原電力部生產(chǎn)司教授級(jí)高工、國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)CIGRE和美IEEE會(huì)員

2015年6 月30 日

前言

【電力規(guī)劃的基礎(chǔ)方法研究】是能源局特高壓交流研究的第21課題，因此其基礎(chǔ)研究方法應(yīng)主要針對(duì)交流特高壓的電力規(guī)劃。上世紀(jì)世界上歐美俄日為了電力遠(yuǎn)距離輸電有過(guò)交流特高壓規(guī)劃研究和工程運(yùn)行實(shí)踐，但同時(shí)研究和實(shí)踐了直流遠(yuǎn)距離輸電則更為安全、更為經(jīng)濟(jì)，遠(yuǎn)距離輸電祗采用直流就完全滿足可行性要求，所以交流特高壓就被淘汰了。

上世紀(jì)七十年代中國(guó)文革期間發(fā)生210次大停電事故，電力部針對(duì)國(guó)內(nèi)外大停電事故組織生產(chǎn)、規(guī)劃、科研人員研究，於1981年頒發(fā)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》和有針對(duì)性的實(shí)施直接防止事故的全國(guó)《繼電保護(hù)四統(tǒng)一》，通過(guò)電力規(guī)劃使全國(guó)電網(wǎng)實(shí)施了六大（分區(qū)）（分層）和（分散外接電源）結(jié)構(gòu)，30多年結(jié)果中國(guó)成為世界電網(wǎng)最安全的國(guó)家。

由電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院和西南、中南、廣東等院聯(lián)合研究華南電網(wǎng)根本不采用交流特高壓，而正確按《穩(wěn)定導(dǎo)則》以直流將南網(wǎng)分2 - 3大區(qū)，廣東也分2個(gè)東、西小區(qū)，解決了交直流并列的不安全問(wèn)題，將長(zhǎng)距離的500kV線路縮短為中、短距離，從長(zhǎng)遠(yuǎn)解決廣東的短路電流超標(biāo)和多回直流饋入的安全問(wèn)題。但對(duì)國(guó)家電網(wǎng)、電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院卻聽(tīng)從國(guó)家電網(wǎng)指令，違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》將所管轄的五大區(qū)，以世界已淘汰的交流特高壓，聯(lián)成一個(gè)極其浪費(fèi)又特別不安全的世界最龐大的交流網(wǎng)，必將走上世界重大停電的危險(xiǎn)道路。

一．中國(guó)電力規(guī)劃的歷史成就

中國(guó)電力容量近年來(lái)占世界首位，除臺(tái)灣一次外,為甚么從不發(fā)生重大停電？因?yàn)?0多年電力規(guī)劃按《穩(wěn)定導(dǎo)則》規(guī)定："合理分區(qū), 以受端系統(tǒng)為核心, 將外部電源連接到受端系統(tǒng), 形成一個(gè)供需基本平衡的區(qū)域, 并經(jīng)聯(lián)絡(luò)線與相鄰區(qū)域相連。" 采用直流聯(lián)網(wǎng)將龐大的交流系統(tǒng)分為若干分區(qū)，它不僅達(dá)到正常聯(lián)網(wǎng)效益, 還可控制聯(lián)網(wǎng)潮流；防止一個(gè)區(qū)的故障/頻率崩潰/電壓崩潰/失穩(wěn)振蕩波及相鄰區(qū)；更將大區(qū)范圍固有的動(dòng)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定、低頻振蕩或"連鎖跳閘"等一系列復(fù)雜問(wèn)題徹底解決。華北與東北電網(wǎng)初期采用交流聯(lián)網(wǎng)時(shí)穩(wěn)定問(wèn)題突出，曾引起低頻振蕩，限制了東北網(wǎng)北電南送降低50萬(wàn)千瓦，2008年重新規(guī)劃改為直流背靠背聯(lián)網(wǎng)方式，徹底分區(qū)，問(wèn)題就徹底消除了。

