千伏特高壓是電力改革大倒退
中國(guó)500千伏超高壓區(qū)域電網(wǎng)具有持續(xù)發(fā)展的廣闊空間
完全沒(méi)有必要再建一個(gè)1000千伏交流特高壓電網(wǎng)
原國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)、國(guó)家能源局于2012年10月發(fā)布的《“十一五”電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)情況調(diào)研報(bào)告》(下稱(chēng)《電網(wǎng)調(diào)研報(bào)告》) 稱(chēng)，“從國(guó)際范圍看，電網(wǎng)與中國(guó)情況最為接近的非美國(guó)莫屬。比較說(shuō)明，中國(guó)220千伏及以上電網(wǎng)線(xiàn)路利用率太低，與國(guó)外差距太大，浪費(fèi)嚴(yán)重”。
230～750千伏線(xiàn)路利用率(2010年)
| 裝機(jī)容量
(萬(wàn)千瓦) |
230～750千伏
線(xiàn)路長(zhǎng)度(公里) |
線(xiàn)路利用率
(千瓦/公里) |
中/外線(xiàn)路利用率
比較 |
線(xiàn)路利用率提升到美、日水平后
中國(guó)的裝機(jī)容量(倍/萬(wàn)千瓦) |
|
| 中國(guó) | 96641 | 432110 | 2236 | 中/美53.3% | 1.88倍/181315 |
| 美國(guó) | 113856 | 271598 | 4192 | ||
| 日本 | 7846 | 中/日28.5% | 3.51倍/339091 |
500千伏線(xiàn)路利用率(2010年)
| 接入500千伏系裝機(jī)容量
(萬(wàn)千瓦)/ 占全國(guó)比例 |
500千伏
線(xiàn)路長(zhǎng)度(公里) |
線(xiàn)路利用率
(千瓦/公里) |
中/美線(xiàn)路
利用率比較 |
利用率提升到美國(guó)水平后中國(guó)
500千伏系統(tǒng)裝機(jī)容量(倍/萬(wàn)千瓦) |
|
| 中國(guó) | 62297/70% | 127099 | 4905 | 35.5% | 2.82 /1755484 |
| 美國(guó) | 56928/50% | 41227 | 13808 | 100% | 1.0/56928 |
同直流特高壓相比
交流特高壓輸電在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性方面是最差的
(1) 交特高壓輸電建設(shè)成本最高且沒(méi)有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的輸電距離。
從圖1中可以清晰的得出如下規(guī)律：
a、交流輸電的單價(jià)成本不論電壓高低均隨著輸電距離的增加而增加;反之，直流輸電的單價(jià)成本不論電壓高低均隨輸電距離的增加而減小。
遠(yuǎn)距離、大容量的交流特高壓輸電工程單位成本約為直流特高壓輸電工程的3.7～4.7倍。換句話(huà)說(shuō)，遠(yuǎn)距離、大容量的直流特高壓輸電系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、高效率的輸電系統(tǒng)，其效率約為遠(yuǎn)距離、大容量的交流特高壓輸電系統(tǒng)的3.7～4.7倍。
b、圖1中500千超高壓交流與±500千伏超高壓直流輸電的單價(jià)成本變化趨勢(shì)線(xiàn)在大約600公里處相交，該點(diǎn)稱(chēng)為交、直流輸電的經(jīng)濟(jì)臨界輸送距離。這標(biāo)志著輸電距離在600公里以?xún)?nèi)，采用500千伏超高壓交流輸電比較經(jīng)濟(jì);而超過(guò)600公里釆用超高壓直流輸電比較經(jīng)濟(jì)，而且愈遠(yuǎn)愈經(jīng)濟(jì)。
c、比較圖1中交、直流特高壓建設(shè)單位成本的變化趨勢(shì)來(lái)看，無(wú)論輸電距離多少，交流特高壓的建設(shè)成本永遠(yuǎn)高于特高壓直流;在可能的應(yīng)用輸電距離范圍內(nèi)，交流特高壓建設(shè)成本也遠(yuǎn)高于±500千伏超高壓直流輸電;在500千伏超高壓交流輸電的適用范圍(800公里～900公里)內(nèi)，交流特高壓建設(shè)成本也遠(yuǎn)高于500千伏超高壓交流輸電。這就驗(yàn)證了交流特高壓輸電在任何條件下都沒(méi)有經(jīng)濟(jì)適用的輸電距離，
