由于大部分電網(wǎng)都是從早期簡單的電力系統(tǒng)發(fā)展而來的,線路走廊、負荷點和電源點的分布,經(jīng)濟和社會條件的變化,技術水平的提高和資金上的約束,均會對電網(wǎng)結構的形成產(chǎn)生影響。因此,合理電網(wǎng)結構的形成,首先要有一個合理的電網(wǎng)規(guī)劃??梢赃@樣說,合理的電網(wǎng)結構是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的物質(zhì)基礎,而合理的電網(wǎng)規(guī)劃是這個基礎的基礎。
發(fā)達國家對電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計有一個指導性的文件,即可靠性準則,其中規(guī)定了大電網(wǎng)可靠性的六個基本目標,即提供足夠的容量來滿足系統(tǒng)的需求、保持系統(tǒng)安全、保持系統(tǒng)完整、限制系統(tǒng)的瓦解的范圍、提高系統(tǒng)恢復的速度、具有戰(zhàn)略上的適應能力。只有滿足了上述六點基本要求的電力系統(tǒng)規(guī)劃,才可稱得上是一個合理的、好的規(guī)劃。為了達到電網(wǎng)安全可靠這一目標,歐美等發(fā)達國家一般都在電網(wǎng)的規(guī)劃和運行,用了較高的安全穩(wěn)定運行標準,在電網(wǎng)建設上投稿了巨資,形成了密集的網(wǎng)絡結構。
電力工業(yè)部頒布的《安全穩(wěn)定導則》,從安全穩(wěn)定運行的角度,對合理的電力系統(tǒng)規(guī)劃做了明確的定義。一個所謂規(guī)劃和設計得好的電力系統(tǒng)應當包括兩方面的內(nèi)容,缺一不可。其一,炒了適應負荷的需要,配置足夠的單機容量和發(fā)電廠容量(相對系統(tǒng)負荷)不過份集中的電源;其二,有能力與電源和負荷水平相適應的、有足夠傳輸能力的、在正常運行時具有必要靈活性并足以應付運行中各種偶然情況的、特別是事故情況的一個電網(wǎng)結構。
由于電網(wǎng)結構的加強總是需要較大的投入,而對于我國這樣一個發(fā)展中的國家來說,資金短缺正是我們的困難所在。因此,根據(jù)我國的實際,《安全穩(wěn)定導則》對電網(wǎng)結構的規(guī)劃和設計,提出了適合中國具體情況的原則要求。
(一)能夠適應各種運行方式下的潮流變化及發(fā)展變化的需求,并具有一定的靈活性
這一款包含兩層意思,其一,要求規(guī)劃和設計的電網(wǎng),能適應電網(wǎng)正常運行的需要。如要求做到不窩電、少棄水,能適應調(diào)峰和調(diào)頻的需要,能方便地安排設備檢修,能便利地運行操作等??傊?,要能為正常運行提供必要的靈活性。其二,要求規(guī)劃和設計的系統(tǒng),能夠注意到在規(guī)劃、設計階段所不能預料到的一些變化的可能性,并為運行系統(tǒng)的靈活性創(chuàng)造必要的條件,也就是說,電網(wǎng)規(guī)劃要有一定的適應性。后一點是非常重要的,也是最容易被忽視的,特別是在過去電網(wǎng)建設必須綁在電源項目上的所謂“隨機建設”的模式下,我們曾有過較多的教訓。一個典型的例子,就是電網(wǎng)規(guī)劃在既定的電源建設次序前提下是合理的,但一旦電源建設次序發(fā)生變化,則電網(wǎng)規(guī)劃就很難適應,致使實際運行的電網(wǎng)困難重重,不得已只好上一些應急的搶建項目,最終偏離了規(guī)劃。另一種情況是在規(guī)劃大電廠時,只考慮了直接就地供應同步出現(xiàn)的大負荷,而實際由于計劃在負荷推遲,電廠出線的外送能力不足,造成長期窩電的局面。
