《超長距離交流輸電技術(shù)分析》對超過常規(guī)輸電距離(大于500km)的交流長線路等效電路模型及其參數(shù)和基本物理特性進行了理論分析和仿真計算,重點對1000kV交流半波長輸電技術(shù)進行了深入系統(tǒng)的研究,描述了半波長輸電線路的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)功率一電壓特性,深化了對交流長線路物理特性的認識,改進了等效電路模型算法;揭示了制約半波長輸電能力的主要因素,提出了抑制交流半波長輸電系統(tǒng)過電壓、降低潛供電流的關(guān)鍵技術(shù)和適用于半波長輸電線路的繼電保護新技術(shù),構(gòu)建了1000kV“點對網(wǎng)”和“網(wǎng)對網(wǎng)”交流半波長輸電工程技術(shù)方案及其控制策略,并通過了數(shù)字仿真和物理模擬驗證。
《超長距離交流輸電技術(shù)分析》是迄今為止國內(nèi)外少見的全面、系統(tǒng)論述交流特高壓半波長輸電技術(shù)的專業(yè)書籍,可供廣大電力科研工作者和高等院校相關(guān)專業(yè)高年級學生、研究生和教師閱讀參考。
特高壓輸電技術(shù)的突破使得輸電距離與輸電容量都大幅增加,這也引起人們對超長距離交流輸電技術(shù)的關(guān)注。所謂“超長距離”交流輸電技術(shù)是指輸電距離超過了通常意義下安全經(jīng)濟范圍的交流輸電技術(shù),工頻(50Hz)半波長交流輸電線路長度達到3000km,是典型的超長距離交流輸電技術(shù)。在工程上,對于長度小于500km的常規(guī)線路,人們在求取等效電路模型參數(shù)時,通常是采用實測的單位長度電阻、電抗(容抗)乘以線路長度這樣一種簡單倍乘方法求取線路的等效阻抗(容抗)。然而,研究表明,對于長度超過500km的線路(以下簡稱長線路),用上述簡單倍乘方法求得的等效參數(shù),與用分布參數(shù)方法求得的相比,誤差超過5%,已經(jīng)超出了工程計算允許范圍。而且,隨著線路長度進一步增加,在系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真計算過程中,長線路也不能用其穩(wěn)態(tài)模型進行模擬,必須計及其故障后的暫態(tài)過程。因此,長線路的模型參數(shù)求取方法、仿真模型及其算法也都必須相應(yīng)改進。另一方面,長線路的電氣特性與常規(guī)線路也不一樣,一個突出的特點是在線路超過一定長度時(對于1000kV交流線路,超過2100km),存在著能夠引發(fā)串聯(lián)諧振的短路故障點,而流經(jīng)故障點的電流,在理論上是無窮大。對此現(xiàn)象,本書進行了系統(tǒng)的研究,從理論和仿真兩方面進行了論證,并給出串聯(lián)諧振點位置的理論推導公式,相關(guān)內(nèi)容尚未見國內(nèi)外公開文獻報道。
關(guān)于工頻(50Hz)半波長交流輸電技術(shù),蘇聯(lián)進行了理論研究,并在蘇聯(lián)統(tǒng)一電力系統(tǒng)歐洲部分的500kV電網(wǎng)進行過半波長輸電真型實驗;我國結(jié)合特高壓交流輸電工程實踐,從基本理論和工程應(yīng)用兩個方面,重點對交流特高壓半波長輸電技術(shù)的可行性開展了系統(tǒng)性研究論證,提出一整套半波長線路運行控制策略及其工程技術(shù)方案,并通過數(shù)字仿真和物理模擬加以驗證。研究成果對工程決策發(fā)揮了重要作用。
本書以上述國內(nèi)外研究成果為基礎(chǔ),梳理提煉、歸納總結(jié)了交流特高壓半波長輸電技術(shù)研究成果,并進一步拓展分析了長線路的基本特性和建模方法,對現(xiàn)有的機電暫態(tài)仿真、電磁暫態(tài)仿真中的長線路等效電路模型、分析方法、繼電保護技術(shù)等進行改進完善。
