能源局特高壓交流研究課題23

蒙定中

        原電力部生產(chǎn)司教授級高工、國際大電網(wǎng)委員會(huì )CIGRE和美IEEE會(huì )員

2015年6月30日

前言

仿真軟件是系統規劃、設計和運行必要的計算工具，但必須認清它的局限性、準確性、真實(shí)性才能有效應用。用仿真根本不能評估電網(wǎng)重大停電,堅持交流特高壓的部門(mén)為什么以“假仿真”的手段來(lái)騙取政府對交流特高壓工程的批準？科學(xué)論證應以什么為根據？“仿真”可以‘真仿真’也可以‘假防真’不應脫離實(shí)際,以直流輸電的‘假仿真’來(lái)宣傳“強交強直”也是不真實(shí)的。

一．仿真僅僅是根據人為設定的初始條件評估電網(wǎng)安全的一種工具，絕不是保證電網(wǎng)不發(fā)生重大停電事故的根本措施

1965年以來(lái)世界上共發(fā)生了25次電網(wǎng)重大停電（每次負荷損失≥800萬(wàn)千瓦）。主要問(wèn)題：一是電網(wǎng)和電源結構不合理；二是繼電保護設計應用不當。重大停電一般經(jīng)歷兩個(gè)階段：第一階段是在龐大、不可控的自由聯(lián)網(wǎng)結構上一旦單一跳閘，即自然造成負荷轉移，使繼電保護不斷的‘連鎖跳閘’，一般‘連鎖跳閘’根本不是一兩次(一般稱(chēng)N-1, N-2)，按世界重大停電實(shí)際分析，龐大、不可控的自由聯(lián)網(wǎng)結構上往往‘連鎖跳閘’4至10多次以上, 即N－4、N－10以上，使重負荷轉移到高阻抗的回路上，就失穩振蕩。第二階段是受振蕩影響的線(xiàn)路和發(fā)電機也由不合理設計/整定的繼電保護造成多次（N-？）‘連鎖跳閘’，使系統瓦解為很多缺電弧島而大停電。

任何計算仿真和控制預想不能改變結構的根本性質(zhì)，一個(gè)自由的交流聯(lián)網(wǎng)的線(xiàn)路故障跳閘時(shí), 負荷必然不斷亂躥到并聯(lián)回路上, 造成失穩振蕩, 這些問(wèn)題都是難以為自動(dòng)穩控裝置控制，而主要由電網(wǎng)結構決定。交流同步網(wǎng)愈大, 線(xiàn)路愈長(cháng), 愈會(huì )出現復雜的技術(shù)問(wèn)題, 失穩問(wèn)題愈嚴重, 一旦發(fā)生將立即波及全網(wǎng), 有發(fā)生整個(gè)同步網(wǎng)大停電的高風(fēng)險, 即使研究任何高深的智能控制方法，它也是不受控制的。

潘家錚院士曾引用盧強院士就“三華”系統的安全穩定問(wèn)題答記者的一段話(huà)：“我們進(jìn)行了五六百種情況的仿真試驗，回答是：這樣一個(gè)電網(wǎng)的安全穩定性是有保障的。” 就算三華聯(lián)網(wǎng)各級支路元件以500～600計，這僅相當於N-1計算條件，如按N-2條件，就得作25000～36000種情況的仿真試驗。

自由聯(lián)網(wǎng)的失穩振蕩都不是N-1就造成的，所以用N-1來(lái)評估交流特高壓聯(lián)網(wǎng)是不能保障安全的。如2003年美加大停電經(jīng)歷了N-14, 美1965年紐約大停電經(jīng)歷了N-5, 1996年7、8月美西部?jì)纱未笸ｋ姺謩e經(jīng)歷了N-11和N-15,  2003年意大利大停電經(jīng)歷N-5，才引起全網(wǎng)失穩振蕩。因此，自由聯(lián)網(wǎng)結構、特別是比超高壓更為危險的交流特高壓三華聯(lián)網(wǎng)的失穩是難以分析評估，也是難以預防，難以挽救的。

僅以仿真來(lái)說(shuō)，任何一個(gè)連鎖性事故的演變都同電網(wǎng)運行初始狀態(tài)有關(guān)，而初始狀態(tài)的數量是一個(gè)天文數字(2n，n為電網(wǎng)元件數)，因此，任何一位負責任的學(xué)者決不敢輕言通過(guò)五、六百種情況的仿真試驗就能保證電網(wǎng)安全了。仿真是按預先設定的計算模型、特征參數、邊界條件和計算方法進(jìn)行的。如果研究人員不能客觀(guān)、公正地進(jìn)行科學(xué)論證，無(wú)論系統仿真軟件多么先進(jìn)和多少次計算，都是“假仿真”。對電網(wǎng)設備的模型參數的選擇直接影響仿真結果。 對電網(wǎng)設備的模型參數無(wú)法考慮負荷動(dòng)態(tài)特性和負荷參數的時(shí)變性，大誤差問(wèn)題仍未解決，只能靠提高保守度換取可靠性。