近距離不如500千伏超高壓交流，中長(zhǎng)距離不如±500千伏或±660千伏超高壓直流，長(zhǎng)遠(yuǎn)距離不如±800千伏特高壓直流。
晉東南-南陽(yáng)-荊門(mén)交流特高壓試驗(yàn)示范工程驗(yàn)證了1000千伏特高壓交流輸電系統(tǒng)相對(duì)于其他輸電系統(tǒng)方案在經(jīng)濟(jì)上是最差的，更無(wú)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
正因?yàn)槿绱?，世界各?guó)幾十年前就棄用交流特高壓遠(yuǎn)距離輸電，而普遍采用直流遠(yuǎn)距離輸電。中國(guó)南方電網(wǎng)和內(nèi)蒙電網(wǎng)規(guī)劃也驗(yàn)證了：采用交流特高壓遠(yuǎn)距離輸電及組網(wǎng)方案比采用特高壓直流遠(yuǎn)距離輸電加超高壓交流加強(qiáng)受端電網(wǎng)的組網(wǎng)方案就貴出2倍以上。
(2) 1000千伏交流特高壓遠(yuǎn)距離大容量輸電除了建設(shè)成本高昂，在其它方面，如線(xiàn)路損耗、占用土地以及環(huán)保等方面也無(wú)經(jīng)濟(jì)性可言。
比較交、直流兩種輸電功率損失的大小最基本的初始條件是在同一個(gè)電壓等級(jí)水平下進(jìn)行，這才能得出客觀公正的結(jié)論。
在輸電功率1200萬(wàn)千瓦、輸電距離2000公里的條件下，±800千伏特高壓直流輸電的功率損失率為1.5%;±1000千伏特高壓直流功率損失率為1%。而1000kV交流特高壓輸電線(xiàn)路的功率損失率為2.3%(投資為±800千伏特高壓直流1.36倍，功率損失卻是±800千伏特高壓直流的1.53倍)。
由此可知，同樣電壓等級(jí)下的交、直流輸電，直流輸電的損耗總是比交流低。但是這還不是最終的結(jié)論。由于影響輸電損耗大小的因素不僅與電壓有關(guān)，更與導(dǎo)線(xiàn)的截面積大小以及在輸送相同有功功率、相同距離的情況下，輸電線(xiàn)回路數(shù)才是決定交、直流輸電功率損失的決定因素，而這些因素最終會(huì)反映在輸電線(xiàn)建設(shè)的總成本上。
直流與交流輸電損失的比較必須緊緊以輸電系統(tǒng)的建設(shè)成本為前提才能得出客觀的結(jié)果。在綜合比較投資的差異后，實(shí)際上電壓比較高的交流輸電損失比電壓低的直流輸電還要高。
圖2表示在輸電距離為2000km、輸電容量為12000MW輸電方式下，不同電壓等級(jí)的AC/DC輸電的建設(shè)費(fèi)用與線(xiàn)路功率損耗的關(guān)系。顯然±800KV的UHVDC輸電線(xiàn)路的建設(shè)費(fèi)用或傳輸損耗都是最低的。
由圖2可知：
a、在輸送同樣功率的情況下，要獲得相同的功率損失率，1000千伏交流特高壓輸電的建設(shè)成本要比±800千伏直流特高壓輸電成本高得多。例如要獲得3%的損失率，交流特高壓輸電的建設(shè)成本要比±800千伏直流輸電成本高達(dá)1.33倍;
b、在輸送同樣功率的情況下，用同樣的投資建成的交流特高壓輸電系統(tǒng)的功率損失率要比直流特高壓輸電系統(tǒng)的功率損失大得多。交流特高壓輸電系統(tǒng)的功率損失率最大的可以為直流特高壓的2.0倍。
因?yàn)橹绷骷芸蛰旊娋€(xiàn)只用兩根，導(dǎo)線(xiàn)電阻損耗比交流輸電小;沒(méi)有感抗和容抗的無(wú)功損耗;沒(méi)有集膚效應(yīng)，導(dǎo)線(xiàn)的截面利用充分。
1000千伏交流特高壓線(xiàn)路的電暈損耗，要比交流超高壓輸電高得多，超高壓輸電的電暈損耗一般為其電阻損耗的20%左右，而交流特高壓線(xiàn)路因?yàn)殡妷旱燃?jí)高，線(xiàn)路所經(jīng)過(guò)的地區(qū)海拔高度和天氣情況復(fù)雜，有資料顯示，在壞天氣下單回路特高壓線(xiàn)路的電暈損耗高達(dá)每公里1600千瓦，而直流架空線(xiàn)路的“空間電荷效應(yīng)”使其電暈損耗和無(wú)線(xiàn)電干擾都比交流輸電線(xiàn)路小得多。
2) 交流特高壓大容量、遠(yuǎn)距離送輸電，輸電線(xiàn)占地面積和消耗鋼材要比交流特高壓多得多。
1,000kV交流線(xiàn)路的走廊為直流輸電線(xiàn)路的2.8～3.3倍，又為同塔雙回500kV緊湊型線(xiàn)路的1.7～1.9倍。國(guó)家電網(wǎng)公司強(qiáng)調(diào)節(jié)省線(xiàn)路走廊是建設(shè)全國(guó)百萬(wàn)伏聯(lián)網(wǎng)的主要理由之一，事實(shí)證明適得其反，1,000kV線(xiàn)路最浪費(fèi)土地資源。此外，在輸送同樣容量的情況下，HVDC鐵塔的規(guī)模要比HVAC鐵塔小得多(參見(jiàn)圖3)。
