能源局特高压交流研究课题21

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

【电力规划的基础方法研究】是能源局特高压交流研究的第21课题，因此其基础研究方法应主要针对交流特高压的电力规划。上世纪世界上欧美俄日为了电力远距离输电有过交流特高压规划研究和工程运行实践，但同时研究和实践了直流远距离输电则更为安全、更为经济，远距离输电祗采用直流就完全满足可行性要求，所以交流特高压就被淘汰了。

上世纪七十年代中国文革期间发生210次大停电事故，电力部针对国内外大停电事故组织生产、规划、科研人员研究，於1981年颁发《电力系统安全稳定导则》和有针对性的实施直接防止事故的全国《继电保护四统一》，通过电力规划使全国电网实施了六大（分区）（分层）和（分散外接电源）结构，30多年结果中国成为世界电网最安全的国家。

由电力规划设计总院和西南、中南、广东等院联合研究华南电网根本不采用交流特高压，而正确按《稳定导则》以直流将南网分2 - 3大区，广东也分2个东、西小区，解决了交直流并列的不安全问题，将长距离的500kV线路缩短为中、短距离，从长远解决广东的短路电流超标和多回直流馈入的安全问题。但对国家电网、电力规划设计总院却听从国家电网指令，违反《稳定导则》将所管辖的五大区，以世界已淘汰的交流特高压，联成一个极其浪费又特别不安全的世界最庞大的交流网，必将走上世界重大停电的危险道路。

一．中国电力规划的历史成就

中国电力容量近年来占世界首位，除台湾一次外,为甚么从不发生重大停电？因为30多年电力规划按《稳定导则》规定："合理分区, 以受端系统为核心, 将外部电源连接到受端系统, 形成一个供需基本平衡的区域, 并经联络线与相邻区域相连。" 采用直流联网将庞大的交流系统分为若干分区，它不仅达到正常联网效益, 还可控制联网潮流；防止一个区的故障/频率崩溃/电压崩溃/失稳振荡波及相邻区；更将大区范围固有的动态和暂态稳定、低频振荡或"连锁跳闸"等一系列复杂问题彻底解决。华北与东北电网初期采用交流联网时稳定问题突出，曾引起低频振荡，限制了东北网北电南送降低50万千瓦，2008年重新规划改为直流背靠背联网方式，彻底分区，问题就彻底消除了。

电网规划还贯彻分层和各层分区规定，分层指不同电压的线路不应经变压器併列运行，是消除不同电压的电磁环网,中国过去曾因电磁环网中高压线跳闸，负荷转移到低压线而发生过大量失稳事故。中国最严重的2006年华中电网失稳事故就因电磁环网造成。这是过去国内停电事故的主要原因，不按分层解决电磁环网将隐藏重大隐患。分层后规划下面各级电压也分区，如220kV再分区，下面110/35kV又分区, 再下面20/10kV更分区，各级分区都按实际条件具备一定支撑电源、自动备用/保安电源。

电网规划还要分散外接电源，任一远方电源/线路出问题或失稳，形成单机对无穷大系统的振荡，仅此单机处於送端，其他送端电源皆成为受端，作为受端电源的后盾，使电网更可靠/快速恢复正常运行。不超过600公里的外接电源规划采用现有500kV线路的点对负荷中心输送；超过600公里采用直流输电。

一个500kV网区的东西/南北距离大约不大於1000公里比较合适。预想将来我国有的大区还宜再分区, 既满足发展需要，将会解决短路电流过大和适应多回直流安全馈入等一系列问题,更为安全可靠；由於实践证明区域不应过大,有的还将缩小其范围，所以现有的500kV电压完全满足发展需求。

目前大区内有再分区的需要，如南方电网已决定还要以直流隔离分2 - 3个大区并已经能源局批准, 规划广东再以直流隔离分东西两个小区。为适应华东电网发展的需要, 采用直流隔离再分四个大区, 既解决短路电流超标、保证多回直流密集安全馈入, 又缩短交流输电距离, 确比已批准的交流特高压联网更为安全, 投资仅为交特联网工程的十二分之一。

开放以来，通过电网规划建立了可靠的交/直流分层分区的电网结构，分散外接电源结构和三道防线，系统失稳可能偶而发生，但不能造成重大停电；而且由於区间为直流联网，任一区故障/失稳都不会波及邻区。

二．从世界重大停电论证其电力规划的发展

有史以来世界共发生25次重大停电（每次损失大於800万千瓦），其中最严重的20次系统稳定破坏是重大停电的关键, 一是交流电网过於庞大, 自由联网, 又不分散外接电源, 一旦一回线路因故障或保护误动断开, 即使其负荷转移到并列的相邻线路上, 又因其线路应用不当的继电保护因过负荷误动跳闸, 连锁反应同样使更多相邻线路跳闸, 直至全部负荷转移到个别线路上(相当大增系统的综合联系阻抗)而发生失稳振荡。二是当系统发生失稳振荡时，陆续涉及振荡的线路也因应用不当的距离保护原理误动跳闸, 同时发电机的失步保护也因整定不当(振荡中心落在线路上不应跳闸) 也大量跳闸, 结果系统瓦解大停电。

输电线路偶而发生故障/跳闸是正常现象，关键是电网结构是否合理，将带来不同的风险，如美国交流区庞大又自由联网，难以分散外接电源，又不分层，一旦故障即连锁反应波及交流全网；且因距离保护设计/应用不当，因故障造成负荷转移到相邻线路时将不断连锁反应跳闸，直至失稳振荡；涉及振荡的线路距离保护和发电机保护又错误的不断连锁跳闸，直至全网瓦解大停电。又如巴西不分区, 交流区域比美国还大,东西/南北距离长达3200公里,以复杂电压级230/345/440/500/750kV自由联网,更易故障连锁反应,不仅会失稳瓦解,又会电压崩溃使直流输电全停。

美国电科院和直流联网（DC Interconnect）公司在2008年1-2月IEEE Power & Energy期刊发表报告，为防止美欧多次重大停电，建议在电网结构上将美国东部网(EI-7.55亿千瓦)应用直流隔离分为四个交流区，同时也适用于美国西部网(WI - 2亿千瓦)和西欧(5.3亿千瓦) 电网, 这可以说是美欧在电网结构上解决重大停电的起步策略。2007年国际大电网CIGRE在日本大阪召开会议时，美国电科院Dr.Ram Adaba 听到我国系统发展策略报告后，主动问及我国电网结构经验并得到有关资料，可能对它们有关的分区结构建议有所帮助。他们报告提出美国再分区的建议至今末能执行，但值得注意的近年具备世界上最宠大交流电网的欧洲却接受了改造电力系统结构经验,采用直流分区；目前已应用42套直流作隔离设施，将欧洲分很多"分区"以提高电力系统的可靠性和防止系统大停电。这说明中国电网结构的安全经验已得到世界的重视。日本面积小，37.8万平方公里，近3亿千瓦负荷，用直流或单(个别双)回交流500kV联网分为9大区，结构安全，就不会发生失稳大停电。

三．今后中国发展的电力规划原则

1. 输电电压和交直流方式的采用超过600公里输电应用直流；600公里以内输电的最高一级交流电压应用目前的500kV和750kV, 永远不需要再升压。

2. 坚持<分区>, 各大区应按电源/负荷发展，再按南方电网以直流再分多个区,华东再以直流分四个区将更安全, 更经济。

3.  坚持<分层>, 坚决解除电磁环网。

4. 坚持<分散外接电源>的点对网输电原则。

5. 坚持<近输电、远输煤> 并大力减低煤电。

6. 坚持无功功率分层分区就地平衡。