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        ±800kV特高壓直流輸電和1000kV特高壓交流輸電在長(zhǎng)距離電力傳輸中的應(yīng)用

        2017-11-07 16:53:57張佳良
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2017年21期
        關(guān)鍵詞:長(zhǎng)距離特高壓并聯(lián)

        張佳良

        摘 要:進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),全球能源消耗不僅穩(wěn)步增長(zhǎng),而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過很多地方的能源供給能力,長(zhǎng)距離運(yùn)輸能源的問題越來(lái)越重要。±800kV特高壓直流輸電和1000kV特高壓交流輸電不僅僅是在我國(guó)廣泛應(yīng)用,而且在國(guó)際上也是廣泛應(yīng)用。本文探討兩者在長(zhǎng)距離電力傳輸中的應(yīng)用。

        關(guān)鍵詞:±800kV直流輸電 1000kV交流輸電 特高壓

        中圖分類號(hào):TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2017)07(c)-0032-02

        能源運(yùn)輸通常采用這幾種方式,石油運(yùn)輸通常通過超級(jí)油輪,天然氣運(yùn)輸一般采用管道中,用于電力生產(chǎn)的煤炭使用鐵路運(yùn)輸,所以選擇靠近煤源的火電廠發(fā)電,并將其傳輸給消費(fèi)者會(huì)更加高效和經(jīng)濟(jì)。許多可再生能源如水電、風(fēng)能和太陽(yáng)能在電力生產(chǎn)中較為依賴于建廠位置,往往無(wú)法作為電力長(zhǎng)距離傳輸?shù)慕鉀Q方案。

        在長(zhǎng)距離電力傳輸方案中,特高壓能大大提升中國(guó)電網(wǎng)的輸送能力。在我國(guó),特高壓是指交流1000kV、直流±800kV及以上的電壓等級(jí)。截至2016年12月,我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)特高壓建設(shè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“六交五直”“一帶一路”國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略以及霧霾治理和清潔能源外送的需求共同促進(jìn),使得我國(guó)特高壓建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展軌道。

        1 特高壓長(zhǎng)距離電力傳輸中的應(yīng)用

        1.1 特高壓應(yīng)用過程

        交流和直流發(fā)電機(jī)都是在相對(duì)較低的電壓水平下產(chǎn)生電力。如果這種電壓用于長(zhǎng)距離傳輸,則會(huì)導(dǎo)致高昂的損失。交流技術(shù)非常靈活地通過連接不同位置形成電網(wǎng),允許向消費(fèi)者提供非常強(qiáng)大和可靠的電力供應(yīng)。早期的電力供應(yīng)可靠性問題主要存在于:由于發(fā)電量相對(duì)接近消費(fèi)端,因此優(yōu)先考慮的焦點(diǎn)不在于遠(yuǎn)距離傳輸大量電力。為了使交流電更適合這種散點(diǎn)傳輸,采取典型的措施是對(duì)線路采用串聯(lián)補(bǔ)償。當(dāng)電力從一個(gè)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)點(diǎn)時(shí),這樣做的效果非常好,但是電力流量不可預(yù)測(cè)。交流輸電系統(tǒng)的傳輸電壓不斷提高,通常,將電壓倍增四倍于功率傳輸能力。因此,大多數(shù)國(guó)家的電網(wǎng)演進(jìn)的特點(diǎn)是增加了系統(tǒng)傳輸?shù)碾妷骸?/p>

        1.2 特高壓傳輸?shù)姆€(wěn)定性

        建立長(zhǎng)距離傳輸電力的線路的先決條件是穩(wěn)定性,以及遭遇雷擊等故障的安全性。這就意味著,如果交流電系統(tǒng)的穩(wěn)定性受損,則可能丟失的最大功率等于最大發(fā)電機(jī)組或具有最高容量線路的功率。如果來(lái)自遠(yuǎn)方發(fā)電廠的所有電力都在單線上傳輸,則交流系統(tǒng)必須承受所有這種電力的損失。如果要傳輸更大的功率,則必須使用幾條平行的線路,每隔300~400km互連,以提高可靠性。

        如果短路,交流線路具有相當(dāng)高功率處理能力。該能力取決于導(dǎo)體的電壓和熱額定值。較長(zhǎng)的線路具有較高的阻抗,從而降低功率傳輸能力。

        有功功率傳遞方程為:

        其中,P為有功功率;U1和U2為線路兩端的電壓;δ為兩端之間的相位角;X為線路阻抗。隨著線路長(zhǎng)度增加,線路的阻抗隨之增加。為了保證持續(xù)傳輸功率,角度δ必須增加。最大可能的角度是30°左右,此后再遇到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的問題時(shí),克服這個(gè)問題的最好方法就是通過串聯(lián)補(bǔ)償器來(lái)減小阻抗,這種方法需要在沒有重大問題的情況下完成,約達(dá)到70%左右的補(bǔ)償,在較高的賠償水平下,這個(gè)系統(tǒng)將不會(huì)十分健康。

