论文部分内容阅读
摘 要：提高系统输送能力是现代电网发展的重要目标。本文首先针对国内外大电网存在的输送能力不足问题及采取的解决措施进行了总体介绍，然后根据输送容量及其制约因素的分类，分别从提高系统的最大容量、可用容量、实际使用容量这三个方面，对提高输送能力的各类技术方法的基本原理、实际应用进行了归纳总结，以期为电网在选择适合自身的增容手段时提供参考。
关键词：输送能力；制约因素；最大容量；可用容量；实际使用容量
引言
随着几年来我国经济的持续增长，电网建设取得快速的发展。目前我国已建成以500kV交流和±500kV直流系统为主的输电网，全国联网的局面正在形成，电网的输送能力有了线束的提高。但电网发展滞后于电源发展的问题仍然突出。目前，输电设备载流量不足、电网的稳定性、电磁环网运行问题直接制约了我国电网的输送能力。
1 输送容量的分类
2004年，CIGRE（国际大电网会议）C31工作组（WG37.31）根据制约因素的不同，结合电力市场发展的新环境和新要求，对输电网传输容量的感念进行了明确的区分，包括：
（1）最大容量（Maxin capacity）：取决于输电设备自身的额定载流量。
（2）可用容量（Available capacity）：受限于所在电网的电压稳定性、潮流分布和静、暂、动态稳定性问题。
（3）实际使用容量（Usable capacity）受限于输电设备的实际运行条件和电网的安全运行标准以及相关运行规定，如主要电力设备的运行健康状况、系统“n-l”、“n-2”的安全要求及输电线路中潮流的分配方式。
（4）合约容量（Contracted capacity）：跨区域的传输容量可能受制于事先签订的合约。
本文将围绕前三类与工程技术紧密相关的问题，对国内外各相关解决措施进行归纳。
2 国内外提高电网输送能力的研究现状
2.1 美国电网
美国电网中的输送瓶颈主要分布在东部、西部沿海及中北部地区。输送能力的主要制约因素是系统的稳定性和部分线路、变压器的热稳限额。20世纽80年代末期，美国电力研究院（EPRI）提出灵活交流输电（FACTS）的概念，改变了传统交流输电的概念，美国电网与美国电力研究中心（EPRI）围绕改善输电设备热限额与柔性交流输电（FACTS）设备的应用，对消除传输瓶颈、提高系统的输送能力开展了全面的研究，并着手将部分新技术应用到实际电网中。
2.2 欧洲电网
欧洲几大电网设计初期，区域、国家间功率交换并没有被作为重点问题加以考虑，近年来解除电力管制后，电力交易才逐渐增大，区域间功率传输瓶颈严重制约了电网的输送能力。造成这些传输瓶颈的主要原因包括：远距离输电中的系统电压稳定问题、由于电网间联系薄弱而易出现的区域电网稳定性问题、跨国跨区域交流电网中的环流问题以及区域电网间电力交易的限制4。针对上述问题，欧洲电网实施了一系列技术改进措施，主要包括：新建电网间互联输电通道、利用移相变压器提高区域间功率传输、利用FACTS设备提高系统的动暂稳定性、完善电力交易的条约。
2.3 中国电网
近年来，我国电网建设得到了迅速的发展。但电网的输送能力仍受到很多因素制约，如：系统的暂态稳定性问题、区域间低频振荡问题、输电设备热稳限额不足、电磁环网等问题。针对这些制约因素，我国电网开展了以下工作：特高压交直流电网的建设、采用紧凑型线路、对线路进行串联补偿、提高导线运行温度、利用电力系统稳定器（PSS）改善系统的小干扰稳定性等实际的运行技术。
3 增大系统最大容量
系统最大容量不足主要表现为：输电设备自身的载流量不足，致使现有的输电网总容量已无法满足需求。这种情况下，根据输电容量缺口的大小和范围，可相应的通过下列措施来加以解决。
3.1 采用更高电压等级的交直流输电：提高输电电压等级是提高电网输送能力的一个重要途径。为了大幅提升网络的输送能力，我国国家电网公司组织开展了特高压交直流输电的关键技术研究，为规划建设电压等级为1000kV的特高压电网创造条件。
3.2 增加输电线路：增加输电线路是提高系统输送能力的一种直接有效的手段。根据系统的实际需要和条件，通常可以有两神选择：建设新的输电通道或增加同一杆塔的线路回线。
3.3 采用载流量大的输电设备：使用大截面导线、新型耐热导线。
4 提高系统可用容量
输电设备的输送能力常常会受到电网稳定性的制约，致使设备的可用容量有可能远小于其热极限。在这样的情况下，就必须提高系统的稳定性，以提高设备的可用传输容量。