3) 交流特高壓遠(yuǎn)距離大容量輸電的CO2排放當(dāng)量比直流特高壓遠(yuǎn)距離大容量輸電高1.0倍。
德國(guó)學(xué)者根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 對(duì)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生命周期評(píng)估 (LCA，Life CycleAssessment) 的14040 ff標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展了對(duì)在不同配置下，交直流特高壓輸電系統(tǒng)與420kV交流超高壓系統(tǒng)的生命周期評(píng)估比較研究，及其對(duì)全球暖化潛在的影響。
由圖4可知，±800千伏的特高壓輸電線(xiàn)的建設(shè)導(dǎo)致全球暖化潛在值(以CO2的排放當(dāng)量噸/年表示)是最低的，而1000千伏交流特高壓的CO2的排放當(dāng)量是±800千伏的特高壓輸電的1.0倍。
(3) 同交流輸電相比，直流輸電不提供短路電流，不需要電抗補(bǔ)償，降低系統(tǒng)建設(shè)成本，適合超長(zhǎng)距離送電。
由此可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)在建設(shè)和運(yùn)行實(shí)踐中取得的這些大量數(shù)據(jù)分析可以看出，在遠(yuǎn)距輸電和電網(wǎng)建設(shè)上，交流特高壓技術(shù)的應(yīng)用濫用了國(guó)家大量資源(涉及國(guó)內(nèi)電力、機(jī)械行業(yè)的科研、制造、設(shè)計(jì)、高校等100余家單位近5萬(wàn)人)，不僅技術(shù)不可取，經(jīng)濟(jì)上也處于劣勢(shì)，其建設(shè)成本要比高壓直流輸電高出二倍以上，更嚴(yán)重的是交流特高壓極大地增加了電網(wǎng)發(fā)生連鎖性大停電事故的安全風(fēng)險(xiǎn)。
1000千伏交流特高壓是安全風(fēng)險(xiǎn)最高的
寄生在500千伏超高壓電網(wǎng)上的不穩(wěn)定電網(wǎng)架構(gòu)
(1)將1000千伏交流特高壓輸電能力和輸電距離吹捧為500千伏，交流超高壓輸電的4～5倍是違背電力系統(tǒng)基本原理的胡言亂語(yǔ)。
在送、受端系統(tǒng)不變的情況下，同一條輸電線(xiàn)路在1000千伏運(yùn)行時(shí)的輸電容量PlU與500千伏運(yùn)行時(shí)的輸電容量PlS之比TCR為：
公式一
式中k為500千伏線(xiàn)路阻抗與同長(zhǎng)度1000千伏線(xiàn)路阻抗之比，通常k=4～5;XCU為1000千伏輸電系統(tǒng)綜合阻抗;XCS為500千伏輸電系統(tǒng)綜合阻抗。
由上式可知，因?yàn)檩旊娤到y(tǒng)送、受端系統(tǒng)和特高壓升降變壓器阻抗的存在，1000千伏交流特高壓線(xiàn)路的輸電容量PlU永遠(yuǎn)不可能達(dá)到500千伏交流超高壓線(xiàn)路輸電容量PlS的4～5倍。前者對(duì)后者的比值TCR完全由兩種電壓等級(jí)輸電系統(tǒng)的綜合電抗的比值所決定。
以晉東南-荊門(mén)交流特高壓試驗(yàn)工程為例，晉東南-荊門(mén)交流特高壓線(xiàn)路的最大輸電能力PlU為230萬(wàn)千瓦。
如果將晉東南-荊門(mén)交流特高壓線(xiàn)路降為500千伏電壓運(yùn)行，同樣送、受端系統(tǒng)條件下，同樣距離的超高壓線(xiàn)路最大輸電能力PlS為108萬(wàn)千瓦;這就是說(shuō)，1000千伏特高壓的輸電容量?jī)H為超高壓500千伏運(yùn)行時(shí)的2.13倍，而不是4～5倍。
同樣，在相同導(dǎo)線(xiàn)截面下，1000千伏線(xiàn)路的電氣距離(阻抗)雖然相當(dāng)于500千伏線(xiàn)路1/k(1/5～1/4)，但在輸送相同功率的情況下，由于線(xiàn)路兩端特高壓變壓器的電抗的存在，1000千伏電壓的輸電距離也不是500千伏輸電線(xiàn)輸電距離的4～5倍。
在輸送相同功率Pl的情況下，500千伏輸電距離l500與1000千伏輸電距離l1000的關(guān)系如下：
公式二
