《超長(zhǎng)距離交流輸電技術(shù)分析》對(duì)超過(guò)常規(guī)輸電距離(大于500km)的交流長(zhǎng)線路等效電路模型及其參數(shù)和基本物理特性進(jìn)行了理論分析和仿真計(jì)算,重點(diǎn)對(duì)1000kV交流半波長(zhǎng)輸電技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,描述了半波長(zhǎng)輸電線路的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)功率一電壓特性,深化了對(duì)交流長(zhǎng)線路物理特性的認(rèn)識(shí),改進(jìn)了等效電路模型算法;揭示了制約半波長(zhǎng)輸電能力的主要因素,提出了抑制交流半波長(zhǎng)輸電系統(tǒng)過(guò)電壓、降低潛供電流的關(guān)鍵技術(shù)和適用于半波長(zhǎng)輸電線路的繼電保護(hù)新技術(shù),構(gòu)建了1000kV“點(diǎn)對(duì)網(wǎng)”和“網(wǎng)對(duì)網(wǎng)”交流半波長(zhǎng)輸電工程技術(shù)方案及其控制策略,并通過(guò)了數(shù)字仿真和物理模擬驗(yàn)證。
《超長(zhǎng)距離交流輸電技術(shù)分析》是迄今為止國(guó)內(nèi)外少見(jiàn)的全面、系統(tǒng)論述交流特高壓半波長(zhǎng)輸電技術(shù)的專業(yè)書(shū)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(jí)學(xué)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(duì)超長(zhǎng)距離交流輸電技術(shù)的關(guān)注。所謂“超長(zhǎng)距離”交流輸電技術(shù)是指輸電距離超過(guò)了通常意義下安全經(jīng)濟(jì)范圍的交流輸電技術(shù),工頻(50Hz)半波長(zhǎng)交流輸電線路長(zhǎng)度達(dá)到3000km,是典型的超長(zhǎng)距離交流輸電技術(shù)。在工程上,對(duì)于長(zhǎng)度小于500km的常規(guī)線路,人們?cè)谇笕〉刃щ娐纺P蛥?shù)時(shí),通常是采用實(shí)測(cè)的單位長(zhǎng)度電阻、電抗(容抗)乘以線路長(zhǎng)度這樣一種簡(jiǎn)單倍乘方法求取線路的等效阻抗(容抗)。然而,研究表明,對(duì)于長(zhǎng)度超過(guò)500km的線路(以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)線路),用上述簡(jiǎn)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(guò)5%,已經(jīng)超出了工程計(jì)算允許范圍。而且,隨著線路長(zhǎng)度進(jìn)一步增加,在系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算過(guò)程中,長(zhǎng)線路也不能用其穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行模擬,必須計(jì)及其故障后的暫態(tài)過(guò)程。因此,長(zhǎng)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(jìn)。另一方面,長(zhǎng)線路的電氣特性與常規(guī)線路也不一樣,一個(gè)突出的特點(diǎn)是在線路超過(guò)一定長(zhǎng)度時(shí)(對(duì)于1000kV交流線路,超過(guò)2100km),存在著能夠引發(fā)串聯(lián)諧振的短路故障點(diǎn),而流經(jīng)故障點(diǎn)的電流,在理論上是無(wú)窮大。對(duì)此現(xiàn)象,本書(shū)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,從理論和仿真兩方面進(jìn)行了論證,并給出串聯(lián)諧振點(diǎn)位置的理論推導(dǎo)公式,相關(guān)內(nèi)容尚未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。
關(guān)于工頻(50Hz)半波長(zhǎng)交流輸電技術(shù),蘇聯(lián)進(jìn)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(jìn)行過(guò)半波長(zhǎng)輸電真型實(shí)驗(yàn);我國(guó)結(jié)合特高壓交流輸電工程實(shí)踐,從基本理論和工程應(yīng)用兩個(gè)方面,重點(diǎn)對(duì)交流特高壓半波長(zhǎng)輸電技術(shù)的可行性開(kāi)展了系統(tǒng)性研究論證,提出一整套半波長(zhǎng)線路運(yùn)行控制策略及其工程技術(shù)方案,并通過(guò)數(shù)字仿真和物理模擬加以驗(yàn)證。研究成果對(duì)工程決策發(fā)揮了重要作用。