?。ǘ╇娋W(wǎng)任一元件無故障斷開,應能保持電網(wǎng)穩(wěn)定運行,并不致使其他元件超過事故過負荷的規(guī)定
這一未規(guī)定了電網(wǎng)中的各人部分在上結構上應該具有的最低強度水平,以適應各種偶然性事故。很顯然,如果在無故障斷開時,電網(wǎng)中的元件不能保持系統(tǒng)的穩(wěn)定,那么在該元件故障的中,就不可能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行(因為切除故障的時間不可能為零),除非是兩側系統(tǒng)解列,或者是采取了其他影響正常供電的措施,如切機、切負荷等。
同樣重要的是,當電網(wǎng)中的一個元件斷開時,系統(tǒng)中保留運行的所有其他元件都應當不超過事故過負荷的規(guī)定。這就是說,事故后的電力系統(tǒng)能夠在運行調(diào)度的重新安排下,在規(guī)定的時間內(nèi)消除事故過負荷的元件,否則事故后的系統(tǒng)就不可能繼續(xù)安全運行。
這一款沒有明確指出是否允許損失負荷問題。所謂允許損失負荷,是指可以允許切除部分電源,也可以切3除部分負荷。如果不允許損失負荷,就接近國際上的“N-1原則”?!栋踩€(wěn)定導則》認為,對于受端系統(tǒng)的元件,執(zhí)行“N-1原則”較為合理,因為在受端系統(tǒng)中,一般很難用切機或切負荷的辦法來解除元件的過負荷。但對大型電廠送出電力的長距離超高壓重負荷線路,允許在發(fā)電廠建設的初期,采取切機、切負荷的措施。
(三)電網(wǎng)應當具有較大的抗大擾動的能力,應能滿足《安全穩(wěn)定導則》中規(guī)定的各項有關要求
這一款規(guī)定了電網(wǎng)應該具有的足以應付電力系統(tǒng)單一元件事故的綜合能力,包含了電網(wǎng)強度和繼電保護兩方面的綜合作用。對抗擾動能力而言,電網(wǎng)結構是基礎,但在已有的電網(wǎng)結構下,加快故障的切除時間則是關鍵。《安全穩(wěn)定導則》對電網(wǎng)的抗擾動能力要求作了詳盡的規(guī)定,可概括為“三道防線”:在單一常見故障(如單相故障)情況下不應損失負荷;單一嚴重故障(如三相短路)時允許局部損失負荷,但不喪失穩(wěn)定;在多重故障情況下,可能造成穩(wěn)定破壞,但要防止電網(wǎng)瓦解和全網(wǎng)性的大面積停電。
1984年電力工業(yè)部頒發(fā)的《電力系統(tǒng)技術導則》(簡稱《技術導則》)進一步把電網(wǎng)分為受端系統(tǒng)、電源接入系統(tǒng)和系統(tǒng)間的聯(lián)絡線三部分,對這三個部分規(guī)定了不同的安全標準。
1.受端系統(tǒng)
?。?)正常運行時發(fā)生任何嚴重單一故障(包括線路及母線三相短路),不允許損失負荷;
?。?)正常檢修方式下(任一元件檢修)允許采取穩(wěn)定措施,但要保持系統(tǒng)穩(wěn)定)。
2.電流接入系統(tǒng)
?。?)對220kV及以上的線路和已基本建成的500kV電網(wǎng),原則上執(zhí)行“N-1原則”;
?。?)在500kV電網(wǎng)建設初期,為了促進500kV電網(wǎng)的發(fā)展,只要送電容量不過大,且采用了單相重合閘作為安全措施,在加強了受端系統(tǒng)的基礎上,允許主力電廠初期以500kV單回線接入系統(tǒng);
?。?)對長距離、重負荷的多回500kV接入系統(tǒng)的線路,允許切除一回線時,采用切送端電源(對水電廠)或快速壓送端電源出力(對火電廠)的措施,以保持穩(wěn)定。
3.系統(tǒng)間的聯(lián)絡線
