华北—华中—华东特高压同步电网构建和安全性分析
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从受端系统来看，目前中国经济发达地区 500 kV 电网已经遇到走廊紧张、短路电流控制困难 等发展瓶颈，如果仍维持 500 kV 电压等级，将遇到 难以克服的困难。为保证大量电力的消纳，需要加 快建设以特高压为主干网架的坚强受端电网。中国 “电力系统技术导则”也指出：受端系统愈强，愈 有能力接受外部远方大容量坑口电厂和大型水电 基地送入的大量电力。
1 电网发展的客观规律
1.1 国外电网发展趋势 国外的典型电网结构如图 1 所示。回顾世界电
网发展的历史，由于各国家和地区的能源资源分布 不均，能源构成、价格以及负荷需求存在较大的差 异，使得大电网之间互联可获得多项效益，例如：
(a) 北美电网
(b) 原苏联电网
(c) 欧洲电网
(d) 巴西电网
图 1 国外典型电网结构
ZHANG Wen-Liang, ZHOU Xiao-Xin, YIN Yong-Hua, TANG Yong, GUO Qiang
(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)
ABSTRACT: The development trend and domestic and international experience in power grids were summarized. According to the distribution of the energy resources and power consuming centers, the receiving-side grid scale, the higher voltage level and power transmission schemes for North ChinaCenter China-East China synchronous power grid were provided. The principle for constructing the North China-Central ChinaEast China synchronous power grid was also presented. Based on the analysis of the security and stability characteristics of large-scale power systems and mechanism of widespread power blackouts, the security of planned North China-Center China-East China synchronous power grid was studied, and the security of ultra high voltage (UHV) power grid in China was demonstrated.
KEY WORDS: ultra high voltage (UHV); synchronous power grid; security
摘要：总结了国内外电网的发展趋势和经验。结合中国电源 和负荷的分布特点，提出了中国同步电网受端规模、电压等 级、输电方式和华北—华中—华东特高压(ultra high voltage， UHV)同步电网的安全构建原则。分析了大规模同步电网的 安全稳定特性和大电网停电机制，论证了规划中的华北—华 中—华东特高压同步电网的安全性。
据测算，到 2020 年，华北京津冀鲁、华中东 部四省(鄂豫湘赣)和华东电网需要受入电力约 3 亿 kW，其中约 2.5 亿 kW 为未来 10 年新增量[8]。 初步分析，接受这样大规模的电力，同步电网的规 模应在 5 亿~7 亿 kW，而在“十二五”期间，华北 —华中—华东同步电网总装机容量将达到 8 亿 kW 左右，能够适应大规模电力受入和分配的需要。
第 30 卷 第 16 期 2010 年 6 月 5 日
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
Vol.30 No.16 Jun.5, 2010 ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1
文章编号：0258-8013 (2010) 16-0001-05 中图分类号：TM 71 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40
网发展的合理模式进行了研究。中国华中电网水电 比重大，其东部四省能源匮乏；华北电网是纯火电 系统，该地区是中国重要的煤炭基地；华东地区经 济发达，市场空间大。这三大电网互补性强，并且 地理位置毗邻，采用特高压交流形成坚强的华北— 华中—华东同步电网，与东北、西北和南方 3 个电 网采用直流方式实现互联，全国形成 4 个主要的同 步电网。这一发展模式将为促进能源资源的优化配 置和高效利用奠定坚实的物质基础。
