摘要:對現(xiàn)有的各種特高壓輸電系統(tǒng)無功補(bǔ)償措施進(jìn)行了 綜述和評價, 發(fā)現(xiàn)特高壓輸電系統(tǒng)采用可控高壓電抗器所取 得無功補(bǔ)償效果最為理想。提出了采用65 %的固定高壓電 抗器(可投切) 加30%的可調(diào)節(jié)高壓電抗器的改進(jìn)方法, 并對幾種補(bǔ)償措施進(jìn)行了比較, 仿真結(jié)果驗證了該方法的有效性。

 

      由于特高壓輸電系統(tǒng)充電功率大、線路比較長, 因此無功平衡問題比較突出, 而且隨線路長度的增加問題變得更加顯著。為了解決上述不斷變化的無功需求, 應(yīng)合理配置高壓電抗器、低壓電抗器、低壓電容器, 甚至可以通過配置可控電抗器等設(shè)備來實現(xiàn)系統(tǒng)的無功平衡[2] 。另外對于特高壓長距離送電, 還可以通過裝設(shè)串聯(lián)補(bǔ)償裝置來提高廣義自然功率幅值, 來減少在大潮流情況下對系統(tǒng)無功的沖擊[3] 。

特高壓輸電線路充電功率大, 傳輸功率變化時無功波動很大, 因而無功電壓控制比較困難[4] , 國外超高壓和特高壓輸電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗驗證了這一點, 如美國AEP 公司765kV 輸電系統(tǒng)和俄羅斯 1 150kV輸電系統(tǒng), 為減輕系統(tǒng)無功壓力, 采取了減小線路輸送功率的措施[5] 。

無功控制的目的是通過調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償設(shè)備, 減少輸電線路無功傳輸, 降低網(wǎng)損, 并保證電壓運(yùn)行于合理水平[ 6 ] 。1 000kV 級特高壓輸電線路充電功率大約是500kV 線路的4～5 倍, 為限制工頻過電壓, 以及降低線路輕載時電壓水平, 1 000kV 級輸電線路需要安裝一定比例的高壓電抗器[7 ] , 但在重載時, 如果補(bǔ)償度過高, 高壓電抗器對無功平衡產(chǎn)生不利影響, 同時還會引起電壓水平降低[ 8 ] 。合理配置線路高壓電抗器和低壓無功補(bǔ)償設(shè)備, 在線路傳輸功率變化時通過投切低壓無功補(bǔ)償設(shè)備使無功保持平衡, 同時滿足運(yùn)行電壓要求, 是特高壓輸電系統(tǒng)無功控制研究的主要內(nèi)容[1 ,9 ] 。

 

1 　特高壓輸電系統(tǒng)無功補(bǔ)償目標(biāo)及原則

1.1 　特高壓輸電系統(tǒng)無功補(bǔ)償目標(biāo)

為了保證電力系統(tǒng)有效和可靠運(yùn)行, 電壓和無功功率的控制應(yīng)滿足以下目標(biāo):

①系統(tǒng)中所有裝置的端電壓應(yīng)在可接受的限值內(nèi)。電力公司和用戶的設(shè)備都是為在一定額定電壓下運(yùn)行而設(shè)計, 這些裝置如果運(yùn)行在所允許的范圍以外將影響它們的性能, 并有可能毀壞。

②為保證最大限度利用輸電系統(tǒng), 應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

③應(yīng)使無功功率傳輸最小, 能確保傳輸系統(tǒng)有效地運(yùn)行, 即主要用于有功功率傳輸。

 

1.2　特高壓輸電系統(tǒng)無功補(bǔ)償原則

①低壓無功補(bǔ)償設(shè)備用于平衡傳輸不同有功功率時輸電線路上的無功功率, 使特高壓輸電線路端電壓在合理的范圍內(nèi)[10 ] 。無功配置應(yīng)滿足分層分區(qū)平衡原則, 特高壓節(jié)點電壓控制在1 000 ～100kV之間。

