三華特高壓同步電網(wǎng)構(gòu)建及安全性分析

中國電力工業(yè)的發(fā)展在滿足負荷不斷增長的量、質(zhì)需求基礎(chǔ)上，還必須承擔資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)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(guī)模也逐漸擴大，并逐步突破現(xiàn)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(guī)模的擴大，但同時不可避免地出現(xiàn)了對未來電網(wǎng)安全性的考慮。

1 、電網(wǎng)發(fā)展的客觀規(guī)律

1.1 國外電網(wǎng)發(fā)展趨勢

國外的典型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(qū)的能源資源分布不均，能源構(gòu)成、價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：

通過電能的交易可獲取價格較低的清潔能源;可實現(xiàn)水火電調(diào)劑和錯峰效益;可實現(xiàn)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(qū)電網(wǎng)發(fā)展的客觀規(guī)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(qū)還出現(xiàn)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(qū)域電網(wǎng)、再到跨大區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展階段。從20世紀90年代初開始，以2020年為目標，中國全面展開了對全國電網(wǎng)互聯(lián)的規(guī)劃研究，加快了實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)的步伐，中國電網(wǎng)發(fā)展開始進入全面實施“西電東送、南北互供和全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略工程的階段。至2005年6月，全國跨大區(qū)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(wěn)定運行，取得了大容量輸電、互為備用、調(diào)劑余缺等聯(lián)網(wǎng)效益，對于緩解長江三角洲、京津唐和珠江三角洲等地區(qū)的電力緊缺問題發(fā)揮了重要作用。

當前中國正處于電網(wǎng)互聯(lián)發(fā)展的重要時期。在這一時期內(nèi)，需要通過開發(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(qū)送電，促進東、西部協(xié)調(diào)發(fā)展。圖2為未來中國的電力流向，預(yù)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，其中通過百萬伏級交流特高壓電網(wǎng)傳輸?shù)娜萘考s為1.4億kW。為滿足如此大規(guī)模電力傳輸?shù)囊?，必須進一步加強全國聯(lián)網(wǎng)，這符合世界電網(wǎng)發(fā)展客觀規(guī)律，而全國六大區(qū)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(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展經(jīng)驗

建設(shè)堅強的大電網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在更大范圍內(nèi)合理開發(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(tǒng)的安全穩(wěn)定性能，緩解環(huán)保及運輸壓力，取得良好的社會經(jīng)濟效益。電網(wǎng)互聯(lián)和規(guī)模擴大是世界電網(wǎng)發(fā)展的客觀規(guī)律?？v觀國內(nèi)外大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展的歷程，總結(jié)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(diào)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(qū)和跨國界聯(lián)網(wǎng)將使得供電緊張的地區(qū)和國家有機會從相鄰電網(wǎng)獲得支援，增強電網(wǎng)對電源、負荷分布及電力市場變化的適應(yīng)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(jié)構(gòu)逐步加強的階段，在這一過程中電網(wǎng)的輸送能力和安全穩(wěn)定控制能力都相應(yīng)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(guī)模

根據(jù)中國電網(wǎng)發(fā)展的實際情況，對中國同步電網(wǎng)發(fā)展的合理模式進行了研究。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(tǒng)，該地區(qū)是中國重要的煤炭基地;華東地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，市場空間大。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個電網(wǎng)采用直流方式實現(xiàn)互聯(lián)，全國形成4個主要的同步電網(wǎng)。這一發(fā)展模式將為促進能源資源的優(yōu)化配置和高效利用奠定堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。 據(jù)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10年新增量。初步分析，接受這樣大規(guī)模的電力，同步電網(wǎng)的規(guī)模應(yīng)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(yīng)大規(guī)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(yīng)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(gòu)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無法承擔未來大型能源基地的電力送出和消納。 未來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(tǒng)穩(wěn)定問題十分突出，而且送電回路的增加導(dǎo)致占用走廊過多，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(tǒng)來看，目前中國經(jīng)濟發(fā)達地區(qū) 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(shè)以特高壓為主干網(wǎng)架的堅強受端電網(wǎng)。中國“電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則”也指出：受端系統(tǒng)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。

(2)1 000 kV特高壓符合電壓升級的客觀規(guī)律。

按照世界電網(wǎng)發(fā)展規(guī)律，當系統(tǒng)容量翻2番時，需要考慮引入一個新的電壓等級。根據(jù)電網(wǎng)電壓升級的一般規(guī)律，升級電壓是現(xiàn)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，后來又引入了750(765) kV電壓等級，此后又相繼開展特高壓輸電技術(shù)的試驗研究，都遵循這一發(fā)展規(guī)律。