（国网河南省电力公司 河南郑州 450087）
摘要：当前，特高压交流建设步伐加快，对受端电网而言，扩大区外来电规模已经成为各方共识，特高压交流电网的建设和发展是电力行业发展的关键，对推动电力的发展具有重大作用。本文分析了特高压交流电网运行电压控制的问题，同时剖析无功电压控制模式，并提出特高压交流电网的无功电压控制措施，具体分析如下。
关键词：特高压交流；无功特性；电压特性；无功电压控制
前言
特高压交流电网是长距离大范围平衡能源供需、建设坚强智能电网和全球能源互联网的关键。特高压交流电网正在稳步发展中，无功电压控制是保证特高压交流电网安全可靠经济运行的重要手段。文中总结了特高压交流线路的无功、电压特性，指出了特高压交流电网在无功电压控制方面存在的困难；从独立控制、与近区电网协调控制、大电网全局优化三个方面综述了特高压交流电网的无功电压控制方法。最后，结合特高压电网的无功电压控制现状分析和发展趋势，指出了特高压交流电网在无功电压控制研究中的几个发展方向。
1特高压交流电网运行电压控制问题分析
由于电网电压等级高、输电线路输送功率大，在运行和控制过程中，需要特高压电网电压严格满足安全约束，其中电压上限主要取决于设备绝缘水平，电压下限主要取决于特高压线路输送有功功率限值安全约束。特高压输电线路有功功率变化对特高压近区电网母线电压影响较大，很多特高压线路一直存在一定幅值的有功功率波动，进而引起特高压近区电网母线电压的较大波动。特高压近区电网覆盖多个500kV电厂和变电站，电厂和变电站相互电气距离较近。合理利用各电厂和变电站的无功调节资源，可有效提高特高压电网的电压安全和稳定运行水平，其中电容电抗器等离散无功调节设备主要用于提供基础无功功率，支撑500kV电网电压水平，减少跨1000kV/500kV电压等级的无功功率流动，发电机等连续无功调节设备主要用于更快速、更精细的连续调节，抑制电网电压波动。
2控制模式
实践表明，基于软分区的三级电压控制模式可有效适应中国电网发展，满足中国调度运行管理体制要求，目前已投运的交流特高压落点的网省级电网均采用该电压控制模式。结合特高压近区电网无功电压的运行特点和控制要求，本节提出面向交流特高压近区电网的敏捷协调三级电压控制模式，如图1所示。
图1特高压近区电网的三级电压控制
在软分区方面，根据调度分工，将人工指定的特高压近区电网作为确定的控制分区（以下简称特高压控制分区），电网其余部分进行自动分区，使得给出的控制策略更加符合调度习惯。在三级全网优化层面，以全网有功网损最小为优化目标，以全网可用无功调节资源为控制手段，考虑全网的电压安全约束，进行优化决策。在传统定周期优化的基础上，增加特高压运行方式实时监视功能，当特高压运行方式变化时（如特高压停运或者特高压有功功率计划值调整），自动启动三级优化，更新全网优化目标[1]。在二级分区控制层面，针对特高压控制分区，综合协调分区内所有的控制手段，使得中枢母线电压追踪全局优化目标。控制过程中，考虑紧密耦合的多电厂之间、多变电站之间、电厂与变电站之间的协调。并且在传统定周期控制的基础上，增加电压紧急校正控制，当特高压近区电网母线电压越限时，立刻启动校正控制，保证电网电压安全。在一级本地控制层面，各变电站综合自动化系统或者电厂AVC子站接收并执行AVC主站下发的调节指令。
3特高压交流电网的无功电压控制方法
3.1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[2]。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，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。
3.2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。
3.3特高压连接成网的无功电压控制
特高压输电线路连接成网是特高压交流电网发展的趋势，国家区域电网间互联、洲内各国电网互联，乃至洲际电网互联，在全球能源互联网的构想下，特高压交流电网的规模越来越大，电网的耦合越来越紧密，无功电压控制的对象是前所未有的大范围、多主体、差异化的大规模能源互联网[3]。形成网络后，一方面，特高压交流电网的无功、电压特性与简单的特高压交流输电通道不同；另一方面，电网的耦合更加密切，而各层/区的无功电压控制目标和能力可能存在较大差异，分层分区控制需要作出适应性调整。如果建立统一的优化模型，问题的规模将会十分庞大，求解模型需要处理大量的数据，对算法的求解效率和寻优质量提出更高的要求，数据的共享在现实中也不一定可行，这会严重限制全局优化算法在实际工程中的应用。
3.4区域间无功辅助服务的规则和定价
特高压交流输电对无功电压的调节能力要求很高，自身很难满足调节需求，很大程度上需要依赖于近区超高压电网的协助。在电力市场环境中，传统的行政手段很难对无功辅助服务形成积极有效的激励；而且随着电力市场的进一步开放，不同调度主体将对其所控制的无功资源具有独立的控制权限，这更加呼吁完善的无功辅助服务市场机制来调控各调度主体的无功电压控制行为。特高压技术的发展使得电力交易在更大的范围内进行。全球能源互联网的构建，将实现能源和输电网络在国家间、洲际的共享，同时也将引入多种形式的电力企业参与电力系统的运行和交易[4]。无功辅助服务作为一项重要的支撑技术，如何为其构建市场交易规则和定价，是电力市场的一个重要课题，具有现实意义。为满足电力市场的要求，需要建立多主体的无功电压调度框架，研究不同主体的无功电压交互机制；需要建立多区域无功电压交易机制，研究无功电压控制的责任分摊。
总结
特高压交流电网由于充电功率大、输送容量大、输送距离远等特性，无功电压问题突出，而在特高压层级调节手段缺乏、调节效果粗略，因此，特高压交流电网的无功电压控制需要针对其特性进行研究。本文综述了特高压交流电网无功电压控制的研究现状，并展望了未来特高压交流电网无功电压控制的发展方向。加强特高压交流电网的无功电压控制理论研究和技术实现，为建设坚强智能电网提供有力的支撑。
参考文献：
[1]杨海涛，吉平，刘晋雄，孙健，于光耀，张琳娜.特高压网架方案功能和可靠性分析[J].高电压技术，2017，43（03）：1014-1022.
[2]马坤，叶鹏，郭帅，张涛，李家珏，王超.特高压交流电网运行与控制研究综述[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2017，13（01）：37-42+49.
[3]李明节.大规模特高压交直流混联电网特性分析与运行控制[J].电网技术，2016，40（04）：985-991.
[4]刘梦欣，徐磊，杨鹏.特高压交流电网建成后华东电网的安全稳定性分析[J].高电压技术，2010，36（01）：296-300.
论文作者:刘哲,高峰,李晓柯,王信杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/5
标签：电网论文; 电压论文; 特高压论文; 分区论文; 功率论文; 线路论文; 变电站论文; 《电力设备》2018年第2期论文;