±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無(wú)功功率研究

何清怡

摘 要：文章通過(guò)對(duì)±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無(wú)功功率的原因進(jìn)行分析，提出特高壓直流輸電系統(tǒng)的換流設(shè)備的相關(guān)參數(shù)和無(wú)功功率的計(jì)算方式，為我國(guó)±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無(wú)功功率的研究提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電；輸電系統(tǒng)；無(wú)功功率

中圖分類(lèi)號(hào)：TM743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）30-0018-01

大量實(shí)踐表明，采用±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)為我國(guó)很多負(fù)荷中心提供了大量輸電量，緩解了我國(guó)輸電走廊的輸電壓力?！?00 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無(wú)功功率即無(wú)功負(fù)荷，在整個(gè)輸電過(guò)程中產(chǎn)生了重大的影響。本文提出了無(wú)功功率產(chǎn)生的原因，并進(jìn)行了相關(guān)的計(jì)算。

1 ±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

自我國(guó)采用±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)后，國(guó)家電網(wǎng)不僅節(jié)約了電網(wǎng)建設(shè)投資成本，使輸電損耗有所降低，同時(shí)，使我國(guó)的電力輸電系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定、完整。例如：我國(guó)在2010年7月8日，試行了向家壩-上海的±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)，這一輸電系統(tǒng)的試行成功標(biāo)志著我國(guó)建成了世界上技術(shù)最先進(jìn)、輸電容量最大、輸電距離最遠(yuǎn)、電壓等級(jí)最高的特高壓直流輸電系統(tǒng)，使我國(guó)的輸電系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。向家壩-上海的±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)距離較長(zhǎng)，約1 907 km，跨越了八省，并橫跨了四次長(zhǎng)江，額定電壓為±800 kV，額定電容為6 400 MW。在±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)中，通常采用的整流側(cè)換流變壓器，一次側(cè)額定電壓：500 kV，二次側(cè)額定電壓：170 kV，安裝有4組無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝置；逆變側(cè)換流變壓器的一次側(cè)額定電壓：500 kV，二次側(cè)額定電壓：163 kV，也安裝有4組無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝置?！?00 kV的系統(tǒng)特高壓直流輸模型，如圖1所示。

2 ±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無(wú)功功率的原因

±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無(wú)功功率的主要原因是換流器的吸收無(wú)功功率。由于換流器在換流的過(guò)程中需要吸收大量的無(wú)功功率，所以在無(wú)功功率中整流側(cè)換流變壓器占輸電總功率的30%～50%，而逆變側(cè)換流變壓器卻占了40%～60%。逆變側(cè)換流變壓器的消耗功率明顯高于整流側(cè)換流變壓器。但有關(guān)研究表明，整流側(cè)換流變壓器和逆變側(cè)換流變壓器，都在利用有功功率的同時(shí)，還吸收換流過(guò)程中的無(wú)功功率。有功功率因數(shù)為：

β=P/S=UI1cosη/UI=I1/I cosη=v cosη

其中，v=I1/I，代表基波因數(shù)；cosη代表基波功率因數(shù)。整流側(cè)換流變壓器的基波功率因數(shù)為：

cosη≈cos（a+u/2）

其中，a為換流器的觸發(fā)角，u為換相重疊角。逆變側(cè)換流變壓器的基波功率因數(shù)為：

cosη≈cos（y+u/2）

其中，y代表?yè)Q流器關(guān)斷角。

從以上公式分析得出，各種換流器換流過(guò)程中吸收無(wú)功功率的原因主要有以下兩點(diǎn)。

①在特高壓輸電的過(guò)程中導(dǎo)致電流畸變的主要原因是，平波電抗器和換相電感的存在，導(dǎo)致2各閥同時(shí)開(kāi)通時(shí)出現(xiàn)了重疊角，產(chǎn)生了無(wú)功功率。

②整流側(cè)換流變壓器的觸發(fā)角和逆變側(cè)換流變壓器的關(guān)斷角使電壓和基波電流產(chǎn)生了相位差，特別是在±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)中，輸電工程正常運(yùn)行時(shí)，就會(huì)使整流側(cè)換流變壓器的觸發(fā)角變?yōu)?5 °左右，逆變側(cè)換流變壓器的關(guān)斷角就會(huì)變?yōu)?7 °左右。所以導(dǎo)致基波因數(shù)v<1，基波功率因數(shù)cosη<1，這是引起各類(lèi)變壓器在換流期間吸收無(wú)功功率的主要原因。

3 ±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的換流設(shè)備的相關(guān) 參數(shù)

換流變壓器是電力輸送過(guò)程中最重要的設(shè)備之一，因此，對(duì)變壓器設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)定顯得尤為重要。通常采用的±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的換流設(shè)備不僅價(jià)格昂貴，同時(shí)操作復(fù)雜，為工作人員的施工帶來(lái)了難點(diǎn)。三繞組的換流變壓器是按照（400+400） kV的接線(xiàn)方式進(jìn)行換流的，換電容量為610 MVA，比800 kV的單臺(tái)換流器的容量要高出很多，因此，采用單相雙繞的接線(xiàn)方式更有利于特高壓直流換電工作的運(yùn)行。

±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)換流器最低降壓運(yùn)行能達(dá)到560 kV，占總電壓的70%，而單極金屬回路的接線(xiàn)方式只能在線(xiàn)路電阻達(dá)到最大時(shí)才能降壓至560 kV。所以逆變站在不超過(guò)分接頭檔位最大制作能力的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)才能采用最大分接頭檔位。

4 無(wú)功功率的計(jì)算方式

±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)中，換電器的無(wú)功功率吸收與直流電量的輸送、換相電抗和換相重疊角等因素有關(guān)，所以各類(lèi)變壓器的無(wú)功功率計(jì)算方式如下

其中，P表示直流電輸送功率，Q表示換流器吸收的無(wú)功功率，η表示換流器的功率因數(shù)角，u1表示整流側(cè)換相重疊角，u2表示逆變側(cè)換相重疊角，Xr1表示整流側(cè)換相電抗，Xr2表示逆變側(cè)換相電抗，Id表示直流電流，a表示整流側(cè)換流變壓器的觸發(fā)角，y表示逆變側(cè)換流變壓器的關(guān)斷角，u1表示整流側(cè)換流變壓器閥側(cè)空載線(xiàn)電壓有效值，u2表示逆變側(cè)換流變壓器閥側(cè)空載線(xiàn)電壓有效值。在變壓器進(jìn)行換流的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)設(shè)備或測(cè)量誤差，因此需要對(duì)變電站換流器吸收的無(wú)功功率做出有效的處理，才能保證電流輸出的有效率。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無(wú)功功率的原因進(jìn)行了分析，提出了特高壓直流輸電系統(tǒng)的換流設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)輸電量的需要將換流工程中的換流器吸收的無(wú)功功率用表達(dá)式計(jì)算，為我國(guó)的±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了可靠的理論依據(jù)。采用合理的變電器換流參數(shù)和接線(xiàn)方式可以使輸電運(yùn)行更穩(wěn)定、安全。

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