為了在系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真計算中計及長線路的暫態(tài)過程,本書研究提出基于相一模轉(zhuǎn)換法的線路的動態(tài)相量模型,從理論上解決了這個問題,并修改完善了現(xiàn)有的電網(wǎng)仿真軟件。此項成果為具有長線路的系統(tǒng)仿真計算提供了必要的分析手段,也填補了國內(nèi)外空白。
半波長線路因功率波動引起的過電壓和因線路單相接地故障產(chǎn)生的潛供電流過大是制約該項技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵問題,本書通過大量的電磁暫態(tài)仿真計算,研究提出了通過配置多組線路避雷器和高速接地開關(guān)解決因功率波動引起的過電壓和線路單相接地故障潛供電流過大等問題,并提出了半波長輸電和聯(lián)網(wǎng)的工程技術(shù)方案,進行了技術(shù)經(jīng)濟論證。
現(xiàn)有的線路保護原理和裝置不適用于半波長輸電線路,本書研究提出了自由波能量保護、假同步差動保護、伴隨阻抗保護等保護原理及算法,構(gòu)建了完整的半波長線路保護技術(shù)方案,形成了一系列原創(chuàng)成果,完成保護裝置樣機研發(fā)并成功通過設(shè)備測試,填補了國內(nèi)外半波長輸電線路保護裝置空白。
全書共分為七篇:
。1)第一篇通過誤差分析論述了長線路等效電路模型參數(shù)的求取方法,指出了工程上使用的簡單倍乘參數(shù)求取方法不適用于長線路;提出了機電暫態(tài)動態(tài)相量模型算法,并修改完善了現(xiàn)有的電網(wǎng)仿真軟件,為具有長線路的系統(tǒng)仿真計算提供了必要的分析手段。
。2)第二篇主要分析了常規(guī)線路電磁暫態(tài)模型用于長線路需要考慮的幾個因素,指出長線路電磁暫態(tài)模型需考慮線路走廊的土壤電阻率、鄰近線路、線路架線方式及頻率偏差等影響因素。
舒印彪,國際電工委員會主席
中國電機工程學會理事長
中國工程院院士
1977年考入華北電力學院電力系統(tǒng)專業(yè),2007年獲得武漢大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)博士研究生學歷、學位,1989~1991年在英國Strathclyde大學作高級訪問學者,教授級高級工程師。國際電工委員會(IEC)第36屆主席,中國電機工程學會理事長。
自1982年起,長期從事電網(wǎng)運行與電力系統(tǒng)規(guī)劃、超,特高壓輸電重大工程建設(shè)和技術(shù)研發(fā)工作,相繼主持完成三峽500kV超高壓大容量輸電、±800kV特高壓直流和1000kV特高壓交流輸電的關(guān)鍵技術(shù)研究,主導制訂了特高壓系列國際標準,為我國超/特高壓輸電技術(shù)發(fā)展做出了開創(chuàng)性貢獻,推動了“西電東送”戰(zhàn)略實施和全國電網(wǎng)互聯(lián),促進了大型能源基地清潔、高效、集約化開發(fā)。獲國家科學技術(shù)進步獎特等獎2項、一等獎1項,省部級一等獎3項。獲2018年光華工程科技獎,2019年當選中國工程院院士。
張啟平,IEEE高級會員
中國電機工程學會會士
教授級高級工程師
1982年7月東北電力學院本科畢業(yè)、1987年10月碩士研究生畢業(yè),分別獲得學士和碩士學位。2008年6月上海交通大學博士研究生畢業(yè),獲得博士學位。