本書(shū)以上述國(guó)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(zhǎng)輸電技術(shù)研究成果,并進(jìn)一步拓展分析了長(zhǎng)線路的基本特性和建模方法,對(duì)現(xiàn)有的機(jī)電暫態(tài)仿真、電磁暫態(tài)仿真中的長(zhǎng)線路等效電路模型、分析方法、繼電保護(hù)技術(shù)等進(jìn)行改進(jìn)完善。
為了在系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算中計(jì)及長(zhǎng)線路的暫態(tài)過(guò)程,本書(shū)研究提出基于相一模轉(zhuǎn)換法的線路的動(dòng)態(tài)相量模型,從理論上解決了這個(gè)問(wèn)題,并修改完善了現(xiàn)有的電網(wǎng)仿真軟件。此項(xiàng)成果為具有長(zhǎng)線路的系統(tǒng)仿真計(jì)算提供了必要的分析手段,也填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白。
半波長(zhǎng)線路因功率波動(dòng)引起的過(guò)電壓和因線路單相接地故障產(chǎn)生的潛供電流過(guò)大是制約該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題,本書(shū)通過(guò)大量的電磁暫態(tài)仿真計(jì)算,研究提出了通過(guò)配置多組線路避雷器和高速接地開(kāi)關(guān)解決因功率波動(dòng)引起的過(guò)電壓和線路單相接地故障潛供電流過(guò)大等問(wèn)題,并提出了半波長(zhǎng)輸電和聯(lián)網(wǎng)的工程技術(shù)方案,進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。
現(xiàn)有的線路保護(hù)原理和裝置不適用于半波長(zhǎng)輸電線路,本書(shū)研究提出了自由波能量保護(hù)、假同步差動(dòng)保護(hù)、伴隨阻抗保護(hù)等保護(hù)原理及算法,構(gòu)建了完整的半波長(zhǎng)線路保護(hù)技術(shù)方案,形成了一系列原創(chuàng)成果,完成保護(hù)裝置樣機(jī)研發(fā)并成功通過(guò)設(shè)備測(cè)試,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外半波長(zhǎng)輸電線路保護(hù)裝置空白。
全書(shū)共分為七篇:
(1)第一篇通過(guò)誤差分析論述了長(zhǎng)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(jiǎn)單倍乘參數(shù)求取方法不適用于長(zhǎng)線路;提出了機(jī)電暫態(tài)動(dòng)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(zhǎng)線路的系統(tǒng)仿真計(jì)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(zhǎng)線路需要考慮的幾個(gè)因素,指出長(zhǎng)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(guó)際電工委員會(huì)主席
中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)
中國(guó)工程院院士
1977年考入華北電力學(xué)院電力系統(tǒng)專業(yè),2007年獲得武漢大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)博士研究生學(xué)歷、學(xué)位,1989~1991年在英國(guó)Strathclyde大學(xué)作高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者,教授級(jí)高級(jí)工程師。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)第36屆主席,中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。
自1982年起,長(zhǎng)期從事電網(wǎng)運(yùn)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(dǎo)制訂了特高壓系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),為我國(guó)超/特高壓輸電技術(shù)發(fā)展做出了開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn),推動(dòng)了“西電東送”戰(zhàn)略實(shí)施和全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián),促進(jìn)了大型能源基地清潔、高效、集約化開(kāi)發(fā)。獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)2項(xiàng)、一等獎(jiǎng)1項(xiàng),省部級(jí)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)。獲2018年光華工程科技獎(jiǎng),2019年當(dāng)選中國(guó)工程院院士。
