特高压输电线路并联电抗器最佳补偿度的计算研究

《电气开关＞（２０１６．Ｎｏ．４）　３９　文章编号：１００４—２８９Ｘ（２０１６）０４—００３９—０３　特高压输电线路并联电抗器最佳补偿度的计算研究　张豹，许志兵，徐海滨，陈鹏，王骏强　（广西大学电气工程学院，广西　南宁５３０００４）　摘要：探讨了特高压输电线路空载时的电容效应，并研究了并联电抗器对空载输电线路工频电压升高的抑制机　理及其特性。利用仿真软件ＡＴＰ—ＥＭＴＰ，找出了并联电抗器抑制空载长线路工频过电压的最佳补偿度。研究结　果表明，特高压输电线路空载或轻载时会出现工频电压升高；采用并联电抗器的补偿措施可以有效的抑制工频过　电压；并联电抗器的最佳补偿度应控制在７５％～９Ｏ％。　关键词：特高压输电线路；电容效应；工频过电压；并联电抗器　中图分类号：ＴＭ４７　文献标识码：Ｂ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍｕｍ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｄｅｇｒｅｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｓｈｕｎｔ　Ｒｅａｃｔｏｒ　ｏｆ　ＵＨＶ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　ＺＨＡＮＧ　Ｂａｏ，ＸＵ　Ｚｈｉ—ｂｉｎｇ，ＸＵ　Ｈａｉ—ｂｉｎ，ＣＨＥＮ　Ｐｅ　，ＷＡＮＧ　Ｊｕｎ—ｑｉａｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３０００４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｅ　ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏ．１ｏａｄ　ｏｆ　ＵＨＶ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ－　ｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｌｉｎｅ　ｖｏｈａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｕｎｔ　ｒｅａｃｔｏｒ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＡＴＰ—　ＥＭＴＰ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｕｎｔ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｔｏ　ｓｕｐｐｒｅｓｓ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏ－ｌｏａｄ　ｌｏｎｇ　ｌｉｎｅ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＵＨＶ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｎｏ—ｌｏａｄ　ｏｒ　ｌｉｇｈｔ　ｌｏａｄ　ｗｉｌｌ　ｏｃｃｕｒ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｖｅｒｖｏｈａｇｅ；ｓｈｕｎｔ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｓｔｒａｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｖｅｒｖｏｈａｇｅ；ｏｐｔｉ—　ｍａｌ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｕｎｔ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｉｎ　７０％～９０％．