薛禹勝中國(guó)工程院院士、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(zhǎng)

在滿足負(fù)荷對(duì)量與質(zhì)的需求不斷提高的同時(shí)，我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展還承擔(dān)著建設(shè)資源節(jié)約與環(huán)境友好型社會(huì)的責(zé)任。但受資源、環(huán)保、運(yùn)輸、土地等客觀因素的制約，多年來(lái)，電源與負(fù)荷的空間距離不斷加大，需要輸送的電力也快速增長(zhǎng)，突破了原有電壓等級(jí)的電網(wǎng)傳輸能力。電網(wǎng)發(fā)展方式成為關(guān)鍵，更高電壓的電網(wǎng)成為發(fā)展的必然。隨著同步電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，未來(lái)電網(wǎng)的安全性問(wèn)題也面臨新的挑戰(zhàn)。作為長(zhǎng)期從事電網(wǎng)安全性及控制措施研究的科研單位，中國(guó)電科院與國(guó)網(wǎng)電科院遵循電網(wǎng)發(fā)展的客觀規(guī)律，對(duì)我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展模式及其安全穩(wěn)定性的分析與控制進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐。

一、電網(wǎng)互聯(lián)和規(guī)模擴(kuò)大是世界電網(wǎng)發(fā)展的客觀規(guī)律

由于能源資源分布不均，能源構(gòu)成和價(jià)格以及負(fù)荷需求的地區(qū)差異，大電網(wǎng)互聯(lián)不但成為能源安全、環(huán)境安全及電力安全的重要保障，也帶來(lái)多方面的經(jīng)濟(jì)效益，因此一直是各國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的客觀規(guī)律。在北美、歐洲、獨(dú)聯(lián)體、巴西、南非、中東等地區(qū)還出現(xiàn)了跨國(guó)互聯(lián)的同步電網(wǎng)。

建國(guó)后，我國(guó)電網(wǎng)的互聯(lián)也經(jīng)歷了從省網(wǎng)到區(qū)域電網(wǎng)，再到跨大區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展階段。從上世紀(jì)90年代初開始，我國(guó)全面實(shí)施西電東送、南北互供和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略工程。截至2005年6月，全國(guó)跨大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)初步形成，保證了三峽、二灘等大電站的電力消納和安全穩(wěn)定運(yùn)行，取得了大容量輸電、互為備用、調(diào)劑余缺等聯(lián)網(wǎng)效益，對(duì)于緩解長(zhǎng)江三角洲、京津唐和珠江三角洲等地區(qū)電力緊缺局面發(fā)揮了重要作用。

國(guó)內(nèi)外大規(guī)�；ヂ�(lián)電網(wǎng)的發(fā)展歷程一致表明，聯(lián)網(wǎng)除獲得輸電效益外，還取得了共享事故備用和調(diào)峰容量、水火互補(bǔ)、跨流域補(bǔ)償、提高供電可靠性、資源優(yōu)化利用等綜合效益。從而，供電緊張的地區(qū)和國(guó)家可從相鄰電網(wǎng)獲得支援，增強(qiáng)了對(duì)電源、負(fù)荷及電力市場(chǎng)變化的適應(yīng)性。交流同步聯(lián)網(wǎng)方式經(jīng)歷了由初期弱聯(lián)系到結(jié)構(gòu)逐步加強(qiáng)的階段，提高了電網(wǎng)輸送能力和安全穩(wěn)定控制能力。

當(dāng)前我國(guó)正處于電網(wǎng)互聯(lián)發(fā)展的重要時(shí)期，需要通過(guò)開發(fā)西南水電基地、北方煤電基地和可再生能源基地，向東部和中部負(fù)荷中心地區(qū)送電，到2020年，總規(guī)模將達(dá)3.5億千瓦。為滿足如此大規(guī)模電力傳輸?shù)囊�求，全�?guó)聯(lián)網(wǎng)的格局必須進(jìn)一步得到加強(qiáng)。

二、構(gòu)建華北—華中—華東特高壓同步電網(wǎng)是滿足安全穩(wěn)定要求的最佳目標(biāo)模式

根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際情況，中國(guó)電科院研究了我國(guó)同步電網(wǎng)發(fā)展的合理模式。華中電網(wǎng)水電比重大，其東部四省能源匱乏；華北電網(wǎng)是純火電系統(tǒng)，該地區(qū)是我國(guó)重要的煤炭基地；華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，市場(chǎng)空間大。華北、華中、華東同處電力流受端，具有水火互補(bǔ)、水風(fēng)互補(bǔ)、風(fēng)火互補(bǔ)、豐枯互濟(jì)聯(lián)網(wǎng)效益，它們彼此為鄰，網(wǎng)間距離短、聯(lián)網(wǎng)投資省、安全性好。將“三華”作為一個(gè)整體，統(tǒng)籌規(guī)劃受端電網(wǎng)主網(wǎng)架方案，符合加強(qiáng)受端電網(wǎng)建設(shè)的客觀規(guī)律。根據(jù)不同的技術(shù)條件，篩選出下述三種規(guī)劃方案做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：

