特高压交流电网运行与控制研究综述刘昱良

特高压交流电网运行与控制研究综述刘昱良

崔玮刘昱良

(国网山西省电力公司检修分公司山西省太原市030000)

摘要：随着电力行业的快速发展，随着特高压工程的开展和推进，大容量特高压交直流输电工程不断增加，给现代电网带来深刻变化。围绕特高压电网运行与控制问题，从电网功率控制与优化、电网稳定性与控制、系统保护与控制、故障分析等方面综述和分析了特高压电网的理论研究动态和工程应用技术，提出今后的重点研究方向和技术发展趋势，为特高压电网规划、调度、运行与控制提供理论和技术参考。

关键词:功率控制;输电能力;最优潮流;电磁环网;无功优化

引言

随着电力负荷的日益快速增长和大规模、远距离、大容量输电需求的增加，以及发电技术和输电技术的提高，发展特高压也成为电力工业发展的必由之路。特高压输电和特高压电网是提高线路输电能力的主要途径。美国电力公司(AEP)、美国邦纳维尔电力局(BPA)、日本东京电力公司、前苏联、意大利和巴西等国的公司分别建设了特高压试验基地，开展特高压工程、技术和设备方面的研究。中国能源资源和负荷需求的逆向分布及能源结构的战略性调整，决定了中国未来的输电网架结构必须在送、受端系统以及1000～3000km的输电系统上有根本性的突破。国家电网正在建设由特高压交流和特高压直流构成的大规模复杂特高压电网，以期解决电源与负荷中心之间大规模、远距离、大容量的电力输送难题，实现资源优化配置。电网的发展逐步呈现出形态复杂，而区域电网间则呈现出相互影响与依赖增强、电网中不确定因素逐渐增加的特点，使电网运行面临更多且更复杂的风险因素。特高压大电网建设既要保证安全性、可靠性、稳定性、经济性的运行条件，又要适应国家经济社会的发展。特高压电网结构复杂，加之特高压工程建设和电源核准中存在的不确定性，一些薄弱环节将会给复杂电网的稳定分析、控制和运行带来了一系列挑战。

1特高压交流电网功率控制和优化

特高压交流电网大规模功率转移将会对低一级线路造成突出的过载问题。特高压互联电网的频率稳定与有功平衡，无功的合理分布与电压的稳定有着直接关系。因此，通过对电网的功率控制和优化，使潮流合理分布对电网的安全、稳定、经济运行具有重要的现实意义。交流系统的输电能力是指在保持系统经济和稳定运行的条件下，一定距离的输电线路具有的最大输送功率。影响特高压交流输电的因素具有多样性，分析了两端交流系统对交流输电系统输电能力和运行特性的影响，提出了两不同交流系统短路比对输电能力的影响，短路比越大输送能力越强。建立了特高压输电系统功率传输模型，分析了影响输电能力的因素，提出应在中间开关站加装ＳＶＣ、线路串联电容补偿和线路串联补偿加可控串联电容补偿等先进技术来提高特高压系统的输电能力。随着特高压电网的发展，电力系统会形成单个或数个电磁环网，随之而来的系统稳定性破坏及电压水平下降等问题将会更加突出。通过对潮流分布和输电断面进行评估，分析了特高压电磁环网的解合环原则、开环方案及优化决策。最优潮流问题是特高压电网运行与控制决策中的重要问题，同时是电网规划与稳定性分析的重要前提。针对特高压交流电网的运行，提出了求解最优潮流的新算法，提出了考虑暂态稳定和短期电压稳定的最优潮流模型并采用直接多重打靶法和简约空间内点法数值优化算法进行求解，提出了免疫遗传算法与内点法相结合的算法。分析了最优潮流在电力系统中的最新应用。目前对于最优潮流的研究多集中于大规模高压／高压交直流混合电网，虽然所得出的结论和优化算法对特高压交流电网具有很强的适用性，但是可能存在一些不足。因此，为保证特高压电网安全、可靠、经济运行，对特高压交流系统最优潮流的研究是很有必要的。无功补偿是维持电网电压稳定水平的重要手段，如何快速补偿电力系统的无功是特高压电网运行中亟待解决的重要问题。大容量远距离特高压交流输电系统充电功率大，无功电压控制相对困难，研究了基于经济压差无功潮流和保证电压不越限的特高压电网无功补偿设计和运行方法，提高输送能力，保证电网的运行安全与经济性。研究了特高压交流输电系统的无功平衡及稳态电压控制问题并针对特高压示范工程提出了无功补偿及电压控制方案，包括高抗配置方案、低压无功补偿方案、无功投切策略以及稳态过电压的控制措施。