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＵＨＶ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ；ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｅｆｆｅｃｔ；ｐｏｗｅｒ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｖｅｒｖｏｈａｇｅ；ｓｈｕｎｔ　ｒｅａｃｔｏｒ　１　引言　特高压输电线路距离长，输电容量大，输电线路的　电容不能忽略，此时就必须考虑线路的电容效应。所　谓电容效应，是指在电感、电容的串联回路中，当容抗　大于感抗时，在电源电动势Ｅ的作用下，容性电流在　感抗上的压降　．把容抗压降　抬高的一种现象，即　Ｕｃ＝Ｅ＋ＵＬ。特高压空载输电线路是由无穷多个电　定绝缘水平时却起着重要作用。为了电容效应引　起的工频过电压，在特高压电网中，广泛采用并联电抗　器来补偿线路的电容电流，以削弱其电容效应。本文　主要探讨并联电抗器对特高压输电线路电容效应的抑　制作用，力求找出并联电抗器抑制电容效应最佳的补　偿度。　２特高压输电线路的电容效应　长度为的空载无损线路如图１所示。　感一电容的串联链组成的回路，电容效应使得输电线　路上的各点电压高于电源电压，而且越往线路末端，电　压升高越严重。如果串联回路中的感抗接近于容抗，　则会发生串联谐振，输电线路上的各点电压将急剧升　高，所以电容效应实际上是一种接近于谐振的工频电　压升高现象…。这种过电压虽然对系统正常绝缘的　电气设备没有太大的危害，但在特高压远距离输电确　图１　空载线路等值电路图　＜电气开关＞（２０１６．Ｎｏ．４）　Ｅ为电源电动势；Ｕ　、　分别为线路首末端电压；　Ｘ　为电源感抗；Ｚ　＝　。／Ｇ０为线路的波阻抗；卢＝　∞线路并联电抗器最佳的补偿度。线路长度为３００ｋｉｎ，　电源电动势为Ｅ，电源电抗Ｘ　＝１５０１１，线路单位长度　正序电感和电容分别为Ｌｏ＝０．９ｍＨ／ｋｍ、Ｃ。：　０．Ｏ１２７ｔｘＦ／ｋｍ，忽略输电线路电导和电纳，电抗器电抗　ＸＰ＝１０００１１，等值电路如图３所示　一　５．５　瓜为每公里线路的相位移系数，一般工频条件　下，　＝０．０６。／ｋｍ。线路首末端电压和电流关系为　Ｕｌ＝　ｃｏｓ（　）＋ｊｚｃ　１２ｓｉｎ（　），　Ｕ２　ｉｎ（　０ｓ（　ｊ　’　５．Ｏ　４．５　４．０　∞３．５　若线路末端开路，即，：＝０，由式（１）可求得线路　３．０　末端电压与首端电压关系为　ｆ，２　丽Ｕ１　（２）　定义空载线路末端对首端的电压传递系数为　Ｕ２＝　＝　１　（３）　线路中某一点的电压为　＝￡，２ｃｏｓ（　）＝￡，。　（４）　式中，　为距线路末端的距离。由式（４）可知，线　路上的电压自首端　起逐渐上升，沿线按余弦曲线分　布，线路末端电压　达到最大值。　考虑电源电抗后，根据式（１），可得线路末端电压　与电源电动势的关系为　＝　＋ｊＩ，Ｘｓ＝【ｃ。ｓ（　）一　ｓｉｎ（　）】ｆ，２　（５）　定义线路末端的电压对电源电动势的传递系数　Ｕ：＿Ｚ２令￣０＝ｔａｎ－１　ＸＳ．，，代人式（５），得　。　１　（６）　图２为空载输电线路末端电压升高与线路长度的　关系。　虚线表示　＝１０。时　与线路长度的关系曲线　（虚线）。此时　＝９０。一　，线路长度为１３３３ｋｍ时发　生谐振，谐振点提前了，电源电抗相当于增加了线路长　度　。　３　并联电抗器抑制电容效应的特性　并联电抗器可实现并联无功补偿，它可吸收线路　过剩的无功，改善沿线电压分布。本文以典型的　５００ｋＶ输电线路为例，线路末端并接电抗器，研究输电　２．５　２．０　１．５　１．Ｏ　，（ｋｍ）　图２空载线路电压传递系数与线路长度关系曲线图　五　工。，　图３末端接有并联电抗器的长线路等值电路图　由电抗器补偿度的定义：ＫＰ＝瓦ＱＰ＝　ＸＣ，建立　ＡＴＰ—ＥＭＴＰ仿真模型，补偿度为０，６０％，８０％，１００％　时的波形如图４—７所示。　