剖析国网公司的同步电网格局新规划

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

曾德文  电力规划设计总院教授级高工、原国家能源局“十二五”电网规划专家组成员

2016年2月17日

2015年10月国网公司在原“三华”交流特高压同步电网的基础上，抛出新的同步电网格局规划（参见附件国网公司《关于同步电网格局研究的汇报》第一页），意欲将国网公司管辖区域的电网建成 “十二纵十二横”的交流特高压统一同步电网，并图谋将其纳入国家“十三五”能源电力规划。国网公司的电网发展狂想，是承载着国家安全重大风险隐患和浪费国家建设资金的巨大陷阱，严重违背中央三番五次强调的提高发展质量和投资效率的原则要求，这一新动向的危害必须引起业界的高度警惕！

有史以来,世界共发生25次重大停电(每次负荷损失＞800万千瓦), 其中20次、负荷损失占86.1%的重大停电都发生在发电装机和区域皆为庞大的交流自由联网结构。其中两者皆庞大的美国重大停电最多(6次),最严重(负荷损失共15142万千瓦，占全部事故损失的29.6%),居世界首位；欧洲过去组成一个宠大又西电东送的交流380kV电网，也发生4次重大停电；巴西和印度也是装机和交流网区域皆宠大，分别造成5和3次重大停电，损失皆近1亿千瓦。

中国电力容量近年已占世界首位,除台湾一次外,为甚么从不发生重大停电,因为30多年来按《电力系统安全稳定导则》建立了〈分层〉〈分区〉〈分散外接电源〉的〈三分〉电网结构, 特别建立了六大区域都不大的分区,区间主要用直流联网, 完全防止了重大停电, 成为世界上最安全可靠的电网结构。

南方电网继续认真贯彻《稳定导则》，随电源/负荷增长需要，采用直流隔离再分2～3个分区,既缩短交流线路输送距离，又解决交直流线路并列的不安全问题，已经能源局批准；现又计划用直流背靠背再将[广东分东西两个小区]，既能控制短路容量增长，又解决将来更多直流馈入各小区等一系列安全问题。

国网公司则违反《稳定导则》，将原以安全分区的五个大区用世界经历棄用的交流特高压先合成两大区，2025年再合成一大区，走上世界最严重停电的美国分区不足道路，何况国网采用交流特高压比美国的超高压更不安全还极度浪费。

一、交流特高压发展经历

回顾上世纪欧美俄日等曾为‘远距离输电’曾长时大规模研究交流特高压，前苏联为实现交流1200kV的1905公里单回路输电，在1985～1994的9年运行中,过电压问题特严重,电晕损耗特大,雷击跳闸特多,不得不在各段线路上都装设100%补偿的并联电抗器,结果最多只能送160万千瓦，实践证明前苏联经历也不能解决其技术风险,又极浪费投资,不得不永远降压500kV运行了。日本东京电力在1992～1999年建成交流1000kV线路共426公里,但未建变电站,只能500kV运行。

国网公司在国家发改委2005年北戴河召开的“特高压输电技术研讨会”报告称：“根据东京电力的预测,2010年期间南岩木特高压干线有必要升压运行”。而在2007年底【国际大电网委员会】在日本大阪召开的《电力系统发展会议》时，蒙定中作为会员作大会报告, 以中国(除台湾一次外)从不发生重大停电的电网〈分层〉〈分区〉〈分散外接电源〉安全经验来论证不应采用交流特高压，在会中从东京电力代表得到的回答是：“接受了教训，不再升压了”，日本至今也如此。

为什么上世纪欧美俄日经多年研究和实践结果都不再采用交流特高压？因为在直流输电技术上成功地应用可控硅代替了水银整流器,几十年来实践证明它不但既安全又更经济，达到了远距离输电的目的, 而且采用直流背靠背实现〈分区〉，特别经多年中国安全实践效果突出。所以直流输电发展成功，交流特高压既不安全更极其浪费，在世界上确无实用价值了。国网公司采用交流特高压根本违反世界科学技术实践，违反我国成为世界安全首位的现行《稳定导则》〈分层〉〈分区〉规定，又严重浪费，只为了保持【政治经济垄断】，因为全国继续保持以直流分区，有可能全国改革按〈分区〉电力部门作行政主管，而取消在政治经济上都过於垄断的国网公司；有全国交流特高压一张网就只能永远保持现有不合理的体制结构。

