特高压电网是清洁能源大发展的基础

特高压电网是清洁能源大发展的基础

邵琰

华电福新能源发展有限公司 北京市 100031

摘要：为防治大气污染、实现可持续发展，世界主要国家和地区纷纷不遗余力地根据自身的资源禀赋提升水电、风能、太阳能以及核能等清洁能源在终端能源消费中的比例，并将其视为新世纪本国和地区经济社会发展持续性的重要基石。在我国，以资源消耗和环境污染为代价的“经济增长奇迹”业已难以为继，为遏制大气环境的进一步恶化，同时克服能源资源负荷中心逆向分布的内在缺陷，政府越来越重视通过发展特高压电网，持续扩大水电、风电和光伏发电等清洁电源的并网规模。

关键词：特高压电网；清洁能源大发展；

前言：水电、风电、光伏资源主要分布在西南、西北、东北等地，远离城市用电负荷中心地。以此为基础构建完善的特高压电网，对于提升电能输送效率有着积极的意义。

一、清洁能源相关问题论述

1.能源的分布。我国地域辽阔，但是清洁能源分布却呈现不均匀的分布状态，结合以往调研资料，水能发电主要集中在我国的西南地区，其占比超过80% ；风能发电与光伏发电主要集中在我国的西北地区，其占比超过70%。但是我国能源紧缺的区域主要在中东、沿海地区，能源需求区域与能源供给区域之间的距离超过1 000 km。以阿坝州为例，阿坝州水电可开发量约1 400 万kW，已开发运行装机容量580 万kW，在建装机容量超过400 万kW，规划拟建项目超过300 万kW ；规划待建光伏、风能电能约2 000 万kW，清洁能源开发空间巨大。已经建成的超高压骨干网架形成的“西电东送、南北互供、全国联网”的电网初步格局，不仅弥补了东部地区的电力缺口，对于电力资源跨区优化乃至地区全要素能源效率的提升都有显著的正面作用。

1.2 能源的消纳。在清洁能源应用过程中，消纳问题属于常见的应用问题之一，导致该问题产生的主要原因在于清洁能源的分散性和远离负荷中心。以阿坝州为例，位于川西北生态保护区，电网建设通道甚少，但是现阶段建设的项目或者已有的输电网所传输的电压以110、220、500 kV为主，目前区域还没有特高压电网。因为清洁能源是本区域经济发展支柱，全部开发建成后，超过2 000 万kW清洁能源将借助“西南电网升级”“西电东送”等方式输送到其他区域消纳。

1.3 能源的输出。相比于传统能源发电，清洁能源发电所遇到的最大问题便是电力输出的相关问题。通常情况下，超高压电网是指输电电压不超过800 kV的输电线路，特高压电网是指输电电压不小于1 000 kV的输电线路。结合现已建成的特高压线路网来看，特高压交流电线路的输电能力不会小于5.0×106 kW，若为直流电输送，线路的输电能力将超过7.0×106 kW ；从资源优化配置的角度来看，特高压电路的输出潜力非常巨大，可以有效改善区域资源分布不均和促进电力大规模消纳的情况。

2 发展特高压电网的常见问题

2.1 电网潮流控制风险

从目前我国的发展形势来看，特高压电网在建设过程中，受到基础条件、电网潮流控制风险类问题。导致此类问题发生的主要原因在于，各个区域之间的经济发展用电水平与清洁能源丰枯、峰谷发电上网特性曲线不均，而且其自身的调节能力也存在着较大差异，若对其进行统一调控，非常容易出现电网电流交互过程失控的局面。另外，在电网实际运行的过程中，如果某一类大电源突然接入电网当中，也会导致区域电网的运行负荷出现不规律波动，从而导致短时间电网整体失衡的情况。

2.2 电网失稳风险

与电网潮流控制风险类似，电网失稳风险也属于常见的运行风险之一。此类问题发生的主要原因在于特高压电网在运行过程中，受到其他因素影响，导致系统非正常运行，使得结构本身的运行负荷过高，超过线路的承受能力，从而导致线路运行功率失衡，引起电网失稳的情况。在具体分类过程中，特高压电网失稳故障可以分为内部故障与外部故障，内部故障出现的主要原因是线路在长期施工过程中，由于恶劣天气导致线路老化速度加快，从而引发结构出现电网失稳的风险。外部故障是由于特高压电网在输电过程中，单次输送电量过大，造成装置本身荷载过高，从而引起电网失稳的情况。