图４补偿度为０时，空载线路电源电压和末端电压的波形　图５补偿度为６０％时，空载线路电源电压和末端电压波形　（电气开关＞（２０１６．Ｎｏ．４）　ｍｓ　ｍｓ　图６补偿度为８０％时，空载　图７补偿度为１００％时，空载　线路电源电压和末端　线路电源电压和末端　电压波形　电压波形　表１　／Ｃｐ　０　６ｏ％６５％７０％７５％８０％８５％９０％９５％１００％　１．２７１　ｌ＿０６４　１．０５１　１．０３５　１．０２２　１．００６　１．０００　０．９７６　０．９６２　０．９４５　由仿真波形统计出补偿度　与过电压系数　的　关系如表１所示，折线图如图８所示。　０．５５　０．６００．６５０．７００．７５０．８００．８５０．９００．９５　１．００　１．Ｏ５　补偿度　图８补偿度　与输电线路过电压系数点　折线图　从表格和折线图可以看出，并联电抗器的接人可　以降低长输电线路的工频过电压，而且，随着并联电抗　器补偿度的提高，输电线路的过电压传递系数降　低　Ｊ。如折线图所示，并联电抗器的最佳补偿度应控　制在７５％～９０％，补偿度过低，则工频过电压倍数提　高，补偿度过高，则会给正常运行时的无功补偿和电压　控制造成困难。在电网比较强的地区或者比较短的特　高压线路，补偿度可以适当降低　Ｊ。　４结语　（１）特高压输电线路在空载或轻载时会出现工频　电压升高，如不采取措施，对设备绝缘及其运行条件产　生重大影响，影响保护电器的工作条件和效果。　（２）采用并联电抗器的无功补偿措施可以有效的　抑制工频过电压的升高，且并联电抗器的补偿度越大，　抑制工频过电压的效果越明显。　（３）并联电抗器的最佳补偿度应控制在７５％一　４１　９０％，考虑技术、经济等各方面的因素，合理的确定补　偿度，但也要注意，补偿度不能过高，以免给正常运行　时的无功补偿和电压控制造成困难。　参考文献　［１］　解广润．电力系统过电压［Ｍ］．水利电力出版社。１９８５．　［２］　吴文辉，曹祥麟．电力系统电磁暂态计算与ＥＭＴＰ应用［Ｍ］．中国　水利水电出版社，２０１２．　［３］　杜斌祥，张友鹏，田铭兴，等．特高压可控并联电抗器补偿度的研　究［Ｊ］．高压电器，２０１０，４６（１１）：５—８，１１．　［４］　都磊．长输电线路中的新型可控电抗器理论及应用［Ｄ］．湖南大　学。２０１０．　［５］１０００ｋＶ交流输电线路的工频暂态过电压研究［Ｊ］．电网技术，　２ｏ０５。２９（１９）：１—５．　收稿日期：２０ｌ５一ｏ６一ｏ２　（上接第３８页）　表１风速为１２ｍ／ｓ时系统分岔参数值　５　结论　本文以一个典型的３节点电力系统为模型，并且　采用了动态的负荷模型来分析含双馈式风机的电力系　统失稳的机理。当风速为１２ｍ／ｓ时，随着负荷侧无功　功率增加，电力系统中电压发生了Ｈｏｐｆ分岔和鞍结分　岔。由于电压出现了失稳的情况，导致系统的电压急　剧降低　。该结果验证了分岔理论的实用性以及有　效性，为以后更大规模的系统分析以及多风速下的系　统分岔行为提供了有力的工具。　参考文献　［１］　周双喜，朱凌志，郭锡玖，等．电力系统电压稳定性及其控制［Ｍ］．　北京：中国电力出版社，２００９．　［２］　李宏仲．基于Ｈ０ｐｆ分岔理论的电力系统动态电压稳定研究［Ｄ］．　上海交通大学，２００８．　［３］　刘韶峰，高金峰，．基于Ｗａｉｖｅ负荷模型的励磁系统多参数分　岔分析［Ｊ］．中国电机工程学报，２００４，２４（１２）：５８—６２．　［４］杨黎晖，马西奎．基于分岔理论的含双馈风电机组的电力系统电　压稳定性分析［Ｊ］．电工技术学报，２０１２，２７（９）：Ｉ一８．　［５］刘韶峰，高金峰，．基于Ｗａｉｖｅ负荷模型的励磁系统多参数分　岔分析［Ｊ］．中国电机工程学报，２００４。２４（１２）：５８—６２．　［６］　李季，周雪松，马幼捷．风电系统多参数霍普夫分岔分析［Ｊ］．电网　技术，２０１２，３６（１１）：５３－５７．　［７］　彭志炜，胡国根，韩祯祥．基于分叉理论的电力系统电压稳定性分　析［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００５．　收稿日期：２０１５—１１—０５　作者简介：郭镇齐（１９９０一），男。硕士研究生。研究方向为电力系统稳定与控制。