李志 孫松松 杜文琦

國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司 山東濟南 250000

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大以及電壓等級的不斷增高。尤其是特高壓電網(wǎng)的接入。電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的傳統(tǒng)算法和人工智能算法均存在計算機內存不足、收斂速度慢等維數(shù)災難問題，且難以尋得全局最優(yōu)解。而與普通線路不同，特高壓線路導線的等效直徑增大、相對相以及相對地之間的分布電容增大，容易出現(xiàn)較大的過電壓從而導致優(yōu)化計算收斂困難。

1 特高壓交流線路的無功、電壓特性

特高壓交流電網(wǎng)的無功電壓控制方法特高壓電網(wǎng)是近幾年發(fā)展的，采用了新的電壓等級，無功電壓控制技術并不成熟。需要對現(xiàn)有自動電壓控制（automaticvoltagecontrol，AVC）系統(tǒng)進行調整；而超高壓電網(wǎng)發(fā)展較為成熟，對應的AVC系統(tǒng)也在理論和實踐中形成成熟的分層分區(qū)協(xié)調控制技術。

理論上，全局無功優(yōu)化是進行無功電壓控制的好方法，可以靈活考慮多種目標和約束。但無功優(yōu)化在數(shù)學上是一個多變量多約束的混合整數(shù)規(guī)劃問題。初始值的選取、問題的維數(shù)、控制參數(shù)的設置等條件都可能對算法的求解效率和尋優(yōu)質量造成很大的影響。因此，全局無功優(yōu)化方法大多處于理論上的研究階段。在實用中，基于二級電壓控制或三級電壓控制的AVC系統(tǒng)得到了廣泛的應用。

2 特高壓交流電網(wǎng)的無功電壓控制方法

2.1 基于電壓合格和無功平衡的獨立控制

電壓合格是無功電壓控制的基本要求。無功功率分層分區(qū)平衡是長久以來電力系統(tǒng)運行的認識和原則?；陔妷汉细窈蜔o功平衡的獨立控制，是比較直接的控制方法，也符合國內分層分區(qū)的調度體系。

2.2 考慮近區(qū)電網(wǎng)的協(xié)調控制

特高壓電網(wǎng)無功電壓問題突出，現(xiàn)階段在特高壓電壓層的調節(jié)手段相對缺乏，因此有必要利用近區(qū)超高壓電網(wǎng)進行協(xié)調配合。經(jīng)濟壓差的實現(xiàn)要求特高壓電網(wǎng)有足夠、連續(xù)可調的無功補償設備，但目前特高壓電網(wǎng)只裝有離散的低容低抗?；诮?jīng)濟壓差的方法能實現(xiàn)特高壓線路無功功率在兩側的均攤，有利于減小特高壓線路的有功損耗和電壓降落。

這種方法對于輻射狀的線路而言計算簡單，但在環(huán)網(wǎng)中則難以適應，而且該方法只考慮了特高壓自身的無功平衡，沒有討論特高壓電網(wǎng)與超高壓電網(wǎng)之間的相互影響[1]。

3 特高壓交流電網(wǎng)無功電壓控制發(fā)展方向

3.1 特高壓連接成網(wǎng)的無功電壓控制

特高壓輸電線路連接成網(wǎng)是特高壓交流電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，國家區(qū)域電網(wǎng)問互聯(lián)、洲內各國電網(wǎng)互聯(lián)，乃至洲際電網(wǎng)互聯(lián)，在全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構想下，特高壓交流電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，電網(wǎng)的耦合越來越緊密，無功電壓控制的對象是前所未有的大范圍、多主體、差異化的大規(guī)模能源互聯(lián)網(wǎng)。形成網(wǎng)絡后，一方面，特高壓交流電網(wǎng)的無功、電壓特性與簡單的特高壓交流輸電通道不同；另一方面，電網(wǎng)的耦合更加密切，而各層／區(qū)的無功電壓控制目標和能力可能存在較大差異，分層分區(qū)控制需要做出適應性調整。如果建立統(tǒng)一的優(yōu)化模型，問題的規(guī)模將會十分龐大，求解模型需要處理大量的數(shù)據(jù)，對算法的求解效率和尋優(yōu)質量提出更高的要求，數(shù)據(jù)的共享在現(xiàn)實中也不一定可行，這會嚴重限制全局優(yōu)化算法在實際工程中的應用。

