特高壓交直流輸電保護與控制技術(shù)

特高壓交流輸電技術(shù)輸電能力

輸電線路的傳輸能力與輸電電壓的平方成正比，與線路阻抗成反比。一般來說，1100kV輸電線路的輸電能力為500kV輸電能力的4倍以上，但產(chǎn)生的容性無功也為500kV輸電線路的4.4倍及以上。因此，特高壓輸電線路的輸送功率較小時，送、受端系統(tǒng)的電壓將升高。為抑制特高壓線路的工頻過電壓，需要在線路兩端并聯(lián)電抗器以補償線路產(chǎn)生的容性無功。

特高壓交流輸電技術(shù)線路特性

特高壓輸電線路單位長度的電抗和電阻一般分別為500kV輸電線路的85%和25%左右，但其單位長度的電納可為500kV線路的1.2倍。

特高壓交流輸電技術(shù)穩(wěn)定性

特高壓輸電線路的輸電能力很大程度上是由電力系統(tǒng)穩(wěn)定性決定的。對于中、長距離輸電（300km及以上），特高壓輸電線路的輸電能力主要受功角穩(wěn)定的限制（包括靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定）；對于中、短距離輸電（80~300km），則主要受電壓穩(wěn)定性的限制；對于短距離輸電（80km以下），主要受熱穩(wěn)定極限的限制。

特高壓交流輸電技術(shù)功率損耗

輸電線路的功率損耗與輸電電流的平方成正比，與線路電阻成正比。在輸送相同功率的情況下，1000kV輸電線路的線路電流約為500kV輸電線路的1/2，其電阻約為500kV線路的25%。因此，1000kV特高壓輸電線路單位長度的功率損耗約為500kV超高壓輸電的1/16。

