首頁->新聞動態

 

    超高壓遠距離輸電線無功補償容量的實用計算

 

    對超高壓遠距離輸電線的運行分析，提出無功補償容量的工程實用計算方法，為超高壓遠距離輸電線無功補償容量的確定提供理論依據。按該計算方法確定無功補償容量，大大節省了無功補償裝置的配置容量，節約了投資，并使得無功補償裝置得到有效地利用。

 

    引言

 

    在電力市場環境下，隨著區域電網的互聯，電網規劃對緩解電力供需矛盾，防止電力瓶頸和輸電阻塞，保證電網安全穩定運行，都有至關重要的作用。電力系統規劃包括電源規劃和電網規劃，但由于它們各自的復雜性，常常把兩者獨立進行規劃。長期以來，電網規劃的常規方法是[1]首先依據經驗，通過定性分析做出負荷預測，然后根據確定出的負荷數據，人為選定幾種可行的網絡擴建方案，后對幾個方案進行技術經濟分析，從中找出一個佳方案。這種方法的優點是直觀，并可以同規劃人員的寶貴經驗相結合，缺點是預測精度和方法質量受人的經驗限制。

 

    電網規劃包括三方面的內容：負荷預測、網架規劃和無功規劃。負荷預測是電網規劃的首要任務，完成對未來負荷需求的預測，其準確度直接關系到規劃方案的質量。完成負荷預測后便可以進行網架規劃，根據投資及運行費用小的原則，確定電網擴建的類型、時間和地點，保證可靠地將負荷由發電中心送到負荷中心，并滿足環保要求。網架規劃完成后，就基本實現了有功負荷傳輸的要求，無功負荷的傳送與補償由無功規劃來完成。無功規劃的目的是確定電網中無功補償設備的類型、容量和安裝地點，以確保電網正常及故障運行方式下的電壓質量及穩定性，并使規劃期內投資及運行費用總和小。

 

    由此可見，網架規劃和無功規劃都是復雜的優化問題，隨著計算機技術和智能優化技術的發展，目前這些工作都可以通過計算機完成，提高了電網規劃的質量和決策水平。隨著電力電子技術的發展，對超高壓遠距離輸電線進行靈活的無功補償成為可能，本文通過對超高壓遠距離輸電線的運行分析，提出無功規劃中補償容量的實用計算方法。

 

    1超高壓遠距離輸電線的運行分析

 

    對超高壓遠距離輸電線，不宜根據其物理長度來判斷其為短線路、中長線路或長線路。為了進行準確分析，應采用分布參數模型，超高壓遠距離輸電線示意圖如圖1所示，由《電路理論》可得到超高壓遠距離輸電線的分布參數方程[2]：

 

    下標S,R分別代表輸電線的發送端和受端，發送端、受端電壓分別為VS，VR;以受端為基準，距受端X處的電壓、電流分別為Vx和Ix;受端電流為IR。參數方程中的ZC是輸電線的波阻抗，β是輸電

 

    1.1輸電線的無功特性

 

    當輸電線路的受端負載阻抗ZR等于波阻抗ZC，由于VR=IRZR，由參數方程（1）（2）可得全線的電壓、電流幅值處處相等。輸電線的等效電感吸收無功QL，等效電容發出無功QC，可以證明此時QL=QC，受端獲得的有功功率

 

    1.4.2串聯補償的等效計算

 

    串聯補償一般串聯電容器，在距受端l2處的m點安裝串聯補償裝置(如圖3)，其電抗為-jXC，XC=1/ωC。類似并聯補償的推導方法，因為I1=I2，U1=U2-jI1XC，由線路末端向首端推導，可得到與式(9)

 

    增大，Xeq減小，大傳輸有功功率PRmax增加，受端無功功率QR減小。

 

    2補償容量的工程實用計算

 

    2.1補償容量的確定

 

    隨著電力系統的發展，越來越多的遠離負荷中心的大容量發電廠相繼投運，各大區域電網逐漸互聯形成聯合電力系統，超高壓遠距離輸電線擔負著連接受端與遠區大容量發電廠或區域電網的任務。由于無功功率不能遠距離傳輸，必須采用無功補償裝置。無功補償是電力系統安全經濟運行的重要措施之一，合理的無功補償可以改善系統的性能。在有自動無功補償的情況下，可令VS=VR=VN，代入式(6)可得：

 

    以超高壓遠距離輸電線的自然功率PN為基準，基

 

    設受端功率因數角為φR，負載無功為QRL，無功補償容量為QRC(發無功為正)，則：

 

