特高压输电技术的研究与我国电网的发展

特高压输电技术的研究与我国电网的发展

(辽宁省送变电工程有限公司辽宁沈阳110021)

摘要:推进特高压电网建设已成为国家发展战略。我国电网特点是资源和负荷的地理分布极不平衡,客观上存在长距离、大容量电力输送需求。特高压电网是指1100kV级交流和±800kV级直流的输电电网。我国发展特高压输电技术,是为更经济、更可靠地解决当前大规模、远距离输电问题。经济性是特高压输电的重要基础。基于此,本文对特高压输电技术的研究与我国电网的发展进行分析。

关键词:特高压;电网;输电

1特高压输电技术

1.1特高压交流输电技术

1.1.1大容量输送能力

自然功率是评价线路输电能力的一项重要指标。线路输送自然功率时,电感吸收的无功和电容发出的无功保持平衡。大容量输电线路通常装设高压电抗器或串联补偿装置,以解决无功平衡和过电压问题。据测算,采取相同并联补偿度时,1100kV输电线路的自然功率是550kV线路的4.2倍。

1.1.2长距离输送能力

阻抗与电压平方成反比,1100kV特高压线路阻抗折算到550kV线路,约为后者的1/4。输送相同容量时,采用1100kV特高压线路时,其输电距离要远大于550kV线路。据测算,输送2000MW电力时,单回1100kV线路输送距离可达1300km,而550kV常规线路输送距离仅为400km。

1.1.3线路损耗低

线路损耗包括电阻性损耗和线路电晕损耗,其中电阻性损耗受电阻率、长度和电流的影响,电晕损耗受气象条件、导线型号及电压的影响。以典型线路为例,在导线截面、输送容量相同的条件下,1100kV线路比550kV线路的电流降低1/2,电阻降低3/4,综合损耗降低约54%。

1.1.4节省线路走廊和占地面积

采用1100kV特高压交流输电,其线路走廊宽度大为降低,约为550kV线路走廊宽度的30%。在长距离、大容量输电中采用特高压输电,能提高走廊利用率,大幅节省土地占用面积,经济性显著。

1.2特高压直流输电技术

1.2.1电网结构简单,易调控

特高压直流输电采用大功率、远距离、点对点的输送模式,无中间落点,直接将电力输送到负荷中心。当确定了送、受端之后,采用直流输电方式可实现交、直流电网并联输电,或者非同步联网输电,电网结构清晰易调控。

1.2.2短路电流易限制

一般直流输电线路用于交流电网间的连接。对直流系统自身而言,它有定电流控制机制,可快速限制系统中出现的短路电流,使系统短路容量不会因电网互联而增大。

1.2.3系统高可靠性

利用可控硅换流器,在直流输电技术中可快速调整有功功率,实现电流方向的改变。另外,在正常状态下,直流系统可保证稳定输出,在事故情况下,可实现健全系统对故障系统的紧急支援。因此,当交、直流电网互联时,假若交流电网线路出现短路,可通过短暂增大直流输送功率的方式,来控制电源端的发电机转子速度,从而提高系统可靠性。

1.2.4年电能损耗小,线路造价低

交流架空线输电需三根导线,而直流只需两根导线,电阻损耗小,没有线路感抗及容抗的无功损耗,也没有交流工况下的集肤效应,导线截面利用充分;直流输电方案若采用大地或海水作回路时,仅需一根导线,可大幅节省建设投资,在前期投资和运行费用上经济性突出。

1.2.5大容量直流系统风险加大

通过特高压直流输电系统构建的交、直流互联电网,使得与大容量直流相关的系统风险有所加大。比如,对于多回大容量直流受端密集落点的电网,当交流系统发生故障时,可能导致多回直流输电线路同时出现换相失败,引起交流线路保护或开关拒动,导致交流故障不能及时清除,最终可能造成多回直流线路发生持续换相失败,甚至发生直流闭锁。

2电网技术的发展(智能电网)

