特高壓交直流電網(wǎng)輸電技術(shù)及運(yùn)行特性綜述

荊云波 劉明帥 李文耀

國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司 山東濟(jì)南 250000

1 特高壓交/直流輸電技術(shù)概況

近年來，我國不斷研究特高壓關(guān)鍵技術(shù)，通過不懈努力取得重大突破，在電壓控制、潛供電流控制、成套設(shè)備、調(diào)試運(yùn)行等方面進(jìn)行深入探索，開發(fā)和研制了一整套具有自主知識產(chǎn)權(quán)、處于世界領(lǐng)先水平的特高壓交流輸電技術(shù)，掌握了特高壓交流輸變電的核心技術(shù)。國家電網(wǎng)公司開展了300多項關(guān)于特高壓輸電技術(shù)的研究，并帶頭號召國內(nèi)100多家電工裝備企業(yè)參與了特高壓輸配電設(shè)備的研發(fā)，成功研制了達(dá)到世界領(lǐng)先水平的全套特高壓交流輸電設(shè)備，制造了諸如特高壓變壓器、并聯(lián)電抗器等特高壓設(shè)備，在特高壓領(lǐng)域首開先河[1]。

2 1000kV輸電系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)模型及其輸電能力

1000kV交流輸電系統(tǒng)是大規(guī)模發(fā)電基地的遠(yuǎn)距離輸電。大規(guī)模發(fā)電基地通常是發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓變壓器（此稱發(fā)電單元機(jī)組）接入電站的500kV母線，各發(fā)電單元機(jī)組經(jīng)母線匯集后接入1000kV變電站。根據(jù)試驗示范工程的經(jīng)驗和文獻(xiàn)的研究結(jié)論，1000kV輸電系統(tǒng)提高輸電能力，降低輸電建設(shè)成本的優(yōu)化參數(shù)模型包括如下內(nèi)容：

（1）500kV母線直接與1000kV升壓變電站相聯(lián)，受端1000kV降壓變電站接入具有電壓支撐的500kV樞紐變電站。

（2）特高壓升降壓變壓器短路阻抗從目前的18%及以上降到11%～12.5%，這樣，既可提高輸電能力，又能降低內(nèi)過電壓水平和設(shè)備制造成本。

（3）變電站特高壓側(cè)靜止無功補(bǔ)償代替目前的變壓器低壓無功補(bǔ)償，這樣，既有利于特高壓的無功平衡與控制，電壓支撐，又可以增加輸送功率水平。

（4）以并聯(lián)無功補(bǔ)償和高抗共同作用限制功頻過電壓，這樣，既可提高輸電能力，又能降低功率損耗。

（5）以8×630mm2分裂導(dǎo)線代替8×500mm2分裂導(dǎo)線構(gòu)成低阻抗型線路，這樣，在提高輸電能力的同時，可降低電阻功率損耗和電暈功率損耗。

（6）用開關(guān)站將長線路分為若干短線路，各段線路配置串聯(lián)電容補(bǔ)償，這樣，可有效減少線路等效阻抗，提高輸電系統(tǒng)輸電能力和穩(wěn)定性。經(jīng)過系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化后，1000kV輸電系統(tǒng)輸送功率4300～4500MW，輸電距離可達(dá)1500～2000km。以兩個電廠，分別裝有5×600MW和4×600MW機(jī)組為例，1000kV，1500km線路，中間設(shè)兩開關(guān)站，線路分為3段，經(jīng)分析計算可知，可將4410MW(自然功率)，靜穩(wěn)極限4850MW，送到500kV電網(wǎng)的樞紐變電站。當(dāng)線路輸送自然功率時，單位長度電抗消耗的無功等于單位長度線路發(fā)出的無功。輸送自然功率是一種經(jīng)濟(jì)的輸電方式。

3 提高特高壓電網(wǎng)輸電能力的有效策略

3.1 提升交直流輸電相關(guān)技術(shù)