4.1 提高系统暂态稳定性的措施
减小输电系统电抗；故障后采取快速、合理的电气操作；汽轮机快速操作阀门；高速励磁系统；动态电气制动；可调节并联补偿。
4.2 提高系统的小干扰稳定性
系统的小干扰稳定性，是指系统遭受小扰动后保持同步的能力。小干扰稳定问题通常表现为阻尼不足的系统振荡，常常制约着在远距离送电、弱联系的大区域电网的输送能力。解决小干扰稳定的主要方法包括：电力系统稳定器（PSS）：对发电机励磁进行调节，形成一个与转子速度偏差同相位的电扭矩，从而增加发电机转子阻尼。各种FACTS设备的附加控制：TCSC（可控串补）.svc（静止无功补偿器）、STATCOM（静止无功发生器）、UPFC（统一潮流控制器）等。
4.3 利用FACTS技术改善系统的稳定性
柔性交流输电系统（Flexible AC TransmissionSystem.缩写为FACTS），是指装有电力电子型或其他静止型控制器，以加强系统可控性和增加功率传榆能力的设备。通过控制交流电网的无功（电压）、电抗和相角，从而能有效提高交流系统的安全稳定性。使传统的交流输电系统具有更高的灵活性，使输电线路得到充分利用，以满足电力系统安全、可靠和经济运行的目标。限于篇幅，对FACTS设备不作具体介绍。
5 提高系统的实际使用容量
2004年国际大电网会议（CIGRE） C31工作组对系统使用容量的定义，电网的实际使用容量受到系统潮流分布、电网相关安全运行规定的约束。国内外关于这类问题的解决措施包括：优化系统潮流；动态限额技术；提高导线运行温度；改善电磁环网对输送能力的制约，有效的提高了电网的输送能力。
结束语
提高电网输送能力是实现电网运行的安全性、有效性和经济性的重要保证。目前国内外提出的提高电网输送能力的手段可归纳为：提高系统的最大容量、可用容量和实际使用容量这几类，在保证系统安全运行的前提下，确定最有效的方案，并对改造方案可能引起的短路电流增大等系列问题提出合理的应对措施。
参考文献
[1]舒印彪（Shu Yinbiao）.中国直流输电的现状及展望（Present Status and Prospect of HVDC Transmission in China）.
[2]汤广福（Tang Guangfu）.高压直流输电和电力电子技术发展现状及展望.
作者简介：毕润桢（1975-），男，大学本科学历，工程师，研究方向为继电保护及自动化。
关键词：输送能力；制约因素；最大容量；可用容量；实际使用容量
引言
随着几年来我国经济的持续增长，电网建设取得快速的发展。目前我国已建成以500kV交流和±500kV直流系统为主的输电网，全国联网的局面正在形成，电网的输送能力有了线束的提高。但电网发展滞后于电源发展的问题仍然突出。目前，输电设备载流量不足、电网的稳定性、电磁环网运行问题直接制约了我国电网的输送能力。
1 输送容量的分类
2004年，CIGRE（国际大电网会议）C31工作组（WG37.31）根据制约因素的不同，结合电力市场发展的新环境和新要求，对输电网传输容量的感念进行了明确的区分，包括：
（1）最大容量（Maxin capacity）：取决于输电设备自身的额定载流量。
（2）可用容量（Available capacity）：受限于所在电网的电压稳定性、潮流分布和静、暂、动态稳定性问题。
（3）实际使用容量（Usable capacity）受限于输电设备的实际运行条件和电网的安全运行标准以及相关运行规定，如主要电力设备的运行健康状况、系统“n-l”、“n-2”的安全要求及输电线路中潮流的分配方式。
（4）合约容量（Contracted capacity）：跨区域的传输容量可能受制于事先签订的合约。
本文将围绕前三类与工程技术紧密相关的问题，对国内外各相关解决措施进行归纳。
2 国内外提高电网输送能力的研究现状
2.1 美国电网
美国电网中的输送瓶颈主要分布在东部、西部沿海及中北部地区。输送能力的主要制约因素是系统的稳定性和部分线路、变压器的热稳限额。20世纽80年代末期，美国电力研究院（EPRI）提出灵活交流输电（FACTS）的概念，改变了传统交流输电的概念，美国电网与美国电力研究中心（EPRI）围绕改善输电设备热限额与柔性交流输电（FACTS）设备的应用，对消除传输瓶颈、提高系统的输送能力开展了全面的研究，并着手将部分新技术应用到实际电网中。
2.2 欧洲电网
