特高压大电网的安全稳定运行性能研究简写

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特高压大电网的运行性能研究2主要内容

一.特高压大电网运行性能研究涉及的主要技术问题

二.构建特高压同步电网的必要性

三.我国同步电网构建方案设想四.特高压电网的运行性能研究

1.特高压电网的潮流计算分析

2.特高压电网的无功补偿研究

3.特高压电网的短路电流水平研究

4.“十二五”初特高压同步电网安全稳定运行性能研究

5.2020年前后特高压同步电网安全稳定运行性能研究五.交直流混合输电系统运行特性研究3

前言鉴于我国能源供需分布的实际情况，需要通过开发西部水电基地和煤电基地，发展远距离大容量输电，向东部和中部负荷中心地区送电，以实现能源资源在全国范围内的优化配置，促进东、西部地区的协调发展。因此，研究和发展具有远距离、大容量输电功能的特高压电网是十分必要的。4

一

特高压大电网运行性能研究涉及的主要技术问题

随着电力系统不断发展，电网日益扩大，电网最高运行电压增高，接入系统运行的发电机组容量增大，电力系统进入了大电网、高电压、大机组的现代大电网阶段。我国电力系统现在也已进入这一阶段。在这一阶段中，一方面取得了更大的发电和输电效益；另一方面也面临着新的挑战，需要加强对各类技术问题的研究。5

一

特高压大电网运行性能研究涉及的主要技术问题

特高压大电网结构、安全稳定性能和相应措施；特高压大电网的过电压和绝缘配合；特高压大电网的无功补偿与电压调节；特高压大电网中各级电压电网的短路电流水平；特高压大电网对继电保护和安全自动装置的要求；特高压大电网与大机组的协调运行；特高压大电网中各电压等级电网的协调发展。

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一

特高压大电网运行性能研究涉及的主要技术问题在上述主要技术问题中，处于核心地位的是如何确保特高压大电网的安全稳定运行问题。就总的方面来说，保证系统安全稳定运行的基本条件有三个：

(1)有一个合理的电网结构；

(2)全面分析电力系统可能发生的各种事故，采取一切可行、合理的措施，保证在事故发生后，电力系统仍能够安全稳定地运行；

(3)当系统失去稳定时，能有预定措施防止出现恶性连续反应，尽可能缩小事故损失，并尽快使系统恢复正常运行。7

二构建特高压电网的必要性

电网互联和规模扩大是由增加电力系统安全和经济综合效益所驱使的，反映了电力工业发展的客观规律，是世界各国和地区电网的发展趋势。在北美、欧洲、独联体、南部非洲、中东等一些国家和地区都出现了跨国互联电网。

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二构建特高压电网的必要性

我国幅员辽阔，但是能源供需极不均衡。我国西部的水力资源占全国84%（其中67%在云川藏），煤炭资源占全国82%（其中2/3集中在晋、陕、蒙西交界的“三西”地区），而能源需求的3/4分布在东部和中部。9

二构建特高压电网的必要性

因而，需要通过开发西南水电基地和“三西”等煤电基地，发展远距离大容量输电，向东部和中部负荷中心地区送电，同时加强西部地区送端电网和中部、东部受端电网的建设，使之协调发展，保证大量电力送得出、用得上。10

二构建特高压电网的必要性

在更大范围内形成交流强联系同步电网，建设坚强的输电通道和受端电网，解决电力输送的受限瓶颈，还可以充分获取联网效益。为实现这一目标，迫切需要加快特高压大电网的建设，形成坚强的全国联网网架。11

三、我国特高压电网构建方案设想

东北-华北-华中电网是一个典型的长链式结构电网，在投运初期，系统中存在0.13HZ左右的弱阻尼超低频振荡模式，影响系统的安全稳定运行。为彻底解决这一问题，规划利用东北-华北原交流联网线路建设直流背靠背工程，将东北与华北实现非同步联网。该工程计划2008年投产。届时东北电网将成为一个独立的同步电网。12

