三华特高压同步电网构建及安全性分析

20世纪80年代以来，西方主要发达国家电力需求趋缓，系统总规模远未达到翻2番的水平，并且新增大量位于负荷中心地区的气电装机，大大降低了对远距离、大容量输电技术的依赖。即便如此，日本在20世纪80年代末90年代初陆续建成同塔双回1 000 kV输电工程，后由于没有负荷需求，处于降压运行状态。在苏联，从20世纪80年代开始，随着大型能源基地的建设，陆续建成的特高压交流输电线路长度有2 364 km，后主要由于苏联解体，特高压交流输电处于停滞状态。

中国自1982年第1条500 kV输变电工程投运以来，电压等级从220 kV升级至500 kV已有28年的历史，装机容量从1982年的7 236万kW发展到目前的超过8亿kW，是当初的11倍以上。随着西部大水电、北方大火电和可再生能源发电基地的开发建设，远距离、大容量输电的市场前景广阔，仅依靠交流500 kV输电，从技术和经济两方面来看均是不可行的。因此，中国采用交流1 000 kV输电技术是基于国际上电网发展的实践经验，特别是结合中国国情所做出的战略选择。

(3)特高压交直流输电必须协调发展。

特高压交流输电类似“高速公路”，适用于构建网络，中间可以落点，电力的传输、交换、分配十分灵活;直流输电类似“直达航班”，中间不能落点。中国电力输送整体上体现出从西向东大规模流动、在中部分布落点的格局，特高压交流输电可以方便地适应这种能源输送与消纳格局;若单纯依赖直流输电，则无法适应这一要求。从安全性来讲，直流输电工程必须依托于送、受两端坚强的交流电网才能可靠运行。因此，交、直流输电方式各有所长，本身没有排他性，而是相辅相成的，在电网规划和建设中要注意发挥各自的优势，使2种输电方式各尽所能，相得益彰。

在电源基地外送中采用特高压交流与特高压直流相互配合，形成“强交流和强直流”并联输电结构，可为西电东送提供多样化的选择，将有助于改善中国的电网结构，提高输电系统的安全可靠性。

建设华北—华中—华东大同步受端电网，是接受大容量电力输入和充分取得联网效益的客观需要，其电压等级选择特高压，并推进特高压交直流输电协调发展，是符合电网发展的客观规律的。

3 、特高压同步电网的安全性分析

3.1 同步电网大停电机制

同步电网具有受到扰动后维持系统同步运行的自然特点，从而减轻扰动对系统的影响;同步电网规模越大，共同响应扰动的元件就越多，扰动带来的波动越小，承受能力越强。从大停电概率来看，电网规模较小时，相对较小的扰动可能引发电网事故，进而发展为全网大停电事故，如巴西、马来西亚和印尼等大停电事故;而对于大规模同步电网，抗扰动能力增强，系统的安全稳定性明显提高。

从国外电网近年来发生大面积停电的统计数据和机制看，大面积停电事故的发生，都是由于对单一事故处理不当而引发的。电网崩溃往往是在大电网安全充裕度下降的条件下，由发电、输电设备的连锁反应事故诱发的，都有一定的发展过程，而不是瞬间出现、爆炸性的，从实际演变过程来看，也往往是多种原因导致了功率转移等情况失控，最终大停电。这种事故通过采取正确的控制策略，提高电网的充裕度，切断恶性连锁反应链，将系统状态导向良性的恢复过程，是可以有效控制的。

因此，大停电事故的原因并不在于同步电网的规模大小，而主要可归结为2点：一是电网结构不合理;二是缺乏统一协调控制机制。以美国电网为例，其电网缺乏统一规划，各电网之间的互联是自发形成的，765/345 kV系统与500/220 kV系统交织混联，长距离弱电磁环网普遍存在，造成电网结构混乱，容易发生大范围的负荷转移，引起连锁反应，导致大停电事故频发;另一方面，由于缺乏全网统一的协调控制机制和手段，未能建立可靠的全网安全稳定防线，致使系统中的局部故障不能及时采取措施快速隔离，而逐渐演变成大停电事故。再如近期巴西电网大停电事故暴露出来其在电网结构方面存在缺陷，单一送电通道比例过高，受端电网规模和强度均不足。

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完善的安全防御体系遏制事故的发展，可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。苏联电网是同步大电网安全运行的典范，在1991年苏联解体前，其电力系统没有发生过全网性的大停电事故。

中国电网在安全运行方面有着良好的基础和丰富的经验。中国电网发展滞后是不争的事实，虽然中国1982年就投运了500 kV输电线路，但发展缓慢，电网结构薄弱是造成20世纪90年代以前事故频发的主要原因之一。20世纪90年代以后，随着500 kV主网架的加强，虽然同步电网规模也在逐步扩大，但中国电网再没有发生全网性崩溃事故，主要原因有3个方面：一是中国电网的运行严格遵守《电力系统安全稳定导则》;二是中国电网实行统一规划、统一调度的机制;三是仿真手段的丰富性和计算准确性不断提高，确保了大电网安全稳定防御体系(三道防线)的可靠建立。

综上所述，从同步电网规模和安全性关系、国外大停电发生机制和中国电网运行历史经验来看：大电网承受扰动的能力比小电网显著增强;大电网事故过程是可以有效控制的，大规模同步电网的安全性是可保障的。

3.2 “三华”特高压同步电网构建原则

目前的特高压同步电网初步方案是按《电力系统安全稳定导则》和《电力系统技术导则》的要求构建的，规划的坚强电网结构符合电网分层分区布局原则。

(1)建设坚强的受端电网。在京津冀、华中东部、华东等负荷中心形成特高压环网，如图3所示，与各电压等级电网协调发展，使电网具有强大的交换能力，方便外来电力分散接入，满足电源基地送出电力在受端电网的分配需求，提高系统安全稳定水平。

(2)坚持电源合理分层分区接入系统。送端电源宜直接接入特高压电网，为了解决受端电网的电压支撑问题，保证电网安全，一方面在电网中合理配置无功补偿装置，另一方面受端系统部分大机组宜直接接入特高压电网。图4为2020年送受端电源接入的示意图。