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广东电网有限责任公司梅州供电局 广东省梅州市 514021
摘要：输电线路在我国城乡和工业电网中有广泛的应用。提高电网综合供电水平是促进我国电力事业发展的一个重要指标。输电线路设计的重要性显著提高。输电线路作为从发电厂或变电站向用户输送电能的桥梁，在电力系统中起着重要的作用。
关键词：输电线路；电能质量
引言
随着国民经济的发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中各种非线性负荷及用户不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也更高，在这样的环境下，探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术，分析我国电能质量管理和控制的发展趋势，具有很强的现实意义。
1.背景及意义
在一般情况下，线路的供电臂距小于50km。而线路空载或轻载情况下，线路显容性，末端电压升高；当负载增加时，线路有可能从容性变化到感性，末端电压又会降低，根据理论计算结果，长距离供电线路在无补偿的情况下，末端电压波动在10%以上。如某供电系统许多线路显然超过该范围。一旦其中变电所出现故障，就需要两边的变电所进行越区（长距离或超长距离）输电，如果不进行合理补偿的话，由于末端电压偏移过大，严重时会使供电系统电压崩溃。对于长距离（超长距离）供电线路可能出现下列问题：
长距离线路中的电容效应使线路空载或轻载时产生工频电压升高。空载时电压升高最为严重，若不加以防治，将对设备和线路产生危害；
负载较大时，线路电压损失较大，必须对线路进行补偿；
分、合长线时供电线路产生过电压；
负载大时，导线的发热严重；
超长距离供电时，消耗在线路电阻的功率增大，影响供电的经济性；
目前，国内供电系统使用的大多是固定不可调和手动分级可调无功功率补偿装置，这些方式部分自动跟随供电系统电压等参数进行补偿，响应速度慢，吸收无功不连续，对电网电压调节有限，对过电压抑制能力差，经济性不高，而且容易过补偿或欠补偿。根据上述情况，本文分析了各种静止型无功功率补偿方式的可用性，结合油田供电系统的特点，采用具有动态性的混合型补偿方式，通过控制电力电子装置来自动跟随系统电压以实现无功功率补偿，使功率因数符合电力部门的要求。
2.电能质量问题的产生
2.1电能质量问题的定义和分类
电能质量问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称，其实质是电压质量问题。电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题。
2.2电能质量问题产生原因分析
随着电力系统规模的不断扩大，电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因。
2.2.1电力系统元件存在的非线性问题
电力系统元件的非线性问题主要包括：发电机产生的谐波、变压器产生的谐波、直流输电产生的谐波以及输电线路（特别是超高压输电线路）对谐波的放大作用等等。此外，还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响，其中，直流输电是目前电力系统最大的谐波源。
2.2.2非线性负载
在工业和生活用电负载中，非线性负载占很大比例，这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉（包括交流电弧炉和直流电弧炉）是主要的非线性负载，它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。居民生活负荷中，荧光灯的伏安特性是严重非线性的，也会引起严重的谐波电流，其中3次谐波的含量最高，大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流，对电网运行环境造成严重污染，同时也使功率因数降低。
2.2.3电力系统故障
电力系统运行的内外故障也会造成电能质量问题，如各种短路故障、自然现象灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。
3.电能质量分析方法
3.1时域仿真法
时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模仿开关的开合过程时，还会引起数值振荡。
3.2频域分析法
频域分析方法主要包括频率扫描、谐波潮流计算和混合谐波潮流计算等，该方法多用于电能质量中谐波问题的分析。
频率扫描和谐波潮流计算在反映非线性负载动态特性方面有一定局限性，因此混合谐波潮流计算法在近些年中发展起来。其优点是可详细考虑非线性负载控制系统的作用，因此可精确描述其动态特性。缺点是计算量大，求解过程复杂。
4.无功补偿技术的发展和应用
4.1 无功补偿的必要性
无功补偿是维持现代电力系统稳定与经济运行所必需的。
无功的存在对电网的影响主要有几个方面：无功功率的增加会使输电线路总电流增大，视在功率增大，从而使发电机、变压器等电气设备总容量增大，同时也使设备及线路的损耗相应增大，线路电压降增大，尤其是长距离供电。另外，会使功率因数降低，设备的利用率变小。
