美国超高压输电系统规划

美国超高压输电系统规划

摘要

关于最佳的超高压输电的传输电压，单位时间内电力传输的容量和超高压输

电设备的串并联无功补偿的多种输电系统的规划被讨论。应用高压直流输电的最

佳输电距离也被讨论。

一、超高压输电系统的可行性

系统规划人员可通过对下述各方面的考虑，来评估超高压（EHV ）输电系统

的可行性。

1、由于考虑到规模经济和适合的电站厂址比较缺少而带来的大容量负荷中

心和远方大型电站之间的长距离联系。

2、因负荷的增长，需要在有限的输电线路路径上传输日益增长的大量功率。

3、在一条线路路径上传输的功率要兼顾经济性、可靠性和现有技术水平的

现代趋势。

4、现有345KV 及以下输电电压的大型联合输电系统的下一步发展。

5、协调系统间大量功率的交换，使大容量系统互联，以此改善系统的可靠

性和经济性。

6、注意采用较高电压等级减少单位兆瓦容量占地面积，以改善土地的利用

率。

7、EHV 电压等级输电功率的经济性，使每兆瓦-英里输电投资最小。

由于传输功率的大小和输电投资成本逐年都有明显提高，而且输电费用和输

电利用情况即不一致也不是常数，因而EHV 输电投资规划的时间安排特别值得

重视。

二、传输能力

100英里或100英里以上大功率输电回路的最大传输能力，通常受静稳定条

件的限制，因静稳定又是以下各种因素的函数：

1、并联线路的回路数，以及下一级电压系统的容量和阻抗；

2、中间开关站或对下一级电压系统连接点的数量；

3、提供的串联电容和并联电抗补偿的数量；

4、发送端和接受端系统的参数。

此外，当由可靠性、潮流、暂态稳定分析以及系统运行情况确定系统规划条

件时，

大功率线路的最大传输能力可能还会受到进一步限制，传输功率P 可由下式计算

式中XL 为系统感抗, 而 @为ES 和ER 之间的夹角。根据以往的经验，在发送

端、接受端电压的相角差为30度时能传输的最大功率可由图1计算。对300英

sin S R L

E E P X θ= (1) 里长而无任何串联补偿的线路，其最大的传输功率是1.0p.u.自然功率（SIL ）；或

者对765KV线路，是2200MW，对500KV线路是900MW，而对345KV线路是400MW。

从式（1）可以明显地看到，功率传输能力随XL的增大而减小。由于XL是随距离的增加而增加的，很明显，如果不采用串联补偿，功率传输能力随距离的增加会减小。随着EHV电压等级的提高，EHV输电线安全运行所需要的线路走廊（ROW）宽度增大。为便于比较，表1列出了各种电压等级的最小走廊宽度及相应的英亩数/英里。可以看出，每英亩面积的传输功率随EHV电压等级降低而减少。比如，按765KV和345KV自然功率。每英亩传输功率分别是134MW 和42MW。

线路长度-英里

图1 无串联补偿的输电线传输容量（p.u.SIL），对345KV、500KV和765KV电压，分别等于400MW、900MW和2200MW

表1 用提高电压改善土地利用

注：a指V型串结构。

三、经济分析

图2给出了按SIL计算的EHV和UHV（特高压）输电系统的建设成本。这个成本包括1976年建设时的线路总建设费、走廊费、工程费和其他费用开支。按SIL计算的输电工程成本，对345KV是375美元/MW-英里，500KV是200美元/MW-英里，而765KV是135美元/MW-英里。图2中的成本与传输功率和

距离相对应时，更容易看出765KV，500KV和345KV电压等级输电系统的经济性比较。所选择的每种输电系统，都是以下述性能要求的潮流和稳定试验为前提。

1额定电压（KV）

图2 以千美元-英里和美元/MW-英里表示的成本与线路电压的关系（1976年建设时，其成本包括整个工程安装费加上走廊费、工程费及其他费用）

1、所有线路运行时的正常高峰负荷期间，允许有5%的最大输电电压降，300英里以上的所有线路采用了串联补偿，使输送能力达到SIL。某些地方还需要采用适当的并联电抗补偿。

2、在高峰负荷期间，当一条EHV线路退出运行时，系统电压变化要在正常电压的5%以内，而且没有设备过负荷。

3、在5赫频率内切除发生在任何一条EHV线段上的永久三相故障时，不失掉负荷并保持系统稳定。

4、当功率因数为1、负荷为25%高峰负荷的轻负荷时，有满意的电压调节

能力。

5、当只从线路段任何一端加压时，线段上的电压升高在10%以内。

这些比较表明，当传输功率、距离分别或同时增加时，765KV线路比较经济。

四、充分利用（输电容量）的时间效果

如果所需要的输送能力能迅速实现，以上对EHV线路的经济可行性的意见是有效的。如果不是这样，问题必须重新叙述如下：

什么样的远景输送能力对现在是经济的呢？这个解答取决于初始传输要求，以后增长速度，利息，通货膨胀和设备寿命等。

考虑这样一种情况，在345KV系统中建设200英里的互联线路，系统发展的两个相继发展阶段总的要求分别是送2000MW和5000MW。表2列出了每个阶段按765KV、500KV和345KV三种可选择的发展计划考虑的平均年费用。这些数据是基于图2，并包括下列各种因素：利息i=10%；设备寿命n=30年；残值L=0；损耗费=100000美元/MW；通货膨胀=5%，10%。

年费用采用下面方程式（2）给出的线形折旧和平均利息法求得：

1()2P L i n P L Li n n

-+=+

+-+年费用运行和维护费 (2) 如果所完成的工程不能做到充分利用输电能力，那么应该做类似这样的经济

分析。对输送能力是分许多相继阶段逐步增加的高压直流（HVDC ）输电，这种

分析由为重要。 五、HVDC 线路的经济寿命——建设期间备抵资金的影响

对已知传输功率的HVDC 输电系统经济寿命的评估，需要知道：（1）最佳

电压等级的选择以及（2）对经济参数和建设期间备抵资金（AFDC ）的考虑。

1、 最佳电压等级选择

表2 在345系统中建设200英亩联络线3种可选择发展计划的平

HVDC 额定电压(KV)

图3 终端站投资对电压等级的影响

A ——终端站投资不随电压等级变化；

B ——终端站投资随电压减少；

C ——终端站投资随电压增加

终端站投资是HVDC 输电系统的一个主要单独投资项目，是确定最佳电压等级