前言
1965年以来,世界发生25次重大停电(每次负荷损失>800万千瓦),负荷损失占95%的重大停电都发生在发电装机和区域皆为庞大的交流电网结构。其中两者皆庞大的美国重大停电最多(6次),最严重(负荷损失占全部事故损失的29.6%),居世界首位;欧洲过去组成一个宠大又西电东送的交流380kV电网，也发生4次重大停电，巴西和印度也是装机和交流网区域皆宠大造成近1亿千瓦的重大停电。
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中国电力容量近年已占世界首位,除台湾一次外,为甚么从不发生重大停电,因为30多年来贯彻了《电力系统安全稳定导则》。按导则建立了〈分层〉〈分区〉〈分散外接电源〉的〈三分〉电网结构,特别建立了六大区域都不大的分区,区间主要用直流联网,完全防止了重大停电,成为世界上最安全可靠的电网结构。
一.交流同步电网结构是否合理是造成或防止重大停电的关键
表1从世界近半个世纪的实践分析,那些同步电网规模过大,又自由联网,一有故障即连锁反应全区而造成重大停电;我国装机容量不少,但用直流分区后,各同步电网规模都不大,构成坚强负荷中心,更分散外接电源,而不是规模庞大同步电网，结果很安全。
二.欧美对交流同步电网规模的研究
最严重的重大停电发生在美国的东区和西区各3次，图1可见东、西区过大,无规则的交流自由联网的缺点暴露无遗,一旦故障/失稳必将连锁反应到全区,造成严重事故。2003年美国能源部召开两次“国家电网预想会议”,研究了美国电网发展的电网Grid2030年预想计划,主要是建立由东岸到西岸,北到加拿大,南到墨西哥的跨越全国的主要采用超导体技术,电力储存技术和直流输电骨干网架,特别是采用直流将现有的东西区内分更多的区，相当缩小每区的范围。
2008年美国电科院(EPRI)和直流DCInterconnect公司曾研究了美欧重大停电,建议将美国东区应用直流隔离分为四个交流区。同时也适用于美国西区和欧洲。(图2)可以说美国才认识到这是在电网结构上解决重大停电的重要策略，但是至今未有实行。
2006年11月4日欧洲因380kV交流庞大电网而发生重大停电，欧洲通过多回线路西电东送926万千瓦。当其中双回操作断开时，负荷转移使并列的其他线路因距离保护过负荷误动跳闸,使西部缺电,频率降到49Hz,低频减载1700万千瓦负荷。
从世界重大停电事故证明交流电网越庞大越不安全,尤其像图3通过交流庞大电网大规模的926万千瓦远距离西电东送。后来欧洲也接受事故教训，一是采用直流将原庞大的交流大网分很多分区，国际大电网的2014年4月ELECTRA杂志已刊登多年来己采用42套直流将宠大交流网分很多个分区;二是将原来的远距离西电东送的格局逐步改为各国电力自发自用，2014年欧盟各成员国电网互联水平的前景和预测2020年所有成员国均实现装机自发自用，且和邻国互换率至少达到10%。
最近，以研究现代大电网复杂性著称的三位美国学者戴维˙纽曼、本杰明˙卡雷拉斯和伊恩˙多布森在2014年4月出版的《混沌》(Chaos)科学期刊上以“电网规模多大为好?”(Doessizematter?)的标题发表一篇研究报告。研究认为，电网规模并不是越大越好，还根据实验得出了同步电网最优规模，这个研究结果在美国受到有关电网规模的热烈关注。
卡雷拉斯教授通过对美国西部电网的仿真模型实验得出结论，具有500～700个节点的电网可以使互联电网的优势发挥到最大，同时使停电成本降到最低，可谓是最优的电网规模(参见图4)。在仿真模型里，每个节点平均代表的是真实电网里的10个节点，每个节点由一系列发电厂、变电站、变压器等组成，美国西部电网有约16000个节点，研究人员认为，从这个结论可以推出，目前一些电网规模太大。
戴维˙纽曼特别提出，通过异步互联方式可以有效地限制地区电网的停电风险。
基于这些事实，中国区域超高压交流电网向国家统一的交流特高压电网的进一步扩大决不是指向最优规模的方向。交流同步联网的效益随着同步电网的扩大而逐渐消失。
图3电网规模(节点数N)与事故风险率
三.符合科学发展规律的同步电网合理规模
我国现行《电力系统安全稳定导则》规定：“合理分区,以受端系统为核心,将外部电源连接到受端系统,形成一个供需基本平衡的区域,并经联络线与相邻区域相连。”
如过去500kV网由黑龙江经华北、华中联到四川就发生低频振荡，影响东北的北电南送暂态稳定水平降低50万千瓦，2008年底东北-华北间投入背靠背直流就彻底根除了这个问题。交流特高压示范工程将华北-华中相联就出现低频振荡问题，因为两侧发电机群愈多、等价转动惯量愈大、振荡频率愈低、阻尼更弱，低频振荡功率高达20%,只能降低其输送容量到160万千瓦运行。