從1965年以來(lái)世界重大停電分析，祗有如我國按《電力系統安全穩定導則》確立的〈分層〉〈分區〉〈分散外接電源〉的三分結構才能防止重大停電，以交流特高壓實(shí)行三華聯(lián)網(wǎng)完全破壞已建成的三分結構，成為比經(jīng)歷重大停電的北美歐電網(wǎng)結構更為危險，違背《穩定導則》，光應用仿真對如此復雜的電網(wǎng)根本不能判別它的安全、可靠性；僅用N-1 仿真判別出來(lái)的結論是虛假的。

中國歷史上最嚴重的2006年7月1日華中電網(wǎng)事故，也是一個(gè)實(shí)例表明經(jīng)歷

N－6才造成失穩?！斗€定導則》明確規定「分層」，指不同電壓線(xiàn)路不能并列運行（電磁環(huán)網(wǎng)）,但華中電網(wǎng)違反規定，使結構上構成失穩風(fēng)險。事故起因是500kV雙回線(xiàn)進(jìn)口保護先后誤動(dòng)作，線(xiàn)路的178萬(wàn)千瓦負荷轉移到220kV電網(wǎng)的7回線(xiàn)，由于嚴重過(guò)載及對樹(shù)短路，保護相繼跳開(kāi)其中4回線(xiàn)，最后通過(guò)3回220kV線(xiàn)路向南部主網(wǎng)送電，經(jīng)歷N－6才造成全網(wǎng)失穩。

二.為什么以“假仿真”的手段來(lái)騙取政府對交流特高壓工程的批準？

一位多年支持國網(wǎng)公司的權威人士，在2011年4月22日於電科院會(huì )議后，近日提出及早建設跨區特高壓輸電線(xiàn)路的報告，“認為各種意見(jiàn)均應以科學(xué)計算論證為依據”，實(shí)際上卻以毫無(wú)實(shí)踐根據的“假仿真”計算為依據。繼續采取一貫的學(xué)術(shù)壟斷、違反科學(xué)、壓制民主手段，還特別對政府提出“今后不再爭議要不要建設特高壓輸電線(xiàn)路的問(wèn)題,…可盡快批準實(shí)施”。政府的決策應以什么為依據？“7.23”動(dòng)車(chē)事故后政府部門(mén)高度重視安全，「交流特高壓三華聯(lián)網(wǎng)」的安全問(wèn)題更為嚴重，完全破壞我國歷經(jīng)30多年的電網(wǎng)安全基礎。應以世界電網(wǎng)交流特高壓的實(shí)踐經(jīng)歷和世界重大停電事故教訓為依據，特別是為什么中國電網(wǎng)除臺灣外從不發(fā)生重大停電的實(shí)踐經(jīng)驗？是繼續堅決貫徹保持中國電網(wǎng)30多年來(lái)運行安全的《電力系統安全穩定導則》？還是違反《穩定導則》重走俄、日、美、歐經(jīng)歷的交流特高壓失敗道路？千萬(wàn)不能按這位權威人士要“盡快批準實(shí)施”，迫使中國將來(lái)步入重大停電又難已挽救的困境？

三.  科學(xué)論證應以什么為根據？

權威人士報告稱(chēng)“國家能源委專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì )認為各種意見(jiàn)均應以科學(xué)“計算”論證為依據”。“仿真計算”祗是一種計算方法，關(guān)鍵在計算的邊界條件是否正確？包括計算2020年是什么樣的電網(wǎng)結構？總之計算的邊界條件可真可假、未經(jīng)實(shí)踐驗證為正確的仿真邊界條件，怎能作為決策依據？當前應將近半個(gè)世紀的世界電網(wǎng)實(shí)踐經(jīng)驗才能作為決策的依據。

一是中國直流互聯(lián)的六大區域超高壓電網(wǎng)結構經(jīng)30多年來(lái)實(shí)踐證明最為安全。

二是從半個(gè)世紀實(shí)踐證明俄、日、北美、歐建設和研究交流特高壓是不可行、是失敗的。如俄羅斯的一回交流1200kV線(xiàn)事故頻繁，祗能送160萬(wàn)千瓦，和國網(wǎng)示范工程送200萬(wàn)千瓦相當，皆低於兩回500kV線(xiàn)輸送能力；根本上遠低於國網(wǎng)公司宣傳的500萬(wàn)千瓦輸送能力。

