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能源局特高压交流研究课题23

—全国电网统一计算平台与仿真模型参数研究



2016-04-06 11:21:33 5e   作者: 蒙定中  

蒙定中

        原电力部生产司教授级高工、国际大电网委员会CIGRE和美IEEE会员

2015年6月30日

前言

仿真软件是系统规划、设计和运行必要的计算工具,但必须认清它的局限性、准确性、真实性才能有效应用。用仿真根本不能评估电网重大停电,坚持交流特高压的部门为什么以“假仿真”的手段来骗取政府对交流特高压工程的批准?科学论证应以什么为根据?“仿真”可以‘真仿真’也可以‘假防真’不应脱离实际,以直流输电的‘假仿真’来宣传“强交强直”也是不真实的。


一.仿真仅仅是根据人为设定的初始条件评估电网安全的一种工具,绝不是保证电网不发生重大停电事故的根本措施

1965年以来世界上共发生了25次电网重大停电(每次负荷损失≥800万千瓦)。主要问题:一是电网和电源结构不合理;二是继电保护设计应用不当。重大停电一般经历两个阶段:第一阶段是在庞大、不可控的自由联网结构上一旦单一跳闸,即自然造成负荷转移,使继电保护不断的‘连锁跳闸’,一般‘连锁跳闸’根本不是一两次(一般称N-1, N-2),按世界重大停电实际分析,庞大、不可控的自由联网结构上往往‘连锁跳闸’4至10多次以上, 即N-4、N-10以上,使重负荷转移到高阻抗的回路上,就失稳振荡。第二阶段是受振荡影响的线路和发电机也由不合理设计/整定的继电保护造成多次(N-?)‘连锁跳闸’,使系统瓦解为很多缺电弧岛而大停电。

任何计算仿真和控制预想不能改变结构的根本性质,一个自由的交流联网的线路故障跳闸时, 负荷必然不断乱蹿到并联回路上, 造成失稳振荡, 这些问题都是难以为自动稳控装置控制,而主要由电网结构决定。交流同步网愈大, 线路愈长, 愈会出现复杂的技术问题, 失稳问题愈严重, 一旦发生将立即波及全网, 有发生整个同步网大停电的高风险, 即使研究任何高深的智能控制方法,它也是不受控制的。

潘家錚院士曾引用卢强院士就“三华”系统的安全稳定问题答记者的一段话:“我们进行了五六百种情况的仿真试验,回答是:这样一个电网的安全稳定性是有保障的。” 就算三华联网各级支路元件以500~600計,这仅相当於N-1计算条件,如按N-2条件,就得作25000~36000种情况的仿真试验。

自由联网的失稳振荡都不是N-1就造成的,所以用N-1来评估交流特高压联网是不能保障安全的。如2003年美加大停电经历了N-14, 美1965年纽约大停电经历了N-5, 1996年7、8月美西部两次大停电分別经历了N-11和N-15,  2003年意大利大停电经历N-5,才引起全网失稳振荡。因此,自由联网结构、特别是比超高压更为危险的交流特高压三华联网的失稳是难以分析评估,也是难以预防,难以挽救的。

仅以仿真来说,任何一个连锁性事故的演变都同电网运行初始状态有关,而初始状态的数量是一个天文数字(2n,n为电网元件数),因此,任何一位负责任的学者决不敢轻言通过五、六百种情况的仿真试验就能保证电网安全了。仿真是按预先设定的计算模型、特征参数、边界条件和计算方法进行的。如果研究人员不能客观、公正地进行科学论证,无论系统仿真软件多么先进和多少次计算,都是“假仿真”。对电网设备的模型参数的选择直接影响仿真结果。 对电网设备的模型参数无法考虑负荷动态特性和负荷参数的时变性,大误差问题仍未解决,只能靠提高保守度换取可靠性。

从1965年以来世界重大停电分析,祗有如我国按《电力系统安全稳定导则》确立的〈分层〉〈分区〉〈分散外接电源〉的三分结构才能防止重大停电,以交流特高压实行三华联网完全破坏已建成的三分结构,成为比经历重大停电的北美欧电网结构更为危险,违背《稳定导则》,光应用仿真对如此复杂的电网根本不能判别它的安全、可靠性;仅用N-1 仿真判别出来的结论是虚假的。

中国历史上最严重的2006年7月1日华中电网事故,也是一个实例表明经历

N-6才造成失稳。《稳定导則》明确规定「分层」,指不同电压线路不能并列运行(电磁环网),但华中电网违反规定,使结构上构成失稳风险。事故起因是500kV双回线进口保护先后误动作,线路的178万千瓦负荷转移到220kV电网的7回线,由于严重过载及对树短路,保护相继跳开其中4回线,最后通过3回220kV线路向南部主网送电,经历N-6才造成全网失稳。

二.为什么以“假仿真”的手段来骗取政府对交流特高压工程的批准?

