原電力部生產(chǎn)司教授級高工、國際大電網(wǎng)委員會CIGRE和美IEEE會員

2015年6 月30 日

前言

【電力規(guī)劃的基礎方法研究】是能源局特高壓交流研究的第21課題，因此其基礎研究方法應主要針對交流特高壓的電力規(guī)劃。上世紀世界上歐美俄日為了電力遠距離輸電有過交流特高壓規(guī)劃研究和工程運行實踐，但同時研究和實踐了直流遠距離輸電則更為安全、更為經(jīng)濟，遠距離輸電祗采用直流就完全滿足可行性要求，所以交流特高壓就被淘汰了。

上世紀七十年代中國文革期間發(fā)生210次大停電事故，電力部針對國內(nèi)外大停電事故組織生產(chǎn)、規(guī)劃、科研人員研究，於1981年頒發(fā)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》和有針對性的實施直接防止事故的全國《繼電保護四統(tǒng)一》，通過電力規(guī)劃使全國電網(wǎng)實施了六大（分區(qū)）（分層）和（分散外接電源）結構，30多年結果中國成為世界電網(wǎng)最安全的國家。

由電力規(guī)劃設計總院和西南、中南、廣東等院聯(lián)合研究華南電網(wǎng)根本不采用交流特高壓，而正確按《穩(wěn)定導則》以直流將南網(wǎng)分2 - 3大區(qū)，廣東也分2個東、西小區(qū)，解決了交直流并列的不安全問題，將長距離的500kV線路縮短為中、短距離，從長遠解決廣東的短路電流超標和多回直流饋入的安全問題。但對國家電網(wǎng)、電力規(guī)劃設計總院卻聽從國家電網(wǎng)指令，違反《穩(wěn)定導則》將所管轄的五大區(qū)，以世界已淘汰的交流特高壓，聯(lián)成一個極其浪費又特別不安全的世界最龐大的交流網(wǎng)，必將走上世界重大停電的危險道路。

一．中國電力規(guī)劃的歷史成就

中國電力容量近年來占世界首位，除臺灣一次外,為甚么從不發(fā)生重大停電？因為30多年電力規(guī)劃按《穩(wěn)定導則》規(guī)定："合理分區(qū), 以受端系統(tǒng)為核心, 將外部電源連接到受端系統(tǒng), 形成一個供需基本平衡的區(qū)域, 并經(jīng)聯(lián)絡線與相鄰區(qū)域相連。" 采用直流聯(lián)網(wǎng)將龐大的交流系統(tǒng)分為若干分區(qū)，它不僅達到正常聯(lián)網(wǎng)效益, 還可控制聯(lián)網(wǎng)潮流；防止一個區(qū)的故障/頻率崩潰/電壓崩潰/失穩(wěn)振蕩波及相鄰區(qū)；更將大區(qū)范圍固有的動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定、低頻振蕩或"連鎖跳閘"等一系列復雜問題徹底解決。華北與東北電網(wǎng)初期采用交流聯(lián)網(wǎng)時穩(wěn)定問題突出，曾引起低頻振蕩，限制了東北網(wǎng)北電南送降低50萬千瓦，2008年重新規(guī)劃改為直流背靠背聯(lián)網(wǎng)方式，徹底分區(qū)，問題就徹底消除了。

電網(wǎng)規(guī)劃還貫徹分層和各層分區(qū)規(guī)定，分層指不同電壓的線路不應經(jīng)變壓器併列運行，是消除不同電壓的電磁環(huán)網(wǎng),中國過去曾因電磁環(huán)網(wǎng)中高壓線跳閘，負荷轉移到低壓線而發(fā)生過大量失穩(wěn)事故。中國最嚴重的2006年華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故就因電磁環(huán)網(wǎng)造成。這是過去國內(nèi)停電事故的主要原因，不按分層解決電磁環(huán)網(wǎng)將隱藏重大隱患。分層后規(guī)劃下面各級電壓也分區(qū)，如220kV再分區(qū)，下面110/35kV又分區(qū), 再下面20/10kV更分區(qū)，各級分區(qū)都按實際條件具備一定支撐電源、自動備用/保安電源。

電網(wǎng)規(guī)劃還要分散外接電源，任一遠方電源/線路出問題或失穩(wěn)，形成單機對無窮大系統(tǒng)的振蕩，僅此單機處於送端，其他送端電源皆成為受端，作為受端電源的后盾，使電網(wǎng)更可靠/快速恢復正常運行。不超過600公里的外接電源規(guī)劃采用現(xiàn)有500kV線路的點對負荷中心輸送；超過600公里采用直流輸電。

一個500kV網(wǎng)區(qū)的東西/南北距離大約不大於1000公里比較合適。預想將來我國有的大區(qū)還宜再分區(qū), 既滿足發(fā)展需要，將會解決短路電流過大和適應多回直流安全饋入等一系列問題,更為安全可靠；由於實踐證明區(qū)域不應過大,有的還將縮小其范圍，所以現(xiàn)有的500kV電壓完全滿足發(fā)展需求。

