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摘要：“三华”同步电网，就是通过特高压交流网架将我国华北、华东和华中区域电网联接起来形成的特高压同步电网。“三华”同步电网连接北方煤电基地、西南水电基地和华北、华中、华东负荷中心地区，覆盖地理面积约320万平方千米。“三华”特高压同步电网可实现强交、强直、协调发展的电网结构。“三华”同步电网结构合理，安全稳定水平高，抵御严重故障能力强，对我国经济社会发展、优化能源结构、环境保护、节约能源、提高经济效益都有着十分重要的意义。
关键词：三华；特高压；同步；电网
1．我国能源资源和消费分布不均衡
大家知道，目前，我国京广铁路线以东是能源电力消费的主要地区。2010年，中东部地区用电量占全国的69.2%。隨着西部大开发、产业结构调整和转移，未来西部地区用电比重将有所提高，但中东部地区由于基数较大，在今后相当长时期内仍会是全国的电力负荷中心。2020年中东部地区用电量占全国的68.3%（见图10） 。
我国地域辽阔，能源资源和消费分布不均衡，能源资源丰富地区远离经济发达的能源消费中心地区。我国2/3以上的经济可开发水能资源分布在四川、西藏、云南三省区，3/4以上的煤炭资源分布在山西、陕西、内蒙古、宁夏、新疆五省区，陆上风能资源集中分布在华北、东北、西北地区，太阳能资源集中分布在西藏、西北、内蒙古地区。今后我国的能源资源开发主要集中在西部和北部地区，开发重心逐步西移和北移，而东部地区经济持续快速发展，能源需求量大，导致我国能源产地与能源消费地区之间距离越来越远。能源资源和消费中心逆向分布的基本国情，决定了我国能源及电力流动具有跨区域、远距离、大规模的特点，电力输送呈现“西电东送、北电南送”的基本格局。
2．输电比输煤更经济、更环保、效率更高
从能源输送方式看，输煤输电是我国两种重要的能源输送方式，从经济性、能源输送效率、生态环境影响、占地、区域经济协调发展等方面对输煤输电进行了综合比较。从经济性看，输电比输煤更经济。输煤依靠大量的物理搬运，是一种“运动”的能源输送模式，后期运行维护费用高、投入大（搬运、装卸等）；输电是一种“静止”的能源输送方式，线路投产后运行维护费用低。输送相同能量时，输电的年费用是输煤的90%。无论是基于落地电价还是基于输送环节价格进行比较，大型煤电基地的电力通过特高压输送到东中部负荷中心，到网电价比当地煤电标杆上网电价低0.06～0.13元/千瓦时。从环境保护方面来看，输电比输煤更环保。就环境经济损失而言，环境污染给中东部经济发达地区带来的经济损失远大于西部、北部地区。大气污染造成的环境损失主要包括健康损失、农业减产和材料破坏等几部分，其数量与所在大气人口密度、人均GDP呈正相关关系。经研究表明，中东部地区环境污染造成的环境损失大于西部和北部地区，中东部地区的单位二氧化硫排放造成的经济损失是西部和北部地区的4.5倍。从土地资源占用来看，输煤通道占地具有完全排他的特点，输电是能源输送的“空中高速公路”，线路走廊及塔基下土地还能加以利用。输送相同能量时，输煤通道占地是特高压输电的2～4倍，发展特高压输电可以大量节约能源输送环节的占地。综上所述，输电比输煤效率更高。
3．我国电网建设及发展规划
自2004年底以来，国家电网公司上下全体员工通过艰苦奋斗，相继于2009年1月6日成功建设了晋东南—南阳—荆门1000千伏特高压交流示范工程（如图1），已安全运行超过29个月，经受了冰冻、雷击、暴雨、大风、高温等各种气象条件的考验，系统运行稳定，设备状态正常。
2010年7月建成了向家坝—上海800千伏直流输电示范工程（如图3）。到目前已安全运行超过11个月累计送电超过79亿千瓦时，为2010年世博会保电提供了重要保障。这两项工程，虽有力地服务了我国经济社会发展，在世界电网科技领域实现了“中国制造”和“中国引领”这一历史性突破。