三、我国特高压电网构建方案设想

华中电网水电比重大（约占40％），其东部四省能源匮乏；华北电网是纯火电系统（约占96％），该地区是我国重要的煤炭基地；华东电网以火电为主（约占86％），严重缺能，电力需求旺盛，市场空间大。这三大电网互补性强，采用特高压交流形成坚强灵活的同步电网，将为促进能源资源的优化配置奠定坚实的基础，可以获得错峰、水火互济、互为备用等联网效益，从而减少装机和弃水电量，降低电力成本，也有利于环境容量的合理分配。13

三、我国特高压电网构建方案设想

远景北方煤电和西南水电基地各有约1亿千瓦电力外送，接受这样大规模的电力，需要更大规模的受端电网。按照这一送、受电格局，初步分析同步电网的规模在5亿～7亿千瓦，以适应接受大规模电力送入需要。建设华北-华中-华东特高压同步电网可以满足这一要求。14

三、我国特高压电网构建方案设想

以特高压交流形成华北～华中～华东同步电网，与东北、西北和南方三个电网采用直流方式实现互联，有利于提高互联电网的动态稳定性能。按照此格局，全国形成华北～华中～华东、西北、东北、南方四个主要的同步电网。15

三、我国特高压电网构建方案设想

在具体构建特高压电网时，对典型电网结构进行分析，从中吸取了有益的经验和教训。1.电源集中的远距离交流输电（北美、北欧）比较典型的是瑞典400kV电网和加拿大魁北克735kV电网，特点是水电资源比较集中，又远离负荷中心，于是通过多回并联的线路送电。实践证明，这种结构在出现单一故障时不会有问题，但如出现多重性故障，就可能发生全网性大事故。魁北克1982年12月14日和瑞典1983年12月27日都发生过大停电事故三、我国同步电网构建方案设想

16三、我国特高压电网构建方案设想其主要原因：①输电通道过于集中，未考虑一旦发生多重性故障，如何采取防止连锁反应的措施。②受端系统缺乏大电源的支撑，也没有解列及分割故障区域等措施。17三、我国特高压电网构建方案设想

2.外轮形结构（日本）比较典型的是日本东京电力系统。1955年在东京外围建了154kV外轮线（双回路），远方主力电厂分散接入。此后又升高电压等级建275kV外轮线，因隔了一个东京海湾，所以是开口的双回路环线。1985年前后，为适应电源和负荷增长的需要,在原275kV外轮线外，又建了500kV同杆并架双环外轮主网架，提高外轮线（作为大母线）的通过容量，扩展外轮线的范围。18三、我国特高压电网构建方案设想远方电厂一般都是通过双回路分散直接接入受端环网。上述结构方式奠定了电网安全稳定的良好基础，所以日本近年来没有发生过失去功角稳定的大停电事故。但东京系统1987年7月23日发生过电压崩溃事故。19三、我国特高压电网构建方案设想3.普遍密集型结构（欧州）西欧主要国家的电网首先围绕大城市各自形成受端系统。随后这些受端系统逐步扩大。并且通过联络线与邻近国家相连，形成西欧联合电网。西欧电网400kV网络普遍密集，目前已扩展到东欧国家。20三、我国特高压电网构建方案设想上述结构方式为电网安全稳定提供了较好基础，但也存在不稳定的因素。例如：由于缺乏足够的无功和电压支持，法国1978年12月就发生过电压崩溃性大停电事故。

近几年，由于设备陈旧、系统备用不足，以及在安全控制措施方面存在问题，意大利、英国等都发生过停电事故。21三、我国特高压电网构建方案设想4.多级大环路结构（北美）其特点是经多个电网形成多级大环路结构，其原因是大多数电网互联没有全面的长远规划、自然发展形成的。由于存在电磁环网和多回低压输电线并联送电，潮流难以控制，在重负荷情况下一回故障断开，其余各回易相继过负荷跳开，造成潮流大范围转移，系统电压下降，引起大机组自动退出，导致大面积停电事故的发生。美国东北部和西部WSCC多次大停电事故都暴露了在电网结构方面存在的问题。22三、我国特高压电网构建方案设想5.电源集中的远距离直流输电系统（加拿大）比较典型的如纳尔逊河直流输电系统。它的特点是水电资源在远方，经由二回超高压直流输电线路送电到温尼伯负荷中心受端温尼伯230kV电网与美国中部电网相连，还东联安大略电网，西联萨斯卡彻温电网，形成较大规模的交流电网，使直流单极或双极故障都不会损失负荷。为使两个双极的直流输电系统与受端电网协调运行，进行了详细的研究工作，包括AC/DC相互影响、无功电压支撑、两回直流协调控制，以及对各种不同故障及其组合应采取的措施等，保证了系统的安全运行。