Fig. 1 Typical oversea grid structure
2
中国电机工程学报
第 30 卷
通过电能的交易可获取价格较低的清洁能源；可实 现水火电调剂和错峰效益；可实现发电容量互为备 用从而减少装机容量和提高电网供电可靠性等效 益。因此，大电网互联一直是世界各国和地区电网 发展的客观规律，在北美、欧洲、独联体、巴西、 南部非洲、中东等一些国家和地区还出现了跨国互 联的同步电网。 1.2 中国电网发展趋势
因此，构建华北—华中—华东特高压同步电网 是中国电网发展的合理模式。 2.2 电压等级和输电方式选择
1）500 kV 无法承担未来大型能源基地的电力
第 16 期
张文亮等：华北—华中—华东特高压同步电网构建和安全性分析
3
送出和消纳。
未来新增电源距负荷中心距离为 800~3 000 km， 超出了 500 kV 的经济输送距离，系统稳定问题十分 突出，而且送电回路的增加导致占用走廊过多，浪 费土地资源。因此，提高大型电源基地的送出电压 等级势在必行。
1.3 国内外电网发展经验 建设坚强的大电网，能够实现在更大范围内合
理开发资源，提高电能的使用效率和供电的可靠性 与经济性，改善电力系统的安全稳定性能，缓解环 保及运输压力，取得良好的社会经济效益。电网互
联和规模扩大是世界电网发展的客观规律。纵观国 内外大规模互联电网发展的历程，总结了如下经验：
1）联网除了获得输电效益以外，还取得了共 享事故备用和调峰容量、水火互补、跨流域补偿、 提高供电可靠性、资源优化利用等综合效益。
当前中国正处于电网互联发展的重要时期。在 这一时期内，需要通过开发西南水电基地、北方煤 电基地和可再生能源基地，向东部和中部负荷中心 地区送电，促进东、西部协调发展。图 2 为未来中 国的电力流向，预计 2020 年前后国家电网公司特 高压(ultra high voltage，UHV)电网输送容量将达到 3 亿 kW，其中通过百万伏级交流特高压电网传输 的容量约为 1.4 亿 kW[8]。为满足如此大规模电力传 输的要求，必须进一步加强全国联网，这符合世界 电网发展客观规律，而全国六大区域电网全部采用 直流联网的弱交换格局不符合中国电网发展需要。
2）1 000 kV 特高压符合电压升级的客观规律。 按照世界电网发展规律，当系统容量翻 2 番时， 需要考虑引入一个新的电压等级。根据电网电压升 级的一般规律，升级电压是现有最高电压的 2 倍左 右 。 世 界 电 网 电 压 等 级 从 220~275 kV 升 压 到 400~500 kV，后来又引入了 750(765) kV 电压等级， 此后又相继开展特高压输电技术的试验研究，都遵 循这一发展规律。 20 世纪 80 年代以来，西方主要发达国家电力 需求趋缓，系统总规模远未达到翻 2 番的水平，并 且新增大量位于负荷中心地区的气电装机，大大降 低了对远距离、大容量输电技术的依赖。即便如此， 日本在 20 世纪 80 年代末 90 年代初陆续建成同塔 双回 1 000 kV 输电工程，后由于没有负荷需求，处 于降压运行状态。在苏联，从 20 世纪 80 年代开始， 随着大型能源基地的建设，陆续建成的特高压交流 输电线路长度有 2 364 km，后主要由于苏联解体， 特高压交流输电处于停滞状态。 中国自 1982 年第 1 条 500 kV 输变电工程投运 以来，电压等级从 220 kV 升级至 500 kV 已有 28 年 的历史，装机容量从 1982 年的 7 236 万 kW 发展到 目前的超过 8 亿 kW，是当初的 11 倍以上。随着西 部大水电、北方大火电和可再生能源发电基地的开 发建设，远距离、大容量输电的市场前景广阔，仅 依靠交流 500 kV 输电，从技术和经济两方面来看均 是不可行的。因此，中国采用交流 1 000 kV 输电技 术是基于国际上电网发展的实践经验，特别是结合 中国国情所做出的战略选择。 3）特高压交直流输电必须协调发展。 特高压交流输电类似“高速公路”，适用于构
突破现有电压等级电网的能力，因此高一级电压等 级电网的发展是必然的，与之匹配的是同步电网规 模的扩大，但同时不可避免地出现了对未来电网安 全性的考虑。文献[1-7]均论证了中国未来特高压同 步电网的安全性，并提出了保障措施建议。本文遵 循电网发展的客观规律，阐述了中国电网的发展模 式，分析了华北—华中—华东同步电网安全稳定特 性，论证了中国特高压电网的合理性和安全性。
境外来电
东北煤电基地
新疆煤电基地
东北
新疆
送电至华中华东
西北
煤晋电陕基宁地蒙华北华送中电华至东华北荷负
送电至华中 西藏水电
西藏 四川水电 川渝
中
心
上海
华中
华东
金沙江水电 送电至华中华东
台
南方
湾
1