2011年，第十一届全国人民代表大会第四次会议审议通过的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，明确提出了能源生产和利用方式变革。随着我国经济建设的快速发展，原有的电网运行模式已远远满足不了社会主义现代化建设的需要。于是，国家电网公司提出建设“资源节约型、环境友好型”社会的要求，贯彻国家能源发展战略，提出“一特四大”战略，就是以大型能源基地为依托，建设有1000千伏交流和±800千伏、±1100千伏直流构成的特高压骨干网架和各级电网协调发展的坚强电网，实施大规模、远距离、高效率输电，促进大媒电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，大范围优化配置能源资源，建设“三华”（华北、华中、华东）特高压同步电网，保证电力的长期稳定供应，更好地满足经济社会发展。
4．建设“三华”同步电网的必要性
4.1我国目前同步电网的格局
目前，华北与华中电网采用1000千伏交流联网；东北与华北电网通过高龄直流背靠背工程实现异步联网，华中与华东电网通过葛洲坝—南桥、龙泉—政平和宜都—华新直流工程实现异步联网；华中与南方电网通过三峡—广东直流工程实现异步联网；西北与华中电网通过灵宝直流背靠背工程、德阳—宝鸡直流工程实现异步联网。全国形成东北、华北—华中、华东、西北、南方五个主要的同步电网。（如图8）各电网间之间为异步联网，对电网的安全稳定运行和可靠供电十分不利。因此，为解决上述问题，提出了“三华”同步电网。
4．2 什么是同步电网？什么是特高压同步电网？什么是“三华”同步电网？
所谓同步电网是指电网中并列运行的发动机以同步功率相互联结、在同一额定频率下运行的电网模式。而特高压同步电网，是指以1000千伏输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电、高压直流输电和配电网构成的分层分区、结构清晰的现代化大电网。以特高压为最高电压等级构建骨干网架的同步电网。“三华”同步电网，就是通过特高压交流网架将我国华北、华东和华中区域电网联接起来形成的特高压同步电网。“三华”同步电网连接北方煤电基地、西南水电基地和华北、华中、华东负荷中心地区，覆盖地理面积约320万平方千米。2015年全国将形成东北、“三华”、西北、南方四个主要的同步电网（见图11）。 4.3“三华”同步电网的安全性是可以保证的。
由于“三华”同步电网采用1000千伏联网，电网联系紧密，等效电气距离仅相当于采用500千伏联网的1/4，电网形态由原来的东北—华中“长链式”优化为更加坚强的华北—华东—华中“团状”结构，与西北、东北、南方三个同步电网之间通过直流联系。在特高压电网规划论证工作中，中国电力科学研究院为充分校验“三华”同步电网的安全性，对各个水平年、各種规划方案、多种运行方式进行了大量的潮流、静态安全性、暂态稳定性、动态稳定性、严重故障校核等仿真计算。结果表明，“三华”同步电网结构合理，安全稳定水平高，抵御严重故障能力强，明显优于500千伏电网，完全满足DL755—2001《电力系统安全稳定导则》的要求。国家电网公司一直把确保电网安全作为发展的基础，作为一切工作的重中之重，高度重视安全控制技术，提高装备水平，在实践中形成了一套保障大电网安全运行的技术和管理措施，特别是坚持电网统一规划、统一调度、统一管理，实现了长期安全运行。今后，随着电网智能控制技术的应用、设备可靠性以及管理水平的提高，特高压大电网将更加安全、可靠。
4.4“三华”同步电网是我国未来电网发展的必然选择。
