特高压输电系统特性文档格式.docx
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输电电压等级与输送的自然功率
不同的输电电压等级组成的输电网有不同的输电能力。
在规划未来的电网电压等级时，通常用自然功率来粗略地比较不同电压等级的输电能力。
电压（kV）
330
345
500
765
1100
1500
功率（MW）
295
320
885
2210
5180
9940
超高压一特高压更高电压等级的决策应从现有超高压电网出发，面向未来的输电需求进行综合分析。
分析时，应遵循以下基本原则:
①与新覆盖的地理区域范围、电力系统的规模相一致的原则；
②与现有超高压电压等级的经济合理配合的原则；
③与电网的平均输电容量（能力）和输电距离相适应的原则；
④新的更高电压等级输变电设备从开发到可以用于工程的时间相协调的原则；
⑤特高压输电技术的可用性与输电需求相统一的原则；
⑥与新的发电技术相互促进的原则。
根据未来输电需求预测，需要更高电压作为某1～2项远距离输电工程的电压，包括特高压交流和特高压直流，则可考虑按经济成本进行不同方案的比较，以最经济方案和技术的可用性决定输电工程的电压等级。
1.2特高压输变电发展动因
（1）满足大规模、远距离、高效率电力输送要求；
（2）保护生态环境；
（3）提高电网运行安全性和社会综合效益；
（4）提高电源输送保障能力。
1.3特高压电网发展目标和特高压输变电工程实践
1.3.1特高压电网发展目标
总的来说，发展特高压输电有三个主要目标:
①大容量、远距离从发电中心（送端）向负荷中心（受端）输送电能；
②超高压电网之间的强互联，形成坚强的互联电网，目的是更有效地利用整个电网内各种可以利用的发电资源，提高互联的各个电网的可靠性和稳定性；
③在已有的、强大的超高压电网之上覆盖一个特高压输电网，目的是把送端和受端之间大容量输电的主要任务从原来超高压输电转到特高压输电上来，以减少超高压输电的距离和网损，使整个电力系统能继续扩大覆盖范围，并更经济、更可靠运行。
图1-1:
2015年特高压电网规划图
1.3.2特高压输变电工程实践
交流
1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程；
1000kV淮南—上海特高压交流输电示范工程；
直流
向家坝—上海±
800kV特高压直流输电示范工程；
锦屏—苏南±
800kV特高压直流输电工程；
哈密南—郑州±
800kV特高压直流输电工程;
1.3.2.1特高压交流输电工程简介
（1）1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程
2006年8月9日获得核准并正式建设。
北起山西长治变电站，南至湖北荆门变电站，线路全长640km，线路采用单回输电线路，包括长治、荆门两个1000kV变电站和1000kV南阳开关站。
2006年8月开工建设，历经28个月建设完工，2008年12月全面竣工，2008年12月完成系统调试投入试运行，2009年1月试运行投入商业运行。
世界上第一条投入商业化运行的1000千伏输电线路，可实现华北电网和华中电网的水火调剂、优势互补。
图1-2：
1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程
1.3.2.2特高压直流输电工程简介
（1）锦屏—苏南±
800kV特高压直流输电工程
图1-3：
国网投资建设的第二回特高压直流工程。
途径四川、云南、重庆、湖北、湖南、浙江、安徽、江苏八省，全长2059km。
2008年11月获得核准，并开工建设，额定直流电压±
800kV，额定直流电流4500A，输送容量7200MW。
2012年11月28日完成双级直流系统全部系统调试试验，2012年11月29日转入试运行，2012年12月12日双极投入商业运行。
该工程的投运有力保证了官地、锦屏电站水电机组和汛期四川富余水电的及时顺利外送，有效缓解了华东地区迎峰度夏期间用电紧张局面。
2特高压输电系统特性
2.1特高压直流输电系统特性
整流站和逆变站可统称为换流站。
实现整流和逆变变换的装置分别称为整流器和逆变器，统称为换流器。
整流（整流站）
2.1.1特高压直流输电系统构成
两端直流输电系统
多端直流输电系统
（1）两端直流输电系统
构成：
整流站、逆变站、直流输电线路
换流站的主要设备有:
换流变压器、换流器、平波电抗器交流滤波器和无功补偿设备、直流滤波器、控制保护装置、远动通信系统、接地极线路、接地极等。
两端直流输电系统通常可分为单级系统（正极或负极）、双极系统（正、负两级）和背靠背直流系统（无直流输电系统）三种接线类型。
图2-1：
两端直流输电系统构成原理图
（2）多端直流输电系统
多端直流输电系统通常包括三个或更多的换流站，可联系三个及以上交流电网。
多端系统换流站之间的连接方式可以是并联或串联方式，连接换流站的直流线路可以是分支形或闭环形。
多端系统比多个两端系统要经济，但其控制保护系统及运行操作比较复杂。
世界上已运行的多端直流工程有意大利一撒丁岛（三端，小型）、魁北克一新英格兰（五端，实为三端运行）、加拿大的纳尔逊河双极1和双极2等。