图 2 中国远期电力流向 Fig. 2 Power flow direction in the future
华北—华中—华东特高压同步电网构建和 安全性分析
张文亮，周孝信，印永华，汤涌，郭强
(中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192)
Composition and Security Analysis of “North China-Central China-East China” UHV Synchronous Power Grid
华北—华中—华东同步电网覆盖的地理面积 约 320 万 km2，其装机容量和覆盖面积与北美东部 大同步电网基本相当。华北—华中—华东核心特高 压双环网与目前 500 kV 受端环网的电气距离相 当[9]，但其电力交换能力远高于 500 kV 电网，对电 源和负荷变化的适应性以及抗干扰能力强[10]，可以 充分获取错峰、水火互济、互为备用等联网效益， 降低成本。
关键词：特高压；同步电网；安全性
0 引言
中国电力工业的发展在满足负荷不断增长的 量、质需求基础上，还必须承担资源节约型、环境 友好型社会建设的义务。电网的发展方式是电力工 业能否达到上述目标的关键。受资源、环保、运输、 土地等客观因素制约，电源与负荷间的距离逐渐加 大，电网需要输送的电力规模也逐渐扩大，并逐步
中国电网的互联经历了从省网到区域电网、再 到跨大区电网的发展阶段。从 20 世纪 90 年代初开 始，以 2020 年为目标，中国全面展开了对全国电 网互联的规划研究，加快了实现全国联网的步伐， 中国电网发展开始进入全面实施“西电东送、南北 互供和全国联网”战略工程的阶段。至 2005 年 6 月，全国跨大区互联电网已初步形成，保证了三峡、 二滩等大电站的安全稳定运行，取得了大容量输 电、互为备用、调剂余缺等联网效益，对于缓解长 江三角洲、京津唐和珠江三角洲等地区的电力紧缺 问题发挥了重要作用。
2）跨地区和跨国界联网将使得供电紧张的地 区和国家有机会从相邻电网获得支援，增强电网对 电源、负荷分布及电力市场变化的适应性。
3）互联电网以交流同步联网方式为主，经历 了由初期弱联系到结构逐步加强的阶段，在这一过 程中电网的输送能力和安全稳定控制能力都相应 得到了提高。
2 中国ห้องสมุดไป่ตู้网发展的合理模式
2.1 “三华”同步电网规模 根据中国电网发展的实际情况，对中国同步电
1 电网发展的客观规律
1.1 国外电网发展趋势 国外的典型电网结构如图 1 所示。回顾世界电
网发展的历史，由于各国家和地区的能源资源分布 不均，能源构成、价格以及负荷需求存在较大的差 异，使得大电网之间互联可获得多项效益，例如：
(a) 北美电网
(b) 原苏联电网
(c) 欧洲电网
(d) 巴西电网
图 1 国外典型电网结构
ZHANG Wen-Liang, ZHOU Xiao-Xin, YIN Yong-Hua, TANG Yong, GUO Qiang
(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)
ABSTRACT: The development trend and domestic and international experience in power grids were summarized. According to the distribution of the energy resources and power consuming centers, the receiving-side grid scale, the higher voltage level and power transmission schemes for North ChinaCenter China-East China synchronous power grid were provided. The principle for constructing the North China-Central ChinaEast China synchronous power grid was also presented. Based on the analysis of the security and stability characteristics of large-scale power systems and mechanism of widespread power blackouts, the security of planned North China-Center China-East China synchronous power grid was studied, and the security of ultra high voltage (UHV) power grid in China was demonstrated.