国家电网公司组织国内权威科研单位，采用数字仿真、定量分析和数模混合仿真实验验证相结合的研究方法，通过多方案对比分析，对500千伏的适应性、同步电网构建模式等重大问题进行了全面、系统的研究。研究以2020年为规划水平年，构建三类不同发展模式的电网方案。（1）500千伏电网方案：大型水、火、风电基地采用直流输送方式，华北、华中、华东主网架为500千伏，电网之间采用直流互联。全国形成六个主要的同步电网。（2）“三华”特高压同步电网方案：建设华北、华中、华东特高压交流同步电网，通过直流与东北、西北、南方电网互联。全国形成四个主要的同步电网。（3）“三华”特高压异步电网方案：华北—华中、华东分别构建特高压同步电网，华北—华中与华东间采用直流联网。全国形成五个主要的同步电网。
对不同方案进行了短路电流控制、安全稳定评估、多馈入直流受端系统支撑能力、系统潮流转移能力、应对连锁反应性严重故障的能力等多方面进行对比分析后表明，由于500千伏功率转移能力较弱，受端电网特别是华东长三角电网，交流系统对直流电压支撑能力不足，交流系统“N—2”故障会导致多回直流闭锁，引发连锁反应，造成大停电。从安全稳定角度来看，500千伏方案不能解决多馈入直流受端系统稳定性与交流电网控制短路电流之间的矛盾，也无法克服500千伏输电通道潮流转移能力不足的本质问题。500千伏电网难以适应我国未来电网的发展。
“三华”特高压异步电网方案虽然能够改善500千伏电网与直流输电规模不匹配的问题，但华东直流馈入数及规模仍较大，不能解决直流系统稳定性与交流电网控制短路电流之间的矛盾。而“三华”特高压同步电网方案：形成了强交、强直、协调发展的电网结构，有效解决了上述问题，较异步方案有明显的技术优势，所以说，“三华”特高压同步电网是我国电网发展的必然选择。
5．结束语：
“三华”同步电网是我国电网发展的必有之路。只有这样，才能解决我国能源基地离负荷地区距离较远问题；只有这样，才能解决强交、强直、协调发展的电网结构问题；只有这样，才能解决不同电网之间的同步问题；只有这样，才能解决由于燃煤而带来的环境问题；只有这样，才能解决我国电网安全问题。我作为一个电业技术人员，有责任、有义务宣传和支持 “三华”同步电网的建设，同时，为“三华”同步电网的早日实现作出自己应有的贡献。
参考资料：
1. “三华”同步电网知识问答 ；
2． DL755—2001《电力系统安全稳定导则》等。
作者简介：
黄伦忠， 助理工程师 技师 兼职培训师 从事变电运行工作。
关键词：三华；特高压；同步；电网
1．我国能源资源和消费分布不均衡
大家知道，目前，我国京广铁路线以东是能源电力消费的主要地区。2010年，中东部地区用电量占全国的69.2%。隨着西部大开发、产业结构调整和转移，未来西部地区用电比重将有所提高，但中东部地区由于基数较大，在今后相当长时期内仍会是全国的电力负荷中心。2020年中东部地区用电量占全国的68.3%（见图10） 。
我国地域辽阔，能源资源和消费分布不均衡，能源资源丰富地区远离经济发达的能源消费中心地区。我国2/3以上的经济可开发水能资源分布在四川、西藏、云南三省区，3/4以上的煤炭资源分布在山西、陕西、内蒙古、宁夏、新疆五省区，陆上风能资源集中分布在华北、东北、西北地区，太阳能资源集中分布在西藏、西北、内蒙古地区。今后我国的能源资源开发主要集中在西部和北部地区，开发重心逐步西移和北移，而东部地区经济持续快速发展，能源需求量大，导致我国能源产地与能源消费地区之间距离越来越远。能源资源和消费中心逆向分布的基本国情，决定了我国能源及电力流动具有跨区域、远距离、大规模的特点，电力输送呈现“西电东送、北电南送”的基本格局。
2．输电比输煤更经济、更环保、效率更高