4.2 国内外各种补偿方式的介绍
传统的无功调节设备有并联电容器或电抗器和调相机。并联电容器或电抗器是电网中用的最多的一种主要的无功功率补偿设备。它的特点是价格便宜，易于安装维护。缺点是当电压降低时，特别是由于故障而电压降低时，系统需要电压支持，而并联电容、电抗器输出无功功率却急剧下降，不能满足系统需要。调相机实质上是一种不带机械负载的同步电动机，调节其励磁，既可以发出无功功率，又可以吸收无功功率，是最早采用的一种无功补偿设备，在并联电容、电抗器得到大量采用后，它退到次要地位。调相机的优点是：在系统发生故障引起电压降低时，同步调相机可提供电压支持，还可以在短时间进行强行励磁，对提高电力系统的稳定性有很大好处。它的主要缺点是投资大，运行维护复杂，机械损耗大，噪音大等。
20世纪70年代以来，随着电力电子技术的不断发展，出现了静止无功补偿技术。从此，将使用晶闸管的静止无功补偿装置（SVC）推上了电力系统无功功率控制的舞台。1997年美国GE公司首次在实际电力系统中演示了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年，在美国电力研究院的支持下，西屋电气公司制造的使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际运用。随后各大公司都推出了自己的系列产品。
随着高压大容量可关断器件，如IGBT、GTO、IGCT器件的发展，20世纪80年代出现了基于可关断器件的电压源或电流源的并联补偿装置，即静止无功发生器，国外称为STATCOM。20世纪90年代以来，基于逆变器的有源补偿装置在输电系统和配电系统中获得了越来越广泛的应用。
无功发生器补偿装置的特性，成为完全可控的电压源或电流源，使得无功功率补偿装置的性能得到了很大的提升。无功发生器是由逆变器构成，并由一并联电容器上的电压进行激发启动，其输出的三相交流电压与所接电网的三相电压同步。无功发生器通过的电流等于零或呈容性或呈感性取决于连接变压器一、二次电压的幅值，无功发生器装置输出无功功率的大小和极性都由其通过的电流来调整，从而调整输电线路的无功功率，静态或动态的使电压保持在一定范围之内，以利于提高电力系统稳定性。无功发生器不仅可以矫正稳态运行电压，还可以抑制一定范围的暂态电压，因此对电网电压的控制能力很强。直流侧的电容器只是用来维持直流电压，而且这些电容由直流电容器组构成，容量、体积小且价格低。
4.3 几种补偿方式的比较
无功发生器与SVC相比，响应速度快、吸收无功连续、高次谐波含量少，而且可提供放大的无功支持，且有抑制施工瞬态过电流、过电压的能力。此外，无功发生器省去了大量的电容器、电感器以及与之配套的开关
摘要：输电线路在我国城乡和工业电网中有广泛的应用。提高电网综合供电水平是促进我国电力事业发展的一个重要指标。输电线路设计的重要性显著提高。输电线路作为从发电厂或变电站向用户输送电能的桥梁，在电力系统中起着重要的作用。
关键词：输电线路；电能质量
引言
随着国民经济的发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中各种非线性负荷及用户不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也更高，在这样的环境下，探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术，分析我国电能质量管理和控制的发展趋势，具有很强的现实意义。
1.背景及意义
在一般情况下，线路的供电臂距小于50km。而线路空载或轻载情况下，线路显容性，末端电压升高；当负载增加时，线路有可能从容性变化到感性，末端电压又会降低，根据理论计算结果，长距离供电线路在无补偿的情况下，末端电压波动在10%以上。如某供电系统许多线路显然超过该范围。一旦其中变电所出现故障，就需要两边的变电所进行越区（长距离或超长距离）输电，如果不进行合理补偿的话，由于末端电压偏移过大，严重时会使供电系统电压崩溃。对于长距离（超长距离）供电线路可能出现下列问题：
长距离线路中的电容效应使线路空载或轻载时产生工频电压升高。空载时电压升高最为严重，若不加以防治，将对设备和线路产生危害；
负载较大时，线路电压损失较大，必须对线路进行补偿；
分、合长线时供电线路产生过电压；
负载大时，导线的发热严重；
超长距离供电时，消耗在线路电阻的功率增大，影响供电的经济性；
目前，国内供电系统使用的大多是固定不可调和手动分级可调无功功率补偿装置，这些方式部分自动跟随供电系统电压等参数进行补偿，响应速度慢，吸收无功不连续，对电网电压调节有限，对过电压抑制能力差，经济性不高，而且容易过补偿或欠补偿。根据上述情况，本文分析了各种静止型无功功率补偿方式的可用性，结合油田供电系统的特点，采用具有动态性的混合型补偿方式，通过控制电力电子装置来自动跟随系统电压以实现无功功率补偿，使功率因数符合电力部门的要求。
2.电能质量问题的产生
2.1电能质量问题的定义和分类
电能质量问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称，其实质是电压质量问题。电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题。