KEY WORDS: ultra high voltage (UHV); synchronous power grid; security
摘要：总结了国内外电网的发展趋势和经验。结合中国电源 和负荷的分布特点，提出了中国同步电网受端规模、电压等 级、输电方式和华北—华中—华东特高压(ultra high voltage， UHV)同步电网的安全构建原则。分析了大规模同步电网的 安全稳定特性和大电网停电机制，论证了规划中的华北—华 中—华东特高压同步电网的安全性。
据测算，到 2020 年，华北京津冀鲁、华中东 部四省(鄂豫湘赣)和华东电网需要受入电力约 3 亿 kW，其中约 2.5 亿 kW 为未来 10 年新增量[8]。 初步分析，接受这样大规模的电力，同步电网的规 模应在 5 亿~7 亿 kW，而在“十二五”期间，华北 —华中—华东同步电网总装机容量将达到 8 亿 kW 左右，能够适应大规模电力受入和分配的需要。
第 30 卷 第 16 期 2010 年 6 月 5 日
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
Vol.30 No.16 Jun.5, 2010 ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1
文章编号：0258-8013 (2010) 16-0001-05 中图分类号：TM 71 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40
网发展的合理模式进行了研究。中国华中电网水电 比重大，其东部四省能源匮乏；华北电网是纯火电 系统，该地区是中国重要的煤炭基地；华东地区经 济发达，市场空间大。这三大电网互补性强，并且 地理位置毗邻，采用特高压交流形成坚强的华北— 华中—华东同步电网，与东北、西北和南方 3 个电 网采用直流方式实现互联，全国形成 4 个主要的同 步电网。这一发展模式将为促进能源资源的优化配 置和高效利用奠定坚实的物质基础。
Fig. 1 Typical oversea grid structure
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中国电机工程学报
第 30 卷
通过电能的交易可获取价格较低的清洁能源；可实 现水火电调剂和错峰效益；可实现发电容量互为备 用从而减少装机容量和提高电网供电可靠性等效 益。因此，大电网互联一直是世界各国和地区电网 发展的客观规律，在北美、欧洲、独联体、巴西、 南部非洲、中东等一些国家和地区还出现了跨国互 联的同步电网。 1.2 中国电网发展趋势
因此，构建华北—华中—华东特高压同步电网 是中国电网发展的合理模式。 2.2 电压等级和输电方式选择
1）500 kV 无法承担未来大型能源基地的电力
第 16 期
张文亮等：华北—华中—华东特高压同步电网构建和安全性分析
3
送出和消纳。
未来新增电源距负荷中心距离为 800~3 000 km， 超出了 500 kV 的经济输送距离，系统稳定问题十分 突出，而且送电回路的增加导致占用走廊过多，浪 费土地资源。因此，提高大型电源基地的送出电压 等级势在必行。
1.3 国内外电网发展经验 建设坚强的大电网，能够实现在更大范围内合
理开发资源，提高电能的使用效率和供电的可靠性 与经济性，改善电力系统的安全稳定性能，缓解环 保及运输压力，取得良好的社会经济效益。电网互
联和规模扩大是世界电网发展的客观规律。纵观国 内外大规模互联电网发展的历程，总结了如下经验：
1）联网除了获得输电效益以外，还取得了共 享事故备用和调峰容量、水火互补、跨流域补偿、 提高供电可靠性、资源优化利用等综合效益。
当前中国正处于电网互联发展的重要时期。在 这一时期内，需要通过开发西南水电基地、北方煤 电基地和可再生能源基地，向东部和中部负荷中心 地区送电，促进东、西部协调发展。图 2 为未来中 国的电力流向，预计 2020 年前后国家电网公司特 高压(ultra high voltage，UHV)电网输送容量将达到 3 亿 kW，其中通过百万伏级交流特高压电网传输 的容量约为 1.4 亿 kW[8]。为满足如此大规模电力传 输的要求，必须进一步加强全国联网，这符合世界 电网发展客观规律，而全国六大区域电网全部采用 直流联网的弱交换格局不符合中国电网发展需要。
