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中国特高压电网发展战略规划研究

作　者: 杜至刚
导　师: 赵建国
学　校: 山东大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电力系统战略规划特高压交流输电特高压直流输电同步电网
分类号: F426.61
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

中国能源资源和能源消费很不均衡,能源丰富地区远离经济发达地区,一次能源在地域分布上呈现“北多南少、西多东少”的格局,西南水电基地、西北煤电基地距离中东部地区800～3000多公里。为满足未来经济社会发展和人民生活的用电需求,客观上要求通过坚强的电网,实现能源的大范围资源优化配置。由于现有500千伏电网远距离、大容量输电能力有限,西南部水电基地、西北部煤电基地的电力难以经济高效地输送到负荷密集的中东部地区,造成中东部地区不得不大量建设煤电项目,加剧了煤炭供应、交通运输和环境保护的紧张局面,降低了能源配置效率。因此,建设具有远距离、大容量、低损耗输电能力的特高压输电系统,是中国能源和经济社会协调发展的必然要求,有利于促进大煤电、大水电和大核电基地的集约化开发,优化能源生产和消费布局;有利于西部地区将资源优势转化为经济优势,促进区域经济协调发展;有利于改善电网结构,提高电网的安全性和可靠性;有利于降低电网建设成本,节约土地资源,减轻运输和环保压力,提高运营效率,促进资源节约型和环境友好型社会建设。发展特高压电网是符合中国国情,是实现能源工业可持续发展的重大战略选择,对全面建设小康社会和构建和谐社会具有十分重要的意义,对促进世界电力工业发展也有巨大的推动作用。在前期阶段性研究成果的基础上,本文从全局战略的高度出发,对我国国家电网特高压骨干网架的发展与建设问题进行了研究、论证和规划。主要工作和创新性成果包括以下几个方面:(1)研究定位了特高压交流和直流系统两者各自的适用场合:采用数学分析的方法,对影响交流输电系统输送能力和输送距离的几个主要因素进行了分析,包括同步运行的稳定性、电压和无功控制、串联电容补偿和并联电抗补偿等,并应用了交流输电系统的短路比概念,比较确切地刻划了两端交流系统对交流输电系统运行特性的影响;通过对交直流系统相互作用特性的分析,研究了影响特高压直流输电系统输送能力的主要因素,详细讨论了最大功率曲线和最大可送功率的概念;通过对特高压交流和特高压直流输电方式进行综合评估,定位了两者各自的适用场合。(2)提出了我国跨区西电东送、北电南送电力流向和规模:根据我国能源资源分布特点,结合我国近期各省区域电网用电需求状况,考虑东部市场空间的变化,以及“三西”(即山西、陕西和蒙西)、宁夏、哈密、呼盟煤电基地前期工作等因素,一方面研究了西南水电的战略定位,校核了西南水电开发外送能力;另一方面遵循市场环境下输煤输电并举的发展思路,考虑适时加大大型煤电基地建设力度,研究了“三西”煤电基地向华中、华东送电的可行性;根据新调整的负荷水平和电源规划,对各区域电网进行电力电量平衡分析,提出了全国电力流的合理流向及规模,实现全国范围内的资源优化配置。这部分是规划论证特高压目标网架结构和跨大区联网格局的基础。(3)提出了合理的国家电网特高压骨干网架的规划方案:根据全国电力流的合理流向研究结果,以及对国家电网基本功能的要求,提出了我国特高压中长期目标网架方案,主要包括2010年和2020年两个目标水平年的网架方案;电气计算结果表明,各目标水平年的特高压网架方案线路潮流分布合理,母线电压可控制在允许范围内,任一特高压交流线路的三相故障可保持系统稳定,能满足电力流输送的要求;针对远景煤电基地建设规模和负荷发展的不确定性,对2020年特高压骨干目标网架分别进行了电源和负荷敏感性分析,研究结果证明了所构建的特高压电网将具有较强的适应性和经济性,能够满足我国电力工业的持续健康发展。(4)提出了特高压骨干电网背景下全国同步电网的合理构建方案:在对我国同步电网现状分析的基础上,结合我国特高压电网发展规划,提出了“十二五”初期到2020年前后我国同步电网的构建方案,即建设形成华北—华中—华东特高压同步电网、东北电网、西北电网、南方电网4个主要同步电网;重点分析了特高压同步电网的合理性、技术可行性以及电网综合效益,研究结果表明华北—华中—华东特高压交流同步大电网实现了华北、华中、华东三大电网的紧密互联,具有较高的稳定水平和强大的网间交换能力,可以最大限度地获得负荷错峰、水火互济、互为备用等联网效益,与输煤相比具有较为明显的经济优势。

