王鳳霞

（國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601）

1 電網(wǎng)現(xiàn)狀及存在問題

上世紀(jì)80年代初期，我國開始發(fā)展500kV超高壓電網(wǎng)，對我國改革開放和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展起到了支撐作用。目前國家電網(wǎng)公司由5個區(qū)域電網(wǎng)組成，供電范圍包括26個省(區(qū)、市)。其中，華北電網(wǎng)與華中電網(wǎng)以特高壓交流同步方式相聯(lián)，其余各區(qū)域電網(wǎng)之間以及與俄羅斯電網(wǎng)之間通過直流異步相聯(lián)。5個區(qū)域電網(wǎng)中，西北電網(wǎng)主網(wǎng)架為750kV，東北、華北、華中、華東電網(wǎng)主網(wǎng)架電壓等級均為500kV。

近10年，隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電網(wǎng)裝機(jī)容量和負(fù)荷迅速增加，各區(qū)域輸電網(wǎng)隨之快速發(fā)展，越來越多的大型電廠直接接入500kV電網(wǎng)，導(dǎo)致500kV站點短路電流超標(biāo)問題突顯。以華東電網(wǎng)為例，已有接近30%的廠、站500kV短路電流超標(biāo)，最大短路電流超過80kA，不得不采取停運線路、更換設(shè)備、短線搭接成長線等技術(shù)措施來降低短路電流。這在一定程度上降低了短路電流給設(shè)備造成的風(fēng)險，但同時也削弱了電網(wǎng)間的強(qiáng)聯(lián)系，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來負(fù)面影響。以華東電網(wǎng)為例，到2020年如果仍采用500kV作為主干網(wǎng)架，據(jù)測算將有超過44%的廠、站短路電流超標(biāo)。目前的一系列措施已無法從根本上解決問題。

2 特高壓電網(wǎng)的作用

我國一次能源資源主要分布在人口密度低、用能需求小、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)、環(huán)境容量大的西南、西北和北部邊遠(yuǎn)地區(qū)，距離人口密度高、用能需求大、經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、環(huán)境污染重的東中部地區(qū)1000～3000km。西電東送、北電南送將成為一種必然的選擇。

由于輸電線路的輸送能力和電壓的平方成正比，輸電線路的損耗與電流的平方成正比，因此1000kV特高壓交流輸電在大容量、長距離、降低功率損耗方面具有非常明顯的優(yōu)勢。建設(shè)特高壓電網(wǎng)實現(xiàn)以輸電代替輸煤、輸氣，可以緩解交通運輸壓力。建設(shè)特高壓電網(wǎng)能夠為水電、核電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電等清潔能源的發(fā)展打造一個更大容量的平臺，可以減輕東、中部地區(qū)環(huán)境污染。建設(shè)特高壓電網(wǎng)、實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)是全國能源資源優(yōu)化配置的需要，是充分利用電力資源、實現(xiàn)電力流優(yōu)化互補(bǔ)的需要，是轉(zhuǎn)變電網(wǎng)發(fā)展方式、治理環(huán)境污染、促進(jìn)可再生能源發(fā)展的需要。

截至2012年底，我國清潔能源裝機(jī)超過3億kW，占總裝機(jī)的28%。我國《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》明確提出了未來我國清潔能源的發(fā)展目標(biāo)，規(guī)劃到2015年實現(xiàn)水電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到2.9億kW，核電裝機(jī)4000萬kW，風(fēng)電裝機(jī)1億kW和太陽能發(fā)電裝機(jī)2100萬kW。預(yù)計到2020年，我國風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到2億kW，太陽能裝機(jī)容量將達(dá)到5000萬kW，華東地區(qū)核電裝機(jī)容量將達(dá)到3000萬kW。這就需要堅強(qiáng)的電網(wǎng)接納這些清潔綠色能源，并將其從偏遠(yuǎn)的能源基地輸送到東、中部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的負(fù)荷中心地區(qū)。

