三華特高壓同步電網(wǎng)構建及安全性分析

20世紀80年代以來(lái)，西方主要發(fā)達國家電力需求趨緩，系統總規模遠未達到翻2番的水平，并且新增大量位于負荷中心地區的氣電裝機，大大降低了對遠距離、大容量輸電技術(shù)的依賴(lài)。即便如此，日本在20世紀80年代末90年代初陸續建成同塔雙回1 000 kV輸電工程，后由于沒(méi)有負荷需求，處于降壓運行狀態(tài)。在蘇聯(lián)，從20世紀80年代開(kāi)始，隨著(zhù)大型能源基地的建設，陸續建成的特高壓交流輸電線(xiàn)路長(cháng)度有2 364 km，后主要由于蘇聯(lián)解體，特高壓交流輸電處于停滯狀態(tài)。

中國自1982年第1條500 kV輸變電工程投運以來(lái)，電壓等級從220 kV升級至500 kV已有28年的歷史，裝機容量從1982年的7 236萬(wàn)kW發(fā)展到目前的超過(guò)8億kW，是當初的11倍以上。隨著(zhù)西部大水電、北方大火電和可再生能源發(fā)電基地的開(kāi)發(fā)建設，遠距離、大容量輸電的市場(chǎng)前景廣闊，僅依靠交流500 kV輸電，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面來(lái)看均是不可行的。因此，中國采用交流1 000 kV輸電技術(shù)是基于國際上電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)踐經(jīng)驗，特別是結合中國國情所做出的戰略選擇。

(3)特高壓交直流輸電必須協(xié)調發(fā)展。

特高壓交流輸電類(lèi)似“高速公路”，適用于構建網(wǎng)絡(luò )，中間可以落點(diǎn)，電力的傳輸、交換、分配十分靈活;直流輸電類(lèi)似“直達航班”，中間不能落點(diǎn)。中國電力輸送整體上體現出從西向東大規模流動(dòng)、在中部分布落點(diǎn)的格局，特高壓交流輸電可以方便地適應這種能源輸送與消納格局;若單純依賴(lài)直流輸電，則無(wú)法適應這一要求。從安全性來(lái)講，直流輸電工程必須依托于送、受兩端堅強的交流電網(wǎng)才能可靠運行。因此，交、直流輸電方式各有所長(cháng)，本身沒(méi)有排他性，而是相輔相成的，在電網(wǎng)規劃和建設中要注意發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使2種輸電方式各盡所能，相得益彰。

在電源基地外送中采用特高壓交流與特高壓直流相互配合，形成“強交流和強直流”并聯(lián)輸電結構，可為西電東送提供多樣化的選擇，將有助于改善中國的電網(wǎng)結構，提高輸電系統的安全可靠性。

建設華北—華中—華東大同步受端電網(wǎng)，是接受大容量電力輸入和充分取得聯(lián)網(wǎng)效益的客觀(guān)需要，其電壓等級選擇特高壓，并推進(jìn)特高壓交直流輸電協(xié)調發(fā)展，是符合電網(wǎng)發(fā)展的客觀(guān)規律的。

3 、特高壓同步電網(wǎng)的安全性分析

3.1 同步電網(wǎng)大停電機制

同步電網(wǎng)具有受到擾動(dòng)后維持系統同步運行的自然特點(diǎn)，從而減輕擾動(dòng)對系統的影響;同步電網(wǎng)規模越大，共同響應擾動(dòng)的元件就越多，擾動(dòng)帶來(lái)的波動(dòng)越小，承受能力越強。從大停電概率來(lái)看，電網(wǎng)規模較小時(shí)，相對較小的擾動(dòng)可能引發(fā)電網(wǎng)事故，進(jìn)而發(fā)展為全網(wǎng)大停電事故，如巴西、馬來(lái)西亞和印尼等大停電事故;而對于大規模同步電網(wǎng)，抗擾動(dòng)能力增強，系統的安全穩定性明顯提高。

從國外電網(wǎng)近年來(lái)發(fā)生大面積停電的統計數據和機制看，大面積停電事故的發(fā)生，都是由于對單一事故處理不當而引發(fā)的。電網(wǎng)崩潰往往是在大電網(wǎng)安全充裕度下降的條件下，由發(fā)電、輸電設備的連鎖反應事故誘發(fā)的，都有一定的發(fā)展過(guò)程，而不是瞬間出現、爆炸性的，從實(shí)際演變過(guò)程來(lái)看，也往往是多種原因導致了功率轉移等情況失控，最終大停電。這種事故通過(guò)采取正確的控制策略，提高電網(wǎng)的充裕度，切斷惡性連鎖反應鏈，將系統狀態(tài)導向良性的恢復過(guò)程，是可以有效控制的。