2.1.2特高压直流输电系统运行方式
直流输电工程的运行方式是指在运行中可供运行人员进行选择的稳态运行的状态。
运行方式与工程的直流侧接线方式、直流功率输送方向、直流电压方式以及直流输电系统的控制方式有关。
（1）运行接线方式
（2）全压及降压方式
降压方式是直流输电工程在恶劣的气候条件或严重污秽的情况下，为了降低输电线路的故障率，提高输电的可靠性和可用率，而采用的一种正常运行方式。
在运行中对全压方式和降压方式的选择原则是:
能全压运行时则不选择降压运行。
（3）功率正送与功率反送方式
直流输电工程具有双向送电的功能，它可以正向送电，也可以反向送电。
在工程设计时确定某一方向为正向送电，另一方向则为反向送电。
正在运行的直流输电工程进行功率输送方向的改变称为潮流反转。
（4）双极对称与不对称运行方式
双极对称运行：
指双极直流系统在运行中两个极的直流电压和直流电流均相等的运行方式，此时两级的输送功率也相等。
双极不对称运行方式：
运行中两个极的直流电压或直流电流不相等
2.1.3特高压直流输电的特点
对于大容量、远距离，特高压直流输电是必不可少的方式。
直流输电优点
①输送相同功率时，造价低；
②有功损耗小；
③无线通信干扰小
④线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降,沿线电压分布较平稳,线路本身无需无功补偿
⑤直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行，因此可用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系
⑥不存在稳定性问题；
⑦限制短路电流；
⑧调节快速，运行可靠。
特高压直流输电相对于常规直流输电而言，具有高压直流输电所有的特点，但特高压直流输电技术将大容量、长距离输电的优点发挥得更为极致
2.1.4特高压直流输电线路还需要研究的关键技术
直流架空线路与交流架空线路相比，在机械结构的设计和计算方面，并没有显著的差别。
但在电气方面，则具有许多不同的特点，需要进行专门研究。
（1）电晕效应。
（2）绝缘配合。
（3）电磁环境影响。
2.2特高压交流输电系统特性
2.2.1特高压交流输电线路输电特性
（1）功率损耗和电压降落
线路的有功损耗与输送的有功和无功的平方成正比，与电压平方成反比，因此，在输送相同功率情况下，提高输电线路电压能显著减少线路有功损耗；
减少线路的无功传输，可大大减少线路有功和无功损耗，提高线路运行的经济性，减少受端并联无功补偿投资。
图2-3:
1100kV和500kV输电线路功率损耗与输送功率关系
（2）有功功率与无功功率的输送
自然功率是电压和线路单位长度阻抗和导纳的函数，线路输送的自然功率与线路长度无关，长线路和短线路输送的自然功率一样。
由于线路电容产生的无功和线路电抗的无功损耗均是线路长度的函数，即线路长度增加，电抗的无功损耗和电容产生的无功都增加，反之亦然，特高压输电与超高压输电在输送功率与无功的关系的变化规律是一样的。
图2-4：
净无功功率与传输功率的关系
图2-5：
线路电容产生的无功功率与线路电压和距离的关系
2.2.2特高压交流系统稳定性
电力系统稳定性是电力系统的固有属性，是电力系统中各同步发电机在受到扰动后保持或恢复同步运行的能力，保持电力系统稳定性是电力系统正常运行的必要条件。
依据DL—2001《电力系统安全稳定导则》，电力系统稳定性一般分为功角稳定性、频率稳定性和电压稳定性。
（1）功角稳定性
电力系统功角稳定性由各发电机的同步力矩和阻尼力矩的大小和正负决定，没有足够的同步力矩会造成转子滑行失步，没有足够的阻尼力矩会造成震荡失步。
可分为静态稳定、暂态稳定、小干扰动态稳定和大干扰稳定。
（2）电压稳定性
电压稳定性指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能保持并恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。
主要原因是电力系统在发生扰动，增加负荷或改变运行条件时不能满足无功的需要。
根据受到扰动的大小，电压稳定性分为静态电压稳定和大扰动电压稳定。
（3）频率稳定性
频率稳定性是指电力系统发生突然的有功功率扰动后，系统频率能够保持或恢复到允许的范围内不发生频率崩溃的能力。
反映了电力系统中有功功率供需平衡的基本状态，当电力系统中各发电厂的总有功输出满足全电网电力负荷的总需求，并能随负荷的变化而即时调整时，电网的平均运行频率将保持为额定值。
2.2.3特高压交流输电能力计算
特高压输电的显著特点是能输送比超高压线路大得多的功率。
如果特高压输电线路突然中断大功率的输送，将给受端系统造成大的功率缺额，给下一级500kV电网带来严重的安全运行问题。
为了包括特高压电网在内的整个电力系统安全稳定运行，通常采用双回特高压输电线路将发电中心或送端系统的电力输送到远方的负荷中心。
特高压输电线路实际运行时所输送的功率和超高压输电一样，必须满足电力系统功角稳定，包括静态稳定、暂态稳定、动态稳定和电压稳定的要求。
