特高压交流电网无功电压控制

2018-12-06李志孙松松杜文琦

商品与质量 2018年42期

李志孙松松杜文琦

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随着电力系统规模的不断扩大以及电压等级的不断增高。尤其是特高压电网的接入。电力系统无功优化的传统算法和人工智能算法均存在计算机内存不足、收敛速度慢等维数灾难问题，且难以寻得全局最优解。而与普通线路不同，特高压线路导线的等效直径增大、相对相以及相对地之间的分布电容增大，容易出现较大的过电压从而导致优化计算收敛困难。

1 特高压交流线路的无功、电压特性

特高压交流电网的无功电压控制方法特高压电网是近几年发展的，采用了新的电压等级，无功电压控制技术并不成熟。需要对现有自动电压控制（automaticvoltagecontrol，AVC）系统进行调整；而超高压电网发展较为成熟，对应的AVC系统也在理论和实践中形成成熟的分层分区协调控制技术。

理论上，全局无功优化是进行无功电压控制的好方法，可以灵活考虑多种目标和约束。但无功优化在数学上是一个多变量多约束的混合整数规划问题。初始值的选取、问题的维数、控制参数的设置等条件都可能对算法的求解效率和寻优质量造成很大的影响。因此，全局无功优化方法大多处于理论上的研究阶段。在实用中，基于二级电压控制或三级电压控制的AVC系统得到了广泛的应用。

2 特高压交流电网的无功电压控制方法

2.1 基于电压合格和无功平衡的独立控制

电压合格是无功电压控制的基本要求。无功功率分层分区平衡是长久以来电力系统运行的认识和原则。基于电压合格和无功平衡的独立控制，是比较直接的控制方法，也符合国内分层分区的调度体系。

2.2 考虑近区电网的协调控制

特高压电网无功电压问题突出，现阶段在特高压电压层的调节手段相对缺乏，因此有必要利用近区超高压电网进行协调配合。经济压差的实现要求特高压电网有足够、连续可调的无功补偿设备，但目前特高压电网只装有离散的低容低抗。基于经济压差的方法能实现特高压线路无功功率在两侧的均摊，有利于减小特高压线路的有功损耗和电压降落。

这种方法对于辐射状的线路而言计算简单，但在环网中则难以适应，而且该方法只考虑了特高压自身的无功平衡，没有讨论特高压电网与超高压电网之间的相互影响[1]。

3 特高压交流电网无功电压控制发展方向

3.1 特高压连接成网的无功电压控制

特高压输电线路连接成网是特高压交流电网发展的趋势，国家区域电网问互联、洲内各国电网互联，乃至洲际电网互联，在全球能源互联网的构想下，特高压交流电网的规模越来越大，电网的耦合越来越紧密，无功电压控制的对象是前所未有的大范围、多主体、差异化的大规模能源互联网。形成网络后，一方面，特高压交流电网的无功、电压特性与简单的特高压交流输电通道不同；另一方面，电网的耦合更加密切，而各层／区的无功电压控制目标和能力可能存在较大差异，分层分区控制需要做出适应性调整。如果建立统一的优化模型，问题的规模将会十分庞大，求解模型需要处理大量的数据，对算法的求解效率和寻优质量提出更高的要求，数据的共享在现实中也不一定可行，这会严重限制全局优化算法在实际工程中的应用。

如果将特高压电网与各区域电网一同纳入统一的AVC系统中，则在这一垂直体系中，最高层的主站需要对跨区域甚至跨洲多级电压的特大型电网负责，其重要性被放在前所未有的位置，一旦高层主站出现故障、失效，其影响范围将会很大，这对系统的可靠运行提出了严格的要求。从AVC系统的建设现状来看，特高压电网是近几年才发展起来的，现有的AVC系统已较成熟且相对固化，AVC系统建设前期并未考虑到特高压电网的接人。特高压电网的无功电压控制应当考虑如何与现有的AVC框架进行协调配合，并对现有AVC系统的改造方法和成本进行分析。

3.2 特高压交直流混合电网协调控制

交、直流输电各有其特征和定位，建设交直流混合输电骨干网架，有利于形成更加合理的电网结构。特高压交直流混合电网是中国电网的发展趋势。特高压直流输电的无功需求由其运行方式和换流站的控制方式决定，一般而言，在满载运行时，换流站的无功损耗高达有功功率的40%-60%。特高压直流输电的安全稳定运行需要坚强的受端交流电网支撑。在特高压交直流混合电网中，特高压直流输电的发展不可避免地对特高压交流电网的无功电压调节能力提出新的要求。如何处理特高压直流输电的运行约束，协调交直流电网的无功电压控制，是发展特高压交直流混合电网需要解决的现实问题[2]。

由于特高压直流电网的无功需求，需要提出特高压交直流混合电网的协调无功电压控制方法，研究特高压直流电网在不同接入方式、运行方式、控制方法下的无功需求和补偿策略，研究特高压交流电网与特高压直流电网的无功电压耦合特性，研究特高压交流电网与特高压直流电网的协调无功电压控制策略。

3.3 适应大规模间歇性可再生能源发电并网的特高压电网无功电压控制

随着间歇性可再生能源发电的快速发展和大规模上网，特高压输电线路传输功率的随机性、波动性将大大加强。到2015年为止，中国风电累计并网装机容量129GW，光伏发电累计装机容量43.18GW，可再生能源（不含水电）的装机容量在全球排名第一。在可再生能源发电大规模并网和电力市场机制不断深化的背景下，特高压输电线路的功率大范围波动将有可能成为一种常态，而不仅存在于发生了故障的特殊场景。