2005年联合国经济社会部在纽约发表的报告(Multi-Dimension Issues in International Electric Power Grid Interconnections) 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：一是技术难度风险，另一是经济代价风险，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，更会连锁反应导致全网大停电。

二、全球重大停电事故教训

全球重大停电共25次，负荷损失共51122万千瓦。按次数/负荷损失%统计：1次/3.4%为日本核电事故，1次/3.3%为欧洲频率崩溃, 3次/7.2%为电压崩溃， 20次/86.1%为过于宠大又自由联网的交流系统稳定破坏。

全球重大停电最严重是稳定破坏，都发生在宠大（面积/电力容量）的交流电网上。国网极其浪费要用交流特高压将卅多年来世界最安全的5大区改为1个大区，就是走上世界最严重的美国2大区共6次重大停电的危险道路。

国网公司“关于同步电网格局研究的汇报”中的‘电网格局’号称‘世界主要国家电网发展趋势是同步电网规模逐步扩大，数量逐步减少’,完全是违反科学又不符合实际的虚假宣传。

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。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。

近年具备世界上宠大交流电网的欧洲2006年11月4日事故(图1)后已开始接受了中国以直流隔离分区的改造电力系统结构经验：一是采用直流将原庞大的交流大网分很多分区，首先是北欧和西欧间、还有波兰和瑞典间、芬兰和爱沙尼亚间、波兰和俄罗斯间、英法间皆陆续用直流联网。国际大电网的2014年4月ELECTRA杂志已刊登多年来己采用42套直流将宠大交流网分很多个分区,国家间以直流隔离；二是将原来的远距离东电西送的格局逐步改为各国电力自发自用。2014年欧盟各成国电网互联水平的前景和预测2020年所有成员国均实现装机自发自用，且和邻国互换率至少达到10%。从欧洲为解决电网重大事故问题而彻底以直流隔离将各国成为独立的交流网区才确保安全。

图1 世界最宠大的交流电网重大停电

巴西全国发展只为一个交流同步电网，所以发生5次重大停电,共损失9687万千瓦；印度也因5个交流同步电网本以直流互联，但又错误的加上交流互联,全国成为一个交流同步电网,所以造成三次重大停电,共损失9673万千瓦。因此,国网只为保持[政治经济垄断]发展交流特高压,浪费8296亿元,特别破坏我国历经卅多年成为全球安全首位的基础，走上全球重大停电道路。

三. 继续严格贯彻现行《稳定导则》，确保我国继续保持世界电力安全首位，根本不需要交流特高压

30多年来由於贯彻《稳定导则》建立了〈分层〉〈分六大区〉〈分散外接电源〉的电网结构,完全防止了重大停电, 成为世界上最安全可靠的电网结构。

1. 南方电网再分区才安全合理

南方电网东西距离最长(2000公里), 以7回直流(2420万千瓦) 和8回500kV交流(约输送800万千瓦)线路并列西电东送的输送总容量, 接近受端负荷的1/3，远大於分散外接电源一般规定的10%。过去一回直流输电曾发生过双极闭锁，如再发生，输电电力转移到并联的交流回路，有可能造成电压崩溃/失稳，从而失去全部西电东送电力，将引起重大停电。要可靠解决这样的重大问题首先要从电网结构解决，光依靠远方自动切机/解列/切负荷等方法难以保证其可靠性，2006年华中电网事故中，所装设的安全自动装置都未起应有作用，可以说它们只能作为辅助措施。

南网就是从实现同步电网合理规模来解决,规划主网分2～3区，如实现分3大区后,西电东送广东的500kV交流线路有的改为直流输电, 有的等於由长距离改变为中、短距离输电,也解决交直流并列运行的不安全问题，安全重点已由[防止暂态失稳]转为[防止电压崩溃]。

