三華特高壓同步電網(wǎng)構(gòu)建及安全性分析

中國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展在滿(mǎn)足負(fù)荷不斷增長(zhǎng)的量、質(zhì)需求基礎(chǔ)上，還必須承擔(dān)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)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(dá)到上述目標(biāo)的關(guān)鍵。受資源、環(huán)保、運(yùn)輸、土地等客觀因素制約，電源與負(fù)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(kuò)大，并逐步突破現(xiàn)有電壓等級(jí)電網(wǎng)的能力，因此高一級(jí)電壓等級(jí)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(kuò)大，但同時(shí)不可避免地出現(xiàn)了對(duì)未來(lái)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(guó)外電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)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(guó)家和地區(qū)的能源資源分布不均，能源構(gòu)成、價(jià)格以及負(fù)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(xiàng)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(xiàn)水火電調(diào)劑和錯(cuò)峰效益;可實(shí)現(xiàn)發(fā)電容量互為備用從而減少裝機(jī)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(guó)和地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展的客觀規(guī)律，在北美、歐洲、獨(dú)聯(lián)體、巴西、南部非洲、中東等一些國(guó)家和地區(qū)還出現(xiàn)了跨國(guó)互聯(lián)的同步電網(wǎng)。

1.2 中國(guó)電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)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(jì)90年代初開(kāi)始，以2020年為目標(biāo)，中國(guó)全面展開(kāi)了對(duì)全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)的規(guī)劃研究，加快了實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的步伐，中國(guó)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(guó)聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略工程的階段。至2005年6月，全國(guó)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(yùn)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(duì)于緩解長(zhǎng)江三角洲、京津唐和珠江三角洲等地區(qū)的電力緊缺問(wèn)題發(fā)揮了重要作用。

當(dāng)前中國(guó)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(nèi)，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(fù)荷中心地區(qū)送電，促進(jìn)東、西部協(xié)調(diào)發(fā)展。圖2為未來(lái)中國(guó)的電力流向，預(yù)計(jì)2020年前后國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓(ultra high voltage，UHV)電網(wǎng)輸送容量將達(dá)到3億kW，其中通過(guò)百萬(wàn)伏級(jí)交流特高壓電網(wǎng)傳輸?shù)娜萘考s為1.4億kW。為滿(mǎn)足如此大規(guī)模電力傳輸?shù)囊螅仨氝M(jìn)一步加強(qiáng)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，這符合世界電網(wǎng)發(fā)展客觀規(guī)律，而全國(guó)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(guó)電網(wǎng)發(fā)展需要。

1.3 國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的大電網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在更大范圍內(nèi)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(jì)性，改善電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能，緩解環(huán)保及運(yùn)輸壓力，取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。電網(wǎng)互聯(lián)和規(guī)模擴(kuò)大是世界電網(wǎng)發(fā)展的客觀規(guī)律。縱觀國(guó)內(nèi)外大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)發(fā)展的歷程，總結(jié)了如下經(jīng)驗(yàn)：

(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(bǔ)、跨流域補(bǔ)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(guó)界聯(lián)網(wǎng)將使得供電緊張的地區(qū)和國(guó)家有機(jī)會(huì)從相鄰電網(wǎng)獲得支援，增強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)電源、負(fù)荷分布及電力市場(chǎng)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(qiáng)的階段，在這一過(guò)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(guó)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(guó)電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際情況，對(duì)中國(guó)同步電網(wǎng)發(fā)展的合理模式進(jìn)行了研究。中國(guó)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(guó)重要的煤炭基地;華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，市場(chǎng)空間大。這三大電網(wǎng)互補(bǔ)性強(qiáng)，并且地理位置毗鄰，采用特高壓交流形成堅(jiān)強(qiáng)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(xiàn)互聯(lián)，全國(guó)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(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 據(jù)測(cè)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(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(jī)容量將達(dá)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(wàn)km2，其裝機(jī)容量和覆蓋面積與北美東部大同步電網(wǎng)基本相當(dāng)。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(dāng)，但其電力交換能力遠(yuǎn)高于500 kV電網(wǎng)，對(duì)電源和負(fù)荷變化的適應(yīng)性以及抗干擾能力強(qiáng)，可以充分獲取錯(cuò)峰、水火互濟(jì)、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(guó)電網(wǎng)發(fā)展的合理模式。

2.2 電壓等級(jí)和輸電方式選擇

(1)500 kV無(wú)法承擔(dān)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(fù)荷中心距離為800~3 000 km，超出了500 kV的經(jīng)濟(jì)輸送距離，系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題十分突出，而且送電回路的增加導(dǎo)致占用走廊過(guò)多，浪費(fèi)土地資源。因此，提高大型電源基地的送出電壓等級(jí)勢(shì)在必行。

從受端系統(tǒng)來(lái)看，目前中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(jí)，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(jiān)強(qiáng)受端電網(wǎng)。中國(guó)“電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則”也指出：受端系統(tǒng)愈強(qiáng)，愈有能力接受外部遠(yuǎn)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(jí)的客觀規(guī)律。

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