2）1 000 kV 特高压符合电压升级的客观规律。 按照世界电网发展规律，当系统容量翻 2 番时， 需要考虑引入一个新的电压等级。根据电网电压升 级的一般规律，升级电压是现有最高电压的 2 倍左 右 。 世 界 电 网 电 压 等 级 从 220~275 kV 升 压 到 400~500 kV，后来又引入了 750(765) kV 电压等级， 此后又相继开展特高压输电技术的试验研究，都遵 循这一发展规律。 20 世纪 80 年代以来，西方主要发达国家电力 需求趋缓，系统总规模远未达到翻 2 番的水平，并 且新增大量位于负荷中心地区的气电装机，大大降 低了对远距离、大容量输电技术的依赖。即便如此， 日本在 20 世纪 80 年代末 90 年代初陆续建成同塔 双回 1 000 kV 输电工程，后由于没有负荷需求，处 于降压运行状态。在苏联，从 20 世纪 80 年代开始， 随着大型能源基地的建设，陆续建成的特高压交流 输电线路长度有 2 364 km，后主要由于苏联解体， 特高压交流输电处于停滞状态。 中国自 1982 年第 1 条 500 kV 输变电工程投运 以来，电压等级从 220 kV 升级至 500 kV 已有 28 年 的历史，装机容量从 1982 年的 7 236 万 kW 发展到 目前的超过 8 亿 kW，是当初的 11 倍以上。随着西 部大水电、北方大火电和可再生能源发电基地的开 发建设，远距离、大容量输电的市场前景广阔，仅 依靠交流 500 kV 输电，从技术和经济两方面来看均 是不可行的。因此，中国采用交流 1 000 kV 输电技 术是基于国际上电网发展的实践经验，特别是结合 中国国情所做出的战略选择。 3）特高压交直流输电必须协调发展。 特高压交流输电类似“高速公路”，适用于构
突破现有电压等级电网的能力，因此高一级电压等 级电网的发展是必然的，与之匹配的是同步电网规 模的扩大，但同时不可避免地出现了对未来电网安 全性的考虑。文献[1-7]均论证了中国未来特高压同 步电网的安全性，并提出了保障措施建议。本文遵 循电网发展的客观规律，阐述了中国电网的发展模 式，分析了华北—华中—华东同步电网安全稳定特 性，论证了中国特高压电网的合理性和安全性。
境外来电
东北煤电基地
新疆煤电基地
东北
新疆
送电至华中华东
西北
煤晋电陕基宁地蒙华北华送中电华至东华北荷负
送电至华中 西藏水电
西藏 四川水电 川渝
中
心
上海
华中
华东
金沙江水电 送电至华中华东
台
南方
湾
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图 2 中国远期电力流向 Fig. 2 Power flow direction in the future
华北—华中—华东特高压同步电网构建和 安全性分析
张文亮，周孝信，印永华，汤涌，郭强
(中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192)
Composition and Security Analysis of “North China-Central China-East China” UHV Synchronous Power Grid
华北—华中—华东同步电网覆盖的地理面积 约 320 万 km2，其装机容量和覆盖面积与北美东部 大同步电网基本相当。华北—华中—华东核心特高 压双环网与目前 500 kV 受端环网的电气距离相 当[9]，但其电力交换能力远高于 500 kV 电网，对电 源和负荷变化的适应性以及抗干扰能力强[10]，可以 充分获取错峰、水火互济、互为备用等联网效益， 降低成本。
关键词：特高压；同步电网；安全性
0 引言
中国电力工业的发展在满足负荷不断增长的 量、质需求基础上，还必须承担资源节约型、环境 友好型社会建设的义务。电网的发展方式是电力工 业能否达到上述目标的关键。受资源、环保、运输、 土地等客观因素制约，电源与负荷间的距离逐渐加 大，电网需要输送的电力规模也逐渐扩大，并逐步
中国电网的互联经历了从省网到区域电网、再 到跨大区电网的发展阶段。从 20 世纪 90 年代初开 始，以 2020 年为目标，中国全面展开了对全国电 网互联的规划研究，加快了实现全国联网的步伐， 中国电网发展开始进入全面实施“西电东送、南北 互供和全国联网”战略工程的阶段。至 2005 年 6 月，全国跨大区互联电网已初步形成，保证了三峡、 二滩等大电站的安全稳定运行，取得了大容量输 电、互为备用、调剂余缺等联网效益，对于缓解长 江三角洲、京津唐和珠江三角洲等地区的电力紧缺 问题发挥了重要作用。
2）跨地区和跨国界联网将使得供电紧张的地 区和国家有机会从相邻电网获得支援，增强电网对 电源、负荷分布及电力市场变化的适应性。
3）互联电网以交流同步联网方式为主，经历 了由初期弱联系到结构逐步加强的阶段，在这一过 程中电网的输送能力和安全稳定控制能力都相应 得到了提高。
2 中国ห้องสมุดไป่ตู้网发展的合理模式
2.1 “三华”同步电网规模 根据中国电网发展的实际情况，对中国同步电