特高压大电网发展若干技术问题探讨

摘要：建设特高压电网是国家电网公司落实科学发展观的重大举措，对于落实国家能源战略、确保能源安全、推动国民经济可持续发展具有重要意义。当前，国家电网公司已明确提出了转变电网发展方式，建设统一坚强智能电网，全面推进特高压建设，加快各级电网协调发展，实现世界一流国家电网的发展战略目标。以特高压交流试验示范工程投运为标志,国家电网公司在转变电网发展方式上实现重大突破,正在加快建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的统一坚强智能电网，提高电网的安全性、适应性、资源配置能力，更好的满足经济社会发展的需要，所以本文着重对特高压大电网发展涉及的技术问题展开研究是十分必要的。

关键词：特高压电网；能源；骨干网架

中图分类号：F407文献标识码： A

1特高压电网建设背景

1.1 交流同步电网的优点

从当今国际上看，包括欧美国家在内的几大发达国家所建设的大电网均为交流同步电网。通过分析可以发现采用交流同步电网的优点主要包括以下几点： （1）电网内所有的发电机均以相同的频率同步运行，其目的是在发生扰动和故障的情况下，发电机可以实现自动恢复同步运行。而且这种情况在电网规模足够大，接入电网运行的发电机数量足够多的情况下，表现为抵御扰动以及故障冲击的能力就越强，电网的供电可靠性就越高。

（2）大型交流同步电网能够为大型火电、水电、核电和风电基地的接入创造网络条件，对局部窝电现象有明显的改观，同时可以加强电网内各种类型电源和负荷之间的自然联系，通过合理安排运行方式，可优化各类电源的相互作用，实现电网经济最优化运行，可进一步跨区优化资源配置，实现减少备用容量、减少电力投资、提高可靠性、降低运营成本等综合效益，对推动当地经济发展有积极作用。

由此可以看出，发展交流同步大电网是全世界发展的共识，是电网发展的目标网架，我们应当借鉴国外大电网发展的经验，创新发展我国自主的交流同步大电网。

1.2 我国电网联网发展史纵观我国大电网发展的历程，在上世纪50年代，我国最高电压等级为220（110）千伏，围绕着国内大中型城市，逐渐形成了上百个地区性的小电网。

到上世纪70～80年代，随着电力需求和装机容量的不断扩大，逐渐形成了以220千伏为骨干网架的近30个省级电网。

而到了上世纪80～90年代，伴随着500（330）千伏电压等级的出现，省间跨区联网得以实现。全国范围内形成了东北、华北、华中、华东、西北、南方等六个区域电网和7个独立省网。

90年代末本世纪初，以三峡工程建设为契机，加快了全国联网的进程，促成了华中与华东、华中与南方电网的互联，东北与华北、华中与华北、华中与西北电网也实现了联网。同时川渝、山东、福建等独立省网也并入了区域电网。

2008年12月，随着山西长治-武汉荆门特高压交流试验示范工程的顺利投产，实现了华北与华高压跨区联网。2010年，新疆电网与西北主网通过750千伏实现联网；青藏直流联网工程开工建设。全国形成华北、华中、华东、东北、西北、南方5个同步电网，至此，全国联网的格局已经基本形成。

1.3我国发展特高压的必要性

（1）电网的发展模式主要取决于能源资源与负荷的分布情况。我国的实际情况是，煤电基地主要分布在山西、陕西、蒙西等地，水电主要集中在云南、四川和等地，风电和太阳能也主要分布在我国的西北地区,均与中东部负荷中心距离较远。 因此，采用远距离、大规模输电技术，在全国范围内实现资源的优化配置和消纳电力成为首要课题。500千伏输电技术显然不能够满足这一发展要求，要解决上述问题引入特高压输电技术是十分必要的。 （2）目前， 500千伏电网在我国的密集程度已经很高。但500千伏线路输送能力十分有限，提升输送容量的难度很大，且线路走廊资源严重紧缺，严重制约了我国装机容量的增长速度。比如在上海、江苏和浙江等发达地区，500千伏电网的发展已接近饱和，电网密集、短路电流超标等问题日益突出，只有通过限电等手段保证电网的安全稳定运行，因此引入特高压输电技术是十分必要的。

