张勇军身高 【精彩论文推荐】华南理工大学 张勇军等:特高压交流电网的无功电压控制

出于自然资源分布不均以及经济发展程度不等的原因,负荷中心往往远离能源中心,建设特高压线路是解决能源供需发展不平衡的重要举措。

特高压交流输电作为大容量远距离输电的重要桥梁,其稳定可靠运行至关重要,因此必须对特高压交流输电的关键技术进行研究。无功电压控制向来是保障电网安全、可靠、经济运行的重要手段,在特高压交流电网中,显得尤其重要:一方面,特高压交流电网因为远距离输送大功率,有功损耗很大,合理的无功电压控制可以大大减少有功损耗,为特高压交流电网的运行带来巨大的经济效益;另一方面,特高压交流电网的安全稳定运行十分重要,如果缺乏有效的无功电压控制方法,很可能使设备受到破坏,甚至会引发电压失稳现象,从而导致大范围停电事故。

特高压交流线路具有容量大、距离远、充电功率大等特性,负荷波动大带来的电压波动和稳定性问题突出,其无功电压控制需要根据这些特性进行研究。

1)充电功率大。1000kV线路每一百公里的充电功率约为530Mvar,是500kV线路的充电功率的5~6倍。在长距离的空载线路中,容升效应显著。

2)并联高抗在调压和无功补偿上存在矛盾。并联高抗对空载线路的容升效应起到很好的抑制作用,但随着有功负荷增加,线路无功损耗快速增加,并联高抗加重了线路无功损耗,使受端电压偏低。

3)输送功率大,短路容量小。特高压线路输送功率大,功率波动也较大;在特高压网架较为简单的阶段,短路容量也比较小。这是特高压线路电压调节的难点之一。

4)调压手段缺乏,调节效果粗略。特高压变压器采用无载调压方式,并联高抗采用固定安装方式,因此在特高压电网层面,可供运行时无功电压调节的只有装设在特高压变电站中的低压电容器和低压电抗器,且单组容量很大。

AVC系统在建设初期并未考虑到特高压交流电网的接入,难以适应特高压交流电网的无功、电压特性。随着特高压交流电网的无功电压控制问题的浮现,专家学者提出了很多方法,主要可分为以下三类:

1)基于电压合格和无功平衡的独立控制。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,也符合我国分层分区的调度体系。独立控制方法考虑特高压电网自身的调节能力,提出无功补偿设备的投切方案和母线电压的控制域,所提方法比较实用,对电压合格和无功平衡有很好的效果,但对有功损耗还有进一步减小的空间。

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。协调控制方法利用近区超高压电网的发电厂和变电站,对特高压电网的无功电压需求进行支援,进一步提高特高压电网无功电压控制的效果,但对特高压电网与超高压电网之间的相互影响还需要进一步深入研究。

3)采用优化模型求解的全局控制。在含特高压电网的无功电压控制中,也有学者通过建立全局优化模型,采用优化算法进行求解。全局控制的方法可以全面地考虑约束和目标,但存在着大规模无功优化计算的困难。

结合特高压交流电网无功电压控制的现状分析以及特高压电网的发展趋势,特高压交流电网无功电压控制的发展方向主要有以下几方面:

1)特高压连接成网的无功电压控制。为适应特高压交流电网规模扩大、结构复杂化的趋势,需要研究考虑特高压交流电网特性的协调无功电压控制方法,研究特高压交流电网与超高压交流电网的协调变量选取、定值方法和协调策略,研究现有AVC系统为适应特高压交流电网接入的改造方法和成本分析。

2)特高压交直流混合电网协调控制。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)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。针对大规模间歇性电源并网的问题,需要研究大规模间歇性电源出力的随机性对特高压交流电网的无功、电压特性的影响,提出适应大规模间歇性电源接入的快速无功优化控制方法。

4)多FACTS接入的特高压电网无功、电压特性分析和协调控制。为了对多FACTS设备进行协调控制,需要研究不同FACTS设备在特高压交流电网无功电压控制中的控制目标,建立各种FACTS设备的在无功电压控制中的模型,提出多FACTS设备在时间、空间上的协调控制方法。

5)区域间无功辅助服务的规则和定价。为满足电力市场的要求,需要建立多主体的无功电压调度框架,研究不同主体的无功电压交互机制;需要建立多区域无功电压交易机制,研究无功电压控制的责任分摊。