一是500千伏異步方案，華北、華中、華東電網(wǎng)以500千伏交流為主網(wǎng)架；華北—華中維持特高壓?jiǎn)位鼐�弱聯(lián)系不變，與華東通過(guò)直流異步聯(lián)網(wǎng)。

二是特高壓異步方案，華北、華中、華東分別采用特高壓交流構(gòu)建主網(wǎng)架，華北—華中與華東之間通過(guò)直流異步聯(lián)網(wǎng)。

三是特高壓同步方案，華北、華中、華東通過(guò)特高壓交流構(gòu)建主網(wǎng)架，形成“三華”同步電網(wǎng)。

上述三個(gè)方案與西北和東北送端電網(wǎng)之間都通過(guò)直流異步聯(lián)網(wǎng)。

安全穩(wěn)定分析結(jié)果表明，“三華”500千伏異步方案中，短路電流大面積超標(biāo)。若采用降低短路電流的措施，將破壞電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，只是權(quán)宜之計(jì)，不能徹底解決電網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)的短路電流增長(zhǎng)問(wèn)題。此外，華東、華中共有超過(guò)100條交流線路，即使安裝SVC/STATCOM，也無(wú)法解決“N-1”故障下的電壓崩潰問(wèn)題，不滿足《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》（以下簡(jiǎn)稱“導(dǎo)則”）的第一級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。大規(guī)模電力通過(guò)直流送入東中部負(fù)荷中心，形成典型的"強(qiáng)直弱交"電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，無(wú)論交流系統(tǒng)還是直流系統(tǒng)發(fā)生故障，都可能引發(fā)大范圍潮流轉(zhuǎn)移和電壓崩潰等連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致大面積停電。

“三華”特高壓異步方案可以解決前一方案的短路電流大面積超標(biāo)問(wèn)題及直流故障后交流系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)移能力不足的問(wèn)題。

存在的主要問(wèn)題是饋入華東電網(wǎng)的直流規(guī)模超過(guò)交流電網(wǎng)承受能力。交流線路發(fā)生“N-1”短路故障引起的電壓穩(wěn)定問(wèn)題仍然突出。即使大量加裝SVC/STATCOM，也不能完全滿足“導(dǎo)則”中“N-1”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，發(fā)生大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)仍然較高。

“三華”特高壓同步方案形成“強(qiáng)交強(qiáng)直”的輸電格局，與異步方案相比，大幅度提高了東中部地區(qū)接受區(qū)外電力的能力。既解決了制約電網(wǎng)發(fā)展的短路電流增長(zhǎng)問(wèn)題，又解決了東中部地區(qū)多直流饋入引起的嚴(yán)重的電壓不穩(wěn)定問(wèn)題，可以滿足“導(dǎo)則”規(guī)定的規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。該方案的電網(wǎng)安全穩(wěn)定性、運(yùn)行可靠性和抵御事故的能力可以保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展所需的電力供給。

為滿足未來(lái)“三華”受電需求，遠(yuǎn)距離大容量輸送是必需的。未來(lái)電網(wǎng)將出現(xiàn)大規(guī)模交直流并列運(yùn)行和受端電網(wǎng)直流集中饋入的兩大特征，這給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)電網(wǎng)中通道必須具有足夠的潮流轉(zhuǎn)移能力，受端具有足夠的電壓支撐能力才能保障電網(wǎng)的安全。以500千伏電網(wǎng)為骨干，則與需要的電力輸送能力相去甚遠(yuǎn)，絕不可�。话l(fā)展特高壓異步方案只能解決潮流轉(zhuǎn)移問(wèn)題而無(wú)法解決受端電壓支撐問(wèn)題。發(fā)展 “三華”特高壓同步電網(wǎng)則能最終徹底解決困難。

三、大規(guī)模特高壓同步電網(wǎng)的安全性可以得到保障

大電網(wǎng)承受擾動(dòng)的能力比小電網(wǎng)顯著增強(qiáng)。同步電網(wǎng)具有受到擾