我国智能电网研究起步相对较晚,结合我国的电网和能源利用的实际情况,从大电网和中低压电网两个角度同时切入,提出“坚强智能电网”的目标。国家电网计划分三个阶段逐步推动智能电网的建设工作:第一阶段(2009~2010年),规划试点阶段,重点开展智能电网发展规划工作,制定技术和管理标准;第二阶段(2011~2015年),全面建设阶段,加快特高压电网和城乡配电网建设,初步形成智能电网运行控制和互动服务体系,关键技术和装备实现重大突破和广泛应用;第三阶段(2016~2020年),引领提升阶段,全面建成统一的坚强电网,技术和装备达到国际领先水平。分布式能源实现“即插即用”,智能电表普及应用。

智能配电系统安全可靠、优质高效、灵活互动三大目标。智能电网中配电环节的重点工程包括:配电网网架建设和改造、配电自动化试点和实用化、关联和整合相关的信息孤岛、分布电源的接入与控制和配用电系统的互动应用等。为满足用户对供电可靠性、电能质量及优质服务的要求,满足分布式电源、集中与分布式储能的无扰接入,未来电网中传统的配电系统运行模式和管理方法亟待改善;智能配电网络是坚强智能电网的基石,坚强在特高压,智能在配电网。国家电网公司编制的《智能电网关键设备(系统)研制规划》和《智能电网技术标准体系规划》已出台,此举为大批进军智能电网的设备企业指明了产品方向。预计智能电网总投资规模接近4万亿元,强大的市场背景将带动电力系统发电、输电、变电、配电、用电和调度等多个环节的大力发展,为相关的一次与二次设备制造商带来了难得的发展机遇。智能电网具备强大的资源优化配置能力和更加稳定的运行水平,并能适应和促进新能源的发展。目前电力输送能力不足,新能源的并网难度也较高,发展智能电网有助于解决这些问题。

先进的表计基础设施和自动抄表系统工作正在开展,但与智能电网高级计量的要求还有很大距离。小型分布式电源在城市配电网中的建设正在不断进行,但占全国发电装机总量的比例很小,尚未对配电网产生明显的影响。电化学储能技术不断发展,用于能量双向传输的逆变器系统技术、充电技术、监控和热管理技术的研究,正在紧锣密鼓地加快开展。

未来的智能电网,是网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的“能源互联网”。网架坚强,是指电网规划科学、结构合理、安全可靠、运行灵活,适应风电、光伏发电、分布式电源大规模接入,适应供用电关系灵活转换,具有强大的资源配置能力。主网架的电压等级包括特高压、超高压、高压等。广泛互联,是指互联既跨地域,也跨行业。洲际骨干网架、国家骨干网架、地区电网、配电网、微电网协调发展、紧密衔接,构成广泛覆盖的电力资源配置体系;电网、互联网、物联网等相互融合,构成功能强大的社会公共服务平台。互联的广泛性带来了资源配置的广泛性,既广泛配置电力资源,也广泛配置其他公共服务资源。高度智能,是指广泛使用信息网络、广域测量、高速传感、高性能计算、智能控制等技术,发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节高度智能化、自动化运行,自动预判、识别大多数故障和风险,具备故障自愈功能。开放互动,是指发挥电网的网络市场功能,构建开放统一、竞争有序,在能源资源配置中起决定性作用的电力市场体系,促进用户与各类用电设备广泛交互、与电网双向互动,能源流在用户、供应商之间双向流动。

结语:

综上所述,加强特高压交流输电技术的开发和应用,建设更坚强的主网架已成为我国未来电网发展的关键课题之一。发展特高压输电在我国是必要的,在技术上是可行的,目前已具备了一定的基础和条件。应加强研究实施特高压输电的重点技术问题,并结合具体工程,研究工业应用的可行性。针对我过电网发展,加大其智能化发展力度。强化我过电力企业发展前景。

参考文献:

[1]韩丰,宋福龙,罗金山,路畅.“十三五”输电网发展重点研究[J].中国电力,2015,48(01):11-14.

[2]舒印彪,张文亮.特高压输电若干关键技术研究[J].中国电机工程学报,2007,(31):1-6.

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