一位多年支持国网公司的权威人士,在2011年4月22日於电科院会议后,近日提出及早建设跨区特高压输电线路的报告,“认为各种意见均应以科学计算论证为依据”,实际上却以毫无实践根据的“假仿真”计算为依据。继续采取一贯的学术垄断、违反科学、压制民主手段,还特别对政府提出“今后不再爭议要不要建设特高压输电线路的问题,…可尽快批准实施”。政府的决策应以什么为依据?“7.23”动车事故后政府部门高度重視安全,「交流特高压三华联网」的安全问题更为严重,完全破坏我国历经30多年的电网安全基础。应以世界电网交流特高压的实践经历和世界重大停电事故教訓为依据,特别是为什么中国电网除台湾外从不发生重大停电的实践经验?是继续坚决贯彻保持中国电网30多年来运行安全的《电力系统安全稳定导则》?还是违反《稳定导则》重走俄、日、美、欧经历的交流特高压失败道路?千万不能按这位权威人士要“尽快批准实施”,迫使中国将来步入重大停电又难已挽救的困境?

三.  科学论证应以什么为根据?

权威人士报告称“国家能源委专家咨询委员会认为各种意见均应以科学“计算”论证为依据”。“仿真计算”祗是一种计算方法,关键在计算的边界条件是否正确?包括计算2020年是什么样的电网结构?总之计算的边界条件可真可假、未经实践验证为正确的仿真边界条件,怎能作为决策依据?当前应将近半个世纪的世界电网实践经验才能作为决策的依据。

一是中国直流互联的六大区域超高压电网结构经30多年来实践证明最为安全。

二是从半个世纪实践证明俄、日、北美、欧建设和研究交流特高压是不可行、是失败的。如俄罗斯的一回交流1200kV线事故频繁,祗能送160万千瓦,和国网示范工程送200万千瓦相当,皆低於两回500kV线输送能力;根本上远低於国网公司宣传的500万千瓦输送能力。

三是2005年联合国经济社会部在纽约发表的报告指出:“交流1200kV曾在俄罗斯的西伯利亚长线路使用,无论如何,超出1000kV时,能承受如此高电压的实际难度、设备和绝缘的代价,都过高而难以采用。” 联合国文件所指包括两个风险:一个是技术难度风险,另一个是经济代价风险,这是世界上从技术经济上判别交流特高压失败的结论。此外,联合国文件还从电网结构上指出:“长距离输电应用直流,和交流比较,超出600公里都是直流输电的经济距离,而且直流输电比较安全、可靠,有优良的特点。”联合国文件还指出不同交流电网通过直流联网,可以避免同步网本身运行出现的很多技术问题。又引证损失7000万千瓦的2003年美加大停电事故,任何一处故障都影响整个同步网,同步网愈大、线路愈长、电压崩溃和稳定问题愈严重,更会连锁反应导至全网大停电。

四.“仿真”可以‘真仿真’也可以‘假防真’不应脱离实际

电科院应用仿真计算提出三峽以交直流併列送华东的方案,为所有部门反对而确定仅以直流送华东,十多年历史实践证明是十分正确的。经仿真计算认可的东北和华北交流联网为什么运行上发生那么多问题?而又改为直流联网呢?

交流特高压示范工程的仿真计算又为什么和实际差别那么大?

国网公司/电科院从2005年北戴河会议到2011年6月30日电监会座談会上皆称一回交流特高压线路可送500万千瓦,有仿真根据吗?为什么几个交流特高压起步工程输送都不能超过300万千瓦?这不是设计部门仿真计算的结果吗?三华联网的交流特高压线路更长了,有何仿真根据它每回能送500万千瓦。

权威人士报告中所称的“仿真”模拟根本不能作为科学根据。因为仿真计算祗是一种计算方法,计算的对象是2020年中国的电力规划设计具体方案,这个方案祗应由电力规划设计总院和各大设计院规划制作, 包括在设计过程通过仿真验算设计内容的合理性,这是建国以来的事实根据和規定,其他部门是从来不作的,包括科研部门。权威人士报告称“电科院构建了三种方案…进行仿真模拟故障计算”,实际上电科院自2010年6月制定了的「受端电网构建研究」根本就不符合电力规划设计总院的规定内容,因为电科院没有条件、没有基础、没有资格去作电力规划设计。电科院的构建研究目的正如权威报告所称:“三华特高压同步电网不是优和劣的比选问题,而是电网发展的必然选择”。所以制作2020年500kV电网方案问题多多,虚假的前提条件通过“仿真”当然可以得到国网公司所需要的结果,这就是‘假仿真’。