三是2005年聯(lián)合國經(jīng)濟社會(huì )部在紐約發(fā)表的報告指出：“交流1200kV曾在俄羅斯的西伯利亞長(cháng)線(xiàn)路使用，無(wú)論如何，超出1000kV時(shí)，能承受如此高電壓的實(shí)際難度、設備和絕緣的代價(jià)，都過(guò)高而難以采用。” 聯(lián)合國文件所指包括兩個(gè)風(fēng)險：一個(gè)是技術(shù)難度風(fēng)險，另一個(gè)是經(jīng)濟代價(jià)風(fēng)險，這是世界上從技術(shù)經(jīng)濟上判別交流特高壓失敗的結論。此外，聯(lián)合國文件還從電網(wǎng)結構上指出：“長(cháng)距離輸電應用直流，和交流比較，超出600公里都是直流輸電的經(jīng)濟距離，而且直流輸電比較安全、可靠，有優(yōu)良的特點(diǎn)。”聯(lián)合國文件還指出不同交流電網(wǎng)通過(guò)直流聯(lián)網(wǎng)，可以避免同步網(wǎng)本身運行出現的很多技術(shù)問(wèn)題。又引證損失7000萬(wàn)千瓦的2003年美加大停電事故，任何一處故障都影響整個(gè)同步網(wǎng)，同步網(wǎng)愈大、線(xiàn)路愈長(cháng)、電壓崩潰和穩定問(wèn)題愈嚴重，更會(huì )連鎖反應導至全網(wǎng)大停電。

四.“仿真”可以‘真仿真’也可以‘假防真’不應脫離實(shí)際

電科院應用仿真計算提出三峽以交直流併列送華東的方案，為所有部門(mén)反對而確定僅以直流送華東，十多年歷史實(shí)踐證明是十分正確的。經(jīng)仿真計算認可的東北和華北交流聯(lián)網(wǎng)為什么運行上發(fā)生那么多問(wèn)題？而又改為直流聯(lián)網(wǎng)呢？

交流特高壓示范工程的仿真計算又為什么和實(shí)際差別那么大？

國網(wǎng)公司/電科院從2005年北戴河會(huì )議到2011年6月30日電監會(huì )座談會(huì )上皆稱(chēng)一回交流特高壓線(xiàn)路可送500萬(wàn)千瓦，有仿真根據嗎？為什么幾個(gè)交流特高壓起步工程輸送都不能超過(guò)300萬(wàn)千瓦？這不是設計部門(mén)仿真計算的結果嗎？三華聯(lián)網(wǎng)的交流特高壓線(xiàn)路更長(cháng)了，有何仿真根據它每回能送500萬(wàn)千瓦。

權威人士報告中所稱(chēng)的“仿真”模擬根本不能作為科學(xué)根據。因為仿真計算祗是一種計算方法，計算的對象是2020年中國的電力規劃設計具體方案，這個(gè)方案祗應由電力規劃設計總院和各大設計院規劃制作, 包括在設計過(guò)程通過(guò)仿真驗算設計內容的合理性，這是建國以來(lái)的事實(shí)根據和規定，其他部門(mén)是從來(lái)不作的，包括科研部門(mén)。權威人士報告稱(chēng)“電科院構建了三種方案…進(jìn)行仿真模擬故障計算”，實(shí)際上電科院自2010年6月制定了的「受端電網(wǎng)構建研究」根本就不符合電力規劃設計總院的規定內容，因為電科院沒(méi)有條件、沒(méi)有基礎、沒(méi)有資格去作電力規劃設計。電科院的構建研究目的正如權威報告所稱(chēng)：“三華特高壓同步電網(wǎng)不是優(yōu)和劣的比選問(wèn)題，而是電網(wǎng)發(fā)展的必然選擇”。所以制作2020年500kV電網(wǎng)方案問(wèn)題多多，虛假的前提條件通過(guò)“仿真”當然可以得到國網(wǎng)公司所需要的結果，這就是‘假仿真’。

以美國西部電網(wǎng)的安全性仿真為例，有時(shí)仿真結果適得其反， 以Carson Taylor為首的美國B(niǎo)PA輸電規劃部就WSCC系統1996年8月10日大停電事故重現的仿真結果與現場(chǎng)記錄數據進(jìn)行了分析對照，成為電力系統動(dòng)態(tài)仿真史上的一個(gè)重要的里程碑。結論出入意料：“現在WSCC用來(lái)仿真的動(dòng)態(tài)數庫并不適用于8月10日事故的仿真”，從現場(chǎng)記錄數據中清晰可見(jiàn)電壓和功率的增幅振蕩，正是這個(gè)振蕩造成了系統的解列和最后的大停電，但在仿真結果中卻沒(méi)有振蕩，非常穩定。