式中l(wèi)500、l1000分別為在輸送相同功率Pl條件下，500千伏線(xiàn)路輸送功率Pl時(shí)的允許輸電距離和在此功率Pl條件下1000千伏線(xiàn)路輸電距離;lt =(Xt1+Xt2)/ X0為1000千伏輸電線(xiàn)路兩端升、降壓變壓器短路電抗的等值線(xiàn)路長(zhǎng)度(公里);X0為1000千伏輸電線(xiàn)路單位電抗(Ω/公里) ;Xl1000、Xl500分別為1000千伏輸電線(xiàn)路和500千伏輸電線(xiàn)路的電抗(Ω) 。
由此可知，只要有特高壓變壓器的存在，1000千伏允許輸送的距離永遠(yuǎn)達(dá)不到500千伏允許輸送距離的4～5倍。
當(dāng)晉東南～荊門(mén)特高壓交流試驗(yàn)工程降壓至500千伏運(yùn)行時(shí)，在輸送相同功率230萬(wàn)千瓦的情況下，允許輸送的距離l 500=279公里。特高壓輸電的距離僅是超高輸電距離的2.31倍。主要是因?yàn)樗?、受兩端升、降壓變壓器較大的阻抗，阻抗愈大，交流特高壓輸送的距離愈短。
由上可知，因?yàn)榻涣魈馗邏狠旊娋€(xiàn)路兩端升、降壓變壓器的存在，1000千伏線(xiàn)路的輸電容量永遠(yuǎn)不可能按電壓的平方關(guān)系達(dá)到500千伏輸電能力的 4～5倍;在輸送相同功率的情況下，1000千伏特高壓輸電線(xiàn)路的最遠(yuǎn)送電距離也永遠(yuǎn)達(dá)不到500千伏線(xiàn)路的4～5倍。交流特高壓試驗(yàn)示范工程的數(shù)據(jù)證實(shí)，交流特高壓輸電的能力和輸電距離都不會(huì)超過(guò)500千伏線(xiàn)路的2.5倍。
(2) 1000千伏交流特高壓輸電線(xiàn)路輸電容量為500萬(wàn)千瓦的穩(wěn)定輸電距離約為300公里。
在滿(mǎn)足靜態(tài)穩(wěn)定裕度20%、線(xiàn)路受端電壓降落為5%和線(xiàn)路兩端高壓并聯(lián)電抗補(bǔ)償度為70%的前提下，按照送、受兩端500千伏系統(tǒng)最大允許短路電流50千安計(jì)算，全線(xiàn)安裝40%串聯(lián)電容補(bǔ)償，送、受兩端都裝設(shè)兩組300萬(wàn)千伏安變壓器，可以計(jì)算出1000千伏交流特高壓輸電線(xiàn)路穩(wěn)定輸送500萬(wàn)千瓦的輸電距離約為300公里。
因此，為了遠(yuǎn)距離輸電，必須將長(zhǎng)線(xiàn)路分段為300公里左右的短線(xiàn)路實(shí)行接力送電，在每一分段點(diǎn)必須得到500千伏系統(tǒng)的電壓支持才能保持交流特高壓較高的輸電能力。而接入交流特高壓輸電線(xiàn)路各分段點(diǎn)的每個(gè)500千伏電網(wǎng)的系統(tǒng)強(qiáng)度通常要求達(dá)到短路電流30～50千安水平(電網(wǎng)等效容量約 2600～4330萬(wàn)千瓦)。這種能力一般在大都市負(fù)荷中心才具有。
如果不能達(dá)到這些要求，交流特高壓輸電正常運(yùn)行的設(shè)計(jì)功率就可能落入不安全穩(wěn)定的區(qū)域，電壓穩(wěn)定性也可能受到威脅，示范工程的設(shè)計(jì)功率不能運(yùn)行就是案例。
這些都證明了交流特高壓遠(yuǎn)距輸電和交流特高壓電網(wǎng)是效力十分低下的電網(wǎng)技術(shù)。交流特高壓分段落點(diǎn)輸電的要求不僅威脅電網(wǎng)安全，而且也嚴(yán)重地降低了交流特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性。這也正是交流特高壓遠(yuǎn)距離輸電建設(shè)成本居高不下的主要原因之一。
國(guó)網(wǎng)公司為了掩飾交流特高壓輸電必須“分段落點(diǎn)”的這一固有弱點(diǎn)，偏偏將其美化為交流特高壓可以“靈活落點(diǎn)，而直流輸電卻不能”。問(wèn)題的要害在于，如果沒(méi)有“靈活落點(diǎn)”，交流特高壓就不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量、低效率輸電。
比較直流輸電方式則沒(méi)有這種安全限制：交流特高壓示范工程輸電距離僅645公里，設(shè)計(jì)功率280萬(wàn)千瓦不能運(yùn)行，平時(shí)只能維持200萬(wàn)千瓦運(yùn)行，而向家壩至上海±800千伏直流輸電距離近2000公里，為示范工程的3.1倍;輸電功率高達(dá)700萬(wàn)千瓦已經(jīng)運(yùn)行成功，為示范工程的3.5倍，兩者相比昭然若揭。
