远距离大容量输电概要

若认为发电机的空载电势Eq恒定 ，则发电机的功率特性是一条正 弦曲线。
对于a点，若系统出现微 小扰动，使得功角δa增加 一个微小增量Δδ，发电机 的输出电磁功率达到a’， 但由于原动机机械功率保 持不变，因此，发电机输 出电磁功率大于原动机机 械功率，发电机转子将减 速，δ随之减小，经过一 系列振荡以后，回到a点 。 若扰动后，增量为负，情 况与上述相反，但最终仍 然能够回到a点的稳定状 态。
左图反映了实际电力系统中， 各电压等级的输电线路的实际 输送能力与线路长度的关系。
随着线路长度的增加，线路允 许的输送功率迅速下降。
电力系统的小干扰稳定 首先通过一个简单的单机无穷大系统说明基本概念 单机无穷大系统：受端系统的容量比送端发电机的 容量大的多，以致在发电机输送任何功率的情况下， 受端电压U的大小和相位均为恒定。
第六章 远距离大容量输电
刘轩东
西安交通大学高电压技术教研室
6.1 电力系统的稳定性分析 电力系统的静态稳定 电力系统的暂态稳定 6.2 直流输电和柔性交流输电 高压直流输电（HVDC）
柔性交流输电（FACTS）
概述
远距离大容量输电的必然性（资源分布不均匀） 煤炭资源主要集中在华北和西北地区
系统中某些节点电压的持续降低，以致使负荷重的感应电动机堵转 或引起其他保护装置的动作，这类稳定性问题称为电压稳定性
概述
功角稳定性分类
小干扰稳定：又称为电力系统静态稳定性，它实质上是要求系统的 给定平衡点（即给定的稳态运行方式）遭受小扰动后能够保持渐近稳 定性； 在各种稳态运行条件下，为了适应负荷和其他因素的随机变化， 要求系统具有一定的小干扰稳定性裕度； 暂态稳定：系统突然收到较大的扰动（投切大用户或主要元件、发 生短路故障）后，各同步机保持同步运行并过渡到新的或者恢复原来 稳态运行方式的能力；
当线路输送功率小于自然功率时，情 况相反，首端至末端电压不断升高。
输电线路的自然功率和电压分布
当线路输送功率小于自然功率，线路末端电压升高将对电力系统本 身的设备及用户设备安全构成危害，特别是当线路空载时，末端电压 上升更多，必须采取措施加以限制。
自然功率是反映线路传输能力的重要指标，对于长距离线路的传输 功率为1.1~1.2Pn比较好，对于距离小于100km的短距离线路，输送 能力可以高达4~5Pn，主要受热极限限制。
稳定的概念：电力系统在遭受外部扰动下发电机之间维 持同步运行的能力。
交、直流输电线路的约束条件：
交流短线受热极限限制，交流长线受稳定性约束 直流输电受热极限限制
概述 电力系统的稳定性问题
发电机之间失去同步，造成发电机转子之间角度的单调增加或增幅 振荡，由于发电机的转子角度习惯上称为功角，因此这类稳定性问题 长被称为功角稳定性；


水力资源主要集中在西南地区
东南地区负荷较为集中
输电方式的研究现状 特/超高压交流输电 特/超高压直流输电
其他输电方式：半波输电、紧凑型交流输电、柔性 交流输电、分频输电等。
概述 线路传输容量的制约因素
热极限：功率损耗导致过度发热造成弧垂无法恢复性延展或接头融 化 电压约束：为保持线路的电压降在允许范围内，必须限制线路上流 过的功率 稳定性约束：维持线路两端的电力系统同步运行，有静态稳定和暂 态稳定约束
b点是不稳定的，系统无法维持在b点运行
a点：
P 0, 0 P 0, 0 稳定 dP 0 d
P 0, 0 P 0, 0 不稳定 dP 0 d
Pmax EqU X
90o
b点：
90o
小干扰极限
90
在b的时候，如果小扰动使δb 出现一个增量Δδb，则发电机输 出的电磁功率将减小到b’点，小 于机械功率，这时过剩的转矩将 使δ进一步增大，与之相应的电 磁功率又将进一步减小，如果这 样继续下去，δ的不断增大标志 着发电机与无限大系统非周期性 地失去同步，系统中电流、电压 和功率大幅度地波动，系统无法 正常工作，最终导致系统瓦解 若小扰动带来负的增量Δδb， 这时电磁功率增加到b’’，大于机 械功率，转子将减速，δ随之减 小，当减小到a点后，又开始加 速，经过一段时间的振荡，最终 稳定在a点。
提高小干扰稳定的措施
1、采用自动励磁调节器，提高功率极限，扩 大稳定运行范围； 2、提高电压等级 功率输送极限与电压平方成正比，故提 高电压等级可以大幅度提高功率极限 可以等值地看做是减小线路电抗 提高线路电压势必要加强线路绝缘，加大 杆塔尺寸并增加变电所投资。因此，一定的 输送功率和输送距离对应一个经济上合理的 线路额定电压等级。
分裂导线能够提高自然功率：


单根导线自然功率：100%
两分裂导线自然功率：125% 三分裂导线自然功率：140% 四分裂导线自然功率：150%
输电线路传输功率极限
输电线路传送功率与自然功率，线路长度和两端电压相角差的关系：
来自百度文库
这表明，当线路长度一定时，最大可能传输功率出现在θ12=π/2时 ，显然P1或者P2总是大于Pn的。
结论：
o
小干扰稳定的临界角度
90
o
dP 0 d dP 0 d
系统小干扰稳定 临界状态 系统不稳定
90o 90
o
几点说明
1、上述结论仅适用于简单电力系统； 2、功率极限和稳定极限是不同的两个概念， 对于简单无励磁调节的电力系统，两者可是为相等 3、多级系统的静态稳定性是不能简单用功率稳定判据 给予判定的。
动态稳定：系统受到大、小干扰后，在自动调节和控制装置的作用 下，保持长过程的运行稳定性的能力。
输电线路的自然功率和电压分布
不考虑输电线路损耗时，输电线路的可用以下方程表示：
若线路终端的负荷阻抗和线路的波阻抗相等，则线路上各点的电压幅值 相等，电流幅值也相等，且电压与电流时同相位的。这表明，单位长度线 路上电感所消耗的无功功率恰好等于其电容所产生的无功功率，线路本身 不需要从系统吸取，也不向系统提供无功功率，线路上没有电压损失。 在符合阻抗和线路波阻抗相等情况下，如果线路在额定电 压下运行，则此时线路输送功率为线路的自然功率。 当线路输送功率大于自然功率，若首端电 压恒定，此时单位长度电感所消耗的无功大 于电容产生的无功，线路出现无功不足，由 首端至末端电压不断下降，电流相量滞后于 电压相量。