广东直流馈入又快又多, 三年来已由五个增至八个逆变站密集珠三角地区，总容量达2560万千瓦,占广东负荷约28%，密集的程度居世界首位, 将来还要增加。所以当前和将来的关键是如何防止长时（绝不能超过1秒）的电压崩溃，否则有像巴西那样造成多回直流站全停的危险，结果全部直流输送功率全部转移到并联的交流500kV线路上而整个南网失稳全停。即使按将来规划南网分三大区,不再会出现交直流并列方式，但广东电网也有全停危险？因此怎样支撑直流多落点？现已成为世界、特别是中国关注的重大问题。所以关键是应用直流将广东电网再分东西两个小区,一是控制500kV电网短路电流水平,既保持足够的动态无功储备,又不超标,适应今后更多的新建发电厂投入运行。二是合理的使各直流输电分别落入不同区,任一区故障祗影响本区直流,更适应将来更多的直流馈入。三是考虑容量最大的一回直流双极闭锁停运, 但同时有其他直流和区间背靠背支援,综合损失的电力不超过目前规定的旋转备用6%,不会影响正常运行。同时广东具备继电保护可靠快速切除故障的能力，特别应继续保持无功电力在各级电压网分层分区基本平衡,使各发电机运行力率接近1.0,甚至像沙角C厂和抽水蓄能等机组在低谷时进相运行，防止长时电压崩溃导致直流全停的危险。

2.采用直流将〈华东分四大区域电网〉合理规模的论证

从华东2015/2020年电源/负荷规划研究合理的电网结构研究,根据国网公司2012年12月和2013年5月《华东“十二五”电网发展规划》等三个报告，从2015/2020年华东各省市负荷需要和电源规划证明，将来各个省市、包括安徽省都缺电，怎样解决呢？一是继续靠远方直流输电，二是在各城镇负荷中心附近建新电源，各自作到电源/负荷基本平衡，互相之间不需要大规模输电，现有500kV电网已满足要求，根本不需要交流特高压联网。为了解决由於增设发电机组必然出现短路电流超标问题和保证更多直流馈入的安全问题，最经济有效和安全可靠的办法，还是贯彻《稳定导则》，按今后实际需要，釆用直流逐步将华东电网(隔离)异步互联分为四个分区。各区事故互不影响，更不可能同时发生失稳/电压崩溃/频率崩溃瓦解事故。将来用直流隔离分为四大〈分区〉的总投资不超过62亿元,约为华东交流特高压联网静态投资(744亿元)的十二分之一(8.3%),且长远保证今后的运行安全可靠,又经济。

3.各大区结合发展规划也建议对电网合理规模作深入研究

各大区应研究学习南网再分区的经验，随着电源、负荷的发展，短路电流超标，提高稳定水平 - 交流长距离输电改为中、短距离，适应多回直流输电馈入，将来有没有必要再分区？总之，我国六大区电网的发展趋势是增加分区, 才适应合理规模，更不应建交流特高压联网，国网反而将五大区合一，扩大交流网区，从区内装机/电网范围/自由联网方式都走上美国不安全道路；特别不同却更危险的是交流特高压比美国现有超高压更不安全, 又极其浪费，可见后果更为严重。

四、国网公司违反科学/宣传交流特高压电网的错误谎言

国网公司为了继续发展交流特高压，在报告第二部分提出‘优化电网格局的必要性’，将彻底破坏我国电网结构卅多年的安全基础：

1. 国网称[一是确保电力安全可靠]

