葉松

【摘 要】線路無功補償?shù)男Ч歉淖兙€路阻抗和相移系數(shù)，因此補償度可理解為波阻抗的補償；在補償?shù)骄€路等效特性阻抗的情況下，串聯(lián)補償提高了線路端口電壓，并聯(lián)補償增加了線路端口電流，因而串聯(lián)補償時線路損耗較??；對于短距離輸電線路，并聯(lián)補償和串聯(lián)補償方法都是可行的；對長線路來說，應考慮混合補償?shù)膶嵤┓桨浮?/p>

【關(guān)鍵詞】無功補償；輸電線路；傳輸

我國能源資源分布的特點是82%的煤炭儲量和67.5%的可開發(fā)水電資源集中在西部地區(qū)，而用電負荷則主要集中在中部和沿海地區(qū)，這一狀況決定了我國采取 “西電東送，南北互供，全國互聯(lián)”的基本格局與發(fā)展戰(zhàn)略。在此大環(huán)境下，對交流輸電線路的輸送能力進行分析和評估對輸電線路的發(fā)展和規(guī)劃具有重要意義。

根據(jù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，提高線路的輸送能力可從提高電壓等級、減小線路電抗和縮小系統(tǒng)間功率夾角等方面采取措施.隨著FATCS技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應用，串聯(lián)電容補償器和并聯(lián)靜止無功補償器等設(shè)備被裝設(shè)于線路動態(tài)補償無功功率及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和線路輸送容量。在計算交流輸電線路的輸送能力時，國內(nèi)外研究人員和電力規(guī)劃部門大都采用計算交流輸電線路輸送能力曲線即St.Clair曲線的方法對輸電的輸送能力進行初步分析，該曲線最早是由St.Clair針對345kV及以下交流輸電系統(tǒng)根據(jù)實際運行情況和經(jīng)驗提出的。R.D.Dunlop等人給出了St.Clair曲線的理論計算方法，并將其發(fā)展到更高電壓等級和更遠輸電距離的線路。文中根據(jù)實際運行經(jīng)驗得到熱極限、電壓降極限和穩(wěn)定極限是限制交流輸電系統(tǒng)輸送容量的主要因素，并以電壓降和靜態(tài)穩(wěn)定性約束條件為基礎(chǔ)得出了交流輸電線路的輸送能力曲線。此方法和結(jié)果被美國電力科學研究院的輸電線路設(shè)計手冊和國外一些經(jīng)典著作廣泛采用。S.N.Tiwari等人對用于特高壓輸電線路的6相和12相線路的輸送能力的理論計算方法進行了研究。

為簡化分析過程和較好地理解輸電線路的性能特征，本文在對交流輸電線路實際運行特性進行分析的基礎(chǔ)上，提出均勻補償線路的基本思想來對無損輸電線路進行建模，并以加裝并聯(lián)電抗和串聯(lián)電容進行無功補償?shù)妮旊娋€路為研究對象通過計算其等值波阻抗和相移系數(shù)對其通過補償無功功率提高線路輸送能力的實施方法和效果進行分析。在此基礎(chǔ)上，給出線路補償?shù)膮⒖冀ㄗh，為工程實際提供參考。

1.輸電系統(tǒng)的數(shù)學模型

若不考慮線路損耗，則輸電線路在輸送自然功率時線路上每一點的電壓電流同相位且具有相同的幅值，只是存在著相位差。此時，每一段線路上縱向電感吸收的無功功率等于橫向電容產(chǎn)生的無功功率。然而，實際線路由于受到功角極限、熱極限和電壓穩(wěn)定等的約束，使輸電線路的輸送容量受到限制，故需對輸電線路進行補償。因此，若要提高線路的輸送功率P根據(jù)式（3）可知需減小線路的特性阻抗到Z'，這可通過增加ωC0或減小ωL0來實現(xiàn)，即在線路上并聯(lián)電容或電抗來加大 C0或串聯(lián)電容減小L0。

由于通過適當變換可將一個無功元件不對稱的輸電系統(tǒng)變換為一個具有對稱無功元件的輸電系統(tǒng)，因此本文重點研究具有對稱無功元件的輸電系統(tǒng)，分別討論集中并聯(lián)補償和集中串聯(lián)補償?shù)那樾巍?/p>

3.1集中并聯(lián)補償時輸電線路的傳輸特性

首先計算對線路進行均勻補償?shù)那樾?，基本過程如下：

（1）計算500km線路的對地容抗。

（2）根據(jù)均勻補償時應滿足的關(guān)系式=（1.5）ωC計算輸送1.5Pe時所需的并聯(lián)補償容抗。

（3）計算計及并聯(lián)補償時輸電線路的相移系數(shù)。

3.2集中串聯(lián)補償時輸電線路的傳輸特性

首先計算對線路進行均勻補償?shù)那樾?，基本過程如下：

（1）計算500km線路的對地容抗。

（2）根據(jù)均勻補償時應滿足的關(guān)系式=計算輸送1.5Pe時的串聯(lián)補償容抗。

（3）計算計及串聯(lián)補償時輸電線路的相移系數(shù)。

4.算例

5.結(jié)論

基于本文所提出的均勻補償線路的基本思想來對并聯(lián)補償和串聯(lián)補償提高線路輸送能力的實施方法和效果的分析結(jié)果表明：

（1）線路均勻補償?shù)男Ч歉淖兙€路阻抗Z使其變?yōu)镵ZZ和改變相移系數(shù)β使其變?yōu)镵ββ（對于串聯(lián)補償有Kβ=KZ，并聯(lián)補償有Kβ=）補償度可理解為對波阻Z的補償效果，補償后線路功率Pe從自然功率提高到Pe'=P。

（2）將系統(tǒng)無功元件全部納入線路后，就該系統(tǒng)的端口而言，輸電線路相當于一條新的波阻抗為Z'和相移系數(shù)為β'l的線路，此時，輸電系統(tǒng)輸送唯一的有功功率P=P=P=，并且有δ=β'l。

（3）在補償?shù)较嗤匦宰杩骨闆r下，串聯(lián)電容補償提高了線路端口電壓，而并聯(lián)補償增加了線路端口電流，因而前者的線損將小于后者。