特高壓交流輸電技術(shù)經(jīng)濟性

同超高壓輸電相比，特高壓輸電方式的輸電成本、運行可靠性、功率損耗以及線路走廊寬度方面均優(yōu)于超高壓輸電方式。

第1章 高壓輸電的發(fā)展 1

1.1 電網(wǎng)發(fā)展歷程 3

1.2 電網(wǎng)互聯(lián)現(xiàn)狀 8

1.3 未來電網(wǎng)發(fā)展 12

1.4 特高壓輸電發(fā)展動因 16

1.5 特高壓電壓等級選擇的原則 21

1.6 國外特高壓輸電發(fā)展情況 26

1.7 國內(nèi)特高壓輸電發(fā)展情況 30

1.7.1 中國特高壓交流輸電技術(shù)的發(fā)展 30

1.7.2 中國特高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展 32

第2章 高壓交直流輸電系統(tǒng)特性與經(jīng)濟分析 37

2.1 交流輸電系統(tǒng)特性 39

2.1.1 可靠性與穩(wěn)定性 39

2.1.2 輸電特性與輸電能力 41

2.2 直流輸電系統(tǒng)特性 47

2.2.1 可靠性與穩(wěn)定性 47

2.2.2 輸電特性與輸電能力 49

2.3 特高壓交直流混合電網(wǎng)特征 51

2.4 交直流輸電的經(jīng)濟性分析 54

2.4.1 交流特高壓/超高壓輸電的經(jīng)濟性比較 54

2.4.2 交流/直流特高壓輸電的經(jīng)濟性比較 56

2.5 交流/直流特高壓輸電的適用場合 59

第3章 高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)特點及影響 65

3.1 直流系統(tǒng)接入交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 67

3.1.1 交流系統(tǒng)對直流系統(tǒng)運行的支撐 67

3.1.2 特高壓直流系統(tǒng)接入交流系統(tǒng)的方式 68

3.1.3 特高壓直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)的相互影響 70

3.2 交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行特征 73

3.2.1 直流電網(wǎng)運行特點 73

3.2.2 受端電網(wǎng)運行特性 79

3.3 交直流混聯(lián)系統(tǒng)的相互影響 81

3.3.1 交直流混聯(lián)電網(wǎng)相互影響途徑 81

3.3.2 交直流混聯(lián)電網(wǎng)相互影響評價 82

3.3.3 慢速變化工況 84

3.3.4 快速變化工況 85

第4章 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)故障分析 91

4.1 故障特征變異的概念 93

4.2 基于競爭的故障特征變異機理分析 96

4.2.1 競爭的基本分析方法 96

4.2.2 交直流系統(tǒng)電氣競爭范圍分析 97

4.3 擾動下直流系統(tǒng)動態(tài)特性分析 99

4.3.1 直流系統(tǒng)電氣量的擾動強度分析 100

4.3.2 直流系統(tǒng)電氣量的特征分析 103

4.4 交直流混聯(lián)電網(wǎng)故障對交流保護的影響 105

4.4.1 變化量方向元件 105

4.4.2 零序元件 109

4.4.3 負(fù)序元件 111

4.4.4 距離元件 118

4.4.5 差動元件 122

4.5 交流系統(tǒng)不接地故障時直流系統(tǒng)變化對交流零序保護的影響 126

4.6 交流系統(tǒng)接地故障時直流系統(tǒng)變化對交流零序保護的影響 130

4.7 交直流混聯(lián)電網(wǎng)故障暫態(tài)功率導(dǎo)向分析 133

4.7.1 暫態(tài)快速功率倒向機理研究 133

4.7.2 影響保護動作的因素分析 138

4.8 保護運行環(huán)境對保護動作行為的影響及建議 142

4.8.1 縱聯(lián)保護通道分析 142

4.8.2 正、反方向元件靈敏度的考慮 145

4.8.3 系統(tǒng)中運行交流保護的建議 147

第5章 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)直流偏磁 149

5.1 直流偏磁的物理現(xiàn)象及來源 151

5.1.1 直流偏磁的物理現(xiàn)象 151

5.1.2 直流偏磁的來源 152

5.2 直流偏磁的影響 156

5.2.1 直流偏磁對系統(tǒng)的影響 156

5.2.2 直流偏磁對變壓器的影響 158

5.2.3 直流偏磁產(chǎn)生的諧波對電容器的影響 165

5.3 變壓器直流偏磁的影響 167

5.3.1 變壓器結(jié)構(gòu)對變壓器偏磁影響 167

5.3.2 變壓器直流偏磁對繼電保護的影響 169

5.4 變壓器直流偏磁的抑制措施 171

5.4.1 反向電流法 173

5.4.2 變壓器電阻法 177

5.4.3 接電容器抑制法 178

5.5 直流偏磁抑制措施比較及其對繼電保護的影響 183

5.5.1 受中性點串聯(lián)電阻或電容影響的變壓器和線路保護 184

5.5.2 中性點串聯(lián)電阻法對繼電保護的影響 187

第6章 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)潮流計算分析 193

6.1 交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計算中換流器標(biāo)幺值方程 195

6.2 交直流電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 199

6.3 交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計算的牛頓迭代法 202

6.3.1 整流側(cè)定電流控制和逆變側(cè)定電壓控制 204

6.3.2 整流側(cè)定電流控制和逆變側(cè)定關(guān)斷角控制 205

6.4 交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計算的快速解耦法 208

6.4.1 整流側(cè)定電流控制和逆變側(cè)定電壓控制 209

6.4.2 整流側(cè)定電流控制和逆變側(cè)定關(guān)斷角控制 209

6.5 交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計算示例 211

第7章 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)仿真 215

7.1 電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)數(shù)字仿真初始化 217

7.1.1 發(fā)電機及其控制器的初始化問題 217

7.1.2 直流輸電系統(tǒng)的初始化問題 219

7.1.3 輸電線路的初始化問題 220

7.1.4 負(fù)荷的初始化問題 220

7.2 交直流混聯(lián)電網(wǎng)電磁暫態(tài)數(shù)字仿真 222

7.2.1 交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)數(shù)字仿真的實現(xiàn)途徑 222

7.2.2 用于模型離散化的常用數(shù)值積分公式及其特點 224

7.2.3 集中參數(shù)元件的離散化伴隨模型 227

7.2.4 集中參數(shù)多相輸電線路的離散化伴隨模型 229

7.2.5 分布參數(shù)單根無損線的Bergeron模型 231

7.2.6 分布參數(shù)單根小損耗線路的Dommel模型 233

7.2.7 分布參數(shù)多相耦合輸電線路的K. C. Lee模型 236

7.2.8 分布參數(shù)多相耦合輸電線路的擴展Bergeron模型 240

7.2.9 輸電線路電磁暫態(tài)計算示例 244

7.3 交直流混聯(lián)電網(wǎng)機電暫態(tài)數(shù)字仿真 246

7.3.1 交直流電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真的基本原理 246

7.3.2 直流輸電系統(tǒng)的響應(yīng)特性模型 247

7.3.3 機電暫態(tài)仿真中與發(fā)電機模擬相關(guān)的幾個問題 249

參考文獻 257

特高壓輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、占用土地少。100萬伏交流特高壓輸電線路輸送電能的能力（技術(shù)上叫輸送容量）是50萬伏超高壓輸電線路的5倍。所以有人這樣比喻，超高壓輸電是省級公路，頂多就算是個國道，而特高壓輸電是“電力高速公路”。

大家都知道，中國的高速公路經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，已經(jīng)基本成網(wǎng)，四通八達(dá)。而中國的特高壓輸電這個“電力高速公路”，2008年底才剛剛建成一個試驗示范工程，線路全長只有640公里。所以，要建成特高壓電網(wǎng)這個電力高速公路網(wǎng)，還需要較長時間，也必然要花費不少的人力、物力、財力，為的就是要在全國范圍內(nèi)方便、快捷、高效地配置能源資源。

在電力工程技術(shù)上有一個名詞叫“經(jīng)濟輸送距離”，指的是某一電壓等級輸電線路最經(jīng)濟的輸送距離是多少，因為輸電線路在輸送電能的同時本身也有損耗，線路太長損耗太大經(jīng)濟上不合算。

50萬伏超高壓輸電線路的經(jīng)濟輸送距離一般為600～800公里，而100萬伏特高壓輸電線路因為電壓提高了，線路損耗減少了，它的經(jīng)濟輸送距離也就加大了，能達(dá)到1000～1500公里甚至更長，這樣就能解決前面說到的把西部能源搬到中東部地區(qū)使用的問題。

建設(shè)輸電線路同樣也要占用土地，工程上叫“線路走廊”。前面說過，建一條100萬伏特高壓輸電線路能頂5條50萬伏超高壓輸電線路，而線路走廊所占用的土地只相當(dāng)于2條50萬伏輸電線路，所以相對來說，建特高壓輸電線路能少占土地，這對土地資源稀缺的中東部地區(qū)來說尤其有利。

當(dāng)然，特高壓輸電，特別是建設(shè)特高壓電網(wǎng)，還有很多好處。它能把中國電網(wǎng)堅強地連接起來，使建在不同地點的不同發(fā)電廠（比如火電廠和水電廠之間）能互相支援和補充，工程上叫“實現(xiàn)水火互濟，取得聯(lián)網(wǎng)效益”；能促進西部煤炭資源、水力資源的集約化開發(fā)，降低發(fā)電成本；能保證中東部地區(qū)不斷增長的電力需求，減少在人口密集、經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)建火電廠所帶來的環(huán)境污染；同時也能促進西部資源密集、經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)濟社會和諧發(fā)展。