王鳳霞

（國網安徽省電力公司電力科學研究院，安徽 合肥 230601）

1 電網現狀及存在問題

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

近10年，隨著國民經濟快速發(fā)展，電網裝機容量和負荷迅速增加，各區(qū)域輸電網隨之快速發(fā)展，越來越多的大型電廠直接接入500kV電網，導致500kV站點短路電流超標問題突顯。以華東電網為例，已有接近30%的廠、站500kV短路電流超標，最大短路電流超過80kA，不得不采取停運線路、更換設備、短線搭接成長線等技術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備造成的風險，但同時也削弱了電網間的強聯系，給電網安全穩(wěn)定運行帶來負面影響。以華東電網為例，到2020年如果仍采用500kV作為主干網架，據測算將有超過44%的廠、站短路電流超標。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、經濟欠發(fā)達、環(huán)境容量大的西南、西北和北部邊遠地區(qū)，距離人口密度高、用能需求大、經濟較發(fā)達、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。建設特高壓電網實現以輸電代替輸煤、輸氣，可以緩解交通運輸壓力。建設特高壓電網能夠為水電、核電、風電和太陽能發(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。建設特高壓電網、實現區(qū)域電網互聯是全國能源資源優(yōu)化配置的需要，是充分利用電力資源、實現電力流優(yōu)化互補的需要，是轉變電網發(fā)展方式、治理環(huán)境污染、促進可再生能源發(fā)展的需要。

截至2012年底，我國清潔能源裝機超過3億kW，占總裝機的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，規(guī)劃到2015年實現水電裝機規(guī)模達到2.9億kW，核電裝機4000萬kW，風電裝機1億kW和太陽能發(fā)電裝機2100萬kW。預計到2020年，我國風電裝機容量將達到2億kW，太陽能裝機容量將達到5000萬kW，華東地區(qū)核電裝機容量將達到3000萬kW。這就需要堅強的電網接納這些清潔綠色能源，并將其從偏遠的能源基地輸送到東、中部經濟發(fā)達的負荷中心地區(qū)。

2020年，國家電網規(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。蒙西、錫盟、張北等煤電和風電基地通過3～5個縱向特高壓交流通道與東、中部負荷中心相連；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、中部負荷中心相連；西北、東北等大型煤電、風電和西南大型水電通過特高壓直流送入“三華”受端電網。這樣將形成 “三華”和周邊地區(qū)800km以內大型能源基地的特高壓交流主網架，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。全國形成4個同步電網，即“三華”特高壓雙環(huán)網，西北750kV同步電網，東北500/1000kV同步電網，南方電網。如果“ 三華”地區(qū)采用1000kV特高壓雙環(huán)網作為主網架，并將500kV電網合理分區(qū)運行，屆時全部500kV廠、站的短路電流都能控制在設備允許值以內。

3 特高壓輸電技術和試運行情況

通過近10年的潛心研發(fā)，并借鑒國外的先進經驗，我國已經掌握了特高壓交流輸電核心技術。在電壓控制、外絕緣配置、電磁環(huán)境控制、成套設備研制、系統(tǒng)集成、試驗能力6方面實現了創(chuàng)新突破，研制成功了全套關鍵設備。特高壓交流輸電試驗研究基地也已頗具規(guī)模。“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設備及工程應用”項目榮獲2012年度國家科學技術進步獎特等獎。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，至今已經安全運行4年多，表明該項技術已具備推廣應用條件。

如果2020年“三華”特高壓同步方案能夠實現，則既能解決目前制約電網發(fā)展的短路電流超標問題，又能解決東、中部負荷中心嚴重的電壓不穩(wěn)定問題，滿足《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》規(guī)定和《電力事故應急處置和調查處理條例》要求，以及我國經濟社會長期可持續(xù)發(fā)展對電力的需求。

4 特高壓電網風險點辨識

特高壓交流輸電的優(yōu)點是輸電容量大、輸電距離遠、功率損耗低。但特高壓交流輸電網建設需要有一個不斷完善、強化的過程，現階段因網架結構薄弱，不可避免地出現高低壓電磁環(huán)網；風能、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，都給特高壓電網安全穩(wěn)定運行提出了更高要求。

特高壓電網風險主要來自于以下幾方面：

(1)建設初期網架結構薄弱，存在高低壓電磁環(huán)網；

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

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

(4)大規(guī)模直流饋入受端電網，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，由于特高壓電網主要作用是進行區(qū)域電網間功率輸送和互濟，線路長、潮流變化大，會給無功和電壓控制帶來困難。

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

5 特高壓電網運行中的注意事項

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

(1)特高壓電網交流大容量、遠距離輸電特性以及區(qū)域電網電力互濟功能，會引發(fā)系統(tǒng)無功平衡出現特殊性和復雜性。特高壓電網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，需根據不同網架階段計算結果，確定適合的系統(tǒng)無功補償度，合理配置靜態(tài)和動態(tài)無功補償設備，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)伴隨特高壓電網建設進度，應分階段按實際情況進行潮流、靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算分析。對不同網架、不同負荷、不同故障情況下，系統(tǒng)的功角、電壓、頻率安全穩(wěn)定性進行評估。按照計算結果，合理對安穩(wěn)控制裝置進行控制策略優(yōu)化配置和按照一定裕度進行整定，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

6 結束語

特高壓輸電技術是現階段電網發(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互聯方面起著至關重要的作用。我國發(fā)展特高壓電網是負荷中心遠離能源中心的客觀條件決定的，也是滿足國民經濟快速發(fā)展的必然選擇。我國目前已經掌握了特高壓交流輸電核心技術，研發(fā)出滿足技術指標的關鍵設備，對我國發(fā)展交流特高壓輸電起到了技術支撐作用。只要充分認識并對特高壓電網安全穩(wěn)定控制措施進行分階段跟蹤、滾動研究，合理配置和整定安穩(wěn)控制裝置，加強運行監(jiān)控，規(guī)避運行風險，特高壓交流輸電定會助力我國經濟發(fā)展和社會發(fā)展。

1 戴武昌，陳東魁，張 威，等.大容量遠距離交流輸電系統(tǒng)無功平衡及穩(wěn)態(tài)電壓控制[J].電網技術，2013(4).

2 劉振亞，張啟平.國家電網發(fā)展模式研究[J].中國電機工程學報，2013(7).

3 周想凌，劉 勇.特高壓交流試驗示范工程運營情況分析[J].水電能源科學，2013(3).

4 孫興安.我國特高壓交流輸電發(fā)展前景[J].中國高新技術企業(yè)，2013(3).

5 林集明.特高壓交流輸電系統(tǒng)過電壓和絕緣配合研究[R].北京：中國電力科學研究院，2005.

6 張祖平.特高壓交流輸電系統(tǒng)最高運行電壓研究[R].北京：中國電力科學研究院，2005.

7 殷威揚，楊志棟.特高壓直流工程無功平衡和補償策略[J].高電壓技術，2006(9).

8 孫奇珍，蔡澤祥，李愛民，等.500kV電網短路電流超標機理及限制措施適應性[J].電力系統(tǒng)自動化.2009(21).