正是BPA在電網(wǎng)摸擬中，危險地過(guò)高地采用了西部互聯(lián)電網(wǎng)在大事故期間阻尼參數，致使模擬電網(wǎng)動(dòng)態(tài)行為的研究都得出電網(wǎng)安全的結論，結果導致1996年7月和8月西部互聯(lián)電網(wǎng)連續發(fā)生2次大事故，造成嚴重的損失。這個(gè)事實(shí)表明以前用來(lái)進(jìn)行仿真的參數有效性很差。此后Carson Taylor修改了模型與參數，得到了較好的結果。

仿真軟件是系統規劃、設計和運行必要的計算工具，但必須認清它的局限性、準確性、真實(shí)性才能有效應用，不真實(shí)的應用則成為‘假仿真’。

五.  以直流輸電的‘假仿真’來(lái)宣傳“強交強直”是不真實(shí)的

直流‘假防真’之一指2回甚至3回直流同時(shí)雙極閉鎖，實(shí)踐證明由於直流本身問(wèn)題造成的雙極閉鎖即使發(fā)生，每回直流最多也不會(huì )超過(guò)一年一次，除非是兩回直流采用同塔雙回的輸電線(xiàn)路，目前國內直流大部為單回輸電塔則不可能2回直流同時(shí)發(fā)生雙極閉鎖，世界歷史上從末有這個(gè)事實(shí)，證明這是‘假防真’。

直流‘假防真’之二是電科院仿真讓大多數正常都運行的發(fā)電機調速器不動(dòng)作，這是即使國調下令也作不到的，只讓國網(wǎng)直調的發(fā)電機調速器（極少數）動(dòng)作, 導致500kV方案故障失穩，完全是欺騙手段。根據原規劃院介紹的相同仿真與電科院的結果不同，所有發(fā)電機包括其調速器(因為不可能停用)都正常運行，沒(méi)有發(fā)生不穩定。

直流‘假防真’之三指交流系統發(fā)生“N－2”故障會(huì )連鎖反應導致電網(wǎng)崩潰。其實(shí)目前各500kV電網(wǎng)短路容量都高達50～63千安，如廣東500kV線(xiàn)路2006～2014年共發(fā)生592次N－1故障，都在0.08秒內切除。即使發(fā)生N－2故障都將在0.5秒內切除。在能源局召開(kāi)的仿真會(huì )議上，南網(wǎng)直流輸電李立埕院士稱(chēng)三相故障在0.5秒內切除、單相故障在0.8秒內切除，不會(huì )影響直流運行，更不會(huì )導致電網(wǎng)崩潰。

南方電網(wǎng)成功采用直流輸電遠距離西電東送，2015年8個(gè)直流逆變站密集珠三角地區，總容量達2720萬(wàn)千瓦, 占廣東負荷的25.5%，居世界首位, 運行安全，根本不需要交流特高壓支持。南網(wǎng)專(zhuān)家們對國網(wǎng)/電科院宣傳的短路比仿真理論認為毫無(wú)實(shí)用價(jià)值。華東和其他地區的直流逆變站都不如廣東那么密集的大容量，更不需要交流特高壓。六.結語(yǔ)

政府部門(mén)應重視當前“交流特高壓三華甚至全國聯(lián)網(wǎng)”嚴重的問(wèn)題, 十年來(lái)交流特高壓的嚴重安全又極為浪費問(wèn)題已被充分揭發(fā)，一旦實(shí)施，必將比北美、印度、巴西等發(fā)生更嚴重禍國殃民的龐大嚴重停電事故；而且必將大大浪費人民財產(chǎn)；但如建成「交流特高壓龐大聯(lián)網(wǎng)」, 一旦事故嚴重，不旦嚴重損失龐大負荷,祗能像俄、日那樣浪費投資，被批準的交流特高壓工程越多，浪費的人民財產(chǎn)越嚴重。

在政府決策上，千萬(wàn)不要聽(tīng)從這位多年支持國網(wǎng)公司的權威人士所謂“仿真試驗的安全穩定性是有保障的”。“仿真計算”祗是一種計算方法，關(guān)鍵在計算的邊界條件是否正確？包括計算2020年是什么樣的電網(wǎng)結構？總之計算的邊界條件可真可假、未經(jīng)實(shí)踐驗證為正確的仿真邊界條件，怎能作為決策依據？“仿真”可以‘真仿真’也可以‘假防真’,以直流輸電的‘假仿真’來(lái)宣傳“強交強直”是不真實(shí)的,不應脫離實(shí)際,當前應將近半個(gè)世紀的世界電網(wǎng)實(shí)踐經(jīng)驗才能作為決策的依據。

建議政府部門(mén)和領(lǐng)導對此重大問(wèn)題，應按科學(xué)發(fā)展觀(guān)進(jìn)行民主討論，多個(gè)方案充分論證，繼續貫徹30年來(lái)對我國電網(wǎng)安全起重要作用的《電力系統安全穩定導則》，慎重決策，避免將來(lái)造成難以挽回的近萬(wàn)億元的國家損失。