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1、(1重庆大学电气工程学院，重庆400044；2.重庆大学高电压及电工新技术教育部重点实验室，重庆400044)摘 要：对超高压远距离输电线的运行分析，提出无功补偿容量的工程实用计 算方法，为超高压远距离输电线无功补偿容量的确定提供理论依据。按该计算方 法确定无功补偿容量，大大节省了无功补偿装置的配置容量，节约了投资，并使 得无功补偿装置得到有效地利用。关键词：远距离输电线；无功规划；补偿容量；实用计算The prac ti cal ity calcula tion of compensa ting capac ity for extrahigh volt age and longdistanc
2、e transmission lineYU Qiuxial, LIAO Changchu1,2(1. College of Electrical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044,China;2. Key Laboratory of High Voltage Engineering and Electrical New Technology, Ministry of Education, Chongqing University ,Chongqing 400044,China)Abstract:This paper anal
3、yses the operation characteristic of extra high voltage and long distance transmission line, introduces the practicality calculation of reactive power compensating capacity, and provides the academic gist for choosing the compensating capacity for extra high voltage and long distance transmission li
4、ne. Choosing the reac tive power compensa ting capaci ty with t his calcula tion met hod will t ake full advantage of the reactive power compensating device and reduce cost.Keywords:longdistance transmission line;reactive power planning;compensatingcapacity;practicality calculation0引言在电力市场环境下，随着区域电网
5、的互联，电网规划对缓解电力供需矛盾， 防止电力瓶颈和输电阻塞，保证电网安全稳定运行，都有至关重要的作用。电力 系统规划包括电源规划和电网规划，但由于它们各自的复杂性，常常把两者独立 进行规划。长期以来，电网规划的常规方法是1首先依据经验，通过定性分 析做出负荷预测，然后根据确定出的负荷数据，人为选定几种可行的网络扩建方 案，最后对几个方案进行技术经济分析，从中找出一个最佳方案。这种方法的优 点是直观，并可以同规划人员的宝贵经验相结合，缺点是预测精度和方法质量受 人的经验限制。电网规划包括三方面的内容：负荷预测、网架规划和无功规划。负荷预测是 电网规划的首要任务，完成对未来负荷需求的预测，其准确
6、度直接关系到规划方 案的质量。完成负荷预测后便可以进行网架规划，根据投资及运行费用最小的原 则，确定电网扩建的类型、时间和地点，保证可靠地将负荷由发电中心送到负荷 中心，并满足环保要求。网架规划完成后，就基本实现了有功负荷传输的要求， 无功负荷的传送与补偿由无功规划来完成。无功规划的目的是确定电网中无功补 偿设备的类型、容量和安装地点，以确保电网正常及故障运行方式下的电压质量 及稳定性，并使规划期内投资及运行费用总和最小。由此可见，网架规划和无功规划都是复杂的优化问题，随着计算机技术和智 能优化技术的发展，目前这些工作都可以通过计算机完成，提高了电网规划的质 量和决策水平。随着电力电子技术的发
7、展，对超高压远距离输电线进行灵活的无功补偿成为可能，本文通过对超高压远距离输电线的运行分析，提出无功规划中 补偿容量的实用计算方法。1超高压远距离输电线的运行分析对超高压远距离输电线，不宜根据其物理长度来判断其为短线路、中长线路 或长线路。为了进行准确分析，应采用分布参数模型，超高压远距离输电线示意 图如图1所示，由电路理论可得到超高压远距离输电线的分布参数方程2 :匕=fix肓人屍融険(1) = 少 r j 朋(2 )S I远距离输电戟眾童圉Fig；. I 下标S,R分别代表输电线的发送端和受端，发送端、受端电压分别为V ,V ； 以受端为基准，距受端X处的电压、电流分别为V和lx；受端电流
8、为I。参数 XR方程中的Zc是输电线的波阻抗，卩是输电线的传播参数，3“ ”石上為电流的角颇率:LitC,为辅电载的单-位氐度电感利电容Hl! Z,-ii输电线的无功特性当输电线路的受端负载阻抗Z等于波阻抗Z,由于V =IZ，由参数方程(1)(2) 可得全线的电压、电流幅值处处相等。输电线的等效电感吸收无功Q,等 效电容发出无功Q，可以证明此时Q =Q，受端获得的有功功率LCL C1 z 11 - V (V是输电线的额定电压)，则受端获得的有功功率N N与输电线的自然功率- -相等。P是输电线无功状态的分界点2：当NPP时，QQ，线路吸收无功；当PP，QQ，线路发出无功。因此，超高压 远距离输
