±800 kV特高压直流输电系统无功功率研究

何清怡

摘 要：文章通过对±800 kV特高压直流输电系统的发展现状和±800 kV特高压直流输电系统无功功率的原因进行分析，提出特高压直流输电系统的换流设备的相关参数和无功功率的计算方式，为我国±800 kV特高压直流输电系统无功功率的研究提供理论依据。

关键词：特高压直流输电；输电系统；无功功率

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0018-01

大量实践表明，采用±800 kV特高压直流输电系统为我国很多负荷中心提供了大量输电量，缓解了我国输电走廊的输电压力。±800 kV特高压直流输电系统无功功率即无功负荷，在整个输电过程中产生了重大的影响。本文提出了无功功率产生的原因，并进行了相关的计算。

1 ±800 kV特高压直流输电系统的发展现状

自我国采用±800 kV特高壓直流输电系统后，国家电网不仅节约了电网建设投资成本，使输电损耗有所降低，同时，使我国的电力输电系统更加安全、稳定、完整。例如：我国在2010年7月8日，试行了向家坝-上海的±800 kV特高压直流输电系统，这一输电系统的试行成功标志着我国建成了世界上技术最先进、输电容量最大、输电距离最远、电压等级最高的特高压直流输电系统，使我国的输电系统的研究和设计处于国际领先水平。向家坝-上海的±800 kV特高压直流输电系统距离较长，约1 907 km，跨越了八省，并横跨了四次长江，额定电压为±800 kV，额定电容为6 400 MW。在±800 kV特高压直流输电系统中，通常采用的整流侧换流变压器，一次侧额定电压：500 kV，二次侧额定电压：170 kV，安装有4组无功补偿和滤波装置；逆变侧换流变压器的一次侧额定电压：500 kV，二次侧额定电压：163 kV，也安装有4组无功补偿和滤波装置。±800 kV的系统特高压直流输模型，如图1所示。

2 ±800 kV特高压直流输电系统无功功率的原因

±800 kV特高压直流输电系统无功功率的主要原因是换流器的吸收无功功率。由于换流器在换流的过程中需要吸收大量的无功功率，所以在无功功率中整流侧换流变压器占输电总功率的30%～50%，而逆变侧换流变压器却占了40%～60%。逆变侧换流变压器的消耗功率明显高于整流侧换流变压器。但有关研究表明，整流侧换流变压器和逆变侧换流变压器，都在利用有功功率的同时，还吸收换流过程中的无功功率。有功功率因数为：

β=P/S=UI1cosη/UI=I1/I cosη=v cosη

其中，v=I1/I，代表基波因数；cosη代表基波功率因数。整流侧换流变压器的基波功率因数为：

cosη≈cos（a+u/2）

其中，a为换流器的触发角，u为换相重叠角。逆变侧换流变压器的基波功率因数为：

cosη≈cos（y+u/2）

其中，y代表换流器关断角。

从以上公式分析得出，各种换流器换流过程中吸收无功功率的原因主要有以下两点。

①在特高压输电的过程中导致电流畸变的主要原因是，平波电抗器和换相电感的存在，导致2各阀同时开通时出现了重叠角，产生了无功功率。

②整流侧换流变压器的触发角和逆变侧换流变压器的关断角使电压和基波电流产生了相位差，特别是在±800 kV特高压直流输电系统中，输电工程正常运行时，就会使整流侧换流变压器的触发角变为15 °左右，逆变侧换流变压器的关断角就会变为17 °左右。所以导致基波因数v<1，基波功率因数cosη<1，这是引起各类变压器在换流期间吸收无功功率的主要原因。

3 ±800 kV特高压直流输电系统的换流设备的相关 参数

换流变压器是电力输送过程中最重要的设备之一，因此，对变压器设备的参数进行准确的设定显得尤为重要。通常采用的±800 kV特高压直流输电系统的换流设备不仅价格昂贵，同时操作复杂，为工作人员的施工带来了难点。三绕组的换流变压器是按照（400+400） kV的接线方式进行换流的，换电容量为610 MVA，比800 kV的单台换流器的容量要高出很多，因此，采用单相双绕的接线方式更有利于特高压直流换电工作的运行。

±800 kV特高压直流输电系统换流器最低降压运行能达到560 kV，占总电压的70%，而单极金属回路的接线方式只能在线路电阻达到最大时才能降压至560 kV。所以逆变站在不超过分接头档位最大制作能力的前提下，设计时才能采用最大分接头档位。

4 无功功率的计算方式

±800 kV特高压直流输电系统中，换电器的无功功率吸收与直流电量的输送、换相电抗和换相重叠角等因素有关，所以各类变压器的无功功率计算方式如下

其中，P表示直流电输送功率，Q表示换流器吸收的无功功率，η表示换流器的功率因数角，u1表示整流侧换相重叠角，u2表示逆变侧换相重叠角，Xr1表示整流侧换相电抗，Xr2表示逆变侧换相电抗，Id表示直流电流，a表示整流侧换流变压器的触发角，y表示逆变侧换流变压器的关断角，u1表示整流侧换流变压器阀侧空载线电压有效值，u2表示逆变侧换流变压器阀侧空载线电压有效值。在变压器进行换流的过程中会出现设备或测量误差，因此需要对变电站换流器吸收的无功功率做出有效的处理，才能保证电流输出的有效率。

5 结 语

本文对±800 kV特高压直流输电系统的发展现状和±800 kV特高压直流输电系统无功功率的原因进行了分析，提出了特高压直流输电系统的换流设备的相关参数，并根据输电量的需要将换流工程中的换流器吸收的无功功率用表达式计算，为我国的±800 kV特高压直流输电系统的高效运行提供了可靠的理论依据。采用合理的变电器换流参数和接线方式可以使输电运行更稳定、安全。

参考文献：

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