?。?)聯(lián)絡線故障中斷,里程自系統(tǒng)要保持安全穩(wěn)定;
?。?)對于為相鄰系統(tǒng)擔任規(guī)定支援任務的聯(lián)絡線,當兩側系統(tǒng)中任一側失去大電源或發(fā)生嚴重單一故障時,該線路應保持穩(wěn)定運行,且不超過事故過負荷的規(guī)定;
?。?)系統(tǒng)間若有兩回及以上的交流聯(lián)絡線,不宜構成弱聯(lián)系的大環(huán)網(wǎng),并要考慮其中一回斷開時,其他聯(lián)絡線應保持穩(wěn)定,并可傳輸規(guī)定的最大電力;
(4)對交直流混全的聯(lián)絡線,當直流聯(lián)絡線單極故障時,不采取穩(wěn)定措施,應能保持交流系統(tǒng)的穩(wěn)定運行;雙極故障時,也應應保持交流系統(tǒng)的穩(wěn)定,但可采取適當?shù)拇胧?BR>
(四)實現(xiàn)分層分區(qū)原則,主力電源一般應直接接入高壓主電網(wǎng)
所謂電網(wǎng)分層,是指按電網(wǎng)的電壓級,即電網(wǎng)傳輸能力的大小,將電力系統(tǒng)劃分為由上至下的若干結構層次。為了合理地發(fā)揮各級電網(wǎng)的傳輸效益,不般來說,不同的容量的電廠和負荷,應當接到相適應的電網(wǎng)上;反過來說,為了適應大型電廠的容量和負荷增長,應該及時建設高一級電壓的電網(wǎng)。以往多存在大機組、大電廠線電壓過低的問題,其后果是,不僅造成電網(wǎng)穩(wěn)定問題突出,還使斷路器遮斷容量不足,電廠被迫分母線分段運行;此外,對電廠本身來講,出線也勢必過多,對安全、不利。關于機組接入系統(tǒng)問題,《技術導則》規(guī)定,單機容量為500MW及以上的機能,一般宜直接接入500kV電網(wǎng);200~300MW的機組,經(jīng)論證為接入200~500kV中的某一級電網(wǎng);單機容量為100MW左右的機組,一般宜直接接入220kV電網(wǎng)。
所謂電網(wǎng)分區(qū),是指以受端系統(tǒng)為核心,將供應其電力和電能的遠方電廠連接在一起,形成一個供需基本平衡的區(qū)域,并經(jīng)聯(lián)絡線與相鄰系統(tǒng)相連。這種區(qū)域的劃分,是以電力和電能供應平衡為標準的電力系統(tǒng)的概念,而不是一種行政和地理的概念。根據(jù)我國電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗,加強受端系統(tǒng),適當分散外接遠方電源,有利于保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行,是一種合理的電網(wǎng)結構。所謂加強受端系統(tǒng),是要加強受端電源、負荷間的網(wǎng)絡聯(lián)系,同時,在經(jīng)濟合理的前提下,在受端系統(tǒng)建設大容量的主力電廠。適當分散外接遠方電源,即適當減弱遠方電源之間的聯(lián)系,外接電源直接接到它計劃供電的受電中心。這樣的供電格局,接近單機對無窮大系統(tǒng)的模式,在理論上最穩(wěn)定的。
合理的電網(wǎng)結構,首先是規(guī)劃和設計電網(wǎng)時必須注意的問題,雖然在電網(wǎng)的生產(chǎn)運行中,也存在著一個合理的安排運行結構的問題,如適當解開我部電源的聯(lián)系,增加弱受端系統(tǒng)中的旋轉無功備用等,確實可以穩(wěn)定運行水平方面取得實效。但必須指出的是,在實際運行系統(tǒng)中改變運行結構的可能性是有限的,會受到多種因素的制約,因此,關鍵還在于電網(wǎng)的規(guī)劃和設計。