±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率研究

何清怡

摘 要：文章通過對±800 kV特高壓直流輸電系統的發展現狀和±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率的原因進行分析，提出特高壓直流輸電系統的換流設備的相關參數和無功功率的計算方式，為我國±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率的研究提供理論依據。

關鍵詞：特高壓直流輸電；輸電系統；無功功率

中圖分類號：TM743 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0018-01

大量實踐表明，采用±800 kV特高壓直流輸電系統為我國很多負荷中心提供了大量輸電量，緩解了我國輸電走廊的輸電壓力。±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率即無功負荷，在整個輸電過程中產生了重大的影響。本文提出了無功功率產生的原因，并進行了相關的計算。

1 ±800 kV特高壓直流輸電系統的發展現狀

自我國采用±800 kV特高壓直流輸電系統后，國家電網不僅節約了電網建設投資成本，使輸電損耗有所降低，同時，使我國的電力輸電系統更加安全、穩定、完整。例如：我國在2010年7月8日，試行了向家壩-上海的±800 kV特高壓直流輸電系統，這一輸電系統的試行成功標志著我國建成了世界上技術最先進、輸電容量最大、輸電距離最遠、電壓等級最高的特高壓直流輸電系統，使我國的輸電系統的研究和設計處于國際領先水平。向家壩-上海的±800 kV特高壓直流輸電系統距離較長，約1 907 km，跨越了八省，并橫跨了四次長江，額定電壓為±800 kV，額定電容為6 400 MW。在±800 kV特高壓直流輸電系統中，通常采用的整流側換流變壓器，一次側額定電壓：500 kV，二次側額定電壓：170 kV，安裝有4組無功補償和濾波裝置；逆變側換流變壓器的一次側額定電壓：500 kV，二次側額定電壓：163 kV，也安裝有4組無功補償和濾波裝置。±800 kV的系統特高壓直流輸模型，如圖1所示。

2 ±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率的原因

±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率的主要原因是換流器的吸收無功功率。由于換流器在換流的過程中需要吸收大量的無功功率，所以在無功功率中整流側換流變壓器占輸電總功率的30%～50%，而逆變側換流變壓器卻占了40%～60%。逆變側換流變壓器的消耗功率明顯高于整流側換流變壓器。但有關研究表明，整流側換流變壓器和逆變側換流變壓器，都在利用有功功率的同時，還吸收換流過程中的無功功率。有功功率因數為：

β=P/S=UI1cosη/UI=I1/I cosη=v cosη

其中，v=I1/I，代表基波因數；cosη代表基波功率因數。整流側換流變壓器的基波功率因數為：

cosη≈cos（a+u/2）

其中，a為換流器的觸發角，u為換相重疊角。逆變側換流變壓器的基波功率因數為：

cosη≈cos（y+u/2）

其中，y代表換流器關斷角。

從以上公式分析得出，各種換流器換流過程中吸收無功功率的原因主要有以下兩點。

①在特高壓輸電的過程中導致電流畸變的主要原因是，平波電抗器和換相電感的存在，導致2各閥同時開通時出現了重疊角，產生了無功功率。

②整流側換流變壓器的觸發角和逆變側換流變壓器的關斷角使電壓和基波電流產生了相位差，特別是在±800 kV特高壓直流輸電系統中，輸電工程正常運行時，就會使整流側換流變壓器的觸發角變為15 °左右，逆變側換流變壓器的關斷角就會變為17 °左右。所以導致基波因數v<1，基波功率因數cosη<1，這是引起各類變壓器在換流期間吸收無功功率的主要原因。

3 ±800 kV特高壓直流輸電系統的換流設備的相關 參數

換流變壓器是電力輸送過程中最重要的設備之一，因此，對變壓器設備的參數進行準確的設定顯得尤為重要。通常采用的±800 kV特高壓直流輸電系統的換流設備不僅價格昂貴，同時操作復雜，為工作人員的施工帶來了難點。三繞組的換流變壓器是按照（400+400） kV的接線方式進行換流的，換電容量為610 MVA，比800 kV的單臺換流器的容量要高出很多，因此，采用單相雙繞的接線方式更有利于特高壓直流換電工作的運行。

±800 kV特高壓直流輸電系統換流器最低降壓運行能達到560 kV，占總電壓的70%，而單極金屬回路的接線方式只能在線路電阻達到最大時才能降壓至560 kV。所以逆變站在不超過分接頭檔位最大制作能力的前提下，設計時才能采用最大分接頭檔位。

4 無功功率的計算方式

±800 kV特高壓直流輸電系統中，換電器的無功功率吸收與直流電量的輸送、換相電抗和換相重疊角等因素有關，所以各類變壓器的無功功率計算方式如下

其中，P表示直流電輸送功率，Q表示換流器吸收的無功功率，η表示換流器的功率因數角，u1表示整流側換相重疊角，u2表示逆變側換相重疊角，Xr1表示整流側換相電抗，Xr2表示逆變側換相電抗，Id表示直流電流，a表示整流側換流變壓器的觸發角，y表示逆變側換流變壓器的關斷角，u1表示整流側換流變壓器閥側空載線電壓有效值，u2表示逆變側換流變壓器閥側空載線電壓有效值。在變壓器進行換流的過程中會出現設備或測量誤差，因此需要對變電站換流器吸收的無功功率做出有效的處理，才能保證電流輸出的有效率。

5 結 語

本文對±800 kV特高壓直流輸電系統的發展現狀和±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率的原因進行了分析，提出了特高壓直流輸電系統的換流設備的相關參數，并根據輸電量的需要將換流工程中的換流器吸收的無功功率用表達式計算，為我國的±800 kV特高壓直流輸電系統的高效運行提供了可靠的理論依據。采用合理的變電器換流參數和接線方式可以使輸電運行更穩定、安全。

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