電網(wǎng)規(guī)劃還貫徹分層和各層分區(qū)規(guī)定，分層指不同電壓的線路不應(yīng)經(jīng)變壓器併列運(yùn)行，是消除不同電壓的電磁環(huán)網(wǎng),中國(guó)過(guò)去曾因電磁環(huán)網(wǎng)中高壓線跳閘，負(fù)荷轉(zhuǎn)移到低壓線而發(fā)生過(guò)大量失穩(wěn)事故。中國(guó)最嚴(yán)重的2006年華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故就因電磁環(huán)網(wǎng)造成。這是過(guò)去國(guó)內(nèi)停電事故的主要原因，不按分層解決電磁環(huán)網(wǎng)將隱藏重大隱患。分層后規(guī)劃下面各級(jí)電壓也分區(qū)，如220kV再分區(qū)，下面110/35kV又分區(qū), 再下面20/10kV更分區(qū)，各級(jí)分區(qū)都按實(shí)際條件具備一定支撐電源、自動(dòng)備用/保安電源。

電網(wǎng)規(guī)劃還要分散外接電源，任一遠(yuǎn)方電源/線路出問(wèn)題或失穩(wěn)，形成單機(jī)對(duì)無(wú)窮大系統(tǒng)的振蕩，僅此單機(jī)處?kù)端投?，其他送端電源皆成為受端，作為受端電源的后盾，使電網(wǎng)更可靠/快速恢復(fù)正常運(yùn)行。不超過(guò)600公里的外接電源規(guī)劃采用現(xiàn)有500kV線路的點(diǎn)對(duì)負(fù)荷中心輸送；超過(guò)600公里采用直流輸電。

一個(gè)500kV網(wǎng)區(qū)的東西/南北距離大約不大於1000公里比較合適。預(yù)想將來(lái)我國(guó)有的大區(qū)還宜再分區(qū), 既滿足發(fā)展需要，將會(huì)解決短路電流過(guò)大和適應(yīng)多回直流安全饋入等一系列問(wèn)題,更為安全可靠；由於實(shí)踐證明區(qū)域不應(yīng)過(guò)大,有的還將縮小其范圍，所以現(xiàn)有的500kV電壓完全滿足發(fā)展需求。

目前大區(qū)內(nèi)有再分區(qū)的需要，如南方電網(wǎng)已決定還要以直流隔離分2 - 3個(gè)大區(qū)并已經(jīng)能源局批準(zhǔn), 規(guī)劃廣東再以直流隔離分東西兩個(gè)小區(qū)。為適應(yīng)華東電網(wǎng)發(fā)展的需要, 采用直流隔離再分四個(gè)大區(qū), 既解決短路電流超標(biāo)、保證多回直流密集安全饋入, 又縮短交流輸電距離, 確比已批準(zhǔn)的交流特高壓聯(lián)網(wǎng)更為安全, 投資僅為交特聯(lián)網(wǎng)工程的十二分之一。

開(kāi)放以來(lái)，通過(guò)電網(wǎng)規(guī)劃建立了可靠的交/直流分層分區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分散外接電源結(jié)構(gòu)和三道防線，系統(tǒng)失穩(wěn)可能偶而發(fā)生，但不能造成重大停電；而且由於區(qū)間為直流聯(lián)網(wǎng)，任一區(qū)故障/失穩(wěn)都不會(huì)波及鄰區(qū)。

二．從世界重大停電論證其電力規(guī)劃的發(fā)展

有史以來(lái)世界共發(fā)生25次重大停電（每次損失大於800萬(wàn)千瓦），其中最嚴(yán)重的20次系統(tǒng)穩(wěn)定破壞是重大停電的關(guān)鍵, 一是交流電網(wǎng)過(guò)於龐大, 自由聯(lián)網(wǎng), 又不分散外接電源, 一旦一回線路因故障或保護(hù)誤動(dòng)斷開(kāi), 即使其負(fù)荷轉(zhuǎn)移到并列的相鄰線路上, 又因其線路應(yīng)用不當(dāng)?shù)睦^電保護(hù)因過(guò)負(fù)荷誤動(dòng)跳閘, 連鎖反應(yīng)同樣使更多相鄰線路跳閘, 直至全部負(fù)荷轉(zhuǎn)移到個(gè)別線路上(相當(dāng)大增系統(tǒng)的綜合聯(lián)系阻抗)而發(fā)生失穩(wěn)振蕩。二是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)振蕩時(shí)，陸續(xù)涉及振蕩的線路也因應(yīng)用不當(dāng)?shù)木嚯x保護(hù)原理誤動(dòng)跳閘, 同時(shí)發(fā)電機(jī)的失步保護(hù)也因整定不當(dāng)(振蕩中心落在線路上不應(yīng)跳閘) 也大量跳閘, 結(jié)果系統(tǒng)瓦解大停電。