2020年，國家電網(wǎng)規(guī)劃建成華北、華中、華東(以下簡稱“三華”)受端特高壓交流雙環(huán)網(wǎng)。蒙西、錫盟、張北等煤電和風(fēng)電基地通過3～5個縱向特高壓交流通道與東、中部負(fù)荷中心相連；寧夏、陜西、山西等煤電基地通過3～5個橫向特高壓交流通道與東、中部負(fù)荷中心相連；西北、東北等大型煤電、風(fēng)電和西南大型水電通過特高壓直流送入“三華”受端電網(wǎng)。這樣將形成 “三華”和周邊地區(qū)800km以內(nèi)大型能源基地的特高壓交流主網(wǎng)架，800km以外的大型能源基地的電力通過特高壓直流輸入到“三華”受端電網(wǎng)。全國形成4個同步電網(wǎng)，即“三華”特高壓雙環(huán)網(wǎng)，西北750kV同步電網(wǎng)，東北500/1000kV同步電網(wǎng)，南方電網(wǎng)。如果“ 三華”地區(qū)采用1000kV特高壓雙環(huán)網(wǎng)作為主網(wǎng)架，并將500kV電網(wǎng)合理分區(qū)運行，屆時全部500kV廠、站的短路電流都能控制在設(shè)備允許值以內(nèi)。

3 特高壓輸電技術(shù)和試運行情況

通過近10年的潛心研發(fā)，并借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗，我國已經(jīng)掌握了特高壓交流輸電核心技術(shù)。在電壓控制、外絕緣配置、電磁環(huán)境控制、成套設(shè)備研制、系統(tǒng)集成、試驗?zāi)芰?方面實現(xiàn)了創(chuàng)新突破，研制成功了全套關(guān)鍵設(shè)備。特高壓交流輸電試驗研究基地也已頗具規(guī)模?！疤馗邏航涣鬏旊婈P(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”項目榮獲2012年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎特等獎。2009年1月，1000kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程正式投運，線路全長約640km，至今已經(jīng)安全運行4年多，表明該項技術(shù)已具備推廣應(yīng)用條件。

如果2020年“三華”特高壓同步方案能夠?qū)崿F(xiàn)，則既能解決目前制約電網(wǎng)發(fā)展的短路電流超標(biāo)問題，又能解決東、中部負(fù)荷中心嚴(yán)重的電壓不穩(wěn)定問題，滿足《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》規(guī)定和《電力事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理條例》要求，以及我國經(jīng)濟(jì)社會長期可持續(xù)發(fā)展對電力的需求。

4 特高壓電網(wǎng)風(fēng)險點辨識

特高壓交流輸電的優(yōu)點是輸電容量大、輸電距離遠(yuǎn)、功率損耗低。但特高壓交流輸電網(wǎng)建設(shè)需要有一個不斷完善、強(qiáng)化的過程，現(xiàn)階段因網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，不可避免地出現(xiàn)高低壓電磁環(huán)網(wǎng)；風(fēng)能、水能、太陽能等清潔能源受自然資源變化影響大，存在出力不穩(wěn)等問題，都給特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提出了更高要求。

特高壓電網(wǎng)風(fēng)險主要來自于以下幾方面：

(1)建設(shè)初期網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，存在高低壓電磁環(huán)網(wǎng)；

(2)風(fēng)能、水能、太陽能受自然資源影響，出力波動較大，需要系統(tǒng)提供足夠的有功調(diào)峰和無功調(diào)節(jié)容量；

(3)核能出力比較固定，不能隨負(fù)荷波動及時調(diào)整，也需要系統(tǒng)提供足夠的調(diào)峰容量；

(4)大規(guī)模直流饋入受端電網(wǎng)，存在電壓支撐及交直流系統(tǒng)相互作用問題；

(5)每100km特高壓交流線路充電功率為530Mvar左右，為500kV線路的5～6倍，由于特高壓電網(wǎng)主要作用是進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)間功率輸送和互濟(jì)，線路長、潮流變化大，會給無功和電壓控制帶來困難。