②特高壓輸電線路充電功率大, 空載時線路電壓高, 低壓無功補(bǔ)償配置應(yīng)能滿足投切空載線路的要求, 保證線路兩端電壓低于1 100kV。

③低壓無功補(bǔ)償設(shè)備分組容量應(yīng)滿足電壓波動要求, 投切時引起的中壓側(cè)電壓波動應(yīng)不超過額定電壓的215 %。

④低壓無功補(bǔ)償容量應(yīng)不超過第三繞組容量。

⑤低壓無功補(bǔ)償設(shè)備的配置應(yīng)結(jié)合變壓器分接關(guān)位置調(diào)整進(jìn)行, 以保證滿足無功要求時, 節(jié)點電壓不越限。

 

2 　特高壓輸電系統(tǒng)無功補(bǔ)償措施概述

2.1 　發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)在發(fā)出有功功率的同時也提供無功功率, 但輸電系統(tǒng)中傳輸無功功率會增加網(wǎng)損, 所以發(fā)電機(jī)的無功功率只用來調(diào)整機(jī)端電壓或滿足發(fā)電廠附近的無功平衡需要。

 

2.2 　調(diào)節(jié)變壓器分接頭

調(diào)節(jié)變壓器分接頭是最直接的調(diào)壓方式。但通過變壓器分接頭只能調(diào)整無功分布和系統(tǒng)電壓水平。

 

2.3 　安裝低壓無功補(bǔ)償設(shè)備

低壓無功補(bǔ)償設(shè)備一般安裝在特高壓變壓器低壓側(cè), 分為容性補(bǔ)償設(shè)備和感性補(bǔ)償設(shè)備, 根據(jù)線路傳輸功率的變化分組投切, 實現(xiàn)對高壓側(cè)無功和電壓的控制。線路輕載時, 減少低壓電容補(bǔ)償容量, 不能滿足要求時投入低壓電抗; 線路重載時, 增加低壓電容補(bǔ)償容量。低壓無功補(bǔ)償設(shè)備是目前最常用的無功補(bǔ)償方法, 對特高壓輸電線路而言, 不存在技術(shù)上的障礙, 是可以應(yīng)用的成熟技術(shù)。

 

2.4 　串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備

串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備對提高輸電能力作用最明顯, 串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備對輸電系統(tǒng)的無功功率特性有一定的作用, 可以減少系統(tǒng)的無功功率損耗, 減少線路兩端電壓降。特高壓電網(wǎng)規(guī)劃方案中, 為提高輸電系統(tǒng)的輸電能力, 大型電源基地送出線路和重要的聯(lián)絡(luò)線需要安裝串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備。

 

2.5 　固定補(bǔ)償高壓電抗器

為限制工頻過電壓, 特高壓輸電線路上安裝大容量高壓電抗器, 會產(chǎn)生一些負(fù)面影響:

①小負(fù)荷方式運(yùn)行電壓偏高或大負(fù)荷方式下運(yùn)行電壓偏低。常規(guī)的解決辦法是通過在變壓器的低壓側(cè)安裝低壓電抗器組或低壓電容器組, 一方面增加了無功補(bǔ)償?shù)耐顿Y, 另一方面, 由于受變壓器容量的限制, 低壓補(bǔ)償可能無法滿足要求。

②線路輸送能力下降。高壓電抗器補(bǔ)償度越高, 其廣義自然功率下降越多。

 

2.6 　可控高壓電抗器

可控高壓電抗器是解決限制過電壓和無功調(diào)相調(diào)壓之間矛盾的有效手段之一�？煽仉娍蛊髟谶\(yùn)行期間, 無功在一定的范圍內(nèi)可實現(xiàn)平滑調(diào)節(jié), 在一定程度抑制電壓在小負(fù)荷方式下過高或大負(fù)荷方式下過低, 同時它能在故障瞬間調(diào)節(jié)容量至最大值, 限制故障引起的工頻過電壓。

目前對可控電抗器的研究主要集中在以下幾個方面:

①為降低成本, 提高效率和擴(kuò)大容量, 可控電抗器將向結(jié)構(gòu)簡單、控制可靠的方向發(fā)展。

②為提高可控電抗器的響應(yīng)速度, 一些先進(jìn)的控制策略將在可控電抗器的調(diào)節(jié)中得到真正的應(yīng)用。

③為降低系統(tǒng)的諧波, 可控電抗器除了在降低自身的諧波產(chǎn)生方面將有更好的發(fā)展外, 能夠主動地抑制系統(tǒng)諧波, 使可控電抗器功能更加豐富、實用。