23三、我国特高压电网构建方案设想总结电网发展的经验，在研究特高压电网构建方案时，考虑的基本原则和要求如下：1.对于主网架的基本要求1）安全稳定、可靠灵活、经济合理，具有一定的应变能力；

2）潮流流向合理，力求全网网损最小；3）网络结构简明、层次清晰、贯彻“分层分区”的原则；4）满足规划中电厂电力送出要求。24三、我国特高压电网构建方案设想2.受端电网的规划和建设1）逐步形成以重负荷地区为中心的坚强受端网络，分区供电、合理互备，电压支撑能力强；2）必须保证高一级电压电网的供电容量能可靠地传输给低一级电压电网，应具有合理的容载比。

25三、我国特高压电网构建方案设想

3.电网的无功规划1）电网的无功补偿应按分层分区和就地平衡原则配置，以利于降低电网损耗、有效控制电压质量和提高系统电压稳定性。

2）除满足正常及事故后枢纽点电压要求外，系统应有足够的动态无功备用容量，发电机、调相机及静止无功补偿装置的可利用无功,应能满足最大可能的无功缺额扰动需要，防止系统电压崩溃。

26三、我国特高压电网构建方案设想4.综合控制短路电流为取得合理的经济效益，应从网架设计、电压等级、主结线、变压器容量和阻抗的选择、运行方式等方面，综合控制短路电流，使各级电压断路器的开断电流以及设备的动热稳定电流得到合理配合。27三、我国特高压电网构建方案设想5.关于发电厂(站)接入系统

1）根据发电厂在系统中的地位和作用，不同规模的发电厂应分别接入相应的电压网络。主力电厂宜直接接入最高一级电压电网。2）外部电源分组向受端系统送电,且每组送电回路的最大输送功率所占受端系统总负荷的比例不宜过大,一般建议该比例不超过10%。3)发电机的参数、保护及自动控制系统的选择和定值设定应满足电力系统安全稳定运行的要求。28三、我国特高压电网构建方案设想6.关于变电站布点规划变电站布点以负荷分布为依据，并兼顾电网结构要求和建设条件，统筹考虑,满足送电、供电和电网结构发展的需要，主要考虑分层分区和网架结构优化两个因素，包括：方便电厂接入、构成目标网架等。

29三、我国特高压电网构建方案设想按照上述基本原则和要求，科研和规划设计单位联合研究，建立了包括1000千伏、750千伏、500千伏、330千伏、220千伏各电压等级电网的详细计算数据资料；以建设特高压为重点、各级电压电网协调发展的电网结构为目标，提出了“十二五”初期和2020年前后我国特高压电网的设想方案。30华北南方东北西藏台湾西北陕北煤电陕北石家庄北京东华中280460340100豫北徐州淮南煤电徐州煤电南京330320170无锡南阳300170265150上海华东浙北皖南220440长沙荆州恩施乐山360川西水电蒙西煤电I×武汉220270重庆300晋城电厂一二期三峡地下电站×晋东南360蒙西蒙西煤电III450西宁拉西瓦官亭白银银川东兰州东×宜宾图例500kV交流±800kV级直流百万伏级交流750kV交流哈密煤电安西张掖永登ד十二五”初特高压电网规划图呼盟煤电溪洛渡向家坝330

