特高壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法

王雪麗 馮燕 王昭卿

摘要

在經(jīng)濟(jì)壓差潮流的基礎(chǔ)之上，本文詳細(xì)研究和分析了特高壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)和運(yùn)行方法，從而通過舉例論證了此方法不僅具有實(shí)用性，而且還具有可操作性和科學(xué)性。充分證明了線路跳閘時(shí)的荷載傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致電壓出現(xiàn)明顯下降，倘若將磁控電杭器（MCR）當(dāng)做高壓電杭器，之后立即關(guān)閉導(dǎo)通角，并且電壓可以迅速升高。在整個(gè)電網(wǎng)的無功優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中，這種方法的應(yīng)用前景較為廣闊。

【關(guān)鍵詞】特高壓電網(wǎng) 無功補(bǔ)償設(shè)計(jì) 運(yùn)行方法

如今，每100千米的輸電線路將承受1000kV特高壓，此外，需要的充電功率約為530Mvar，是500kv同等長(zhǎng)度輸電線路的5倍，故此，想要更好的對(duì)特高壓電網(wǎng)的無功功率傳輸加以研究，就必須對(duì)特高壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償運(yùn)作方式、設(shè)計(jì)進(jìn)行探索，從而能夠?qū)Σ僮骱退ω?fù)荷過程中的工頻過電壓現(xiàn)象進(jìn)行控制，電容效應(yīng)在一直穩(wěn)態(tài)模式的前提下，其電壓數(shù)值會(huì)有上升的異常改變，使輸送能力得到有效提高，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行和資源節(jié)約都有益處。

1 特高壓電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

特高壓電網(wǎng)不僅具有長(zhǎng)距離、大容量的優(yōu)勢(shì)，而且具有低損耗傳輸電力和節(jié)約土地資源的特點(diǎn)，也是指具有1000kV交流以及正負(fù)800kV直流輸電網(wǎng)絡(luò)，其中1000kV特高壓交流輸電線路的輸電功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過500kV線路，是4～5倍之多;此外，在正負(fù)500kV線路輸電能力的基礎(chǔ)上，正負(fù)800kV直流特高壓輸電能力是其2倍之多。同時(shí)，當(dāng)傳輸相同功率時(shí)，特高壓交流輸電線路打破了原先的最遠(yuǎn)距離，再次基礎(chǔ)上延長(zhǎng)3倍，并且損耗也大大縮減很多，僅為500kV傳輸線路的25%-40%。相對(duì)于500kV線路，具有相同功率的1000kV線路可節(jié)約60%的土地資源。展望2020年，如果充分應(yīng)用特高壓，可以有效降低裝機(jī)容量的2000萬千瓦左右，減少相關(guān)部門的823億元;北電南送的火電力容量高達(dá)5500萬千瓦，與地區(qū)電網(wǎng)相比，每年可減少煤炭成本約240億元。

2 變電站無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)分析

2.1 基本原則

（1）當(dāng)場(chǎng)平衡。最大限度地減少變壓器和變電站之間的無用功。

（2）最大限度的降低補(bǔ)償資金。

（3）在交直流混合電網(wǎng)發(fā)生直流閉鎖故障后，或變壓器跳閘后，電廠在功率流傳輸通道上，變電站可以盡快為線路提供相應(yīng)的電容性無功補(bǔ)償。避免故障和過大的電壓降，有效阻止了電網(wǎng)的崩潰瓦解。

2.2 無功補(bǔ)償總量

高壓輸電線路的超額無用功率總和的二分之一，同高壓側(cè)線路連接的高壓電抗器消耗無功和變壓器無功損耗之和即為變電站無功補(bǔ)償?shù)目側(cè)萘?。公式如下?/p>

此項(xiàng)公式中，△Q_HV和△Q_MV都代表著變電站的高壓，而由中壓母線所連接的每根線路多余的無功功率稱為ΔQ?？梢岳靡韵鹿角蟮茫?/p>

在上述兩個(gè)公式中，Q_RHV表示連接到高壓線或母線上的高壓并聯(lián)電抗器，工作期間所耗損的無功功率。Q_RMV表示連接到中壓線或者母線上所連接高壓并聯(lián)電抗器所耗損的無功功率。高壓并聯(lián)電抗器的數(shù)目用字符X代表。高壓母線的數(shù)量用字符N表示。中亞母線連接的線路條數(shù)用M表示。此外，中壓并聯(lián)電抗器的數(shù)目是Y，線路布線是B，線路電抗用XL代表。此外，ΔQT代表變壓器損耗。

由第一個(gè)公式可以推導(dǎo)出電抗器和電容器的補(bǔ)償總?cè)萘浚篞cgen，Qrgen。

3 電壓控制

3.1 任務(wù)

科學(xué)合理地替代無功功率補(bǔ)償容量和調(diào)節(jié)能力，以最大限度地減少電壓損失，并保持電源電壓和接收電壓基本相等，來實(shí)現(xiàn)：

（1）不論是在事故后，還是在正常運(yùn)作中，每根母線的電壓數(shù)值必須確保在規(guī)定限值范圍內(nèi);

（2）保持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定;

（3）必須保證電網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)作，這樣才能保證線路損耗率最低。

3.2 方法

工作人員需要根據(jù)1000kV電網(wǎng)的工作電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)變壓器分接頭的集成，以保持無功功率的原位（分層）平衡，使電網(wǎng)在給定電壓水平且無功潮流優(yōu)化的方式下運(yùn)行。

3.3 調(diào)整控制方法

業(yè)內(nèi)人士都知道，自動(dòng)電壓控制有兩個(gè)主要特征，即無功功率優(yōu)化和自動(dòng)控制。控制界面是由各站、廠并入電網(wǎng)的連接點(diǎn)，換言之，就是升降壓變壓器的高壓測(cè)?？刂颇繕?biāo)的一般情況也是在給定電壓約束下注入電網(wǎng)的無功功率的實(shí)時(shí)值，并逐漸提高接近目標(biāo)值。

4 結(jié)束語

總而言之，在輸電線路的無功損耗傳輸過程中，存在較大的有功變動(dòng)。此外，電容效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的充電功率。特高壓輸電線路不僅給變電站的無功補(bǔ)償工作帶來一定的難度，而且也給電壓控制帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。本分研究分析是確立在特高壓輸電線路的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上的。為了有效控制線路電壓的不越限作，視為無功補(bǔ)償?shù)幕驹恚M(jìn)而準(zhǔn)確的把握了變電站的控制方式和補(bǔ)償容量。通過實(shí)驗(yàn)證明了此方法的實(shí)用性和可行性，對(duì)于變電站無功補(bǔ)償?shù)囊?guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行意義重大。

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