如果將特高壓電網(wǎng)與各區(qū)域電網(wǎng)一同納入統(tǒng)一的AVC系統(tǒng)中，則在這一垂直體系中，最高層的主站需要對跨區(qū)域甚至跨洲多級電壓的特大型電網(wǎng)負責，其重要性被放在前所未有的位置，一旦高層主站出現(xiàn)故障、失效，其影響范圍將會很大，這對系統(tǒng)的可靠運行提出了嚴格的要求。從AVC系統(tǒng)的建設現(xiàn)狀來看，特高壓電網(wǎng)是近幾年才發(fā)展起來的，現(xiàn)有的AVC系統(tǒng)已較成熟且相對固化，AVC系統(tǒng)建設前期并未考慮到特高壓電網(wǎng)的接人。特高壓電網(wǎng)的無功電壓控制應當考慮如何與現(xiàn)有的AVC框架進行協(xié)調配合，并對現(xiàn)有AVC系統(tǒng)的改造方法和成本進行分析。

3.2 特高壓交直流混合電網(wǎng)協(xié)調控制

交、直流輸電各有其特征和定位，建設交直流混合輸電骨干網(wǎng)架，有利于形成更加合理的電網(wǎng)結構。特高壓交直流混合電網(wǎng)是中國電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。特高壓直流輸電的無功需求由其運行方式和換流站的控制方式?jīng)Q定，一般而言，在滿載運行時，換流站的無功損耗高達有功功率的40%-60%。特高壓直流輸電的安全穩(wěn)定運行需要堅強的受端交流電網(wǎng)支撐。在特高壓交直流混合電網(wǎng)中，特高壓直流輸電的發(fā)展不可避免地對特高壓交流電網(wǎng)的無功電壓調節(jié)能力提出新的要求。如何處理特高壓直流輸電的運行約束，協(xié)調交直流電網(wǎng)的無功電壓控制，是發(fā)展特高壓交直流混合電網(wǎng)需要解決的現(xiàn)實問題[2]。

由于特高壓直流電網(wǎng)的無功需求，需要提出特高壓交直流混合電網(wǎng)的協(xié)調無功電壓控制方法，研究特高壓直流電網(wǎng)在不同接入方式、運行方式、控制方法下的無功需求和補償策略，研究特高壓交流電網(wǎng)與特高壓直流電網(wǎng)的無功電壓耦合特性，研究特高壓交流電網(wǎng)與特高壓直流電網(wǎng)的協(xié)調無功電壓控制策略。

3.3 適應大規(guī)模間歇性可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的特高壓電網(wǎng)無功電壓控制

隨著間歇性可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展和大規(guī)模上網(wǎng)，特高壓輸電線路傳輸功率的隨機性、波動性將大大加強。到2015年為止，中國風電累計并網(wǎng)裝機容量129GW，光伏發(fā)電累計裝機容量43.18GW，可再生能源（不含水電）的裝機容量在全球排名第一。在可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)和電力市場機制不斷深化的背景下，特高壓輸電線路的功率大范圍波動將有可能成為一種常態(tài)，而不僅存在于發(fā)生了故障的特殊場景。

4 結語

特高壓交流電網(wǎng)由于充電功率大、輸送容量大、輸送距離遠等特性，無功電壓問題突出，而在特高壓層級調節(jié)手段缺乏、調節(jié)效果粗略，因此，特高壓交流電網(wǎng)的無功電壓控制需要針對其特性進行研究。