2特高压交流电网稳定性与控制

随着特高压电网的发展和有功负荷的增加，电网的开放化和电力市场商业化使得电力系统越来越接近其安全稳定运行极限，经济性和稳定性相互制约，对电力系统的安全稳定分析与控制提出了新的挑战。特高压电网形成初期，网架结构相对薄弱，针对特高压电网中出现的线路静态稳定极限偏低和动态无功补偿不足问题，提出采用可控电抗器和新建变电站等提高电网稳定性的措施。特高压环状电网结构形成后，功角稳定、电压稳定、频率稳定，短路电流和运行灵活性等方面发生剧烈变化。分析了特高压电网改变情况和变化趋势，并从提高安全稳定性角度提出了网架发展规划建议。除建立合理的电网结构，安排合理的运行方式外，为保证特高压变电站接入系统后电网安全稳定运行，特高压电网必须配备合理的安全稳定控制系统。

3特高压交流电网的频率稳定性与控制

频率稳定是指电力系统发生有功功率扰动后，系统频率能够保持或恢复到允许的范围内，不发生频率崩溃的能力。基于两机系统模型及WAMS实测数据，分析了电网总容量的变化并判断出输送功率变化是导致特高压联络线固有振荡频率变化的主要原因。电网受电能力主要受电网频率稳定性的影响，随着大受端电网的形成，大受端电网安全稳定问题需进一步深入研究。通过对大受端电网频率安全稳定评估的必要性进行分析，提出了大受端电网频率安全稳定评估采用的模型和分析方法，总结了受端电网频率安全稳定分析中应注意的问题。基于目前频率稳定研究中存在的不足，提出了一种电力系统频率失稳风险评估方法，推导了计及旋转备用的频率动态特性，建立了考虑低频减载作用的频率稳定分析模型和考虑发电方式、网络拓扑和负荷水平的随机模型。国内外研究人员对功角稳定与电压稳定关注较多，其中某些领域已经实现在线分析控制，而电网频率动态特性及其控制一直是电力系统稳定研究中的一个薄弱环节，特高压交流系统中频率稳定性及控制策略有待深入研究。

结语

本文围绕特高压电网运行与控制问题，从电网功率控制与优化、电网稳定性与控制、系统保护与控制、故障分析与控制等方面详细分析了国内外的研究现状，并指出了今后的重点研究方向和趋势，为电力系统规划、调度、运行与控制优化提供了理论研究基础和技术层面支持。

参考文献:

［1］刘振亚．特高压电网［M］．北京:中国经济出版社，2005．

［2］杨冬，刘玉田．中国未来输电结构初探［J］．电力自动化设备，2010，30(8):1-5．

［3］杜至刚，牛林，赵建国．发展特高压交流输电，建设坚强的国家电网［J］．电力自动化设备，2007，27(5):1-5．

［4］徐政．超、特高压交流输电系统的输送能力分析［J］．电网技术，1995，19(8):7-12．

［5］曾庆禹．1000kV特高压输电系统输电能力研究［J］．电网技术，2012，36(2):1-6．

［6］张玉佳，艾欣，刘晓，等．特高压系统输电能力仿真研究［J］．现代电力，2009，26(6):1-5．