欧洲几大电网设计初期，区域、国家间功率交换并没有被作为重点问题加以考虑，近年来解除电力管制后，电力交易才逐渐增大，区域间功率传输瓶颈严重制约了电网的输送能力。造成这些传输瓶颈的主要原因包括：远距离输电中的系统电压稳定问题、由于电网间联系薄弱而易出现的区域电网稳定性问题、跨国跨区域交流电网中的环流问题以及区域电网间电力交易的限制4。针对上述问题，欧洲电网实施了一系列技术改进措施，主要包括：新建电网间互联输电通道、利用移相变压器提高区域间功率传输、利用FACTS设备提高系统的动暂稳定性、完善电力交易的条约。
2.3 中国电网
近年来，我国电网建设得到了迅速的发展。但电网的输送能力仍受到很多因素制约，如：系统的暂态稳定性问题、区域间低频振荡问题、输电设备热稳限额不足、电磁环网等问题。针对这些制约因素，我国电网开展了以下工作：特高压交直流电网的建设、采用紧凑型线路、对线路进行串联补偿、提高导线运行温度、利用电力系统稳定器（PSS）改善系统的小干扰稳定性等实际的运行技术。
3 增大系统最大容量
系统最大容量不足主要表现为：输电设备自身的载流量不足，致使现有的输电网总容量已无法满足需求。这种情况下，根据输电容量缺口的大小和范围，可相应的通过下列措施来加以解决。
3.1 采用更高电压等级的交直流输电：提高输电电压等级是提高电网输送能力的一个重要途径。为了大幅提升网络的输送能力，我国国家电网公司组织开展了特高压交直流输电的关键技术研究，为规划建设电压等级为1000kV的特高压电网创造条件。
3.2 增加输电线路：增加输电线路是提高系统输送能力的一种直接有效的手段。根据系统的实际需要和条件，通常可以有两神选择：建设新的输电通道或增加同一杆塔的线路回线。
3.3 采用载流量大的输电设备：使用大截面导线、新型耐热导线。
4 提高系统可用容量
输电设备的输送能力常常会受到电网稳定性的制约，致使设备的可用容量有可能远小于其热极限。在这样的情况下，就必须提高系统的稳定性，以提高设备的可用传输容量。
4.1 提高系统暂态稳定性的措施
减小输电系统电抗；故障后采取快速、合理的电气操作；汽轮机快速操作阀门；高速励磁系统；动态电气制动；可调节并联补偿。
4.2 提高系统的小干扰稳定性
系统的小干扰稳定性，是指系统遭受小扰动后保持同步的能力。小干扰稳定问题通常表现为阻尼不足的系统振荡，常常制约着在远距离送电、弱联系的大区域电网的输送能力。解决小干扰稳定的主要方法包括：电力系统稳定器（PSS）：对发电机励磁进行调节，形成一个与转子速度偏差同相位的电扭矩，从而增加发电机转子阻尼。各种FACTS设备的附加控制：TCSC（可控串补）.svc（静止无功补偿器）、STATCOM（静止无功发生器）、UPFC（统一潮流控制器）等。
4.3 利用FACTS技术改善系统的稳定性
柔性交流输电系统（Flexible AC TransmissionSystem.缩写为FACTS），是指装有电力电子型或其他静止型控制器，以加强系统可控性和增加功率传榆能力的设备。通过控制交流电网的无功（电压）、电抗和相角，从而能有效提高交流系统的安全稳定性。使传统的交流输电系统具有更高的灵活性，使输电线路得到充分利用，以满足电力系统安全、可靠和经济运行的目标。限于篇幅，对FACTS设备不作具体介绍。
5 提高系统的实际使用容量
2004年国际大电网会议（CIGRE） C31工作组对系统使用容量的定义，电网的实际使用容量受到系统潮流分布、电网相关安全运行规定的约束。国内外关于这类问题的解决措施包括：优化系统潮流；动态限额技术；提高导线运行温度；改善电磁环网对输送能力的制约，有效的提高了电网的输送能力。
结束语
提高电网输送能力是实现电网运行的安全性、有效性和经济性的重要保证。目前国内外提出的提高电网输送能力的手段可归纳为：提高系统的最大容量、可用容量和实际使用容量这几类，在保证系统安全运行的前提下，确定最有效的方案，并对改造方案可能引起的短路电流增大等系列问题提出合理的应对措施。
参考文献
[1]舒印彪（Shu Yinbiao）.中国直流输电的现状及展望（Present Status and Prospect of HVDC Transmission in China）.
[2]汤广福（Tang Guangfu）.高压直流输电和电力电子技术发展现状及展望.
作者简介：毕润桢（1975-），男，大学本科学历，工程师，研究方向为继电保护及自动化。