从能源输送方式看，输煤输电是我国两种重要的能源输送方式，从经济性、能源输送效率、生态环境影响、占地、区域经济协调发展等方面对输煤输电进行了综合比较。从经济性看，输电比输煤更经济。输煤依靠大量的物理搬运，是一种“运动”的能源输送模式，后期运行维护费用高、投入大（搬运、装卸等）；输电是一种“静止”的能源输送方式，线路投产后运行维护费用低。输送相同能量时，输电的年费用是输煤的90%。无论是基于落地电价还是基于输送环节价格进行比较，大型煤电基地的电力通过特高压输送到东中部负荷中心，到网电价比当地煤电标杆上网电价低0.06～0.13元/千瓦时。从环境保护方面来看，输电比输煤更环保。就环境经济损失而言，环境污染给中东部经济发达地区带来的经济损失远大于西部、北部地区。大气污染造成的环境损失主要包括健康损失、农业减产和材料破坏等几部分，其数量与所在大气人口密度、人均GDP呈正相关关系。经研究表明，中东部地区环境污染造成的环境损失大于西部和北部地区，中东部地区的单位二氧化硫排放造成的经济损失是西部和北部地区的4.5倍。从土地资源占用来看，输煤通道占地具有完全排他的特点，输电是能源输送的“空中高速公路”，线路走廊及塔基下土地还能加以利用。输送相同能量时，输煤通道占地是特高压输电的2～4倍，发展特高压输电可以大量节约能源输送环节的占地。综上所述，输电比输煤效率更高。
3．我国电网建设及发展规划
自2004年底以来，国家电网公司上下全体员工通过艰苦奋斗，相继于2009年1月6日成功建设了晋东南—南阳—荆门1000千伏特高压交流示范工程（如图1），已安全运行超过29个月，经受了冰冻、雷击、暴雨、大风、高温等各种气象条件的考验，系统运行稳定，设备状态正常。
2010年7月建成了向家坝—上海800千伏直流输电示范工程（如图3）。到目前已安全运行超过11个月累计送电超过79亿千瓦时，为2010年世博会保电提供了重要保障。这两项工程，虽有力地服务了我国经济社会发展，在世界电网科技领域实现了“中国制造”和“中国引领”这一历史性突破。
2011年，第十一届全国人民代表大会第四次会议审议通过的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，明确提出了能源生产和利用方式变革。随着我国经济建设的快速发展，原有的电网运行模式已远远满足不了社会主义现代化建设的需要。于是，国家电网公司提出建设“资源节约型、环境友好型”社会的要求，贯彻国家能源发展战略，提出“一特四大”战略，就是以大型能源基地为依托，建设有1000千伏交流和±800千伏、±1100千伏直流构成的特高压骨干网架和各级电网协调发展的坚强电网，实施大规模、远距离、高效率输电，促进大媒电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，大范围优化配置能源资源，建设“三华”（华北、华中、华东）特高压同步电网，保证电力的长期稳定供应，更好地满足经济社会发展。
4．建设“三华”同步电网的必要性
4.1我国目前同步电网的格局
目前，华北与华中电网采用1000千伏交流联网；东北与华北电网通过高龄直流背靠背工程实现异步联网，华中与华东电网通过葛洲坝—南桥、龙泉—政平和宜都—华新直流工程实现异步联网；华中与南方电网通过三峡—广东直流工程实现异步联网；西北与华中电网通过灵宝直流背靠背工程、德阳—宝鸡直流工程实现异步联网。全国形成东北、华北—华中、华东、西北、南方五个主要的同步电网。（如图8）各电网间之间为异步联网，对电网的安全稳定运行和可靠供电十分不利。因此，为解决上述问题，提出了“三华”同步电网。
4．2 什么是同步电网？什么是特高压同步电网？什么是“三华”同步电网？
所谓同步电网是指电网中并列运行的发动机以同步功率相互联结、在同一额定频率下运行的电网模式。而特高压同步电网，是指以1000千伏输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电、高压直流输电和配电网构成的分层分区、结构清晰的现代化大电网。以特高压为最高电压等级构建骨干网架的同步电网。“三华”同步电网，就是通过特高压交流网架将我国华北、华东和华中区域电网联接起来形成的特高压同步电网。“三华”同步电网连接北方煤电基地、西南水电基地和华北、华中、华东负荷中心地区，覆盖地理面积约320万平方千米。2015年全国将形成东北、“三华”、西北、南方四个主要的同步电网（见图11）。 4.3“三华”同步电网的安全性是可以保证的。