按中国经验采用直流联网将庞大的交流系统分为若干分区，它不仅达到正常联网效益,还可控制联网潮流;防止一个区的故障/频率崩溃/电压崩溃/失稳振荡波及相邻区;更将范围过大的大区固有的动态和暂态稳定、低频振荡或“连锁跳闸”等一系列复杂问题彻底解决。根据2006年7月1日华中电网失稳事故的大量故障录波分析，华中区唯一对华北区的交流联网在事故过程起了坏作用,不仅促进了华中电网的失稳,而且延误了再同步和恢复运行的时间。所以，区间联网必须用背靠背或长距离直流输电,个别交流联网祗是暂时性措施。
按照联合国经济社会事务局2005年在纽约发表的长达204页的《国际电力联网的多方面要点颁布》指出长距离输电应用直流，还指出不同交流电网通过直流联网，可以避免宠大交流同步网本身运行出现的很多固有技术问题。
(1)大区范围
在直流联网的条件下,多大的交流区域比较合适?它和采用的最高一级电压有关,如交流500kV输电远可达500～600公里,常用200～400公里，由它首先构成一个或几个负荷中心,然后扩及全区。根据上表数据,一个大区的东西/南北距离大约不大於1000公里比较合适，当装机容量逐步增大和更多直流输电馈入时，则采用直流再分区，缩小交流区域范围，不旦解决短路电流超标，又使区内交流输电由远距离改为中、短距离就更安全，再分区后更相应的减少一个区内的直流馈入数量，任一区故障都不会影响邻区直流运行，更保安全。
(2)加强负荷中心/骨干网架
大区内负荷中心应有坚強环网和大机組支持,增大短路容量和惯性;联络各负荷中心的骨干主要是加強大区总体结构，使外接电源对大区接近单机对无穷大;骨干应作负荷中心电力交換，不应长期作单方向的大容量电力传送。
(3)分散外接电源
在负荷中心或区外的远方电源(包括交、直流)不应在电源侧相联,一般应独立直送负荷中心,每一输电走廊电力一般不应大於受端负荷的10%,任一外接电源/线路出问题或失稳,形成单机对无穷大系统的振荡，仅此单机处於送端，其他送端电源皆成为受端，作为受端电源的后盾,使电网更可靠/快速恢复正常运行。
四.国网公司采用交流特高压要将全国合成一个宠大同步电网，不仅极其浪费，更严重破坏我国的同步电网合理规模而步入重大停电
近半个世纪世界实践证明，交流电网不分区或不合理分区(区域仍过大),已造成很多严重大停电,对社会经济和人民生活造成严重影响。30多年来我国已按现行《稳定导则》安全分区,国家电网公司以“一特四大”为指导方针，采用交流特高压要将全国合成一个宠大同步电网，严重破坏我国安全基础，毫无经济效益。现有交流电压可完全满足发展需求，区域范围和现有电压相适应而不过大，加强区内负荷中心和骨干网路,又分散外接电源,完全防止了重大停电,成为世界上安全又经济的电网结构。
预想将来我国大区还宜再有分区,既满足发展需要，将会解决短路电流过大等一系列问题,更为安全可靠;由於历史证实区域不应扩大,有的维持现有范围,有的还将缩小其范围，所以现有的超高压电压完全满足发展需求。对於各大区的外接电源，不超过600公里的外接电源可采用现有交流超高压的点对负荷中心输送;超过600公里采用直流输电。因此，作为网架或外接电源输送都完全没有必要采用交流特高压，何况它在技术原理上有致命弱点，极不安全;在同等距离和输电容量的经济投资比较上,它为交流500kV输电的2.8倍(600公里)，为直流输电的2.84倍(1000公里)和4.24倍(2000公里)，极为浪费。
从技术经济特点上讲，发展交流特高压不仅严重破坏我国按<稳定导则>的安全<分区><分层>规定,而且特别浪费投资。在刘振亚的《特高压交直流电网》一书中称“世界范围内的跨国、跨区互联电网呈现蓬勃发展趋势，联网范围不断扩大”。特别以美国的“Grid2030—电力的下一个100年的国家设想”和欧盟“超级电网”为例加以说明。但在说明中只字不提他们为限制同步电网的扩大，而釆用直流输电技术实现跨国、跨区互联的事实;只字不提欧洲以异步互联方式将已有的各国交流电网融合形成超级电网，实现将目前松散联系的欧洲电力市场构建为欧洲统一电力市场，而借“欧洲统一电力市场”之名推销“必须建设交流特高压电网才能形成中国统一电力市场”的私货。
中国大电网发展应该符合“限制同步电网规模，将事故危害控制在有限范围内，发展同步电网间异步互联”的世界大电网发展的主流趋势。国家电网公司倡导的“三华”交流特高压电网发展之路不仅不是“现代电网的一场革命”而是中国电网发展的大倒退。
中国的电网未来的重点发展方向应该是选择远距离、大容量、高效率的特高压直流输电技术，为完善区域主干电网而应随电源/负荷发展而再分区，更加关注本地控制与减少外部依赖的、以分布式可再生能源为主体的电网建设。
五.我国怎样实现同步电网合理规模?