（1）換流技術(shù)現(xiàn)階段，直流輸電在換流技術(shù)方面的主要研究為電容換相（CapacitorCommutationConverter，CCC）直流輸電和柔性直流輸電。雖然LCC換流技術(shù)已十分成熟，但仍存在問題，即需在送受端補(bǔ)償大量無功功率，隨著輸送容量增加，送受端無功平衡問題日益凸顯，一旦某受端多條直流發(fā)生換相失敗，則會對該區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定性造成巨大影響。CCC換流技術(shù)是基于LCC發(fā)展起來的，為避免缺失大量無功，將固定電容器串聯(lián)接入傳統(tǒng)換流系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。雖然效果明顯，但其經(jīng)濟(jì)性偏低。因此，應(yīng)當(dāng)全力開展交直流技術(shù)的研究工作。

（2）在線安全分析技術(shù)我國大電網(wǎng)安全運(yùn)行需要更為先進(jìn)的調(diào)度模式，而在線安全分析是實時調(diào)度從經(jīng)驗型向分析型、主動型逐漸轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)支持。目前，該技術(shù)存在實時性差、適應(yīng)性弱、自動定位功能不完善以及計算資源利用率低等問題?，F(xiàn)可利用多種先進(jìn)技術(shù)，建立一套先進(jìn)的在線安全分析系統(tǒng)

3.2 注重主網(wǎng)架構(gòu)的建設(shè)

現(xiàn)有的交流電網(wǎng)規(guī)模與強(qiáng)度無法滿足大規(guī)模直流運(yùn)行的要求，電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題始終受到威脅。不但要擴(kuò)大交流電網(wǎng)規(guī)模以承受送端直流閉鎖帶來的沖擊，同時還應(yīng)加強(qiáng)其強(qiáng)度免遭直流故障影響。堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的目標(biāo)是要建設(shè)堅強(qiáng)可靠實體電網(wǎng)，實現(xiàn)全面優(yōu)化升級。特別是交流電網(wǎng)要與直流容量及規(guī)模相匹配，保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。我國現(xiàn)階段正在謀劃東西部特高壓同步電網(wǎng)格局，為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略推進(jìn)打下堅實基礎(chǔ)。

3.3 提升新能源入網(wǎng)性能

研究并制定針對新能源機(jī)組的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)新能源場站自身動態(tài)功率調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)對電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓過程的參與度，防止由于新能源大規(guī)模脫網(wǎng)引發(fā)的連鎖反應(yīng)，避免造成不必要的傷害。

3.4 電壓、頻率穩(wěn)定性問題的應(yīng)對措施

特高壓電壓等級高、影響范圍廣，盡快發(fā)展并采取合理的控制保護(hù)措施是十分必要的。由換相失敗產(chǎn)生的非特征諧波不但降低傳統(tǒng)交流保護(hù)方法的有效性，而且會對線路保護(hù)造成影響。傳統(tǒng)保護(hù)方案一般采用全或半周傅式算法對工頻相量進(jìn)行提取，為防止非特征相量產(chǎn)生干擾，應(yīng)當(dāng)研究包括新型相量提取方法在內(nèi)的諸多保護(hù)措施。加強(qiáng)直流輸電骨干網(wǎng)架的規(guī)劃和堅強(qiáng)水平，提高電網(wǎng)安全性。根據(jù)我國資源能源分布情況，合理規(guī)劃電網(wǎng)布局，加快主干網(wǎng)建設(shè)，嚴(yán)格部署應(yīng)急電源分布，提高電網(wǎng)應(yīng)對故障的承受能力。為便于監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)行，建立在線監(jiān)測系統(tǒng)，完善靜、動態(tài)評估體系。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)多饋入直流系統(tǒng)無功支撐能力，并研究電壓穩(wěn)定性較弱區(qū)域的無功裝置安裝問題。

4 結(jié)語

我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開電網(wǎng)的支撐，因此，提高特高壓電網(wǎng)的輸電能力是一項非常重要的任務(wù)，具有一定的現(xiàn)實意義。通過對近幾年我國電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展趨勢的研究，遠(yuǎn)距離的特高壓輸電網(wǎng)路將會是未來主要的發(fā)展方向，但是我國對于這方面的研究還有待提高，許多技術(shù)難關(guān)仍然需要突破。相信未來在相關(guān)技術(shù)人員的努力下，我國電網(wǎng)的輸電能力會有所提高。