“十二五”初交流特高压网架将初具规模，建成北京～石家庄～豫北～南阳～荆州～长沙的南北双回路通道和乐山～重庆～恩施～荆州～武汉～皖南～浙北～上海的东西双回路通道。晋东南、陕北、蒙西煤电基地电力和四川水电注入上述通道中。华北、华中、华东通过交流特高压形成环网结构。平凉乾县×31华北南方东北台湾西北陕北煤电陕北蒙西煤电II石家庄北京东华中济南豫北420280240460340100360晋东南徐州淮南煤电徐州煤电330280雅龙江梯级金沙江I期金华川西水电170无锡南阳300170260150上海西北100华东杭北芜湖290440长沙荆州恩施乐山360300川西水电蒙西煤电IV天津南昌唐山青岛120300250300450福州400南京200240300沿海核电沿海电源150蒙西煤电I宁夏煤电蒙西煤电III晋中煤电驻马店武汉沿海核电220270300300锡盟煤电I锡盟煤电II480480连云港沿海核电280160300晋中重庆300450晋东南煤电呼盟煤电沿海核电沿海核电金沙江II期沈阳三峡地下电站上海西南安西永登拉西瓦白银兰州东西宁宁东官亭蒙西锡盟图例500kV交流±800kV级直流百万伏级交流750kV交流张掖雅安西安东靖边蒙西煤电V400470400220260100晋东南煤电II300银川东哈密电厂哈密二、三厂×远东（俄）滁州泰州14045017027070270130150赣州泉州380410170雅江水电

2020年前后，形成以华北、华中、华东为核心，联结我国各大区域电网、大煤电和水电基地、主要负荷中心的坚强电网结构。蒙西、陕北、晋东南、内蒙锡盟、宁夏煤电基地以交流特高压分散接入南北方向多条大通道上，四川水电的部分容量通过东西方向的交流特高压通道向华中和华东输送；在东部受端建设一定容量的支撑电源，主要是沿海核电。平凉乾县渭北东南郊乌鲁木齐主网2020年前后特高压电网规划图×360温州28032四、特高压电网的运行性能研究

为了对特高压电网的运行性能进行充分论证，科研和规划设计单位对特高压电网构想方案进行了详细的潮流、短路电流、小扰动动态稳定和大扰动动态稳定等计算分析工作。33

4.1特高压电网的潮流计算分析

特高压电网将承担西部水电、北部煤电等大规模电力的输送任务，潮流计算结果表明：以特高压为重点的各级电网潮流分布合理;送端和受端系统节点电压水平在正常范围内；电网能够满足各水平年输送电力流的要求

。特高压电网输电线路利用率较高，在典型潮流方式下核心环网输电线输送潮流接近或超过4000MW；线路的输电能力得到充分发挥。

344.2特高压电网的无功补偿研究

结合特高压输电系统的过电压和绝缘配合等研究，对特高压电网的无功补偿方案进行了计算分析。“十二五”初和2020年，通过安装高压电抗器及中性点小电抗，可以将特高压工频过电压和潜供电流限制在规定的范围内；对于特高压短线路，可以通过装设快速接地装置来解决潜供电流问题。在正常运行方式下，通过投切低压无功补偿装置和调节发电机无功出力，可以满足系统调压要求。为提高特高压输送能力，增强电网运行的灵活性以及抵御事故的能力,需要加快可控高抗的研究。35

4.3特高压电网短路电流水平研究“十二五”初水平年特高压电网1000千伏层面短路电流水平可以控制在50千安以内；但是2020水平年部分1000千伏变电站短路电流水平超过50千安，需要采用更大遮断容量的开关设备。“十二五”初水平年，特高压电网形成初期框架结构，对500千伏电网短路电流水平影响不大。2020水平年，特高压网架已较为坚强，能够为500千伏电网合理分区运行提供支撑，可以将500千伏电网短路电流水平限制在63千安以内。364.4特高压电网安全稳定性研究按照我国“电力系统安全稳定导则”规定的三级标准，检验特高压电网的安全稳定性能是否符合导则要求。

第一级标准：对于单一故障，如单相接地短路、三相短路故障（不指电源送出交流线）、直流单极故障（不指电源送出直流线），不采取稳定措施，保证系统安全稳定运行。374.4特高压电网安全稳定性能研究第二级标准：对于或然率小的单一严重故障，例如电源送出交流线路三相短路故障或电源送出直流线路故障，允许采取切机或快关等措施；对于N-2型故障，允许采取切机、切负荷等措施，以保证故障后系统的安全稳定性。38