建议各大区电网结合将来的发展对现有分区结构进行进一步的研究，包括现有电网结构的规模,如何进一步再分区，使之更为合理，更为安全。
1.南方电网再分区已开始步入同步电网合理规模
南方电网东西距离最长(2000公里),以7回直流(2420万千瓦)和8回500kV交流(约输送800万千瓦)线路并列西电东送的输送总容量,接近受端负荷的1/3，远大於分散外接电源一般规定的10%。过去一回直流输电曾发生过双极闭锁，如再发生，输电电力转移到并联的交流回路，有可能造成电压崩溃/失稳，从而失去全部西电东送电力，将引起重大停电。要可靠解决这样的重大问题首先要从电网结构解决，光依靠远方自动切机/解列/切负荷等方法难以保证其可靠性，2006年华中电网事故中，所装设的安全自动装置都未起应有作用，可以说它们祗能作为辅助措施。
南网就是从实现同步电网合理规模来解决,规划主网分2～3区，如实现分3大区后,西电东送广东的500kV交流线路有的改为直流输电,有的等於由长距离改变为中、短距离输电,也解决交直流并列运行的不安全问题，安全重点已由[防止暂态失稳]转为[防止电压崩溃],既能保证交流系统安全,特别是保持愈来愈多的直流输电馈入广东运行安全和短路电流超标问题。
广东直流馈入又快又多,三年来已由五个增至八个逆变站密集珠三角地区，总容量达2560万千瓦,占广东负荷约28%，密集的程度居世界首位,将来还要增加。所以当前和将来的关键是等如何防止长时(绝不能超过1秒)的电压崩溃，否则有像巴西那样造成多回直流站全停的危险，结果全部直流输送功率全部转移到并联的交流500kV线路上而整个南网失稳全停。即使按将来规划南网分三大区,不再会出现交直流并列方式，但广东电网也有全停危险?因此怎样支撑直流多落点?现已成为世界、特别是中国关注的重大问题。所以关键是应用直流将广东电网再分东西两个小区,一是控制500kV电网短路电流水平,既保持足够的动态无功储备,又不超标,适应今后更多的新建发电厂投入运行。二是合理的使各直流输电分别落入不同区,任一区故障祗影响本区直流,更适应将来更多的直流馈入。三是考虑容量最大的一回直流双极闭锁停运,但同时有其他直流和区间背靠背支援,综合损失的电力不超过目前规定的旋转备用6%,不会影响正常运行。同时广东具备继电保护可靠快速切除故障的能力，特别应继续保持无功电力在各级电压网分层分区基本平衡,使各发电机运行力率接近1.0,甚至像沙角C厂和抽水机蓄能等机组在低谷时进相运行，防止长时电压崩溃,导至直流全停的危险。
2.采用直流将〈华东分四大区域电网〉合理规模的论证
从华东2015/2020年电源/负荷规划研究合理的电网结构研究,根据国网公司2012年12月和2013年5月《华东“十二五”电网发展规划》等三个报告，从2015/2020年华东各省市负荷需要和电源规划证明，将来各个省市、包括安徽省都缺电，怎样解决呢?一是继续靠远方直流输电，二是在各城镇负荷中心附近建新电源，各自作到电源/负荷基本平衡，互相之间不需要大规模输电，现有500kV电网已满足要求，根本不需要交流特高压联网。为了解决由於增设发电机组必然出现短路电流超标问题和保证更多直流馈入的安全问题，最经济有效和安全可靠的办法，还是贯彻《稳定导则》，按今后实际需要，釆用直流逐步将华东电网(隔离)异步互联分为四个分区。各区事故互不影响，更不可能同时发生失稳/电压崩溃/频率崩溃瓦解事故。将来用直流隔离分为四大〈分区〉的总投资不超过62亿元,约为华东交流特高压联网静态投资(744亿元)的十二分之一(8.3%),且长远保证今后的运行安全可靠,又经济。
3.各大区结合发展规划也建议对电网合理规模作深入研究
各大区应研究南网再分区的经验，随着电源、负荷的发展，短路电流超标，提高稳定水平-交流长距离输电改为中、短距离，适应多回直流输电馈入，将来有没有必要再分区?总之，我国六大区电网的发展趋势是增加分区,才适应合理规模，更不应建交流特高压联网，反而扩大交流网区规模，从区内装机/电网范围/自由联网方式都走上美国不安全道路;特别不同却更危险的是交流特高压比美国现有超高压更不安全,又极其浪费，可见后果更为严重。
注：本文仅代表作者个人观点,不代表北极星电力网的立场和观点！
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