(3) 交流特高壓輸電的特性決定了交流特高壓電網(wǎng)必須永遠(yuǎn)依賴(lài)于1000/500千伏電磁環(huán)網(wǎng)的存在，它破壞了500千伏超高壓電網(wǎng)的安全性，擴(kuò)散了電網(wǎng)的脆弱性，成為寄生在500千伏超高壓電網(wǎng)上的怪胎。
1) 特高壓交流線(xiàn)路產(chǎn)生的巨大充電無(wú)功功率隨著線(xiàn)路潮流的變化引起1000/500千伏網(wǎng)架電壓的飄移浮動(dòng)，將增加電壓穩(wěn)定性破壞的風(fēng)險(xiǎn)。
2) 為保證交流特高壓穩(wěn)定的輸電能力，必須在300公里左右就要有500千伏網(wǎng)絡(luò)的支撐，為此構(gòu)成的1000/500千伏電磁環(huán)網(wǎng)，實(shí)際上是上弱(1000千伏網(wǎng)絡(luò))下強(qiáng)(500千伏網(wǎng)絡(luò))，而該電磁環(huán)網(wǎng)自投運(yùn)之日始就基本不能解開(kāi)，1000千伏系統(tǒng)必須寄生在500千伏超高壓系統(tǒng)上才能存活(參見(jiàn)圖5)。
高低壓電磁環(huán)網(wǎng)的存在將使輸電線(xiàn)路的暫態(tài)穩(wěn)定極限大幅度降低。正因?yàn)槿绱?，已建、在建的三條交流特高壓輸電線(xiàn)的輸電功率只能按設(shè)計(jì)值的一半運(yùn)行，極大地降低了原本效率就不高的交流特高壓輸電線(xiàn)的使用率。
(4) 交流特高壓及三華交流特高壓電網(wǎng)引發(fā)連鎖性大停電事故的概率將十余倍地增大。
在圖6中左邊藍(lán)色曲線(xiàn)表示現(xiàn)行中國(guó)“三華”電網(wǎng)中每個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的冪律特性(負(fù)冪指數(shù)-γ =1.401)，形成“三華”交流特高壓電網(wǎng)后的冪律特性接近于美國(guó)東部電網(wǎng)的特性(右側(cè)黑色曲線(xiàn)，負(fù)冪指數(shù)-γ =1. 0)。這樣在發(fā)生同樣損失800萬(wàn)千瓦規(guī)模以上的大停電事故的情況下，“三華”特高壓同步電網(wǎng)發(fā)生事故的概率為現(xiàn)在分區(qū)運(yùn)行情況下發(fā)生事故概率的15倍。
從圖6中，還可以看出，正是由于中國(guó)原有500千伏區(qū)域超高壓電網(wǎng)規(guī)模不大、結(jié)構(gòu)清晰、復(fù)雜性程度不高(負(fù)冪律指數(shù)大) ，發(fā)生800萬(wàn)千瓦以上規(guī)模損失的大停電事故的概率幾乎為零(約0.2%)。因此，安全可靠的分區(qū)分層的清晰電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和適度的超高壓同步電網(wǎng)規(guī)模才是中國(guó)至今未發(fā)生全國(guó)或全大區(qū)范圍的大停電事故的根本原因。
正在積極推行中的“三華”特高壓聯(lián)網(wǎng)，以及特高壓交流聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)難以解決的電磁環(huán)網(wǎng)問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上都會(huì)將中國(guó)原來(lái)安全可靠的直流(個(gè)別弱交流聯(lián)網(wǎng)) 聯(lián)網(wǎng)的分區(qū)分層結(jié)構(gòu)變成一個(gè)分區(qū)不清、難以分層、電力通過(guò)電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)傳送，負(fù)荷任意轉(zhuǎn)移的不安全、不經(jīng)濟(jì)、不環(huán)保的龐大的、更加復(fù)雜的交流同步電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這樣的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)危害深遠(yuǎn)。
同步電網(wǎng)間的
異步互聯(lián)是世界現(xiàn)代大電網(wǎng)發(fā)展的主流趨勢(shì)