長期從事大電網(wǎng)生產(chǎn)技術(shù)和運行管理,主要研究領(lǐng)域包括大電網(wǎng)運行控制技術(shù)、特高壓交直流聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及規(guī)劃研究等。近年來,重點開展了國家電網(wǎng)中長期主網(wǎng)架規(guī)劃安全性研究、直流工程安全運行措施研究,以及大電網(wǎng)優(yōu)化控制專題研究等。獲中國電力科學技術(shù)進步獎一等獎2項,二等獎1項;全國電力企業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新成果一等獎3項。
前言
第一篇 適用于潮流與機電暫態(tài)仿真的交流長線路模型
第1章 長線路的穩(wěn)態(tài)模型
1.1 長線路的穩(wěn)態(tài)傳輸方程
1.2 長線路的分布參數(shù)模型
1.3 長線路多分段及不分段分布參數(shù)模型的等效性
1.4 長線路倍乘集中參數(shù)模型與分布參數(shù)模型的誤差分析
1.5 分布參數(shù)模型的其他簡化方式
1.5.1 修正系數(shù)法簡化模型
1.5.2 果列夫(Gorev)方法簡化模型
1.5.3 不同長度線路采用不同方法求得的等值參數(shù)誤差分析
1.6 考慮沿線不同環(huán)境影響因素的長線路穩(wěn)態(tài)模型等值參數(shù)
第2章 長線路分布參數(shù)動態(tài)相量模型
2.1 長線路分布參數(shù)動態(tài)相量模型建模
2.2 應(yīng)用分布參數(shù)動態(tài)相量模型的仿真步長選擇
2.2.1 線路外部故障的仿真步長選擇
2.2.2 線路內(nèi)部故障的仿真步長選擇
2.3 長線路分布參數(shù)動態(tài)相量模型的仿真效果
2.3.1 線路外部故障驗證
2.3.2 半波長線路故障驗證
2.3.3 暫態(tài)穩(wěn)定極限仿真分析
2.4 分布參數(shù)線路動態(tài)相量模型在系統(tǒng)短路計算中的應(yīng)用
2.4.1 算法流程
2.4.2 實際電網(wǎng)算例
第3章 長線路不同模型的適用范圍
3.1 線路穩(wěn)態(tài)模型的適用范圍
3.2 分布參數(shù)線路動態(tài)相量模型的適用范圍
參考文獻
第二篇 交流長線路電磁暫態(tài)模型及仿真
第1章 長線路電磁暫態(tài)模型及其影響因素分析
1.1 長線路電磁暫態(tài)模型
1.1.1 多相n模型
1.1.2 貝瑞隆模型
1.1.3 頻率相關(guān)模型
1.2 長線路的精細化建模
1.2.1 環(huán)境因素對線路單位長度電氣參數(shù)的影響
1.2.2 長線路建模計及的因素
1.2.3 精細化傳輸線模型算例
第2章 長線路的電磁暫態(tài)仿真
2.1 長線路過電壓仿真
2.1.1 過電壓分類
2.1.2 過電壓仿真方法
2.2 潛供電流的仿真
2.2.1 潛供電流產(chǎn)生機理
2.2.2 潛供電流的仿真方法
2.3 斷路器開斷瞬態(tài)恢復電壓
2.3.1 瞬態(tài)恢復電壓概念
2.3.2 瞬態(tài)恢復電壓的計算方法
2.3.3 關(guān)于瞬態(tài)恢復電壓的試驗標準
2.4 輸電線路間感應(yīng)電壓電流
……
第三篇 交流半波長線路的基本特性
第四篇 半波長輸電系統(tǒng)運行與控制技術(shù)
第五篇 超長距離交流線路繼電保護技術(shù)
第六篇 半波長線路的擴展技術(shù)研究
第七篇 半波長線路的試驗驗證
參考文獻
附錄A 點對網(wǎng)輸電系統(tǒng)機電暫態(tài)基礎(chǔ)模型及參數(shù)
附錄B 三相和單相短路故障情況下不同故障位置送端斷路器短路電流波形圖(EMTPE仿真結(jié)果)
索引