特高压电网无功补偿设计和运行方法

王雪丽 冯燕 王昭卿

摘要

在经济压差潮流的基础之上，本文详细研究和分析了特高压电网无功补偿的设计和运行方法，从而通过举例论证了此方法不仅具有实用性，而且还具有可操作性和科学性。充分证明了线路跳闸时的荷载传递，进而导致电压出现明显下降，倘若将磁控电杭器（MCR）当做高压电杭器，之后立即关闭导通角，并且电压可以迅速升高。在整个电网的无功优化和经济运行中，这种方法的应用前景较为广阔。

【关键词】特高压电网 无功补偿设计 运行方法

如今，每100千米的输电线路将承受1000kV特高压，此外，需要的充电功率约为530Mvar，是500kv同等长度输电线路的5倍，故此，想要更好的对特高压电网的无功功率传输加以研究，就必须对特高压电网无功补偿运作方式、设计进行探索，从而能够对操作和甩负荷过程中的工频过电压现象进行控制，电容效应在一直稳态模式的前提下，其电压数值会有上升的异常改变，使输送能力得到有效提高，对电网安全运行和资源节约都有益处。

1 特高压电网的优点

特高压电网不仅具有长距离、大容量的优势，而且具有低损耗传输电力和节约土地资源的特点，也是指具有1000kV交流以及正负800kV直流输电网络，其中1000kV特高压交流输电线路的输电功率远远超过500kV线路，是4～5倍之多;此外，在正负500kV线路输电能力的基础上，正负800kV直流特高压输电能力是其2倍之多。同时，当传输相同功率时，特高压交流输电线路打破了原先的最远距离，再次基础上延长3倍，并且损耗也大大缩减很多，仅为500kV传输线路的25%-40%。相对于500kV线路，具有相同功率的1000kV线路可节约60%的土地资源。展望2020年，如果充分应用特高压，可以有效降低装机容量的2000万千瓦左右，减少相关部门的823亿元;北电南送的火电力容量高达5500万千瓦，与地区电网相比，每年可减少煤炭成本约240亿元。

2 变电站无功补偿设计分析

2.1 基本原则

（1）当场平衡。最大限度地减少变压器和变电站之间的无用功。

（2）最大限度的降低补偿资金。

（3）在交直流混合电网发生直流闭锁故障后，或变压器跳闸后，电厂在功率流传输通道上，变电站可以尽快为线路提供相应的电容性无功补偿。避免故障和过大的电压降，有效阻止了电网的崩溃瓦解。

2.2 无功补偿总量

高压输电线路的超额无用功率总和的二分之一，同高压侧线路连接的高压电抗器消耗无功和变压器无功损耗之和即为变电站无功补偿的总容量。公式如下：

此项公式中，△Q_HV和△Q_MV都代表着变电站的高压，而由中压母线所连接的每根线路多余的无功功率称为ΔQ。可以利用以下公式求得：

在上述两个公式中，Q_RHV表示连接到高压线或母线上的高压并联电抗器，工作期间所耗损的无功功率。Q_RMV表示连接到中压线或者母线上所连接高压并联电抗器所耗损的无功功率。高压并联电抗器的数目用字符X代表。高压母线的数量用字符N表示。中亚母线连接的线路条数用M表示。此外，中压并联电抗器的数目是Y，线路布线是B，线路电抗用XL代表。此外，ΔQT代表变压器损耗。

由第一个公式可以推导出电抗器和电容器的补偿总容量：Qcgen，Qrgen。

3 电压控制

3.1 任务

科学合理地替代无功功率补偿容量和调节能力，以最大限度地减少电压损失，并保持電源电压和接收电压基本相等，来实现：

（1）不论是在事故后，还是在正常运作中，每根母线的电压数值必须确保在规定限值范围内;

（2）保持电力系统安全稳定;

（3）必须保证电网在经济运行状态下运作，这样才能保证线路损耗率最低。

3.2 方法

工作人员需要根据1000kV电网的工作电压等级标准，优化整个网络变压器分接头的集成，以保持无功功率的原位（分层）平衡，使电网在给定电压水平且无功潮流优化的方式下运行。

3.3 调整控制方法

业内人士都知道，自动电压控制有两个主要特征，即无功功率优化和自动控制。控制界面是由各站、厂并入电网的连接点，换言之，就是升降压变压器的高压测。控制目标的一般情况也是在给定电压约束下注入电网的无功功率的实时值，并逐渐提高接近目标值。

4 结束语

总而言之，在输电线路的无功损耗传输过程中，存在较大的有功变动。此外，电容效应会产生大量的充电功率。特高压输电线路不仅给变电站的无功补偿工作带来一定的难度，而且也给电压控制带来了前所未有的挑战。本分研究分析是确立在特高压输电线路的数学模型的基础之上的。为了有效控制线路电压的不越限作，视为无功补偿的基本原理，进而准确的把握了变电站的控制方式和补偿容量。通过实验证明了此方法的实用性和可行性，对于变电站无功补偿的规划、设计和运行意义重大。

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