由于“三华”同步电网采用1000千伏联网，电网联系紧密，等效电气距离仅相当于采用500千伏联网的1/4，电网形态由原来的东北—华中“长链式”优化为更加坚强的华北—华东—华中“团状”结构，与西北、东北、南方三个同步电网之间通过直流联系。在特高压电网规划论证工作中，中国电力科学研究院为充分校验“三华”同步电网的安全性，对各个水平年、各種规划方案、多种运行方式进行了大量的潮流、静态安全性、暂态稳定性、动态稳定性、严重故障校核等仿真计算。结果表明，“三华”同步电网结构合理，安全稳定水平高，抵御严重故障能力强，明显优于500千伏电网，完全满足DL755—2001《电力系统安全稳定导则》的要求。国家电网公司一直把确保电网安全作为发展的基础，作为一切工作的重中之重，高度重视安全控制技术，提高装备水平，在实践中形成了一套保障大电网安全运行的技术和管理措施，特别是坚持电网统一规划、统一调度、统一管理，实现了长期安全运行。今后，随着电网智能控制技术的应用、设备可靠性以及管理水平的提高，特高压大电网将更加安全、可靠。
4.4“三华”同步电网是我国未来电网发展的必然选择。
国家电网公司组织国内权威科研单位，采用数字仿真、定量分析和数模混合仿真实验验证相结合的研究方法，通过多方案对比分析，对500千伏的适应性、同步电网构建模式等重大问题进行了全面、系统的研究。研究以2020年为规划水平年，构建三类不同发展模式的电网方案。（1）500千伏电网方案：大型水、火、风电基地采用直流输送方式，华北、华中、华东主网架为500千伏，电网之间采用直流互联。全国形成六个主要的同步电网。（2）“三华”特高压同步电网方案：建设华北、华中、华东特高压交流同步电网，通过直流与东北、西北、南方电网互联。全国形成四个主要的同步电网。（3）“三华”特高压异步电网方案：华北—华中、华东分别构建特高压同步电网，华北—华中与华东间采用直流联网。全国形成五个主要的同步电网。
对不同方案进行了短路电流控制、安全稳定评估、多馈入直流受端系统支撑能力、系统潮流转移能力、应对连锁反应性严重故障的能力等多方面进行对比分析后表明，由于500千伏功率转移能力较弱，受端电网特别是华东长三角电网，交流系统对直流电压支撑能力不足，交流系统“N—2”故障会导致多回直流闭锁，引发连锁反应，造成大停电。从安全稳定角度来看，500千伏方案不能解决多馈入直流受端系统稳定性与交流电网控制短路电流之间的矛盾，也无法克服500千伏输电通道潮流转移能力不足的本质问题。500千伏电网难以适应我国未来电网的发展。
“三华”特高压异步电网方案虽然能够改善500千伏电网与直流输电规模不匹配的问题，但华东直流馈入数及规模仍较大，不能解决直流系统稳定性与交流电网控制短路电流之间的矛盾。而“三华”特高压同步电网方案：形成了强交、强直、协调发展的电网结构，有效解决了上述问题，较异步方案有明显的技术优势，所以说，“三华”特高压同步电网是我国电网发展的必然选择。
5．结束语：
“三华”同步电网是我国电网发展的必有之路。只有这样，才能解决我国能源基地离负荷地区距离较远问题；只有这样，才能解决强交、强直、协调发展的电网结构问题；只有这样，才能解决不同电网之间的同步问题；只有这样，才能解决由于燃煤而带来的环境问题；只有这样，才能解决我国电网安全问题。我作为一个电业技术人员，有责任、有义务宣传和支持 “三华”同步电网的建设，同时，为“三华”同步电网的早日实现作出自己应有的贡献。
参考资料：
1. “三华”同步电网知识问答 ；
2． DL755—2001《电力系统安全稳定导则》等。
作者简介：
黄伦忠， 助理工程师 技师 兼职培训师 从事变电运行工作。