（1）只有〈分层〉〈分六个以上大区〉〈分散外接电源〉才能确保安全，国网以交流特高压先2后1的合成1个宠大区就走上美国重大停电道路。

30多年来由於贯彻《稳定导则》建立了三分电网结构,完全防止了重大停电,成为世界上最安全可靠的电网结构。交流特高压完全破坏《稳定导则》的〈分层〉〈分区〉规定,国网要用数十个1000/500kV电磁环网,相当违反〈分层〉, 每回1000kV线才能送300万千瓦, 不是刘振亚宣传的500万千瓦, 特别是我国过去因<不分层>的高低压“电磁环网”造成的稳定破坏事故最为严重，1970至1980年就发生55次，占全部210次失稳事故的26.2%；1981至1987年仍然发生13次，占全部45次失稳事故的28.9%。我国历史上损失最严重（380万千瓦负荷）的2006年7月1日华中电网失稳事故也是违反<分层>规定的500/220kV“电磁环网”造成的。特别又违反〈分区〉规定,将原来交流超高压5大区改为特高压1大区,历史证明全球负荷损失占86.1%的重大停电都为交流区域过大造成，如全球重大停电最严重、最多(6次)的美国就是全国祗分2大区1小区, 而都在2大区造成。国网以交流特高压合1个大区更就走上美国重大停电道路。怎能说合成先2后1个交流特高压网[一是确保电力安全可靠] 呢？

（2）国网还以交流特高压解决超高压网短路电流超标作虚假宣传？

实际上在现有网盖上交流特高压,必然增大其短路电流；国网称要将超高压网解环解决,结果大大破坏电网的可靠性。其实最安全经济有效的办法是南网以直流隔离分多个区的办法, 解决所有安全问题也包括短路电流超标。

（3）国网又以交流特高压解决直流输电安全作虚假宣传？

国网号称“强直弱交”问题突出来宣传交流特高压。其实直流输电发受端都和交流超高压相联，和交流特高压无关，可从交直流系统故障及相互影响说明。

a．直流本身设备/线路问题造成的单极或双极闭锁

直流单极或双极闭锁分别造成本身的半停或全停，我国运行经历证明,这种直流本身问题造成的闭锁祗可能发生在一回直流输电上，除非个别采取同塔双回线的两回直流输电线路同时故障，目前云南溪洛渡直流输电送广东为同塔双回，从末发生双回全停，单回双极闭锁祗发生一次。一般单极闭锁可能多些，但影响不大；但双极闭锁一般是多年才发生一次，即使发生，只是一回，而同塔双回现还末发生过双回全停，对多回直流馈入的南方、华东网影响不大。没有必要因直流站/线路本身原因、对多(2～3)回直流会同时双极闭锁作为前提条件进行加强电网结构和采取各种措施的分析依据。

b．交流系统故障对直流输电的影响 - 换相失败

直流输电技术上有如下的规律：交流电网不论单相/两相/三相故障，不论切除时间长短,都可能造成直流换相失败，但失败的程度和其交流侧母线的电压降/相位变化有关,相间比单相故障严重,故障切除时间愈长愈严重，故障点电气距离愈近愈严重,这也和短路容量有关,但500kV电网短路电流己近50或63千安水平,不会大变。一是只要故障切除前后，系统保持足够的动态无功储备，各直流线都可迅速恢复运行。二是我国继电保护水平高，故障切除快，相间故障少，几乎不出现三相短路。所以直流换相失败基本不影响安全运行。

以上直流输电运行和可能出现的问题/故障证明都和交流特高压无关,南方电网以7回直流(2420万千瓦)西电东送良好，包括全世界直流运行都和交流特高压无关，国网不是作虚假宣传吗？

2. 国网称[二是保障经济社会可持续发展]

国网号称“我国能源与需求逆向分布，必须有交流特高压大电网西电东送、北电南送”。表2证明远距离输电交流特高压线路和直流输电的投资比为2.87倍，特别是实践证明直流输电运行特别可靠，而且可兼任隔离分区作用。这也证明这又是国网虚假宣传。

表2  现已决定的远距离输电交流特高压线路若以直流输电的经济比较

3. 国网称[三是促进生态文明建设]

国网号称“如不尽快扩大交流特高压同步电网规模，解决清洁能源全国消纳问题，将会造成巨大浪费” 。

我国应按科学发展又全面合理的策略大力发展清洁能源，第一必须有调峰蓄能设施配合，南网公司比较重视，但国网公司不负责配备应有的蓄能设施，结果弃风弃光电居世界首位。第二发展可再生能源应以分散就地或近处消纳为主，多年来全世界实践证明这才是最安全又经济的发展策略；第三特别是远离负荷中心的大规模集中可再生能源开发工程首先必须从安全、经济上进行严格规划论证，即使个别输送容量大/距离长也有直流输电，也根本不需要交流特高压输电。