在特高壓電網(wǎng)建設(shè)初期，電網(wǎng)運行的靈活性和安全性存在隱憂，需要密切監(jiān)控運行風(fēng)險。同時需要跟蹤特高壓電網(wǎng)建設(shè)節(jié)點，分階段對特高壓交流電網(wǎng)熱穩(wěn)定及暫態(tài)穩(wěn)定指標(biāo)、電壓穩(wěn)定及功角穩(wěn)定指標(biāo)以及短路電流水平進(jìn)行深入研究和密切監(jiān)控，在關(guān)鍵站點加裝動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，并按照監(jiān)控指標(biāo)，適時調(diào)整無功補(bǔ)償策略，防范電網(wǎng)運行風(fēng)險。

5 特高壓電網(wǎng)運行中的注意事項

現(xiàn)階段我國發(fā)展特高壓電網(wǎng)雖然有其必要性，且經(jīng)過近10年的潛心研究，突破了技術(shù)上的瓶頸，目標(biāo)網(wǎng)架建成后會給大容量遠(yuǎn)距離輸電、解決大規(guī)模清潔能源上網(wǎng)提供平臺，可以從技術(shù)上解決制約目前困擾超高壓電網(wǎng)發(fā)展的短路電流超標(biāo)問題，解決因交直流系統(tǒng)相互作用而可能引發(fā)的受端500kV電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的問題。但在特高壓電網(wǎng)建設(shè)初期和建設(shè)過程中，應(yīng)該對特高壓電網(wǎng)運行風(fēng)險高度重視，需要在技術(shù)上對特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制措施進(jìn)行分階段跟蹤及滾動研究。

(1)特高壓電網(wǎng)交流大容量、遠(yuǎn)距離輸電特性以及區(qū)域電網(wǎng)電力互濟(jì)功能，會引發(fā)系統(tǒng)無功平衡出現(xiàn)特殊性和復(fù)雜性。特高壓電網(wǎng)運行中既要考慮線路輕(空)載時要限制工頻過電壓，又要考慮線路重載時系統(tǒng)的容性無功需求，需根據(jù)不同網(wǎng)架階段計算結(jié)果，確定適合的系統(tǒng)無功補(bǔ)償度，合理配置靜態(tài)和動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，保證系統(tǒng)工頻過電壓和潛供電流能夠滿足運行要求，保證系統(tǒng)無功動態(tài)平衡。

(2)伴隨特高壓電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度，應(yīng)分階段按實際情況進(jìn)行潮流、靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算分析。對不同網(wǎng)架、不同負(fù)荷、不同故障情況下，系統(tǒng)的功角、電壓、頻率安全穩(wěn)定性進(jìn)行評估。按照計算結(jié)果，合理對安穩(wěn)控制裝置進(jìn)行控制策略優(yōu)化配置和按照一定裕度進(jìn)行整定，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

6 結(jié)束語

特高壓輸電技術(shù)是現(xiàn)階段電網(wǎng)發(fā)展最重要的趨勢之一，在大容量、長距離電力輸送和大電網(wǎng)互聯(lián)方面起著至關(guān)重要的作用。我國發(fā)展特高壓電網(wǎng)是負(fù)荷中心遠(yuǎn)離能源中心的客觀條件決定的，也是滿足國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的必然選擇。我國目前已經(jīng)掌握了特高壓交流輸電核心技術(shù)，研發(fā)出滿足技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備，對我國發(fā)展交流特高壓輸電起到了技術(shù)支撐作用。只要充分認(rèn)識并對特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制措施進(jìn)行分階段跟蹤、滾動研究，合理配置和整定安穩(wěn)控制裝置，加強(qiáng)運行監(jiān)控，規(guī)避運行風(fēng)險，特高壓交流輸電定會助力我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會發(fā)展。

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