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从世界重大停电事故证明交流电网越庞大越不安全,尤其像图3通过交流庞大电网大规模的926万千瓦远距离西电东送。后来欧洲也接受事故教训,一是采用直流将原庞大的交流大网分很多分区,国际大电网的2014年4月ELECTRA杂志已刊登多年来己采用42套直流将宠大交流网分很多个分区;二是将原来的远距离西电东送的格局逐步改为各国电力自发自用,2014年欧盟各成员国电网互联水平的前景和预测2020年所有成员国均实现装机自发自用,且和邻国互换率至少达到10%。
最近,以研究现代大电网复杂性著称的三位美国学者戴维˙纽曼、本杰明˙卡雷拉斯和伊恩˙多布森在2014年4月出版的《混沌》(Chaos)科学期刊上以“电网规模多大为好?”(Doessizematter?)的标题发表一篇研究报告。研究认为,电网规模并不是越大越好,还根据实验得出了同步电网最优规模,这个研究结果在美国受到有关电网规模的热烈关注。
卡雷拉斯教授通过对美国西部电网的仿真模型实验得出结论,具有500~700个节点的电网可以使互联电网的优势发挥到最大,同时使停电成本降到最低,可谓是最优的电网规模(参见图4)。在仿真模型里,每个节点平均代表的是真实电网里的10个节点,每个节点由一系列发电厂、变电站、变压器等组成,美国西部电网有约16000个节点,研究人员认为,从这个结论可以推出,目前一些电网规模太大。
戴维˙纽曼特别提出,通过异步互联方式可以有效地限制地区电网的停电风险。
基于这些事实,中国区域超高压交流电网向国家统一的交流特高压电网的进一步扩大决不是指向最优规模的方向。交流同步联网的效益随着同步电网的扩大而逐渐消失。
图3电网规模(节点数N)与事故风险率
三.符合科学发展规律的同步电网合理规模
我国现行《电力系统安全稳定导则》规定:“合理分区,以受端系统为核心,将外部电源连接到受端系统,形成一个供需基本平衡的区域,并经联络线与相邻区域相连。”
如过去500kV网由黑龙江经华北、华中联到四川就发生低频振荡,影响东北的北电南送暂态稳定水平降低50万千瓦,2008年底东北-华北间投入背靠背直流就彻底根除了这个问题。交流特高压示范工程将华北-华中相联就出现低频振荡问题,因为两侧发电机群愈多、等价转动惯量愈大、振荡频率愈低、阻尼更弱,低频振荡功率高达20%,只能降低其输送容量到160万千瓦运行。
按中国经验采用直流联网将庞大的交流系统分为若干分区,它不仅达到正常联网效益,还可控制联网潮流;防止一个区的故障/频率崩溃/电压崩溃/失稳振荡波及相邻区;更将范围过大的大区固有的动态和暂态稳定、低频振荡或“连锁跳闸”等一系列复杂问题彻底解决。根据2006年7月1日华中电网失稳事故的大量故障录波分析,华中区唯一对华北区的交流联网在事故过程起了坏作用,不仅促进了华中电网的失稳,而且延误了再同步和恢复运行的时间。所以,区间联网必须用背靠背或长距离直流输电,个别交流联网祗是暂时性措施。
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