欧洲的可再生能源发展较快，西班牙风电装机占总装机20%，发电量占8.7%；德国风电占总装机17%，电量占总7%；丹麦风电装机容量25%，发电量占16%。它们的风电皆以就地消纳为主，部分通过现有高低压线路传送，甚至连超高压也不需要，这是最安全又经济的办法。太阳能发电皆以就地应用为主。目前欧盟发展非洲北部的太阳和风能电力，才采用直流远距离输送则是个别方式。

因此，清洁能源就地应用是最合理的，中长距离输送则应由各项工程的可行性报告决定，一般应用交流高/超高压输电即可，特殊如欧/非洲清洁能源输送则用直流，没有必要以风电太阳能发电来虚假宣传构成庞大交流特高压网。

4. 国网称[四是促进创新型国家建设]

国网号称“构建技术先进的特高压交直流电网，……，巩固和拓展我国在世界电网领域的技术领先优势”。实际上我国自1981年以来按《稳定导则》建立了三分电网结构,完全防止了重大停电,成为世界上最安全可靠的电网结构，这才是创新型国家建设。国网采取世界经历失败的交流特高压既破坏“分区”又严重浪费，怎能说是[促进创新型国家建设] ？

五、从世界重大停电和我国电网安全经历研究《电网不安全系数》可以定量决定电网的安全水平

全球重大停电共25次，其中 20次/86.1%负荷损失为过於宠大又自由联网的交流系统稳定破坏。中国电网电力容量已列世界首位，为什么电网安全也保持世界首位？关键是电网分区而不宠大，分层和分散外接电源而不自由联网。目前我们不但从电网的结构原理定性分析重大停电, 而且可以从（装机x电网面积 = 电网不安全系数）定量来决定电网的安全水平，此系数愈大就愈不安全。
 

表3  从世界重大停电和我国电网安全经历研究《电网不安全系数》

从表3可见, 世界重大停电都发生在不安全系数为757～8331的电网上。而我国各电网的不安全系数在85.4～360.1间, 就从不发生重大停电；南网按《稳定导则》再分区, 如广东再分两区, 则不安全系数由原全网的291.6大减为13.9。如华东电网的不安全系数为152.8, 如<分区>则<上海、浙江>区为10.7, 更为安全。而且我国再分区, 还彻底解决短路电流超标和多回直流馈入等所有安全问题。

（装机x电网面积）量决定电网不安全系数, 国网第一步以交流特高压分东/西两大区时分别达到4687/2425；2030年想合成一个世界交流特高压特大区时更达到28110，是世界最严重美加大停电的（28110/4576）6.1倍；成为世界最宠大/最危险/最浪费/最不合理的电网。

六．结语

世界最严重的重大停电就发生在美国和加拿大合并的庞大交流互联网上，事故后美国曾研究以直流隔离将原两大一小交流区改为八大一小交流区。过去欧洲所有国家都联成为世界上最宠大的交流互联网，一有异常立刻波及全网而发生过重大停电事故，所以近年不得不以直流隔离代替交流互联，使各国成为独立的中小交流网区，各国电力改为自发自用，直流联网可提供10%电力交换，这才真正确保安全。

三十多年来中国为什么成为世界电力最安全国家？因为贯彻了现仍应执行的《电力系统安全稳定导则》，以直流隔离将全国电网<分区>分为六大区，任一区故障都不会波及邻区，所以防止了重大停电。随着电力增长，南方电网规划以直流隔离再分2 ～ 3个区已经能源局批准，后又接受蒙定中建议广东再分东西两个区。蒙定中曾建议华东电网以直流隔离再分4个区，其投资仅为华东交流特高压工程投资的十二分之一，相比更为安全合理，根本不需要造成严重浪费的华东交流特高压工程。

国网公司采用交流特高压既违反现行《稳定导则》，又违反世界电网发展规律，要将原有已经历30多年世界电网安全首位的超高压五大区，以世界早已弃用的交流特高压、先2后1的合成一个宠大交流大区，不旦极其浪费，又必然走上世界重大停电的危险道路，成为世界最宠大/最危险/最浪费/最不合理的电网。