目前大區(qū)內(nèi)有再分區(qū)的需要，如南方電網(wǎng)已決定還要以直流隔離分2 - 3個大區(qū)并已經(jīng)能源局批準, 規(guī)劃廣東再以直流隔離分東西兩個小區(qū)。為適應華東電網(wǎng)發(fā)展的需要, 采用直流隔離再分四個大區(qū), 既解決短路電流超標、保證多回直流密集安全饋入, 又縮短交流輸電距離, 確比已批準的交流特高壓聯(lián)網(wǎng)更為安全, 投資僅為交特聯(lián)網(wǎng)工程的十二分之一。

開放以來，通過電網(wǎng)規(guī)劃建立了可靠的交/直流分層分區(qū)的電網(wǎng)結構，分散外接電源結構和三道防線，系統(tǒng)失穩(wěn)可能偶而發(fā)生，但不能造成重大停電；而且由於區(qū)間為直流聯(lián)網(wǎng)，任一區(qū)故障/失穩(wěn)都不會波及鄰區(qū)。

二．從世界重大停電論證其電力規(guī)劃的發(fā)展

有史以來世界共發(fā)生25次重大停電（每次損失大於800萬千瓦），其中最嚴重的20次系統(tǒng)穩(wěn)定破壞是重大停電的關鍵, 一是交流電網(wǎng)過於龐大, 自由聯(lián)網(wǎng), 又不分散外接電源, 一旦一回線路因故障或保護誤動斷開, 即使其負荷轉移到并列的相鄰線路上, 又因其線路應用不當?shù)睦^電保護因過負荷誤動跳閘, 連鎖反應同樣使更多相鄰線路跳閘, 直至全部負荷轉移到個別線路上(相當大增系統(tǒng)的綜合聯(lián)系阻抗)而發(fā)生失穩(wěn)振蕩。二是當系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)振蕩時，陸續(xù)涉及振蕩的線路也因應用不當?shù)木嚯x保護原理誤動跳閘, 同時發(fā)電機的失步保護也因整定不當(振蕩中心落在線路上不應跳閘) 也大量跳閘, 結果系統(tǒng)瓦解大停電。

輸電線路偶而發(fā)生故障/跳閘是正常現(xiàn)象，關鍵是電網(wǎng)結構是否合理，將帶來不同的風險，如美國交流區(qū)龐大又自由聯(lián)網(wǎng)，難以分散外接電源，又不分層，一旦故障即連鎖反應波及交流全網(wǎng)；且因距離保護設計/應用不當，因故障造成負荷轉移到相鄰線路時將不斷連鎖反應跳閘，直至失穩(wěn)振蕩；涉及振蕩的線路距離保護和發(fā)電機保護又錯誤的不斷連鎖跳閘，直至全網(wǎng)瓦解大停電。又如巴西不分區(qū), 交流區(qū)域比美國還大,東西/南北距離長達3200公里,以復雜電壓級230/345/440/500/750kV自由聯(lián)網(wǎng),更易故障連鎖反應,不僅會失穩(wěn)瓦解,又會電壓崩潰使直流輸電全停。

美國電科院和直流聯(lián)網(wǎng)（DC Interconnect）公司在2008年1-2月IEEE Power & Energy期刊發(fā)表報告，為防止美歐多次重大停電，建議在電網(wǎng)結構上將美國東部網(wǎng)(EI-7.55億千瓦)應用直流隔離分為四個交流區(qū)，同時也適用于美國西部網(wǎng)(WI - 2億千瓦)和西歐(5.3億千瓦) 電網(wǎng), 這可以說是美歐在電網(wǎng)結構上解決重大停電的起步策略。2007年國際大電網(wǎng)CIGRE在日本大阪召開會議時，美國電科院Dr.Ram Adaba 聽到我國系統(tǒng)發(fā)展策略報告后，主動問及我國電網(wǎng)結構經(jīng)驗并得到有關資料，可能對它們有關的分區(qū)結構建議有所幫助。他們報告提出美國再分區(qū)的建議至今末能執(zhí)行，但值得注意的近年具備世界上最寵大交流電網(wǎng)的歐洲卻接受了改造電力系統(tǒng)結構經(jīng)驗,采用直流分區(qū)；目前已應用42套直流作隔離設施，將歐洲分很多"分區(qū)"以提高電力系統(tǒng)的可靠性和防止系統(tǒng)大停電。這說明中國電網(wǎng)結構的安全經(jīng)驗已得到世界的重視。日本面積小，37.8萬平方公里，近3億千瓦負荷，用直流或單(個別雙)回交流500kV聯(lián)網(wǎng)分為9大區(qū)，結構安全，就不會發(fā)生失穩(wěn)大停電。

三．今后中國發(fā)展的電力規(guī)劃原則

1. 輸電電壓和交直流方式的采用超過600公里輸電應用直流；600公里以內(nèi)輸電的最高一級交流電壓應用目前的500kV和750kV, 永遠不需要再升壓。

2. 堅持<分區(qū)>, 各大區(qū)應按電源/負荷發(fā)展，再按南方電網(wǎng)以直流再分多個區(qū),華東再以直流分四個區(qū)將更安全, 更經(jīng)濟。

3.  堅持<分層>, 堅決解除電磁環(huán)網(wǎng)。

4. 堅持<分散外接電源>的點對網(wǎng)輸電原則。

5. 堅持<近輸電、遠輸煤> 并大力減低煤電。

6. 堅持無功功率分層分區(qū)就地平衡。