2交直流输电技术的协调发展

2.1 交流输电和直流输电的特点：相比较而言，交流输电更适用于网络的构建，而且对电力的接入、传输和消纳都十分灵活。目前为止，尚未形成直流输电网络，直流输电只适用于大容量、远距离“点对点”式的输电方式。而且常规直流输电系统必须借助于稳定的交流电压才能正常的工作。2.2 交流输电和直流输电的相互关系：直流输电与交流电网的关系，就如同是输水管与蓄水池的关系，当蓄水池的容量足够大的情况下，就可以承受相当大的输水压力。也就是说，如果当大量的电力以直流输入容量相对较小的交流系统中时，会在交流系统内造成严重故障，当电压波动的情况下，直流系统存在换相失败、退出运行的风险，进而造成全网崩溃、大范围停电的重大风险。从安全的角度和技术的角度，均无法实现单纯依赖直流输电解决我国电网的可持续发展问题，需要同时强化，协调发展。2.3 交流输电和直流输电的功能定位： 我国的能源基地采取的是集中开发的模式，电网潮流从西向东、由北至南大规模流动并在中间分散落点和消纳。考虑到交、直流输电各自的优势，特高压交流输电定位于主网架建设和跨大区送电及大型能源基地的超远距离、超大容量外送情形。而对于电网间的互联，一般采用交流联网；在电网频率和电压等级不同、管理体制及模式不同、跨海峡或电网结构有特殊要求时，可考虑采用直流联网。3. 大停电与电网规模

3.1 大面积停电与电网规模不存在必然的关系

自1965年以来，全球共有20多次电网重大停电事故，而通过调查事故原因发现，大停电与同步电网的规模之间并没有必然的联系。我国之所以未发生大面积停电的原因主要有： （1）电力企业严格贯彻“电力系统安全稳定导则”，电网实行统一管理、统一规划、统一调度； （2）电网快速发展，网架结构逐步优化完善，电网装备水平得到大幅提升； （3）电网仿真能力不断提高，电网控制技术不断进步。3.2同步大电网的安全稳定性能

在电网规模较小的情况下，小的扰动极有可能会引发电网事故，进而扩大事故范围，造成全网大停电。而对于大规模的同步电网则不同，其抗扰动能力较小电网得到加强，系统安全稳定性明显提高，发生全网性停电事故的概率小，主要表现在以下几个方面： （1）在已经形成坚强的电网结构的受端系统内，功角稳定问题得到了有效解决； （2）大规模同步电网的系统频率稳定性强，保障了网内大机组和大直流的安全稳定运行。 （3）针对电压稳定问题，提出了一系列的防范措施和对策，通过合理利用发电机无功出力、合理配置无功电压控制系统和无功补偿装置、配置低电压切负荷等措施可有效解决电压稳定的问题。 （4）对于大规模同步电网送端系统及其输电通道发生的故障，通过合理配置切机、交/直流输电系统协调控制等措施，可有效解决系统的安全稳定性问题。因此，结构合理的大电网在统一协调控制的基础上，通过区域间事故情况下紧急功率支援和配置安全稳定三道防线，能够遏制事故的发展，或将事故控制在较小的范围内，降低事故可能造成的影响，避免全网性大停电事故。

4特高压电网构建及其安全性

4.1 现有电网发展方式亟需转变

我国的资源条件决定了大规模、远距离输送能源不可避免。晋陕宁蒙新煤电基地、风电基地和西部水电基地距离中东部负荷中心800～3000公里，采用500千伏输送，技术、经济均不可行；受端电网面临短路电流超标、走廊资源紧张等问题。因此现有500千伏电网难以适应能源资源大规模、大范围优化配置的需要，电网发展方式亟需转变。

我国电网发展需要遵循世界电力工业发展的客观规律和经验教训，根据我国能源资源分布、负荷发展的具体国情，深入分析我国未来电源布局和负荷发展，构建坚强的电网结构。4.2转变电力发展方式，实施“一特四大”战略是必然选择

我国76%的煤炭资源分布在北部和西北部、80%的水能资源分布在西南部、绝大部分陆地风能在“三北”地区，大量褐煤、煤矸石需要就地转化。随着能源梯次开发，向西部和北部的转移速度加快，能源产地和能源消费地之间的输送距离越来越远、能源输送的规模越来越大，亟需创新电网发展方式，加快推进特高压电网建设，实施“一特四大”战略，促进大煤电、大水电、大核电、大可再生能源基地的集约化开发，提高全国范围资源优化配置的能力，保证电力的长期稳定供应。5结论

（1）特高压同步电网是安全的特高压同步电网形成“强交强直”混合电网结构，实现分层分区，直流馈入规模合理，受端电网支撑能力强，可以保证受端多直流馈入系统安全稳定运行，满足《电力系统安全稳定导则》规定的稳定标准，系统抵御严重故障能力强。（2）加快特高压电网建设，满足我国大规模、远距离输电的战略需求特高压交、直流应协调发展，在建设特高压直流工程的同时，加快相关特高压交流工程的建设，尽快形成十二五规划的“三横三纵”骨干网架，充分发挥特高压交流和直流优势，实现大范围能源资源优化配置。