2.3 装置稳定性风险

除了上述运行风险问题之外，特高压电网在运行过程中，有时还会引起装置稳定性风险。相比于超高压或高压电网，特高压系统的电网构造更加复杂，不仅具备较高的电压等级，而且在输电过程中，需要安装的稳定装置数量繁多，若某一环节的运行设备出现失稳的情况，那么该问题也会直接导致整个串联系统发生稳定，从而降低电网运行过程的稳定性。另外，在特高压线路系统运行过程中，继电器保护设备在运行过程中出现相关问题之后，如继电器设备保护失效或出现了拒动的情况，那么该情况也会直接引起连锁反应，使目前发生的故障规模进一步扩大，造成系统运行失稳。

3 清洁能源背景下发展特高压电网的策略

3.1 强化装置的保护性能。通过强化装置的保护性能，可以提升特高压电网运行过程的安全性，提高线路的输电效率。考虑到特高压电网本身的复杂性，因此在实际应用过程中，技术人员应合理优化装置配置，提升装置运行的稳定性，如果在系统运行过程中，出现故障，系统会自动启动保护装置，将发电机组线路进行部分切断或者全部切断，从而确保电网的运行安全，减少失稳情况导致的异常波动。另外，在特高电压电网运行过程中，技术人员需要提前做好相应的维护工作，同时还需要做好相应的维护记录，定期对维护记录进行整理，以提高线路运行的稳定性。

3.2 优化电网的运行方式

通过优化电网的运行方式，能够提升电网运行的可靠性，降低运行安全问题的发生概率。在规划和设计网架时，在依照系统的安全和稳定规范执行同时，适度规划建设水库调节电站，打捆水电、光伏、风电集中送出，实现各类并网电源的有效互补。优化电网系统的运行方式，规避风险，做好系统设备的主保护以及后备保护。在主保护中，采用差动的形式，短路失灵保护以及相间保护。后备保护的内容包括零序电流、短路器失效以相间距离等几种方式。

3.3 提高变压器的保护功能

通过提高变压器的保护功能，可以提高变压器的应用效果，提升输电过程的稳定性。在电力系统中，变压设备的保护功能有瓦斯保护以及差动保护两类，差动保护可以对结构的内部发挥保护作用，避免出现短路故障，瓦斯防护的内容是对内部的故障进行保护，使气流和油流相结合，实现保护，是一类气体形式的保护。系统中设置了零序形式、差动形式、瓦斯以及负荷保护，多重保护可以使继电保护处于一个极高的水平，实现了继电保护装置的安全保护，避免失效。清洁电源只有通过各电压等级的输电线路才能送达终端用户进行消费。鉴于电网设施对清洁电源消纳的基础性作用，清洁电源消费对地区能源效率的偏效应还将取决于电网设施状况。为验证清洁电源消费与各等级电网设施的交互效应。

4 结语

综上所述，通过强化装置的保护性能，可以提升特高压电网运行过程的安全性；打捆水电、光伏、风电集中送出，优化电网的运行方式，能够提升电网运行的可靠性；提高变压器的保护功能，可以提高变压器的应用效果。在推进能源转型和清洁能源发展建设的背景下，基于特高电压网运行问题提出相应的优化措施，对推进特高压电网建设和提高运行效果，促进行业经济发展和改善东西部能源分布不均有着积极的意义。

参考文献：

[1] 周会林，李丹.清洁能源背景下发展特高压电网的思考[J].数字通信世界，2018（ 10）：150.

[2] 王正阳.清洁能源背景下发展特高压电网的思考[J].科技与创新，2018（ 9）：66-67.

[3] 董伟杰，白晓民，朱宁辉，等.间歇式电源并网环境下电能质量问题研究[J].电网技术，2019，37（ 5）：1265-1271.