以美国西部电网的安全性仿真为例,有时仿真结果适得其反, 以Carson Taylor为首的美国BPA输电规划部就WSCC系统1996年8月10日大停电事故重现的仿真结果与现场记录数据进行了分析对照,成为电力系统动态仿真史上的一个重要的里程碑。结论出入意料:“现在WSCC用来仿真的动态数库并不适用于8月10日事故的仿真”,从现场记录数据中清晰可见电压和功率的增幅振荡,正是这个振荡造成了系统的解列和最后的大停电,但在仿真结果中却没有振荡,非常稳定。

正是BPA在电网摸拟中,危险地过高地采用了西部互联电网在大事故期间阻尼参数,致使模拟电网动态行为的研究都得出电网安全的结论,结果导致1996年7月和8月西部互联电网连续发生2次大事故,造成严重的损失。这个事实表明以前用来进行仿真的参数有效性很差。此后Carson Taylor修改了模型与参数,得到了较好的结果。

仿真软件是系统规划、设计和运行必要的计算工具,但必须认清它的局限性、准确性、真实性才能有效应用,不真实的应用则成为‘假仿真’。

五.  以直流输电的‘假仿真’来宣传“强交强直”是不真实的

直流‘假防真’之一指2回甚至3回直流同时双极闭锁,实践证明由於直流本身问题造成的双极闭锁即使发生,每回直流最多也不会超过一年一次,除非是两回直流采用同塔双回的输电线路,目前国内直流大部为单回输电塔则不可能2回直流同时发生双极闭锁,世界历史上从末有这个事实,证明这是‘假防真’。

直流‘假防真’之二是电科院仿真让大多数正常都运行的发电机调速器不动作,这是即使国调下令也作不到的,只让国网直调的发电机调速器(极少数)动作, 导致500kV方案故障失稳,完全是欺骗手段。根据原规划院介绍的相同仿真与电科院的结果不同,所有发电机包括其调速器(因为不可能停用)都正常运行,没有发生不稳定。

直流‘假防真’之三指交流系统发生“N-2”故障会连锁反应导致电网崩溃。其实目前各500kV电网短路容量都高达50~63千安,如广东500kV线路2006~2014年共发生592次N-1故障,都在0.08秒内切除。即使发生N-2故障都将在0.5秒内切除。在能源局召开的仿真会议上,南网直流输电李立埕院士称三相故障在0.5秒内切除、单相故障在0.8秒内切除,不会影响直流运行,更不会导致电网崩溃。

南方电网成功采用直流输电远距离西电东送,2015年8个直流逆变站密集珠三角地区,总容量达2720万千瓦, 占广东负荷的25.5%,居世界首位, 运行安全,根本不需要交流特高压支持。南网专家们对国网/电科院宣传的短路比仿真理论认为毫无实用价值。华东和其他地区的直流逆变站都不如广东那么密集的大容量,更不需要交流特高压。六.结语

政府部门应重視当前“交流特高压三华甚至全国联网”严重的问题, 十年来交流特高压的严重安全又极为浪费问题已被充分揭发,一旦实施,必将比北美、印度、巴西等发生更严重祸国殃民的庞大严重停电事故;而且必将大大浪费人民财产;但如建成「交流特高压庞大联网」, 一旦事故严重,不旦严重损失庞大负荷,祗能像俄、日那样浪费投资,被批准的交流特高压工程越多,浪费的人民财产越严重。

在政府决策上,千万不要听从这位多年支持国网公司的权威人士所谓“仿真试验的安全稳定性是有保障的”。“仿真计算”祗是一种计算方法,关键在计算的边界条件是否正确?包括计算2020年是什么样的电网结构?总之计算的边界条件可真可假、未经实践验证为正确的仿真边界条件,怎能作为决策依据?“仿真”可以‘真仿真’也可以‘假防真’,以直流输电的‘假仿真’来宣传“强交强直”是不真实的,不应脱离实际,当前应将近半个世纪的世界电网实践经验才能作为决策的依据。

建议政府部门和领导对此重大问题,应按科学发展观进行民主讨论,多个方案充分论证,继续贯彻30年来对我国电网安全起重要作用的《电力系统安全稳定导则》,慎重决策,避免将来造成难以挽回的近万亿元的国家损失。




责任编辑: 中国能源网

标签: 电网

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