從世界范圍看，世界上不斷發(fā)生的大停電事故給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)生活帶來(lái)的嚴(yán)重后果，以及世界性的能源危機(jī)的逼近和人類(lèi)對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)新能源的廣泛開(kāi)發(fā)和安全利用寄以巨大的希望。電網(wǎng)間實(shí)施同步互聯(lián)的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)受到安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等條件的制約。同步電網(wǎng)不是電壓愈高、容量愈大愈安全，必須控制同步電網(wǎng)規(guī)模。這樣才能有效地控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和脆弱性的擴(kuò)散。
圖7表示按年度順序美加電網(wǎng)、歐洲電網(wǎng)、其它國(guó)家電網(wǎng)發(fā)生重大停電事故次數(shù)所占各相應(yīng)電網(wǎng)總事故次數(shù)的百分比(%)變化趨勢(shì)。
世界電網(wǎng)大停電事故的發(fā)生日漸增加，其直接的原因可能是災(zāi)害性天氣或人為失誤，但事故的擴(kuò)大基本上是電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)張導(dǎo)致的復(fù)雜性和脆弱性所致。
電網(wǎng)隨著復(fù)雜性的增加而導(dǎo)致的系統(tǒng)脆弱性同時(shí)迅速擴(kuò)散，在包括災(zāi)害天氣或一個(gè)看起來(lái)“微不足道”的干擾下，所有積累的脆弱性，如電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，維修欠佳和不確定性的干擾和/或近臨界狀態(tài)的緩慢變化都可能被“激活”，從而導(dǎo)致更加嚴(yán)重甚至連鎖性事故的發(fā)生。
(1) 為將事故危害盡量控制在有限范圍內(nèi)，限制同步電網(wǎng)規(guī)模，發(fā)展同步電網(wǎng)間異步互聯(lián)，已成為世界大電網(wǎng)發(fā)展的主流趨勢(shì)。
現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步是一把雙刃劍。它給電網(wǎng)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí)，隨著互聯(lián)電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，其嚴(yán)重后果亦日漸顯現(xiàn)：
1)互聯(lián)電網(wǎng)內(nèi)各子電網(wǎng)EPS/ICS/MCS間相互依賴(lài)性日趨嚴(yán)重，電力系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)的控制和通信系統(tǒng)的任何一個(gè)脆弱部位都會(huì)遭到人為或自然的攻擊，而導(dǎo)致電力系統(tǒng)災(zāi)難性事故的發(fā)生;
2)隨電力市場(chǎng)發(fā)展，網(wǎng)間潮流交換頻度及數(shù)量將急劇增加，迫使電網(wǎng)經(jīng)常運(yùn)行在趨于極限的臨界態(tài);
3)信息交換及信息量大幅增加，自動(dòng)化系統(tǒng)及其管理更為復(fù)雜，事故風(fēng)險(xiǎn)增大。
(2) 限制同步電網(wǎng)規(guī)模、降低電網(wǎng)復(fù)雜性、發(fā)展同步電網(wǎng)間異步互聯(lián)更有利于能源資源優(yōu)化配置和新能源的廣泛開(kāi)發(fā)和安全利用，是當(dāng)今世界在安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等條件制約下各國(guó)發(fā)展大電網(wǎng)的最佳選擇，更是提高電網(wǎng)安全性和生存性，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)國(guó)家電網(wǎng)的重大戰(zhàn)略舉措。