張啟平,IEEE高級(jí)會(huì)員
中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)會(huì)士
教授級(jí)高級(jí)工程師
1982年7月東北電力學(xué)院本科畢業(yè)、1987年10月碩士研究生畢業(yè),分別獲得學(xué)士和碩士學(xué)位。2008年6月上海交通大學(xué)博士研究生畢業(yè),獲得博士學(xué)位。
長(zhǎng)期從事大電網(wǎng)生產(chǎn)技術(shù)和運(yùn)行管理,主要研究領(lǐng)域包括大電網(wǎng)運(yùn)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(lái),重點(diǎn)開(kāi)展了國(guó)家電網(wǎng)中長(zhǎng)期主網(wǎng)架規(guī)劃安全性研究、直流工程安全運(yùn)行措施研究,以及大電網(wǎng)優(yōu)化控制專題研究等。獲中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng),二等獎(jiǎng)1項(xiàng);全國(guó)電力企業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)3項(xiàng)。
前言
第一篇 適用于潮流與機(jī)電暫態(tài)仿真的交流長(zhǎng)線路模型
第1章 長(zhǎng)線路的穩(wěn)態(tài)模型
1.1 長(zhǎng)線路的穩(wěn)態(tài)傳輸方程
1.2 長(zhǎng)線路的分布參數(shù)模型
1.3 長(zhǎng)線路多分段及不分段分布參數(shù)模型的等效性
1.4 長(zhǎng)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(jiǎn)化方式
1.5.1 修正系數(shù)法簡(jiǎn)化模型
1.5.2 果列夫(Gorev)方法簡(jiǎn)化模型
1.5.3 不同長(zhǎng)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(zhǎng)線路穩(wěn)態(tài)模型等值參數(shù)
第2章 長(zhǎng)線路分布參數(shù)動(dòng)態(tài)相量模型
2.1 長(zhǎng)線路分布參數(shù)動(dòng)態(tài)相量模型建模
2.2 應(yīng)用分布參數(shù)動(dòng)態(tài)相量模型的仿真步長(zhǎng)選擇
2.2.1 線路外部故障的仿真步長(zhǎng)選擇
2.2.2 線路內(nèi)部故障的仿真步長(zhǎng)選擇
2.3 長(zhǎng)線路分布參數(shù)動(dòng)態(tài)相量模型的仿真效果
2.3.1 線路外部故障驗(yàn)證
2.3.2 半波長(zhǎng)線路故障驗(yàn)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(dòng)態(tài)相量模型在系統(tǒng)短路計(jì)算中的應(yīng)用
2.4.1 算法流程
2.4.2 實(shí)際電網(wǎng)算例
第3章 長(zhǎng)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(dòng)態(tài)相量模型的適用范圍
參考文獻(xiàn)
第二篇 交流長(zhǎng)線路電磁暫態(tài)模型及仿真
第1章 長(zhǎng)線路電磁暫態(tài)模型及其影響因素分析
1.1 長(zhǎng)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(zhǎng)線路的精細(xì)化建模
1.2.1 環(huán)境因素對(duì)線路單位長(zhǎng)度電氣參數(shù)的影響
1.2.2 長(zhǎng)線路建模計(jì)及的因素
1.2.3 精細(xì)化傳輸線模型算例
第2章 長(zhǎng)線路的電磁暫態(tài)仿真
2.1 長(zhǎng)線路過(guò)電壓仿真
2.1.1 過(guò)電壓分類
2.1.2 過(guò)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(jī)理
2.2.2 潛供電流的仿真方法
2.3 斷路器開(kāi)斷瞬態(tài)恢復(fù)電壓
2.3.1 瞬態(tài)恢復(fù)電壓概念
2.3.2 瞬態(tài)恢復(fù)電壓的計(jì)算方法
2.3.3 關(guān)于瞬態(tài)恢復(fù)電壓的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
2.4 輸電線路間感應(yīng)電壓電流
……
第三篇 交流半波長(zhǎng)線路的基本特性
第四篇 半波長(zhǎng)輸電系統(tǒng)運(yùn)行與控制技術(shù)
第五篇 超長(zhǎng)距離交流線路繼電保護(hù)技術(shù)
第六篇 半波長(zhǎng)線路的擴(kuò)展技術(shù)研究
第七篇 半波長(zhǎng)線路的試驗(yàn)驗(yàn)證
參考文獻(xiàn)
附錄A 點(diǎn)對(duì)網(wǎng)輸電系統(tǒng)機(jī)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