輸電線路偶而發(fā)生故障/跳閘是正?，F(xiàn)象，關(guān)鍵是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是否合理，將帶來(lái)不同的風(fēng)險(xiǎn)，如美國(guó)交流區(qū)龐大又自由聯(lián)網(wǎng)，難以分散外接電源，又不分層，一旦故障即連鎖反應(yīng)波及交流全網(wǎng)；且因距離保護(hù)設(shè)計(jì)/應(yīng)用不當(dāng)，因故障造成負(fù)荷轉(zhuǎn)移到相鄰線路時(shí)將不斷連鎖反應(yīng)跳閘，直至失穩(wěn)振蕩；涉及振蕩的線路距離保護(hù)和發(fā)電機(jī)保護(hù)又錯(cuò)誤的不斷連鎖跳閘，直至全網(wǎng)瓦解大停電。又如巴西不分區(qū), 交流區(qū)域比美國(guó)還大,東西/南北距離長(zhǎng)達(dá)3200公里,以復(fù)雜電壓級(jí)230/345/440/500/750kV自由聯(lián)網(wǎng),更易故障連鎖反應(yīng),不僅會(huì)失穩(wěn)瓦解,又會(huì)電壓崩潰使直流輸電全停。

美國(guó)電科院和直流聯(lián)網(wǎng)（DC Interconnect）公司在2008年1-2月IEEE Power & Energy期刊發(fā)表報(bào)告，為防止美歐多次重大停電，建議在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上將美國(guó)東部網(wǎng)(EI-7.55億千瓦)應(yīng)用直流隔離分為四個(gè)交流區(qū)，同時(shí)也適用于美國(guó)西部網(wǎng)(WI - 2億千瓦)和西歐(5.3億千瓦) 電網(wǎng), 這可以說(shuō)是美歐在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上解決重大停電的起步策略。2007年國(guó)際大電網(wǎng)CIGRE在日本大阪召開(kāi)會(huì)議時(shí)，美國(guó)電科院Dr.Ram Adaba 聽(tīng)到我國(guó)系統(tǒng)發(fā)展策略報(bào)告后，主動(dòng)問(wèn)及我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)并得到有關(guān)資料，可能對(duì)它們有關(guān)的分區(qū)結(jié)構(gòu)建議有所幫助。他們報(bào)告提出美國(guó)再分區(qū)的建議至今末能執(zhí)行，但值得注意的近年具備世界上最寵大交流電網(wǎng)的歐洲卻接受了改造電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn),采用直流分區(qū)；目前已應(yīng)用42套直流作隔離設(shè)施，將歐洲分很多"分區(qū)"以提高電力系統(tǒng)的可靠性和防止系統(tǒng)大停電。這說(shuō)明中國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的安全經(jīng)驗(yàn)已得到世界的重視。日本面積小，37.8萬(wàn)平方公里，近3億千瓦負(fù)荷，用直流或單(個(gè)別雙)回交流500kV聯(lián)網(wǎng)分為9大區(qū)，結(jié)構(gòu)安全，就不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)大停電。

三．今后中國(guó)發(fā)展的電力規(guī)劃原則

1. 輸電電壓和交直流方式的采用超過(guò)600公里輸電應(yīng)用直流；600公里以內(nèi)輸電的最高一級(jí)交流電壓應(yīng)用目前的500kV和750kV, 永遠(yuǎn)不需要再升壓。

2. 堅(jiān)持<分區(qū)>, 各大區(qū)應(yīng)按電源/負(fù)荷發(fā)展，再按南方電網(wǎng)以直流再分多個(gè)區(qū),華東再以直流分四個(gè)區(qū)將更安全, 更經(jīng)濟(jì)。

3.  堅(jiān)持<分層>, 堅(jiān)決解除電磁環(huán)網(wǎng)。

4. 堅(jiān)持<分散外接電源>的點(diǎn)對(duì)網(wǎng)輸電原則。

5. 堅(jiān)持<近輸電、遠(yuǎn)輸煤> 并大力減低煤電。

6. 堅(jiān)持無(wú)功功率分層分區(qū)就地平衡。