因此，大停電事故的原因并不在于同步電網(wǎng)的規模大小，而主要可歸結為2點(diǎn)：一是電網(wǎng)結構不合理;二是缺乏統一協(xié)調控制機制。以美國電網(wǎng)為例，其電網(wǎng)缺乏統一規劃，各電網(wǎng)之間的互聯(lián)是自發(fā)形成的，765/345 kV系統與500/220 kV系統交織混聯(lián)，長(cháng)距離弱電磁環(huán)網(wǎng)普遍存在，造成電網(wǎng)結構混亂，容易發(fā)生大范圍的負荷轉移，引起連鎖反應，導致大停電事故頻發(fā);另一方面，由于缺乏全網(wǎng)統一的協(xié)調控制機制和手段，未能建立可靠的全網(wǎng)安全穩定防線(xiàn)，致使系統中的局部故障不能及時(shí)采取措施快速隔離，而逐漸演變成大停電事故。再如近期巴西電網(wǎng)大停電事故暴露出來(lái)其在電網(wǎng)結構方面存在缺陷，單一送電通道比例過(guò)高，受端電網(wǎng)規模和強度均不足。

結構合理的大電網(wǎng)在統一協(xié)調控制的基礎上，通過(guò)區域間事故情況下緊急功率支援和完善的安全防御體系遏制事故的發(fā)展，可將事故控制在較小的范圍內，降低事故可能造成的影響，避免全網(wǎng)性大停電事故。蘇聯(lián)電網(wǎng)是同步大電網(wǎng)安全運行的典范，在1991年蘇聯(lián)解體前，其電力系統沒(méi)有發(fā)生過(guò)全網(wǎng)性的大停電事故。

中國電網(wǎng)在安全運行方面有著(zhù)良好的基礎和豐富的經(jīng)驗。中國電網(wǎng)發(fā)展滯后是不爭的事實(shí)，雖然中國1982年就投運了500 kV輸電線(xiàn)路，但發(fā)展緩慢，電網(wǎng)結構薄弱是造成20世紀90年代以前事故頻發(fā)的主要原因之一。20世紀90年代以后，隨著(zhù)500 kV主網(wǎng)架的加強，雖然同步電網(wǎng)規模也在逐步擴大，但中國電網(wǎng)再沒(méi)有發(fā)生全網(wǎng)性崩潰事故，主要原因有3個(gè)方面：一是中國電網(wǎng)的運行嚴格遵守《電力系統安全穩定導則》;二是中國電網(wǎng)實(shí)行統一規劃、統一調度的機制;三是仿真手段的豐富性和計算準確性不斷提高，確保了大電網(wǎng)安全穩定防御體系(三道防線(xiàn))的可靠建立。

綜上所述，從同步電網(wǎng)規模和安全性關(guān)系、國外大停電發(fā)生機制和中國電網(wǎng)運行歷史經(jīng)驗來(lái)看：大電網(wǎng)承受擾動(dòng)的能力比小電網(wǎng)顯著(zhù)增強;大電網(wǎng)事故過(guò)程是可以有效控制的，大規模同步電網(wǎng)的安全性是可保障的。

3.2 “三華”特高壓同步電網(wǎng)構建原則

目前的特高壓同步電網(wǎng)初步方案是按《電力系統安全穩定導則》和《電力系統技術(shù)導則》的要求構建的，規劃的堅強電網(wǎng)結構符合電網(wǎng)分層分區布局原則。

(1)建設堅強的受端電網(wǎng)。在京津冀、華中東部、華東等負荷中心形成特高壓環(huán)網(wǎng)，如圖3所示，與各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展，使電網(wǎng)具有強大的交換能力，方便外來(lái)電力分散接入，滿(mǎn)足電源基地送出電力在受端電網(wǎng)的分配需求，提高系統安全穩定水平。

(2)堅持電源合理分層分區接入系統。送端電源宜直接接入特高壓電網(wǎng)，為了解決受端電網(wǎng)的電壓支撐問(wèn)題，保證電網(wǎng)安全，一方面在電網(wǎng)中合理配置無(wú)功補償裝置，另一方面受端系統部分大機組宜直接接入特高壓電網(wǎng)。圖4為2020年送受端電源接入的示意圖。