9、电线在低负荷时会出现无功过剩，导致过电压；高负荷时会出现无功不 足,导致电压偏低。这就是通常所说的远距离输电线在夜间出现过电压，白天高 负荷时低电压现象。通常采用无功补偿设备来保证超高压远距离输电线在不同负 荷水平下的运行电压在合格范围内。1.2输电线的空载运行设输电线长度为1，传播角0=pl，输电线空载运行，受端开路，1=0，代入 参数方程可得发送端电压电流为：K =0(3)人=jB(4-)为了使线路并列时两端电压差在允许范围内，在对超高压远距离输电线进行 充电前应使充电端电压在由式（3）确定的规定范围内。对线路进行解列常操作 时，为了使线路两端不过电压，解列前应控制电压在由式（3）确定的范
10、围内。 线路故障跳闸时，因为空载时首末端电压比值恒定，这往往在超高压远距离输电 线继电保护中作为保护依据（受端跳闸后联跳发送端）。由式（4）得发送端有 容性的充电电流，容性充电功率Q=3VI （ V、I在三相系统中对应于发送端的 一 亠、S S S S S相电压、相电流）。1.3输电线的负载运行输电线负载运行时，设V与V的夹角为&得受端有功、无功方程】2：SR14远距离输电线无功补偿的等效计算1.4.1并联补偿的等效计算在距受端l处的m点安装并联补偿装置，电纳2为娜4定丈円严创血二閃出=收刚仃| +4） 十尙，出参数方程b 沁伽禺+J弄曲址捋）V阳上中间百薄偿ftg证距藹输电議示雇国L?ip-
11、riLsLdiK-r ihinttBiissitni line* wilfa$鬲町阵匕儿L仏卡亦结合式陽妙 以槪点为覺端再用鑫数方鶴（lh（2可推导出；武中：几斗8 卩-加5 &2 rA 3= Zf sin 5 - 必耶讪卩严从 补偿休现在对$的修止” rfl 式朋可鶴10)与无补偿时相比，当并联补偿器为容性设备时7 :| 最大传输有功功率P增加，kjcose,受端无功功率Q增加；当并联补偿器为感性 设备时，B ZsinD,最大传输有功功率P减小，kficosO,受端无功功率 sheq CRmaxDQ减小。R1.4.2串联补偿的等效计算串联补偿一般串联电容器，在距受端l2处的m点安装串联补偿装
12、置（如 图3）,其电抗为-jX, X=1/C CeC。类似并联补偿的推导方法，因为11=I2, U1=U2-jI1XC，由线路末端向首端推导，可得到 与式（9）昭式州同的:&式+式H啲=加W +兽osn竹”丫呵=Zf din 6 -托皿妍tusi比-与无补偿时相比角增大，Xeq减小，最大传输有功功率PRmax增加，受端无功功率Qr减小。 Li上.I$ i hQ气圈3中间有串联朴偿的远亜翻帽电竣丽産图忙命子 Ixrii-dinliUriiT irnriniiion lirire willi凸-谜tidiri ii 11 Irnr2补偿容量的工程实用计算21补偿容量的确定随着电力系统的发展，越来越
13、多的远离负荷中心的大容量发电厂相继投运， 各大区域电网逐渐互联形成联合电力系统，超高压远距离输电线担负着连接受端 与远区大容量发电厂或区域电网的任务。由于无功功率不能远距离传输，必须采 用无功补偿装置。无功补偿是电力系统安全经济运行的重要措施之一，合理的无 功补偿可以改善系统的性能。在有自动无功补偿的情况下，可令V =v=v，代入，S R N式（6）可得：片LOr =S（ 12）以超高压远距离输电线的自然功率P为基准，基N醜电広取额建切止m标么们表示可碍 九越n卩与式垃）联立可得；工亠（Ji小 一“彝心（13）SJ-Fl R设受端功率因数角为申，负载无功为Q，无功补偿容量为Q （发无功为正），
14、,RRLRC- - On-=耳叭向(v l -件”骑硏 晦 H)( 14)补偿容量的工程实用计算的依据就是式(14)。按Pr *及其对应的歸可计 算出Q ；按卩 及其对应的申可计算出Q。Rmax*R2.2补偿设备安装位置的确定RRCmin*为使传输的有功功率最大，应该使最小，由串补和并补的X表达式Xeqeq%僦“可推导出0=0，即补偿设备应安装在输电线的中点。串补、并补的选1 2择应比较补偿容量等技术经济指标后确定。在负荷预测和网架规划完成后，对某一具体的超高压远距离输电线的长度和 线型，以及传输功率、负荷等情况也就清楚了。0, P,9以及自然功率P等都已R1 RN知，由式(12)可以计算出无
15、功补偿容量的配置，按规划要求再乘一个裕量系数， 进而确定安装位置，安装位置和容量确定后，由式(11)对受端无功进行校验。 然后根据待选无功设备的单位容量，配置无功补偿设备。眾1无功朴偿容算制结果Tnh, 1rpaclivr 肮矗尸何叫担叫粕ilin常讪fli0.7a 6O.S0.4n yzi11.383 血If.274 111 0.1705(5*1 山也2 *593结论在电力系统安全稳定导则规定3 “330 kV以上等级线路的充电功率 应基本上予以补偿”；“无功补偿的原则是就地补偿”。例如：一 500 kV输电线， 长400 km，传播角为30，波阻抗为225 Q,以自然功率为基准，由式(3)、(4)可计算得到容性充电功率为0.57786,假设受端负荷功率因数为0. 8,对应 受端不同有功负荷下的无功补偿容量按式(14)计算结果如表1所示(均为标幺 值)。工程上一般采用按充电功率的90%原则确定无功补偿容量，从表1可以看 出往往使无功补偿装置容量偏大,不
