前言随着国际宠大交流电网中的负荷、电源的发展,它带来经济和社会效益的同时,由於远距离交流输电的增大,严重后果亦日渐显现,一旦发生故障,有可能连锁反应跳闸而失稳,继而可能连锁反应瓦解电网造成大停电。来源:由于华鹏创立的能源与环保微信公众号:imyuhuapeng上世纪为了远距离输电,欧美俄日

首页 > 输配电 > 输变电工程 > 评论 > 正文

特高压交流研究课题24:国际电网技术发展趋势及应用前景研究

2015-07-09 11:38 来源:能源与环保微信 作者: 蒙定中

前言

随着国际宠大交流电网中的负荷、电源的发展,它带来经济和社会效益的同时,由於远距离交流输电的增大,严重后果亦日渐显现,一旦发生故障,有可能连锁反应跳闸而失稳,继而可能连锁反应瓦解电网造成大停电。

来源:由于华鹏创立的“能源与环保”微信 公众号:imyuhuapeng

上世纪为了远距离输电,欧美俄日曾研究应用交流特高压失败,但应用直流输电成功,因而淘汰了交流特高压,联合国文件也为此作了结论。

欧美接受重大停电的经验教训,它们的前景研究和发展就将原有庞大的交流电网以直流隔离分成多个大区,才能彻底保证运行安全,防止再发生重大停电。日本面积不大,但仍分9个大区,就从不发生失稳停电事故。

我国装机已居世界首位,为什么从不发生重大停电,因为按[电力系统安全稳定导则]将全国电网、电源结构实行分层、分区、分散外接电源。国网公司严重违反现行[稳定导则] ,反而要用世界已弃用的交流特高压,将几乎全国早已安全的分区合成一个世界最大的交流大区,必然走上世界重大停电道路。南网按[稳定导则]继续分 2 - 3个大区,广东也东西分两个小区,这才是电网技术发展趋势及应用前景决策。

一.在国际电网发展史中交流特高压是失敗技术,而直流输电成功

回顾上世纪欧美俄日等曾为‘远距离输电’而长时大规模研究交流特高压,前苏联为实现交流1200kV的长距离(1905公里)输电,从1972年起步,4年后建成1公里试验线路,8年后建成设备,10年后才完成调试和开始建设实际工程,13年后才正式投运。在1985—1994的9年运行中,雷击跳闸特多, 电晕损耗特大, 过电压问题特严重,不得不在线路上都装设100%补偿的并联电抗器, 结果最多只能送160万千瓦,实践证明前苏联经历22年也不能解决其技术风险, 又极浪费投资,不得不永远降压500kV运行了。

日本东京电力在1992—1999年建成1000kV线路共426公里, 但未建变电站, 只能500kV运行; 国网公司在国家发改委2005年北戴河召开的“特高压输电技术研讨会”报告称:“根据东京电力的预测,2010年期间南岩木特高压干线有必要升压运行”。而蒙定中在2007年底国际大电网委员会在日本大阪召开的会议中,从东京电力得到的回答是:“接受了教训,不再升压了。”

上世纪欧美俄日为了〈远距离输电〉曾研究“交流特高压”失败,却研究“直流输电”成功。在直流输电技术上成功地应用可控硅代替了水银整流器,从而既安全又经济地达到了‘远距离输电’的目的,结果交流特高压在世界上确无实用价值了。

2005年联合国经济社会部在纽约发表的报告(Multi-DimensionIssues in International Electric Power Grid Interconnections)指出“Voltages as high as1200 kV have been used in Russia for some long-distance lines across Siberia.Above 1000 kV, however, the practical difficulty and expense of equipment andinsulation that can withstand such high voltages becomes prohibitive.交流1200kV曾在俄罗斯的西伯利亚长线路使用,无论如何,超出1000kV时,能承受如此高电压的实际难度、设备和绝缘的代价,都过高而难以采用。” 联合国文件所指包括两个风险:一是技术难度风险,另一是经济代价风险,这是世界上从技术经济上判别交流特高压失败的结论。

此外,联合国文件还从电网结构上指出:“长距离输电应用直流,和交流比较,超出600公里都是直流输电的经济距离,而且直流输电比较安全、可靠,有优良的特点。”联合国文件还指出不同交流电网通过直流联网,可以避免同步网本身运行出现的很多技术问题。又引证损失7000万千瓦的2003年美加大停电事故,任何一处故障都影响整个同步网,同步网愈大、线路愈长、电压崩溃和稳定问题愈严重,更会连锁反应导至全网大停电。

二.“分区”是分割同步网,既解决长距离交流输电的重大缺陷,又防止任何异常、故障或振荡波及邻区

1.电网“分区”首先解决重大停电问题

世界25次重大停电,有21次都是交流长距离输电故障、跳闸连锁反应失稳造成。电网实行合理“分区”将交流长距离输电改为中、短距离,不旦彻底解决输电稳定问题,而且大大提高其输电能力,又防止任何异常、故障或振荡波及邻区而造成重大停电。需要长距离输电则由直流输电完成。

2.电网“分区”全面解决安全、经济问题

保证多回直流馈入不同的分区,区内任何问题都不会影响邻区直流运行;截底解决短路电流超标问题;大大提高分区后由长距离改为中、短距离的交流线路的输电能力;如南网云南“分区”将输出交流改为直流更安全、更提高其输电能力,而且解决南网不安全的交直流并列运行问题;具备跨区域间潮流的可控性。

