摘要：随着电力系统规模的不断扩大以及电压等级的不断增多，尤其是特高压电网的接入，电力系统无功优化的传统算法和人工智能算法均存在计算机内存不足、收敛速度慢等维数灾难问题，且难以寻得全局最优解。而与普通线路不同，特高压线路导线的等效直径增大、相对相以及相对地之间的分布电容增大，容易出现较大的过电压，从而导致优化计算收敛困难。此外，对于包含特高压电网的输电网而言，系统的电压稳定性对于系统的安全稳定运行非常重要，而无功的分布与电压有着密不可分的联系。
关键词：特高压；交流电网；无功电压
1国内特高压发展现状
1.1技术研究
自1986年起，中国开始进行特高压技术研究，部分科研院所和有关高等院校利用各自特高压试验设备对特高压输电开展了基础研究，主要包括架空线下的地面电场测试、外绝缘放电特性、工频过电压及操作过电压试验、输电工程的环境影响等。
2004年以来，在前期技术研究的基础上，一批特高压试验示范工程开工建设。结合工程建设经验，相关电力企业开展了一系列技术课题研究，包括建设工期、电磁环境、设备技术、运行技术等多个方面，获得了多项重要技术成果。特高压电网电压标准、直流工程标准输电容量得以确定，特高压电磁环境指标限值、过电压和绝缘配合方案得以明确，特高压输电的经济性获得论证，在防雷研究、绝缘配合等领域都达到国际领先水平。这些研究成果充分验证了特高压电网是安全经济的，并意味着中国特高压输电由理论研究阶段走向工程实践阶段。
1.2工程建设
到2015年底，已在全国范围内基本形成了特高压联网格局，大电网的规模效益初步显现，形成了国家电网和南方电网两个主要同步电网，西藏电网相对独立运行。其中，国家电网覆盖了华北、华中、华东、东北、西北等26个省份，南方电网则负责广东、广西、云南、贵州、海南等5个省份。目前，除台湾外，全国电网基本实现了特高压联网，具体为：华北与华中通过1000千伏交流同步联网，东北与华北通过高岭直流背靠背实现异步联网，西北与华中通过灵宝直流背靠背、德阳－宝鸡±500千伏、哈密南－郑州±800千伏直流工程实现异步联网，西北与华北通过宁东（银川东）－山东（青岛）±660千伏直流实现异步联网，华中与华东通过葛洲坝－上海（南桥）、三峡（龙泉）－江苏（政平）、三峡（宜都）－上海（华新）、三峡（荆门）－上海（枫泾）4回±500千伏直流以及金沙江（向家坝）－上海（奉贤）、雅砻江（锦屏）－江苏（同里）、金沙江（溪洛渡）－浙西（金华）3回±800千伏直流工程实现异步联网，华中与南方通过三峡（荆州）－广东（惠州）±500千伏直流实现异步联网。2014年11月，西藏与西北电网通过青海－西藏±400千伏直流工程实现异步联网，标志着川藏电力联网工程正式建成。截至2015年底，我国已建成了1回±400千伏、12回±500千伏、1回±660千伏、5回±800千伏直流输电工程和4个直流背靠背工程，直流输电线路共计23条（含背靠背工程），总输电容量70000MW以上。特高压交流工程方面，2009年1月，晋东南－南阳－荆门特高压交流试验示范工程竣工投产，这是我国首条也是世界第一条特高压交流1000千伏线路。该工程始于山西，经河南南阳，止于湖北荆门。截至2015年底，华东、华中、华北、西北、东北五大区域电网已经形成，华东、华中、华北电网电压等级提升到1000千伏，并建成晋东南－南阳－荆门、淮南－皖南－浙北－上海、浙北－浙中－浙南－福州等一批特高压交流工程。
特高压输电工程的相继建成投运和持续安全稳定运行，标志着中国特高压输电技术已经成熟，也为今后大规模应用打下了坚实的基础。
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2特高压交流电网的无功电压控制方法
2.1基于电压合格和无功平衡的独立控制
电压合格是无功电压控制的基本要求。无功功率分层分区平衡是长久以来电力系统运行的认识和原则。基于电压合格和无功平衡的独立控制，是比较直接的控制方法，也符合国内分层分区的调度体系。
学者指出为了使长治—南阳—荆门特高压输电线路的电压和特高压变电站５００ｋＶ母线电压运行在合格区间中，长治和荆门特高压变电站的５００ｋＶ母线电压需控制在一个电压控制域中，并给出考虑功率波动的电压控制域。
相关学者进一步考虑低容低抗投切对电压控制域边界带来的影响，提出由线路功率和两端母线电压形成的三维控制域。
学者针对传输大功率时南阳站母线电压偏低的问题，指出了发电机机端电压、变压器分接头和变电站低压母线无功补偿等调节手段对１０００ｋＶ母线和５００ｋＶ母线电压的影响。
2.2考虑近区电网的协调控制
特高压电网无功电压问题突出，现阶段在特高压电压层的调节手段相对缺乏，因此有必要利用近区超高压电网进行协调配合。经济压差的实现要求特高压电网有足够、连续可调的无功补偿设备，但目前特高压电网只装有离散的低容低抗，在这一背景下，有学者提出一种改进的经济压差无功控制策略，综合特高压变电站低压侧的无功补偿设备投切和近区电网５００ｋＶ发电机无功出力，实现特高压线路无功平衡。基于经济压差的方法能实现特高压线路无功功率在两侧的均摊，有利于减小特高压线路的有功损耗和电压降落。这种方法对于辐射状的线路而言计算简单，但在环网中则难以适应，而且该方法只考虑了特高压自身的无功平衡，没有讨论特高压电网与超高压电网之间的相互影响。
也有学者根据经济压差，按照潮流输送方向设定了各特高压母线电压的控制范围。特高压电网所需无功补偿容量由特高压变电站无功补偿设备和５００ｋＶ电网发电机共同提供。因为５００ｋＶ电网发电机需要为特高压ＡＶＣ预留容量，在省调ＡＶＣ进行５００ｋＶ电网无功电压控制时，可调用的发电机无功功率相应减少。这种方法同样只适用于辐射型的特高压电网，一旦特高压线路形成环网，就难以有效应用。
2.3采用优化模型求解的全局控制
在含特高压电网的无功电压控制中，也有学者通过建立全局优化模型，采用优化算法进行求解。有学者考虑静态电压稳定性和全网有功损耗，建立了含特高压电网的无功优化数学模型，采用协同进化算法寻优，并使用割线灵敏度法删减灵敏度较低的控制变量，降低搜索空间维数。协同进化算法和割线灵敏度法提高了寻优的效率，但仍无法避免面临大量数据处理和分区等难题。也有学者提出一种减小无功穿越量和提高电压稳定性的含特高压电网的无功优化模型，并采用差分进化算法求解，但所述方法仍存在大规模无功优化计算的困难。
3结语
为了保证交流特高压电网安全、经济的运行，并能够最大限度的发挥特高压的输电能力，获得较好的经济效益，有必要针对交流特高压电网的典型运行工况，分析交流特高压输电线路的无功电压控制策略，为互联电网的运行提供技术支持。
参考文献：
[1]唐晓骏,陈会员,姚淑玲,田华,李晶,罗红梅,王一振.基于改进经济压差的特高压电网无功电压控制策略[J].电网技术,2013,37(03):673-678.
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论文作者:边江,单江,路蕙源,田佳雨
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/8
标签：电网论文; 特高压论文; 电压论文; 母线论文; 荆门论文; 华中论文; 工程论文; 《电力设备》2017年第36期论文;