網(wǎng)發(fā)展的合理模式進(jìn)行了研究。中國華中電網(wǎng)水電比重大，其東部四省能源匱乏;華北電網(wǎng)是純火電系統，該地區是中國重要的煤炭基地;華東地區經(jīng)濟發(fā)達，市場(chǎng)空間大。這三大電網(wǎng)互補性強，并且地理位置毗鄰，采用特高壓交流形成堅強的華北—華中—華東同步電網(wǎng)，與東北、西北和南方3個(gè)電網(wǎng)采用直流方式實(shí)現互聯(lián)，全國形成4個(gè)主要的同步電網(wǎng)。這一發(fā)展模式將為促進(jìn)能源資源的優(yōu)化配置和高效利用奠定堅實(shí)的物質(zhì)基礎。 據測算，到2020年，華北京津冀魯、華中東部四省(鄂豫湘贛)和華東電網(wǎng)需要受入電力約 3億kW，其中約2.5億kW為未來(lái)10年新增量。初步分析，接受這樣大規模的電力，同步電網(wǎng)的規模應在5億~7億kW，而在“十二五”期間，華北—華中—華東同步電網(wǎng)總裝機容量將達到8億kW左右，能夠適應大規模電力受入和分配的需要。

華北—華中—華東同步電網(wǎng)覆蓋的地理面積約320萬(wàn)km2，其裝機容量和覆蓋面積與北美東部大同步電網(wǎng)基本相當。華北—華中—華東核心特高壓雙環(huán)網(wǎng)與目前500 kV受端環(huán)網(wǎng)的電氣距離相當，但其電力交換能力遠高于500 kV電網(wǎng)，對電源和負荷變化的適應性以及抗干擾能力強，可以充分獲取錯峰、水火互濟、互為備用等聯(lián)網(wǎng)效益，降低成本。 因此，構建華北—華中—華東特高壓同步電網(wǎng)是中國電網(wǎng)發(fā)展的合理模式。

2.2 電壓等級和輸電方式選擇

(1)500 kV無(wú)法承擔未來(lái)大型能源基地的電力送出和消納。 未來(lái)新增電源距負荷中心距離為800~3 000 km，超出了500 kV的經(jīng)濟輸送距離，系統穩定問(wèn)題十分突出，而且送電回路的增加導致占用走廊過(guò)多，浪費土地資源。因此，提高大型電源基地的送出電壓等級勢在必行。

從受端系統來(lái)看，目前中國經(jīng)濟發(fā)達地區 500 kV電網(wǎng)已經(jīng)遇到走廊緊張、短路電流控制困難等發(fā)展瓶頸，如果仍維持500 kV電壓等級，將遇到難以克服的困難。為保證大量電力的消納，需要加快建設以特高壓為主干網(wǎng)架的堅強受端電網(wǎng)。中國“電力系統技術(shù)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(chǎng)和大型水電基地送入的大量電力。

(2)1 000 kV特高壓符合電壓升級的客觀(guān)規律。

按照世界電網(wǎng)發(fā)展規律，當系統容量翻2番時(shí)，需要考慮引入一個(gè)新的電壓等級。根據電網(wǎng)電壓升級的一般規律，升級電壓是現有最高電壓的2倍左右。世界電網(wǎng)電壓等級從220~275 kV升壓到400~500 kV，后來(lái)又引入了750(765) kV電壓等級，此后又相繼開(kāi)展特高壓輸電技術(shù)的試驗研究，都遵循這一發(fā)展規律。