图2-6超高压—特高压输电能力与输电距离的关系
2.3特高压交、直流输电方式比较
1000kV特高压交流输电
800kV特高压直流输电
2.3.1特高压交、直流输电方式的主要技术特点
（1）特高压交流输电的主要技术特点
①特高压交流输电中间可以落点，具有网络功能，可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换等实际需要构成国家特高压骨干网架。
②交流同步电网越坚强，同步能力越大、电网的功角稳定性越好。
③特高压交流线路产生的充电无功功率约为500kV的5倍，为了抑制工频过电压，线路必须装设并联电抗器。
当线路输送功率变化，送、受端无功将发生大的变化。
如果受端电网的无功功率分层分区平衡不合适，特别是动态无功备用容量不足，在严重工况和严重故障条件下，电压稳定可能成为主要的稳定问题。
④适时引入1000kV特高压输电，可为直流多馈入的受端电网提供坚强的电压和无功支撑，有利于从根本上解决500kV短路电流超标和输电能力低的问题。
（2）特高压直流输电的主要技术特点
①UHVDC系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力输送至负荷中心；
②UHVDC控制方式灵活、快速，可以减少或避免大量过网潮流，按照送、受两端运行方式变化而改变潮流；
③UHVDC的电压高、输送容量大、线路走廊窄，适合大功率、远距离输电；
④交直流混合输电的情况下，利用直流有功功率调制可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，提高交流系统的动态稳定性；
⑤当发生直流系统闭锁时，UHVDC两端交流系统将承受很大的功率冲击。
2.3.2特高压交、直流输电方式的系统特性比较
表2-1：
特高压交流输电和特高压直流输电的系统特性比较
项目
1000kV交流输电
800kV直流输电
技术特点
中间可以落点，具有电网功能；
输电容量大、覆盖范围广，同步电网可以覆盖全国范围，为国家级电力市场运行提供平台；
节省架线走廊；
线路（包括变压器）有功功率损耗与输送功率的比值较小；
从根本上解决大受端电网短路电流超标和500kV线路输电能力低的问题，具有可持续发展性
两端直流中间不落点，将大量电力直送大负荷中心；
输电容量大、输电距离长、节省架线走廊；
线路（包括换流站）有功功率损耗与输送功率的比值较大；
在交直流并列输电情况下，可利用双侧频率调制有效抑制区域性低频振荡，提高断面暂（动）稳极限；
直流联网不增加两端短路电流，但是需要采用松散电网结构等措施来解决大受端电网短路电流超标问题
输电能力和稳定性能
输电能力取决于各线路两端的短路容量比和输电线路距离（相邻两个变电站落点之间的距离）；
输电稳定性（同步能力）取决于运行点的功角大小（线路两端功角差）
输电稳定性取决于受端电网有效短路比（ESCR）和有效惯性常数（Hac）
注意研究的问题
1.随着运行方式变化，交流系统调相调压问题；
2.大受端电网静态无功功率平衡和动态无功功率备用及电压稳定性问题；
3.严重运行工况及严重故障条件下，相对薄弱断面大功率转移等问题，是否存在大面积停电事故隐患及其预防措施研究
1.大受端电网静态无功功率平衡和动态无功功率备用及电压稳定性问题；
2.在多回直流馈入比较集中落点条件下，大受端电网严重故障是否会发生多回直流逆变站因连续换相失败引起同时闭锁等问题，是否存在大面积停电事故隐患及其预防措施研究
2.4特高压交、直流输电的经济性
通过比较特高压输电与超高压输电经济性得出。
按相同的可靠性指标，比较一次投资成本；
比较寿命周期成本。
两种比较方法都需要的基本数据是：
构成两种电压等级输电工程的统计的设备价格及建筑费用。
特高压输电与超高压输电建设成本等方面的比较
（1）可靠性
表2-2：
前苏联500、750kV和1150kV线路统计故障率
电压等级（kV）
750
1150
线路总长度（km）
57314
15519
11112
线路平均断开率（含重合成功）
0.574
0.206
0.144
线路平均中断输电率
0.201
0.097
0.045
（2）输变电主要设备费用
美国对特高压（1100kV）与超高压（500kV）主要输变电设备费用以1984年的价格进行过比较。
比较的前提是：
超高压和特高压输电系统的短路水平分别为25kA和12.5kA。
表2-3：
1100kV与500kV主要设备成本比较
设备（元件）
成本比率
容量因子
每千伏安的成本比率
输电线路
3.4
6.1
0.6
断路器（含间隔）
3.1
0.5
并联电抗器
4.6
5.0
0.9
升压或降压自耦变压器
3.0
1.0
发电机升压变压器
1.5
注成本比率和容量因子均为1100kV与500kV的比值
图2-7：
1100kV与500kV年输电成本比较
（3）线路走廊宽度
线路走廊宽度一般由两边相导线离杆塔中心线的距离加上满足电气安全距离和电晕引起的可听噪声、无线电干扰、电视干扰以及杆塔周边工频电场和磁场的生态效应要求所需的距离。
表2-4：
不同电压等级的典型单回线路走廊宽度
1000
走廊宽度（m）
38
45
60
90
120
升级会员 