全文目录

摘要  9-11
ABSTRACT  11-15
第一章绪论  15-33
  1.1 中国电网的现状与发展  15-19
    1.1.1 中国电网的发展现状  15-17
    1.1.2 中国电网的未来发展和挑战  17-19
  1.2 国外特高压输电技术的发展概况  19-24
    1.2.1 国外特高压输电技术的研究现状  19-23
    1.2.2 各国特高压输电技术研究的主要结论  23-24
  1.3 我国特高压输电技术的发展概况  24-30
    1.3.1 我国发展特高压输电中关键技术的研究现状  24-28
    1.3.2 我国特高压输电技术的工程应用  28-30
  1.4 论文的主要工作  30-33
第二章特高压输电系统的输送能力分析  33-54
  2.1 引言  33
  2.2 特高压交流输电系统的输送能力分析  33-43
    2.2.1 特高压交流输电系统的数学模型  33-37
    2.2.2 影响特高压交流输电系统输送能力的主要因素  37-43
  2.3 特高压直流输电系统的输送能力分析  43-49
    2.3.1 交直流系统相互作用的数学模型  43-44
    2.3.2 模型系统的运行特性分析  44-47
    2.3.3 输送功率的极限分析  47-49
  2.4 特高压交流和直流输电方式的综合评估  49-52
    2.4.1 特高压交流和直流输电方式的主要技术特点  49-51
    2.4.2 特高压电网的功能定位  51-52
  2.5 小结  52-54
第三章全国电力流的合理流向研究  54-79
  3.1 引言  54-55
  3.2 我国电力需求预测分析  55-59
    3.2.1 国民经济和社会发展预测  55-56
    3.2.2 电力需求预测  56-59
  3.3 全国电源建设规划方案  59-66
    3.3.1 能源资源条件及地区分布特点  59-60
    3.3.2 能源生产与消费特点  60-61
    3.3.3 全国电源装机规划方案  61-66
  3.4 受端电网市场空间分析  66-73
    3.4.1 大型水火电基地建设布局与可开发规模  66-71
    3.4.2 受端市场空间分析  71-73
  3.5 全国电力流向及其规模研究  73-77
    3.5.1 电力平衡计算的基本原则  73-74
    3.5.2 2010年跨大区电力流的基本格局  74-76
    3.5.3 2020年跨大区电力流的基本格局  76-77
  3.6 小结  77-79
第四章国家电网特高压骨干网架的规划研究  79-109
  4.1 引言  79-80
  4.2 特高压骨干网架总体规划设计原则及发展思路  80-82
    4.2.1 主要设计原则  80-81
    4.2.2 特高压骨干网架的目标  81
    4.2.3 特高压骨干网架的发展思路  81-82
  4.3 特高压骨干网架规划设计的基础信息平台  82-86
    4.3.1 系统边界条件  82-83
    4.3.2 电气计算条件  83-86
  4.4 2010年前后特高压目标网架的规划研究  86-93
    4.4.1 2010年目标网架的规划方案  86-87
    4.4.2 方案的技术可行性研究  87-93
  4.5 2020年前后特高压目标网架的规划研究  93-108
    4.5.1 2020年目标网架的规划方案  93-95
    4.5.2 方案的技术可行性分析  95-102
    4.5.3 对电源和负荷的敏感性分析  102-108
  4.6 小结  108-109
第五章全国特高压同步电网构建方案的研究  109-145
  5.1 引言  109-110
  5.2 我国特高压同步电网的发展思路  110-113
    5.2.1 国外典型大规模同步电网发展情况  110-112
    5.2.2 我国特高压同步联网的特点  112
    5.2.3 我国特高压同步联网的发展思路  112-113
  5.3 2010年前后特高压同步电网构建方案的研究  113-129
    5.3.1 特高压同步电网方案的设想  113-115
    5.3.2 系统中关键断面的稳定水平  115-117
    5.3.3 直流严重故障情况下系统的稳定性分析  117
    5.3.4 交流严重故障情况下系统的稳定性分析  117-123
    5.3.5 同步电网方案的动态稳定性分析  123-127
    5.3.6 同步电网方案的综合比较  127-129
  5.4 2020年前后特高压同步电网构建方案的研究  129-142
    5.4.1 特高压同步电网方案的设想  129-131
    5.4.2 系统中关键断面稳定水平  131-133
    5.4.3 直流严重故障情况下系统的稳定分析  133-134
    5.4.4 交流严重故障情况下系统的稳定分析  134-139
    5.4.5 同步电网方案的动态稳定性分析  139-140
    5.4.6 同步电网方案的综合比较  140-142
  5.5 华北—华中—华东同步电网效益分析  142-144
    5.5.1 华北—华中—华东同步电网方案的送电效益  142-143
    5.5.2 华北—华中—华东同步电网方案的联网效益  143-144
  5.6 小结  144-145
第六章结论  145-148
参考文献  148-154
致谢  154-155
作者在攻读博士学位期间发表的学术论文  155-156
学位论文评阅及答辩情况表  156

中国特高压电网发展战略规划研究

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