原電力部生產司教授級高工、國際大電網委員會CIGRE和美IEEE會員

2015年6 月30 日

前言

【電力規劃的基礎方法研究】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生210次大停電事故，電力部針對國內外大停電事故組織生產、規劃、科研人員研究，於1981年頒發《電力系統安全穩定導則》和有針對性的實施直接防止事故的全國《繼電保護四統一》，通過電力規劃使全國電網實施了六大（分區）（分層）和（分散外接電源）結構，30多年結果中國成為世界電網最安全的國家。

由電力規劃設計總院和西南、中南、廣東等院聯合研究華南電網根本不采用交流特高壓，而正確按《穩定導則》以直流將南網分2 - 3大區，廣東也分2個東、西小區，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、電力規劃設計總院卻聽從國家電網指令，違反《穩定導則》將所管轄的五大區，以世界已淘汰的交流特高壓，聯成一個極其浪費又特別不安全的世界最龐大的交流網，必將走上世界重大停電的危險道路。

一．中國電力規劃的歷史成就

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

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

電網規劃還要分散外接電源，任一遠方電源/線路出問題或失穩，形成單機對無窮大系統的振蕩，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，使電網更可靠/快速恢復正常運行。不超過600公里的外接電源規劃采用現有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網區的東西/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還宜再分區, 既滿足發展需要，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；由於實踐證明區域不應過大,有的還將縮小其范圍，所以現有的500kV電壓完全滿足發展需求。

目前大區內有再分區的需要，如南方電網已決定還要以直流隔離分2 - 3個大區并已經能源局批準, 規劃廣東再以直流隔離分東西兩個小區。為適應華東電網發展的需要, 采用直流隔離再分四個大區, 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網更為安全, 投資僅為交特聯網工程的十二分之一。

開放以來，通過電網規劃建立了可靠的交/直流分層分區的電網結構，分散外接電源結構和三道防線，系統失穩可能偶而發生，但不能造成重大停電；而且由於區間為直流聯網，任一區故障/失穩都不會波及鄰區。

二．從世界重大停電論證其電力規劃的發展

有史以來世界共發生25次重大停電（每次損失大於800萬千瓦），其中最嚴重的20次系統穩定破壞是重大停電的關鍵, 一是交流電網過於龐大, 自由聯網, 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的繼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(相當大增系統的綜合聯系阻抗)而發生失穩振蕩。二是當系統發生失穩振蕩時，陸續涉及振蕩的線路也因應用不當的距離保護原理誤動跳閘, 同時發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, 結果系統瓦解大停電。

輸電線路偶而發生故障/跳閘是正常現象，關鍵是電網結構是否合理，將帶來不同的風險，如美國交流區龐大又自由聯網，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；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，直至失穩振蕩；涉及振蕩的線路距離保護和發電機保護又錯誤的不斷連鎖跳閘，直至全網瓦解大停電。又如巴西不分區, 交流區域比美國還大,東西/南北距離長達3200公里,以復雜電壓級230/345/440/500/750kV自由聯網,更易故障連鎖反應,不僅會失穩瓦解,又會電壓崩潰使直流輸電全停。

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

三．今后中國發展的電力規劃原則

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>, 各大區應按電源/負荷發展，再按南方電網以直流再分多個區,華東再以直流分四個區將更安全, 更經濟。

3.  堅持<分層>, 堅決解除電磁環網。

4. 堅持<分散外接電源>的點對網輸電原則。

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就地平衡。