    補償容量的工程實用計算的依據就是式(14)。按PRmax*及其對應的φR可計算出QRCmax*;按PRmin*及其對應的φR可計算出QRCmin*。

 

    2.2補償設備安裝位置的確定

 

    為使傳輸的有功功率大，應該使Xeq小，由串補和并補的Xeq表達式可推導出θ1=θ2，即補償設備應安裝在輸電線的中點。串補、并補的選擇應比較補償容量等技術經濟指標后確定。

 

    在負荷預測和網架規劃完成后，對某一具體的超高壓遠距離輸電線的長度和線型，以及傳輸功率、負荷等情況也就清楚了。θ，PR,φR以及自然功率PN等都已知，由式(12)可以計算出無功補償容量的配置，按規劃要求再乘一個裕量系數，進而確定安裝位置，安裝位置和容量確定后，由式(11)對受端無功進行校驗。然后根據待選無功設備的單位容量，配置無功補償設備。

 

    3結論

 

    在《電力系統安全穩定導則》規定[3]“330 kV以上等級線路的充電功率應基本上予以補償”;“無功補償的原則是就地補償”。例如：一500 kV輸電線，長400 km，傳播角為30°，波阻抗為225 Ω，以自然功率為基準，由式(3)、(4)可計算得到容性充電功率為0.57786，假設受端負荷功率因數為0.8，對應受端不同有功負荷下的無功補償容量按式(14)計算結果如表1所示(均為標幺值)。工程上一般采用按充電功率的90%原則確定無功補償容量，從表1可以看出往往使無功補償裝置容量偏大，不能有效利用。采用本文提出的實用計算方法，可以充分利用無功補償容量，節省投資，并為無功補償容量的確定提供理論依據。

 

    VN（VN是輸電線的額定電壓），則受端獲得的有功功率與輸電線的自然功率相等。PN是輸電線無功狀態的分界點［2］：當PR>PN時，QL>QC，線路吸收無功；當PRN，QLC，線路發出無功。因此，超高壓遠距離輸電線在低負荷時會出現無功過剩，導致過電壓；高負荷時會出現無功不足，導致電壓偏低。這就是通常所說的遠距離輸電線在夜間出現過電壓，白天高負荷時低電壓現象。通常采用無功補償設備來保證超高壓遠距離輸電線在不同負荷水平下的運行電壓在合格范圍內。

 

    1.2輸電線的空載運行

 

    設輸電線長度為l，傳播角θ=βl，輸電線空載運行，受端開路，IR=0，代入參數方程可得發送端電壓電流為：

 

    為了使線路并列時兩端電壓差在允許范圍內，在對超高壓遠距離輸電線進行充電前應使充電端電壓在由式（3）確定的規定范圍內。對線路進行解列常操作時，為了使線路兩端不過電壓，解列前應控制電壓在由式（3）確定的范圍內。線路故障跳閘時，因為空載時首末端電壓比值恒定，這往往在超高壓遠距離輸電線繼電保護中作為保護依據（受端跳閘后聯跳發送端）。由式（4）得發送端有容性的充電電流，容性充電功率QS=3VSIS( VS、IS在三相系統中對應于發送端的相電壓、相電流)。

 

    1.3輸電線的負載運行

 

    輸電線負載運行時，設VS與VR[FS:Page]的夾角為δ，得受端有功、無功方程［2］：

 

    1.4遠距離輸電線無功補償的等效計算

 

    1.4.1并聯補償的等效計算

 

    在距受端l2處的m點安裝并聯補償裝置，電納

 

    與無補償時相比，當并聯補償器為容性設備時，大傳輸有功功率PRmax增加，kθθ, 受端無功功率QR增加；當并聯補償器為感性設備時，Bsh<0,Xeq>ZCsinθ, 大傳輸有功功率PRmax減小，kθ>cosθ, 受端無功功率QR減小。

 

    當輸電線路的受端負載阻抗ZR等于波阻抗ZC，由于VR=IRZR，由參數方程(1)(2)可得全線的電壓、電流幅值處處相等。輸電線的等效電感吸收無功QL，等效電容發出無功QC，可以證明此時QL=QC，受端獲得的有功功率VN(VN是輸電線的額定電壓)，則受端獲得的有功功率與輸電線的自然功率相等。PN是輸電線無功狀態的分界點[2]：當PR>PN時，QL>QC，線路吸收無功;

 

    源于科技，創新不止。襄陽源創電氣有限公司電話：13508662630.