在《特高壓交直流電網(wǎng)》一書(shū)中稱(chēng)“世界范圍內(nèi)的跨國(guó)、跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展趨勢(shì)，聯(lián)網(wǎng)范圍不斷擴(kuò)大”。特別以美國(guó)和歐盟的“Grid 2030”和“Super grid”為例加以說(shuō)明。但在說(shuō)明中只字不提他們?yōu)橄拗仆诫娋W(wǎng)的擴(kuò)大，而釆用直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨國(guó)、跨區(qū)互聯(lián)的事實(shí);只字不提歐洲以異步互聯(lián)方式將已有的各國(guó)交流電網(wǎng)融合形成超級(jí)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)將目前松散聯(lián)系的歐洲電力市場(chǎng)構(gòu)建為歐洲統(tǒng)一電力市場(chǎng)，而借“歐洲統(tǒng)一電力市場(chǎng)”之名推銷(xiāo)“必須建設(shè)交流特高壓電網(wǎng)才能形成中國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)” 的私貨。
1)美國(guó)電力改革的綱領(lǐng)性文件——《電網(wǎng)2030-電力下一個(gè)100年國(guó)家愿景》(GRID 2030)明確提出，以大容量高壓直流輸電線(xiàn)路及高溫超導(dǎo)輸電系統(tǒng)建立跨接美國(guó)東西海岸骨干環(huán)形網(wǎng)及其聯(lián)接支路的宏偉計(jì)劃，從而解決美國(guó)百年來(lái)形成的復(fù)雜交流自由聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)法解決的根本問(wèn)題。
為了降低電網(wǎng)的復(fù)雜性，提高電網(wǎng)的安全性，美國(guó)電力科學(xué)研究院EPRI和直流互聯(lián)公司DC Interconnect Co。研究了美歐多次重大停電的教訓(xùn)，建議實(shí)施改造舊電網(wǎng)的“綠色計(jì)劃”，采用“電網(wǎng)分割技術(shù)”，將美國(guó)規(guī)模巨大的東部同步電網(wǎng)(7.55億千瓦)用直流分隔為4個(gè)交流區(qū)，西部同步電網(wǎng)(2億千瓦) 用直流分隔為2個(gè)交流區(qū)。
2) 日本學(xué)者對(duì)日本的關(guān)西、中國(guó)、九州、四國(guó)的串行電力系統(tǒng)進(jìn)行的研究表明，若通過(guò)在關(guān)西與中國(guó)、中國(guó)與九州、九州與四國(guó)、四國(guó)與關(guān)西間采用直流方式連接，將可大大抑制短路電流，并實(shí)現(xiàn)小系統(tǒng)向大系統(tǒng)的輸電，還可以極大地提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。
3)作為歐盟FP6框架計(jì)劃的一部分，由歐盟提出了以HVDC技術(shù)連接各國(guó)已有的交流電網(wǎng)，建設(shè)一個(gè)可使可再生能源電力遠(yuǎn)距離傳輸?shù)拇笠?guī)模的“超級(jí)電網(wǎng)”(super grid，SG) 和超級(jí)智能電網(wǎng)(super smart Grid，SSG)的構(gòu)想。以實(shí)現(xiàn)
充分利用非洲北部沙漠地區(qū)豐富的太陽(yáng)能和風(fēng)能資源，滿(mǎn)足地中海地區(qū)和歐洲大陸的電力需求SSG實(shí)際上是分布式和小型設(shè)施構(gòu)成的去中央化的可再生電力為主的區(qū)域性智能電網(wǎng)與超級(jí)電網(wǎng)相結(jié)合的產(chǎn)物。
超級(jí)智能電網(wǎng)SSG的基本架構(gòu)是新建密集的HVDC線(xiàn)路，以異步互聯(lián)方式將已有的各國(guó)交流電網(wǎng)融合形成超級(jí)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)將目前松散聯(lián)系的歐洲電力市場(chǎng)構(gòu)建為歐洲統(tǒng)一電力市場(chǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)北非國(guó)家與歐洲電網(wǎng)的互聯(lián)，使電力系統(tǒng)更加可靠、電價(jià)更為低廉。
