特高壓交直流輸電保護(hù)與控制技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介

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(lái)說(shuō)，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(wú)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(shí)，送、受端系統(tǒng)的電壓將升高。為抑制特高壓線路的工頻過(guò)電壓，需要在線路兩端并聯(lián)電抗器以補(bǔ)償線路產(chǎn)生的容性無(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)于中、長(zhǎng)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定）；對(duì)于中、短距離輸電（80~300km），則主要受電壓穩(wěn)定性的限制；對(duì)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(zhǎng)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(jì)性

同超高壓輸電相比，特高壓輸電方式的輸電成本、運(yùn)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(lái)電網(wǎng)發(fā)展 12

1.4 特高壓輸電發(fā)展動(dòng)因 16

1.5 特高壓電壓等級(jí)選擇的原則 21

1.6 國(guó)外特高壓輸電發(fā)展情況 26

1.7 國(guó)內(nèi)特高壓輸電發(fā)展情況 30

1.7.1 中國(guó)特高壓交流輸電技術(shù)的發(fā)展 30

1.7.2 中國(guó)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(jì)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(jì)性分析 54

2.4.1 交流特高壓/超高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性比較 54

2.4.2 交流/直流特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性比較 56

2.5 交流/直流特高壓輸電的適用場(chǎng)合 59

第3章 高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)特點(diǎn)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(duì)直流系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行特征 73

3.2.1 直流電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn) 73

3.2.2 受端電網(wǎng)運(yùn)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(píng)價(jià) 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(jìng)爭(zhēng)的故障特征變異機(jī)理分析 96

4.2.1 競(jìng)爭(zhēng)的基本分析方法 96

4.2.2 交直流系統(tǒng)電氣競(jìng)爭(zhēng)范圍分析 97

4.3 擾動(dòng)下直流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析 99

4.3.1 直流系統(tǒng)電氣量的擾動(dòng)強(qiáng)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(duì)交流保護(hù)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(dòng)元件 122

4.5 交流系統(tǒng)不接地故障時(shí)直流系統(tǒng)變化對(duì)交流零序保護(hù)的影響 126

4.6 交流系統(tǒng)接地故障時(shí)直流系統(tǒng)變化對(duì)交流零序保護(hù)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(jī)理研究 133

4.7.2 影響保護(hù)動(dòng)作的因素分析 138

4.8 保護(hù)運(yùn)行環(huán)境對(duì)保護(hù)動(dòng)作行為的影響及建議 142

4.8.1 縱聯(lián)保護(hù)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(yùn)行交流保護(hù)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(lái)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(lái)源 152

5.2 直流偏磁的影響 156

5.2.1 直流偏磁對(duì)系統(tǒng)的影響 156

5.2.2 直流偏磁對(duì)變壓器的影響 158

5.2.3 直流偏磁產(chǎn)生的諧波對(duì)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(duì)變壓器偏磁影響 167

5.3.2 變壓器直流偏磁對(duì)繼電保護(hù)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(duì)繼電保護(hù)的影響 183

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

5.5.2 中性點(diǎn)串聯(lián)電阻法對(duì)繼電保護(hù)的影響 187

第6章 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)潮流計(jì)算分析 193

6.1 交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jī)電暫態(tài)數(shù)字仿真初始化 217

7.1.1 發(fā)電機(jī)及其控制器的初始化問(wèn)題 217

7.1.2 直流輸電系統(tǒng)的初始化問(wèn)題 219

7.1.3 輸電線路的初始化問(wèn)題 220

7.1.4 負(fù)荷的初始化問(wèn)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(shí)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(diǎn) 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(wú)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(kuò)展Bergeron模型 240

7.2.9 輸電線路電磁暫態(tài)計(jì)算示例 244

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

7.3.1 交直流電力系統(tǒng)機(jī)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(jī)電暫態(tài)仿真中與發(fā)電機(jī)模擬相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題 249

參考文獻(xiàn) 257

特高壓輸送容量大、送電距離長(zhǎng)、線路損耗低、占用土地少。100萬(wàn)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(wàn)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(jí)公路，頂多就算是個(gè)國(guó)道，而特高壓輸電是“電力高速公路”。

大家都知道，中國(guó)的高速公路經(jīng)過(guò)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(guó)的特高壓輸電這個(gè)“電力高速公路”，2008年底才剛剛建成一個(gè)試驗(yàn)示范工程，線路全長(zhǎng)只有640公里。所以，要建成特高壓電網(wǎng)這個(gè)電力高速公路網(wǎng)，還需要較長(zhǎng)時(shí)間，也必然要花費(fèi)不少的人力、物力、財(cái)力，為的就是要在全國(guó)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(gè)名詞叫“經(jīng)濟(jì)輸送距離”，指的是某一電壓等級(jí)輸電線路最經(jīng)濟(jì)的輸送距離是多少，因?yàn)檩旊娋€路在輸送電能的同時(shí)本身也有損耗，線路太長(zhǎng)損耗太大經(jīng)濟(jì)上不合算。

50萬(wàn)伏超高壓輸電線路的經(jīng)濟(jì)輸送距離一般為600～800公里，而100萬(wàn)伏特高壓輸電線路因?yàn)殡妷禾岣吡?，線路損耗減少了，它的經(jīng)濟(jì)輸送距離也就加大了，能達(dá)到1000～1500公里甚至更長(zhǎng)，這樣就能解決前面說(shuō)到的把西部能源搬到中東部地區(qū)使用的問(wèn)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(shuō)過(guò)，建一條100萬(wàn)伏特高壓輸電線路能頂5條50萬(wàn)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(wàn)伏輸電線路，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)，建特高壓輸電線路能少占土地，這對(duì)土地資源稀缺的中東部地區(qū)來(lái)說(shuō)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(guó)電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)地連接起來(lái)，使建在不同地點(diǎn)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(bǔ)充，工程上叫“實(shí)現(xiàn)水火互濟(jì)，取得聯(lián)網(wǎng)效益”；能促進(jìn)西部煤炭資源、水力資源的集約化開(kāi)發(fā)，降低發(fā)電成本；能保證中東部地區(qū)不斷增長(zhǎng)的電力需求，減少在人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)建火電廠所帶來(lái)的環(huán)境污染；同時(shí)也能促進(jìn)西部資源密集、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展。