三.国际电网对电网结构和交流特高压的应用实践及前景

美国以直流隔离分三个区,南部ERCOT区域很小、很安全。东区和西区都是大面积,复杂又不可控的系统结构,相当当时世界上最大的电力容量。由于不同电网和电源都是自由联接,全部电网结构在系统故障时都处於失控局面。结果东部和西部大区各发生三次重大停电,造成世界上最严重的重大停电。 图2表示世界上最严重2003年美加大停电为什么失稳?因为它们系统是一个不可控的负荷转移结构,而且采用不适当的继电保护原理/整定,线路故障后连锁反应地一条条‘连锁跳闸’14次,在安全分析相当经历N-14,直到重负荷叠加在长距离/高阻抗的345/230/345kV串联环路上失稳。

这次大停电还反映了大系统不分区而用交流自由联网的严重性,从图2可见美国和加拿大Ontario通过各级交流电压线联在一起,构成这次失稳环路,是促成这次失稳的结构性原因;如果它们是直流联网,可能可以避免这次失稳;如它们是单回交流联网, 一旦失稳立刻解列, 也停止失稳。由於它们是多回交流紧密相联,构成长距离弱联系环网而失稳,Ontario也遭重大损失:事故前受北美电130万千瓦,占5.6%,事故损失2250万千瓦,占97%,几乎全停。但加拿大魁北克和北美是直流联网,不旦不受影响,反而该直流联到纽约长岛而使当地大停电后很快恢复用电。

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Grid 2030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DC Interconnect 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3)可以说美国才认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4通过交流庞大电网大规模的926万千瓦远距离西电东送。其实2005年欧盟成立欧洲智能电网技术平台, 2006年曾发表了“欧洲电网的未来展望和策略”提出,欧洲将来主要运用直流输电,根本不考虑提高现有的交流380kV电压。后来欧洲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%。

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;日本面积小,37.8万平方公里,近3亿千瓦负荷,用直流或单 (个别双) 回交流500kV联网分为9大区, 结构安全,就不会发生系统失稳停电;1987年东京重大停电是无功不足, 电压崩溃造成。世界重大停电中祗有一次是电源结构安全问题,就是2011年3月11日日本福岛第一核电站早期核堆安全水平低,被地震/海嘯摧毁。

我国装机容量现已居世界首位,除台湾地区一次外,为什么从不发生重大停电?因为用直流分区后, 各区都不是规模庞大的交流同步电网,区内构成坚强负荷中心,更分散外接电源, 结果很安全。上世纪70年代末, 电力部工作组不仅调查分析国内事故, 还分析了全世界大停电,认为:“连锁反应造成大停电的原因——不受控制的宠大交流系统结构”,所以制定了《电力系统安全稳定导则》。改革开放以来,建立了可靠的交/直流、分层、分区的电网结构,分散的外接电源结构和三道防线,系统失稳可能偶而发生,但不能造成大停电;而且由于区间为直流联网, 任一区故障/失稳都不会波及邻区。但国网公司为了垄断,要把30多年建立的已列世界安全首位的我国多个电网分区结构,以世界经历失败的交流特高压将三华甚至所有分区联成一个极不安全又极其浪费的宠大交流电网,就完全违反《稳定导则》<分层><分区>和<分散外接电源>的规定。

我国另一个主管电力部门——南方电网公司决定不采用交流特高压, 而且从电网应用前景研究,继续贯彻《稳定导则》,采用直流将东西长达2000公里的大电网分2 - 3个大区,使500kV交流输电有的改为直流输出,有的远距离输电缩短为中、短距离,更解决原来交直流并列输电的不安全问题,广东电网还计划采用直流分东西两个小区,既解决短路电流超标,又适应更多直流输入的安全问题,这才是电网技术发展英明的决策。

四.1000kV交流特高压不符合世界公认的电网发展趋势和规律

1990年代以前输电方式主要是交流输电,但随着大容量、远距离输电需求的增长,欧美俄日曾研究应用交流特高压失败,提高交流电压的增容效益达不到提高电压倍数的平方,建设成本高,经济效益低。但同时研究应用直流远距离输电成功,其增容效益和经济效益显著,因而淘汰了交流特高压,联合国文件也为此作了结论。

2010年国际大电网会议肯定了特高压直流技术是远距离大容量输电的主流技术。根据国内外工程实踐经验,对于超过600公里的输电工程,采用超高压或特高压直流输电是最佳的选择。

我国30多年来电力发展及安全上现已居世界首位,从不发生重大停电,因为按[稳定导则]将全国电网、电源结构实行分层、分区、分散外接电源,这才是电网技术发展趋势及应用前景决策。

欧美接受我国防止重大停电的经验教训,特别是欧洲就将原有庞大的交流电网以直流隔离分成多个大区,是进一步提高电网运行安全的根本举措,以防止再发生重大停电。总而言之,限制交流同步电网规模,发展同步电网间异步互联,已成为国际电网技术发展的主流趋势。

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!

延伸阅读:

特高压交流研究课题23:全国电网统一计算平台与仿真模型参数研究

特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。

凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
展开全文
打开北极星学社APP,阅读体验更佳
2
收藏
投稿

打开北极星学社APP查看更多相关报道

今日
本周
本月
新闻排行榜

打开北极星学社APP,阅读体验更佳
*点击空白区域关闭图片,
双指拖动可放大图片,单指拖动可移动图片哦