中国能源资源和能源消费很不均衡,能源丰富地区远离经济发达地区,一次能源在地域分布上呈现“北多南少、西多东少”的格局,西南水电基地、西北煤电基地距离中东部地区800～3000多公里。为满足未来经济社会发展和人民生活的用电需求,客观上要求通过坚强的电网,实现能源的大范围资源优化配置。由于现有500千伏电网远距离、大容量输电能力有限,西南部水电基地、西北部煤电基地的电力难以经济高效地输送到负荷密集的中东部地区,造成中东部地区不得不大量建设煤电项目,加剧了煤炭供应、交通运输和环境保护的紧张局面,降低了能源配置效率。因此,建设具有远距离、大容量、低损耗输电能力的特高压输电系统,是中国能源和经济社会协调发展的必然要求,有利于促进大煤电、大水电和大核电基地的集约化开发,优化能源生产和消费布局;有利于西部地区将资源优势转化为经济优势,促进区域经济协调发展;有利于改善电网结构,提高电网的安全性和可靠性;有利于降低电网建设成本,节约土地资源,减轻运输和环保压力,提高运营效率,促进资源节约型和环境友好型社会建设。发展特高压电网是符合中国国情,是实现能源工业可持续发展的重大战略选择,对全面建设小康社会和构建和谐社会具有十分重要的意义,对促进世界电力工业发展也有巨大的推动作用。在前期阶段性研究成果的基础上,本文从全局战略的高度出发,对我国国家电网特高压骨干网架的发展与建设问题进行了研究、论证和规划。主要工作和创新性成果包括以下几个方面:(1)研究定位了特高压交流和直流系统两者各自的适用场合:采用数学分析的方法,对影响交流输电系统输送能力和输送距离的几个主要因素进行了分析,包括同步运行的稳定性、电压和无功控制、串联电容补偿和并联电抗补偿等,并应用了交流输电系统的短路比概念,比较确切地刻划了两端交流系统对交流输电系统运行特性的影响;通过对交直流系统相互作用特性的分析,研究了影响特高压直流输电系统输送能力的主要因素,详细讨论了最大功率曲线和最大可送功率的概念;通过对特高压交流和特高压直流输电方式进行综合评估,定位了两者各自的适用场合。(2)提出了我国跨区西电东送、北电南送电力流向和规模:根据我国能源资源分布特点,结合我国近期各省区域电网用电需求状况,考虑东部市场空间的变化,以及“三西”(即山西、陕西和蒙西)、宁夏、哈密、呼盟煤电基地前期工作等因素,一方面研究了西南水电的战略定位,校核了西南水电开发外送能力;另一方面遵循市场环境下输煤输电并举的发展思路,考虑适时加大大型煤电基地建设力度,研究了“三西”煤电基地向华中、华东送电的可行性;根据新调整的负荷水平和电源规划,对各区域电网进行电力电量平衡分析,提出了全国电力流的合理流向及规模,实现全国范围内的资源优化配置。这部分是规划论证特高压目标网架结构和跨大区联网格局的基础。(3)提出了合理的国家电网特高压骨干网架的规划方案:根据全国电力流的合理流向研究结果,以及对国家电网基本功能的要求,提出了我国特高压中长期目标网架方案,主要包括2010年和2020年两个目标水平年的网架方案;电气计算结果表明,各目标水平年的特高压网架方案线路潮流分布合理,母线电压可控制在允许范围内,任一特高压交流线路的三相故障可保持系统稳定,能满足电力流输送的要求;针对远景煤电基地建设规模和负荷发展的不确定性,对2020年特高压骨干目标网架分别进行了电源和负荷敏感性分析,研究结果证明了所构建的特高压电网将具有较强的适应性和经济性,能够满足我国电力工业的持续健康发展。(4)提出了特高压骨干电网背景下全国同步电网的合理构建方案:在对我国同步电网现状分析的基础上,结合我国特高压电网发展规划,提出了“十二五”初期到2020年前后我国同步电网的构建方案,即建设形成华北—华中—华东特高压同步电网、东北电网、西北电网、南方电网4个主要同步电网;重点分析了特高压同步电网的合理性、技术可行性以及电网综合效益,研究结果表明华北—华中—华东特高压交流同步大电网实现了华北、华中、华东三大电网的紧密互联,具有较高的稳定水平和强大的网间交换能力,可以最大限度地获得负荷错峰、水火互济、互为备用等联网效益,与输煤相比具有较为明显的经济优势。