        當(dāng)線路加載到SIL(surge impedance loading-自然功率)以下時(shí),它將產(chǎn)生無(wú)功功率;如果并聯(lián)補(bǔ)償不增加,電壓可能會(huì)過度上升。如果線路加載到SIL以上,它將消耗無(wú)功功率,并且電壓可能下降得太遠(yuǎn)。從可靠性的角度來(lái)看,需要在串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償兩部分之間建立一個(gè)交流變頻器,以及各部分之間的互連,以確保始終能夠?qū)崿F(xiàn)全功率傳輸。

        2 直流線路與交流線路比較

        2.1 ±800kV特高壓直流輸電優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

        ±800kV特高壓直流輸電的主要優(yōu)點(diǎn)是可以連接沿線負(fù)載以及傳輸?shù)撵`活性。如果傳輸路線通過人口稠密的地區(qū),并且生成設(shè)施位于路線的許多地方,這一優(yōu)勢(shì)就顯得十分重要。

        主要缺點(diǎn)是其成本,上述系統(tǒng)是相當(dāng)昂貴的,因?yàn)樵趯?shí)際操作中,必須沿著該路線建立一套完整的電力基礎(chǔ)設(shè)施;另一個(gè)缺點(diǎn)是土地的要求,由于當(dāng)線路非常長(zhǎng)時(shí),交流傳輸不能充分利用每條線路的熱容量,因此,必須安裝并聯(lián)線路。

        2.2 1000kV特高壓交流輸電優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

        1000kV特高壓交流輸電的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它在很長(zhǎng)的距離上傳輸非常高功率時(shí)的低成本;第二個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是線損相當(dāng)?shù)?,電力傳輸超過2000km的總損失大約是5%;第三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是需要較少的線路,而且路權(quán)的要求較少。如上所述,1000kV特高壓交流輸電通過兩條線路實(shí)現(xiàn)12000MW的傳輸,而用±800kV直流電線路傳輸相同的電源將需要8條線路。

        2.3 組合方案

        如上所述,±800kV特高壓直流輸電的主要缺點(diǎn)是沿線的電力建設(shè)成本高。然而,與低電壓交流電網(wǎng)并聯(lián)的低成本大容量特高壓直流輸電傳輸?shù)慕M合,在許多情況下可以成為提供低成本和高靈活性,以及為沿線客戶供應(yīng)電能的最佳解決方案。

        組合的交流電和直流電解決方案存在一些技術(shù)問題,在許多情況下,直流變壓器的干擾在相位角變得過大的情況下會(huì)使交流連接斷開,這個(gè)問題可以用各種方式解決,如圖2所示。

        方案一:圖2a使用能夠承受大多數(shù)干擾的交流電連接在直流網(wǎng)絡(luò)中,無(wú)需斷開連接。作為一個(gè)例證,假設(shè)特高壓直流輸電在兩個(gè)雙極中每超過2000km傳輸1.2kMW功率。如果一個(gè)或多個(gè)斷路器跳閘,則假設(shè)特高壓直流輸電可以承受50%的臨時(shí)過載。此外,假設(shè)存在500kV線路的并聯(lián)交流網(wǎng)絡(luò),其必將拾取特高壓直流輸電不能傳輸?shù)墓β省?/p>

        方案二:圖2b允許兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)異步運(yùn)行,每個(gè)網(wǎng)絡(luò)沿著路線供應(yīng)一半的客戶。在這種情況下,由于系統(tǒng)是異步的,所以沒有穩(wěn)定性問題。

        方案三:圖2c與圖2b相同,不同的是使用特高壓直流輸電背靠背連接,以增加電源的靈活性,而無(wú)需同步兩個(gè)系統(tǒng)。背靠背連接是通過一個(gè)電源轉(zhuǎn)換器(HVDC Light),其將穩(wěn)定電壓并增加交流輸電線的功率傳遞。

        3 結(jié)語(yǔ)

        為了在長(zhǎng)距離(超過500~1000km)范圍內(nèi)大規(guī)模傳輸電力,±800kV特高壓直流輸電通常是最具成本效益的替代方案。然而,高壓直流輸電的最大缺點(diǎn)是沿線分接電源的成本高昂,這種缺陷可以通過直流傳輸和交流傳輸組合的方式解決,其中大功率電力輸送采用特高壓直流供電,沿線所需的電力由交流供電,這樣是最具成本效益和靈活性的解決方案。1000kV特高壓交流輸電更適合供給400kV或者500kV交流電網(wǎng)的人口稠密地區(qū)使用。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 劉寧寧,耿沙沙,劉芳.±800kV特高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息,2012(14):26.

        [2] 曾慶禹.特高壓交直流輸電系統(tǒng)可靠性分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2013(10):2681-2688.endprint

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