2.2电能质量问题产生原因分析
随着电力系统规模的不断扩大，电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因。
2.2.1电力系统元件存在的非线性问题
电力系统元件的非线性问题主要包括：发电机产生的谐波、变压器产生的谐波、直流输电产生的谐波以及输电线路（特别是超高压输电线路）对谐波的放大作用等等。此外，还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响，其中，直流输电是目前电力系统最大的谐波源。
2.2.2非线性负载
在工业和生活用电负载中，非线性负载占很大比例，这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉（包括交流电弧炉和直流电弧炉）是主要的非线性负载，它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。居民生活负荷中，荧光灯的伏安特性是严重非线性的，也会引起严重的谐波电流，其中3次谐波的含量最高，大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流，对电网运行环境造成严重污染，同时也使功率因数降低。
2.2.3电力系统故障
电力系统运行的内外故障也会造成电能质量问题，如各种短路故障、自然现象灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。
3.电能质量分析方法
3.1时域仿真法
时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模仿开关的开合过程时，还会引起数值振荡。
3.2频域分析法
频域分析方法主要包括频率扫描、谐波潮流计算和混合谐波潮流计算等，该方法多用于电能质量中谐波问题的分析。
频率扫描和谐波潮流计算在反映非线性负载动态特性方面有一定局限性，因此混合谐波潮流计算法在近些年中发展起来。其优点是可详细考虑非线性负载控制系统的作用，因此可精确描述其动态特性。缺点是计算量大，求解过程复杂。
4.无功补偿技术的发展和应用
4.1 无功补偿的必要性
无功补偿是维持现代电力系统稳定与经济运行所必需的。
无功的存在对电网的影响主要有几个方面：无功功率的增加会使输电线路总电流增大，视在功率增大，从而使发电机、变压器等电气设备总容量增大，同时也使设备及线路的损耗相应增大，线路电压降增大，尤其是长距离供电。另外，会使功率因数降低，设备的利用率变小。
4.2 国内外各种补偿方式的介绍
传统的无功调节设备有并联电容器或电抗器和调相机。并联电容器或电抗器是电网中用的最多的一种主要的无功功率补偿设备。它的特点是价格便宜，易于安装维护。缺点是当电压降低时，特别是由于故障而电压降低时，系统需要电压支持，而并联电容、电抗器输出无功功率却急剧下降，不能满足系统需要。调相机实质上是一种不带机械负载的同步电动机，调节其励磁，既可以发出无功功率，又可以吸收无功功率，是最早采用的一种无功补偿设备，在并联电容、电抗器得到大量采用后，它退到次要地位。调相机的优点是：在系统发生故障引起电压降低时，同步调相机可提供电压支持，还可以在短时间进行强行励磁，对提高电力系统的稳定性有很大好处。它的主要缺点是投资大，运行维护复杂，机械损耗大，噪音大等。
20世纪70年代以来，随着电力电子技术的不断发展，出现了静止无功补偿技术。从此，将使用晶闸管的静止无功补偿装置（SVC）推上了电力系统无功功率控制的舞台。1997年美国GE公司首次在实际电力系统中演示了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年，在美国电力研究院的支持下，西屋电气公司制造的使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际运用。随后各大公司都推出了自己的系列产品。
随着高压大容量可关断器件，如IGBT、GTO、IGCT器件的发展，20世纪80年代出现了基于可关断器件的电压源或电流源的并联补偿装置，即静止无功发生器，国外称为STATCOM。20世纪90年代以来，基于逆变器的有源补偿装置在输电系统和配电系统中获得了越来越广泛的应用。
无功发生器补偿装置的特性，成为完全可控的电压源或电流源，使得无功功率补偿装置的性能得到了很大的提升。无功发生器是由逆变器构成，并由一并联电容器上的电压进行激发启动，其输出的三相交流电压与所接电网的三相电压同步。无功发生器通过的电流等于零或呈容性或呈感性取决于连接变压器一、二次电压的幅值，无功发生器装置输出无功功率的大小和极性都由其通过的电流来调整，从而调整输电线路的无功功率，静态或动态的使电压保持在一定范围之内，以利于提高电力系统稳定性。无功发生器不仅可以矫正稳态运行电压，还可以抑制一定范围的暂态电压，因此对电网电压的控制能力很强。直流侧的电容器只是用来维持直流电压，而且这些电容由直流电容器组构成，容量、体积小且价格低。
4.3 几种补偿方式的比较
无功发生器与SVC相比，响应速度快、吸收无功连续、高次谐波含量少，而且可提供放大的无功支持，且有抑制施工瞬态过电流、过电压的能力。此外，无功发生器省去了大量的电容器、电感器以及与之配套的开关