論無(wú)功補(bǔ)償輸電線路的傳輸

葉松

【摘 要】線路無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч歉淖兙€路阻抗和相移系數(shù)，因此補(bǔ)償度可理解為波阻抗的補(bǔ)償；在補(bǔ)償?shù)骄€路等效特性阻抗的情況下，串聯(lián)補(bǔ)償提高了線路端口電壓，并聯(lián)補(bǔ)償增加了線路端口電流，因而串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)線路損耗較??；對(duì)于短距離輸電線路，并聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償方法都是可行的；對(duì)長(zhǎng)線路來(lái)說(shuō)，應(yīng)考慮混合補(bǔ)償?shù)膶?shí)施方案。

【關(guān)鍵詞】無(wú)功補(bǔ)償；輸電線路；傳輸

我國(guó)能源資源分布的特點(diǎn)是82%的煤炭?jī)?chǔ)量和67.5%的可開(kāi)發(fā)水電資源集中在西部地區(qū)，而用電負(fù)荷則主要集中在中部和沿海地區(qū)，這一狀況決定了我國(guó)采取 “西電東送，南北互供，全國(guó)互聯(lián)”的基本格局與發(fā)展戰(zhàn)略。在此大環(huán)境下，對(duì)交流輸電線路的輸送能力進(jìn)行分析和評(píng)估對(duì)輸電線路的發(fā)展和規(guī)劃具有重要意義。

根據(jù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，提高線路的輸送能力可從提高電壓等級(jí)、減小線路電抗和縮小系統(tǒng)間功率夾角等方面采取措施.隨著FATCS技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，串聯(lián)電容補(bǔ)償器和并聯(lián)靜止無(wú)功補(bǔ)償器等設(shè)備被裝設(shè)于線路動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和線路輸送容量。在計(jì)算交流輸電線路的輸送能力時(shí)，國(guó)內(nèi)外研究人員和電力規(guī)劃部門(mén)大都采用計(jì)算交流輸電線路輸送能力曲線即St.Clair曲線的方法對(duì)輸電的輸送能力進(jìn)行初步分析，該曲線最早是由St.Clair針對(duì)345kV及以下交流輸電系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況和經(jīng)驗(yàn)提出的。R.D.Dunlop等人給出了St.Clair曲線的理論計(jì)算方法，并將其發(fā)展到更高電壓等級(jí)和更遠(yuǎn)輸電距離的線路。文中根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得到熱極限、電壓降極限和穩(wěn)定極限是限制交流輸電系統(tǒng)輸送容量的主要因素，并以電壓降和靜態(tài)穩(wěn)定性約束條件為基礎(chǔ)得出了交流輸電線路的輸送能力曲線。此方法和結(jié)果被美國(guó)電力科學(xué)研究院的輸電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)和國(guó)外一些經(jīng)典著作廣泛采用。S.N.Tiwari等人對(duì)用于特高壓輸電線路的6相和12相線路的輸送能力的理論計(jì)算方法進(jìn)行了研究。

為簡(jiǎn)化分析過(guò)程和較好地理解輸電線路的性能特征，本文在對(duì)交流輸電線路實(shí)際運(yùn)行特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出均勻補(bǔ)償線路的基本思想來(lái)對(duì)無(wú)損輸電線路進(jìn)行建模，并以加裝并聯(lián)電抗和串聯(lián)電容進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)妮旊娋€路為研究對(duì)象通過(guò)計(jì)算其等值波阻抗和相移系數(shù)對(duì)其通過(guò)補(bǔ)償無(wú)功功率提高線路輸送能力的實(shí)施方法和效果進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，給出線路補(bǔ)償?shù)膮⒖冀ㄗh，為工程實(shí)際提供參考。

1.輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

若不考慮線路損耗，則輸電線路在輸送自然功率時(shí)線路上每一點(diǎn)的電壓電流同相位且具有相同的幅值，只是存在著相位差。此時(shí)，每一段線路上縱向電感吸收的無(wú)功功率等于橫向電容產(chǎn)生的無(wú)功功率。然而，實(shí)際線路由于受到功角極限、熱極限和電壓穩(wěn)定等的約束，使輸電線路的輸送容量受到限制，故需對(duì)輸電線路進(jìn)行補(bǔ)償。因此，若要提高線路的輸送功率P根據(jù)式（3）可知需減小線路的特性阻抗到Z'，這可通過(guò)增加ωC0或減小ωL0來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在線路上并聯(lián)電容或電抗來(lái)加大 C0或串聯(lián)電容減小L0。

由于通過(guò)適當(dāng)變換可將一個(gè)無(wú)功元件不對(duì)稱的輸電系統(tǒng)變換為一個(gè)具有對(duì)稱無(wú)功元件的輸電系統(tǒng)，因此本文重點(diǎn)研究具有對(duì)稱無(wú)功元件的輸電系統(tǒng)，分別討論集中并聯(lián)補(bǔ)償和集中串聯(lián)補(bǔ)償?shù)那樾巍?/p>

3.1集中并聯(lián)補(bǔ)償時(shí)輸電線路的傳輸特性

首先計(jì)算對(duì)線路進(jìn)行均勻補(bǔ)償?shù)那樾危具^(guò)程如下：

（1）計(jì)算500km線路的對(duì)地容抗。

（2）根據(jù)均勻補(bǔ)償時(shí)應(yīng)滿足的關(guān)系式=（1.5）ωC計(jì)算輸送1.5Pe時(shí)所需的并聯(lián)補(bǔ)償容抗。

（3）計(jì)算計(jì)及并聯(lián)補(bǔ)償時(shí)輸電線路的相移系數(shù)。

3.2集中串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)輸電線路的傳輸特性

首先計(jì)算對(duì)線路進(jìn)行均勻補(bǔ)償?shù)那樾?，基本過(guò)程如下：

（1）計(jì)算500km線路的對(duì)地容抗。

（2）根據(jù)均勻補(bǔ)償時(shí)應(yīng)滿足的關(guān)系式=計(jì)算輸送1.5Pe時(shí)的串聯(lián)補(bǔ)償容抗。

（3）計(jì)算計(jì)及串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)輸電線路的相移系數(shù)。

4.算例

5.結(jié)論

基于本文所提出的均勻補(bǔ)償線路的基本思想來(lái)對(duì)并聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償提高線路輸送能力的實(shí)施方法和效果的分析結(jié)果表明：

（1）線路均勻補(bǔ)償?shù)男Ч歉淖兙€路阻抗Z使其變?yōu)镵ZZ和改變相移系數(shù)β使其變?yōu)镵ββ（對(duì)于串聯(lián)補(bǔ)償有Kβ=KZ，并聯(lián)補(bǔ)償有Kβ=）補(bǔ)償度可理解為對(duì)波阻Z的補(bǔ)償效果，補(bǔ)償后線路功率Pe從自然功率提高到Pe'=P。

（2）將系統(tǒng)無(wú)功元件全部納入線路后，就該系統(tǒng)的端口而言，輸電線路相當(dāng)于一條新的波阻抗為Z'和相移系數(shù)為β'l的線路，此時(shí)，輸電系統(tǒng)輸送唯一的有功功率P=P=P=，并且有δ=β'l。

（3）在補(bǔ)償?shù)较嗤匦宰杩骨闆r下，串聯(lián)電容補(bǔ)償提高了線路端口電壓，而并聯(lián)補(bǔ)償增加了線路端口電流，因而前者的線損將小于后者。