4.4特高压电网安全稳定性能研究

第三级标准：对于或然率极小的复杂故障，系统发生稳定破坏，要防止事故扩大为系统崩溃，尽可能采取事故处理措施（例如快速解列电网等），减少负荷损失。39

4.4.1“十二五”初特高压电网安全稳定性研究(1)系统小扰动动态稳定性研究通过直流背靠背将东北与华北-华中-华东同步电网隔开，长链形电网结构随之改变，动态稳定水平有很大改善。振荡模式振荡频率阻尼比华北电网相对于华中电网0.192Hz0.1198（强）福建电网相对于华东电网0.418Hz0.1496（强）山东相对于蒙西电网0.439Hz0.0962（强）安徽相对于华东电网0.634Hz0.0328(中等）40

4.4.1“十二五”初特高压电网安全稳定性研究（2）系统大扰动态稳定性研究在华北-华中-华东的特高压环网内，发生三相短路故障，可以保持稳定运行。发生跳双回线故障损失一个特高压交流通道或出现开关单相拒动时，系统可以承受由此产生的功率转移，能够保持稳定运行。41

4.4.1“十二五”初特高压电网安全稳定性研究蒙西、陕北煤电基地和四川水电送出特高压交流线路发生严重故障时，切除送端部分机组，系统可以保持稳定运行。

424.4.22020年前后特高压电网安全稳定性研究（1）系统小扰动动态稳定性研究华北-华中-华东同步电网的动态稳定水平较好，系统中主要的区域间低频振荡模式是川渝电网相对于华北电网：

振荡频率：0.18Hz，阻尼比：0.14，属强阻尼。434.4.22020年前后特高压电网安全稳定性研究（2）系统大扰动动态稳定性研究特高压电网内发生三相故障，系统可以保持稳定运行。特高压同步电网抵御交流严重故障的能力较强，受端线路发生故障失去一个通道（双回线）或开关单相拒动等严重故障时，系统可以保持稳定运行。444.4.22020年前后特高压电网安全稳定性研究送端线路发生故障失去一个通道双回线以及开关单相拒动等故障时，一般情况下通过切除部分送端机组可保持系统稳定，个别线路发生开关拒动故障，需要采取切负荷或解列线路措施。45五.交直流混合输电的运行特性研究5.1交、直流并联混合输电的特点

交、直流并联混合输电的优点是既可发挥交流联网的优势，又可利用直流输电传输功率快速调节的特点来改善系统稳定性，有利于综合发挥交流和直流输电的优势，但要注意的是交流和直流系统的输送能力要有一个恰当的比例，应掌握以下的原则：46五.交直流混合输电的运行特性研究交流线路故障时，能借助于直流系统的功率调制等快速调节功能，保证系统稳定；直流线路故障时，其甩至与之并联交流线上的功率应该不超过系统暂态稳定所能承受的程度。根据上述原则，显然如采用强直流、弱交流的联网方式，不利于系统稳定运行，应予避免。47

五.交直流混合输电的运行特性研究

5.2特高压交直流并联运行系统研究在西部电源基地外送中采用特高压交流与±800千伏级直流相互配合，形成“强交流和强直流”并联输电结构，可以减少对送端发电机组的冲击，提高输电系统的安全可靠性，并为西电东送提供多样化的选择，将有助于改善我国的电网结构。48

五.交直流混合输电的运行特性研究对金沙江水电外送交/直流混合方案的研究结果表明：在川渝电网和华中、华东电网采用特高压交、直流并列运行方式下，特高压交流电网可以承受直流单极闭锁的功率转移，避免频繁切机，减少窝电和弃水，提高水电运行的经济性。当特高压直流发生小概率的双极闭锁故障时，只需切除送端部分水电机组，即可保持系统稳定。49五.交直流混合输电的运行特性研究通过发挥多回特高压直流之间协调控制和紧急功率支援的作用，也有助于减少送端切机数量