在面臨核電站將要關(guān)閉，進(jìn)一步擴(kuò)大風(fēng)能、太陽(yáng)能及再生能源的開(kāi)發(fā)和傳輸范圍的情況下，德國(guó)運(yùn)營(yíng)商在2014年年初公布了一系列相配套的以±400千伏高壓直流為主的輸電工程，例如為解決北部風(fēng)電向南部負(fù)荷中心送電的、長(zhǎng)800公里的“南部鏈接”工程，德國(guó)運(yùn)營(yíng)商明確宣布，他們不采用 1000 千伏特高壓交流輸電技術(shù)，而釆用超高壓直流，因?yàn)?strong>特高壓輸電資本要求太高。運(yùn)營(yíng)商們正在考慮將一些現(xiàn)有的交流輸電線(xiàn)路改造為直流輸電，以提高他們的輸電能力。
4)中國(guó)南方電網(wǎng)也將控制同步電網(wǎng)規(guī)模作為提高電網(wǎng)安全性和生存性的重要戰(zhàn)略措施。到2020年，現(xiàn)有的南網(wǎng)五省(區(qū))同步電網(wǎng)將逐步形成規(guī)模適中、結(jié)構(gòu)清晰、相對(duì)獨(dú)立的2個(gè)同步電網(wǎng)。其中以云南省電網(wǎng)為主體形成送端同步電網(wǎng)，其余4省(區(qū))電網(wǎng)形成一個(gè)同步電網(wǎng)?！兑?guī)劃》中，南方電網(wǎng)將主要采用直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域送電。
5) 2005年9月美國(guó)IEEE大會(huì)中，俄國(guó)科學(xué)院 L.S.Belyaev, 在《東亞電力基礎(chǔ)設(shè)施的前景》(Prospectsof Electricity Infrastructure in East Asia)論文中，提出一個(gè)為節(jié)省能源的亞洲聯(lián)網(wǎng)方案，聯(lián)網(wǎng)區(qū)域包括俄、蒙、中、日、南韓、北朝鮮，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)輸電距離為470～3500km，全部用±500kV或±600kV直流輸電聯(lián)網(wǎng)，再也不提前蘇聯(lián)時(shí)期的交流特高壓了。這充分說(shuō)明將來(lái)世界電網(wǎng)的發(fā)展是直流輸電愈來(lái)愈廣泛了，特別用於遠(yuǎn)距離輸電和交流電網(wǎng)間互聯(lián)，根本不需要交流特高壓了。
6) 構(gòu)建分布式和小型設(shè)施構(gòu)成的去中央化的可再生電力(太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源和可再生能源)為主的區(qū)域性智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)是保障社會(huì)基本用電、解決偏遠(yuǎn)地區(qū)和居民分散區(qū)用電以及應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下保持電網(wǎng)的生存性的最佳方案。
建設(shè)采用新能源供電的小型微電網(wǎng)，能夠解決偏遠(yuǎn)地區(qū)和居民分散區(qū)的用電問(wèn)題。在印度，約有40%的人口生活在電網(wǎng)觸及不到的地方。印度能源部門(mén)稱(chēng)，作為一項(xiàng)長(zhǎng)期解決方案，微電網(wǎng)是印度嶄新能源革命的重要組成部分。
在印度，目前幾乎所有的小型微電網(wǎng)都是由太陽(yáng)能供電的，但也有20到30個(gè)微型電網(wǎng)是由水電站和生物質(zhì)電站供電的。據(jù)保守估計(jì)，迄今為止，小型微電網(wǎng)至少為印度12.5萬(wàn)戶(hù)家庭提供了電力。
2003年“8.14”北美大停電事故讓美國(guó)東部大面積陷入一片黑暗之中，但一個(gè)一個(gè)裝備有分布式能源系統(tǒng)的企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院和政府機(jī)構(gòu)卻在 “大停電”中一片燈火輝煌，顯示了電網(wǎng)應(yīng)有的頑強(qiáng)的生存性。而國(guó)網(wǎng)公司實(shí)施的以交流特高壓遠(yuǎn)距離大容量輸電為核心的“一特四大”戰(zhàn)略在自然災(zāi)害和戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下都是無(wú)能為力的，更不能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)和居民分散區(qū)的用電問(wèn)題。
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