電力系統技術

到2010年，隨着三峽輸電系統的建成，在我國中部形成沿長江流域，包括川渝、華中、華東電網在內的三峽交直流電力系統，預計總容量接近200GW。與此同時，北方的華北、東北、西北電網實現互聯；南方電網進一步加強。屆時，全國形成北、中、南三大互聯電網的格局。通過它們之間的互聯，預計2020年左右基本實現全國聯網。隨着東部地區核電的建設，西部巨型水電和坑口火電的開發，全國範圍的遠距離輸電和電網互聯得到進一步加強。我國電力系統的發展，是世界電力系統發展的重要組成部分。我國電力系統發展面臨的大容量、遠距離輸電和大電網互聯問題，是我們未來10-20年內要解決的主要問題。環境保護制約和電力體制改革的影響也現實地提上日程，必須引起我們高度重視。面對當今世界和我國電力系統發展的巨大挑戰，我們必須研究開發面向21世紀的先進電力系統技術。傳統技術和電子信息技術、電力電子技術、先進控制理論及技術等高新技術的進步為這一目標的實現提供了堅實可靠的基礎。結合我國實際的具體研究開發目標可有如下四個方面。

一、大容量交/直流輸電技術當前我國的現實任務是提高500kV交流輸電線路的輸送能力，應積極研究500KV同塔雙回或緊湊型線路的技術。在500kv緊湊型線路方面，由華北電力集團公司牽頭組織的工程化研究已取得成果，並應用於實際的線路工程，應積極研究採用線路的串聯電容補償技術。近期陽城一江蘇的500KV線路建設我國第一座500kV串聯電容補償站，對此，希望能進一步實現國產化，並在其他工程上推廣應用。應進一步開展大容量高壓直流輸電的研究。直流輸電以其輸電容量大、穩定性好、控制調節靈活等優點受到電力部門的歡迎。我國除葛-南線於1990年早已投運外，容量為1800MW的天生橋-廣州1500KV直流輸電工程正在建設。三峽-華東的第一條直流輸電線路的建設在積極籌備。可以預見，直流輸電在我國有進一步應用的前景。但在技術上，直流輸電還存在着控制系統技術複雜、與交流輸電系統相配合時可能誘發次同步諧振等問題。對此，還要在交/直流系統相互配合協調方面做大量的試驗研究工作。關於500kV以上交流輸電，是採用800KV(750KV)級還是1000KV級的電壓水平問題，筆者認為應根據實際需要決定。如我國西北電網已建成較強的330kV系統，當前因黃河水電和陝北大型火電的開發和外送，330KV電壓等級已無法滿足輸電的需要，急需提高電壓等級。對330KV系統而言，國外經驗一般認為上一個電壓等級以750KV級較為合適。加拿大魁北克電網於1965年投入其735KV系統；美國AEP電力公司於1969年建成765KV線路，其後巴西伊泰普工程也於80年代建成765kV輸電系統。因此，可以認為750KV電壓級輸電無論設備還是系統都有成熟的技術和經驗。如經論證適合於我國西北電網，則應決策着手開始建設。至於1000Kv特高壓輸電，亦不應排除在我國應用的可能性，特別是對未來金江水電開發大規模外送，亦存在着比直流輸電更為優越的可能性。因此，1000kV級的特高電壓技術，作為技術儲備仍應開展必要的研究。二、靈活交流輸電(FACTS)技術FACTS是電力電子技術在電力系統中應用的重要方面。作為在交流輸電系統中引入的可控制的一次設備，FACTS裝置的應用可實現對交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統的穩定水平。特別是可以實現電力系統動態過程中相量角度的控制，為未來電力系統動態和穩定性控制的新策略提供了必要手段。FACIS技術的概念自80年代後期提出以來，有關學術研究、技術開發和工程實踐已取得大量成果。對此筆者在1995年的一篇文章中曾有論述。自那時以來，FACTS技術的開發和工程應用又有新的發展。具有對電壓、阻抗、相位綜合控制功能的統一潮流控制器(UPFC)的示範工程(並、串聯裝置容量各160MVA)即在美國AEP電力公司投運，其並聯裝置已於1997年建成。我國已開始對FACTS技術進行有系統的研究開發，其中對500kV超高壓輸電線路可控串聯補償(TCSC)的研究取得階段成果。結合伊敏-馮屯500kV輸電線路的研究表明，採用25%串聯補償電容的可控串補裝置，可顯著提高暫態穩定水平和阻尼振盪能力。對我國下一步FACTS技術研究開發的主要目標，筆者認為首先應在前一階段研究工作的基礎上，對TCSC和STATCOM(靜態補償器或稱先進靜止無功補償電源ASVG)進行工程化研究開發、促進實際工程的實施。同時，應開展對具有綜合控制功能的UPFC和IPC(相間功率控制器)的研究開發。對FACTS的系統應用理論，則應進一步開展系統建模和分析、系統控制策略等的研究。三、大電網互聯的運行控制技術大電網互聯及跨國聯網的發展趨勢，連鎖反應穩定性破壞和大面積停電事故的教訓，使人們對大電網互聯運行的控制問題給予了格外關注。國際大電網會議第38、29等7個專業研究委員會曾於1996年專門召開討論會，探討了建立更有效電網的電力系統控制保護的新策略。結合我國電網實際，筆者認為如下研究工作應進一步加強：1．互聯電力系統低頻振盪控制的研究對電網互聯運行安全的最大威脅是運行穩定性的破壞。電力系統穩定按性質可分為三種：功角穩定、電壓穩定和頻率穩定。其中功角穩定又分暫態穩定和系統低頻振盪。