特高压交流电网运行与控制研究综述

特高压交流电网运行与控制研究综述

边江单江路蕙源田佳雨

（辽宁省送变电工程有限公司辽宁沈阳110021）

摘要：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。

关键词：特高压；交流电网；运行；控制

1国外特高压发展实践

（1）前苏联

作为世界上较早进行特高压输电技术研究的国家，前苏联在相关技术研究过程中积累了一定的特高压输电工程运行经验。1981年，前苏联开始规划建设车里雅宾斯克－库斯坦奈－科克切塔夫－埃基巴斯图兹－巴尔脑尔－伊塔特1150千伏特高压输电线路，计划把西伯利亚的水电和哈萨克斯坦的煤电输送到莫斯科地区。其中，埃基巴斯图兹－科克切塔夫－库斯坦奈段线路于1985年建成投运，线路长度900公里。到1989年，又陆续建成特高压线路1500公里，总体规模达到2400公里。前苏联解体后，由于送端电源未能按预定目标建设，导致特高压线路负载过轻，输送容量仅为额定容量的20%，线路自1994年起降压运行。

（2）日本

1973年起，日本开始研究特高压输电，20世纪80年代初开始规划建设特高压输电线路。1988年，在已有500千伏网架基础上，日本开始建设东西和南北两条1000千伏输电主干线，线路全长426公里，主要将位于东部的福岛核电站和柏崎核电站的电能，通过中等距离的特高压输电线路，穿过人口稠密地带，输送到东京湾负荷中心。两条线路于1999年全部建成，但受国内电力需求增长减缓和核电建设计划推迟等因素影响，日本特高压线路建成后一直按500千伏降压运行。

（3）意大利

20世纪70年代初，意大利受西欧国际发供电联合会的委托，开始进行欧洲大陆选用交流800千伏和1050千伏输电方案的论证工作。之后，意大利特高压交流输电项目在国家支持下开展了一系列基础技术及设备制造研究等工作，并于1984年开始建设特高压输电试验工程，1995年10月建成投运，至1997年12月，在1050千伏系统额定电压下试验运行了两年多时间，取得了一定的运行经验。

（4）美国

1974年起，美国开始在试验站对特高压输电技术进行可听噪声、无线电干扰、电晕损失和其他环境效应的实测，并于当年建设了1000～1500千伏三相试验线段。通过该线段的运行，开展了特大型变压器的试验研究，进行了一系列的铁塔安装试验，取得了丰富的研究成果。

多年来，各国开展的一系列特高压输电关键技术研究探索和工程建设试验等工作，为后续特高压输电的发展奠定了一定基础。大规模、远距离电力输送是推动特高压输电技术运用的主要动力，但同时还要依托各国的国情和电力需求情况的不同加以论证。前苏联、日本等国后期由于用电负荷增长缓慢，对大容量、远距离输电的需求减弱，从而导致特高压输电工程暂时搁浅或延期，或是降压运行；而美国、意大利等国多数由于技术储备的需求，而不是实际负荷的需要。

2特高压交流电网运行与控制

2.1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，有学者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，相关学者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，相关学者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，相关学者提出了免疫遗传算法与内点法相结合的算法。相关学者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。

2.2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电力系统越来越接近其安全稳定运行的极限，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，相关学者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。相关学者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。

2.3特高压交流电网保护与控制

保护系统作为维护电力系统安全稳定运行的重要防线，在电力系统中发挥着重要作用。特高压电网的保护不同于传统保护，为保证特高压电网接入系统后安全稳定运行，除了合理的网架结构、运行方式外，还必须配置合理的保护装置和控制系统。与超高压输电线路相比，特高压电网接入系统后，输电线路参数发生较大变化，其输电系统对保护的影响主要是由分布电容引起的，因此对1000ｋＶ特高压交流输电线路的保护与控制提出了更高的要求。

1000ｋＶ输电线路阻抗角、故障电流衰减时间、分布电容、振荡等对保护带来重要影响，相关学者重点分析了特高压系统保护中的关键技术、保护功能及配置问题，指出特高压系统暂态过程对特高压输电线路保护的影响是主要研究的问题。相关学者根据特高压系统网架结构和运行特性，结合我国电网继电保护配置的具体情况，提出我国特高压系统保护的局域网设想和配置方案。

3结语

特高压输电作为实现电网紧密互联和区域性新能源并网消纳的最具潜力输电方式，建设以特高压为骨干，各级电网协调发展的坚强电网是能源发展的必然选择也是未来中国电网发展的必然趋势。为了提高电网输送能力和受电能力，提高新能源并网和消纳能力，提高电网运行的安全性和经济性，在特高压电网规划、建设、运行和控制上需进一步深入研究。

参考文献：

[1]刘振亚.中国特高压交流输电技术创新[J].电网技术,2013,37(03):567-574.

[2]刘飞璇.SVC对交流特高压电网电压稳定性的应用研究[D].山东大学,2015.

[3]张宁.提高特高压电网输电能力研究[D].山东大学,2008.