大容量电力输送的科学问题及解决方案

1.超远距离超大容量电力输送的科学问题及全局性、战略性、前瞻性解决方案。主要研究：（A） 远距离交流输电的输送极限问题及与直流输电的比较按照现有的传输能力计算，需要约100条以上的500kV交流输电线路或40条以上的500kV直流输电线路来完成“西电东送”如此大容量的电力传输（采用更高电压等级的输电技术，目前还不成熟，也缺乏很好的运行经验，因此将面临更大的风险）。建设如此多的远距离输电线路，除了需要十分巨大的投资外，输电走廊，山口数量，直流落点等等都受到实际的限制。例如，如此多的输电走廊将耗费巨大的国土面积，每条输电线占地面积40平方公里以上；同时输电电路要跨越崇山峻岭，峭壁悬崖，根据地形地貌分析，不可能存在如此多的可以架设输电线路的山口，因此全部采用500kV交流输电线输送功率是不可能的。交流输电线的输送能力用自然功率描述，实际上输电线输送容量主要受稳定性的限制，这包括：1）静稳极限；2）暂稳极限；3）电压稳定性；4）热稳定性。对于长距离输电线而言，其热稳定极限很高，与短线路没有区别，但受其余三项限制，使线路输送容量无法达到其热稳定极限。从上世纪70年代末至90年代末，我国500kV交流送电线路一直都采用300至400平方毫米导线，经常送电能力一般在单回100万kW以下，热稳定极限约为260万kW。可见如果能够将输电线送电能力提高到热稳定极限，则输电线的送电能力将大大提高。如果不能将送电能力提高到热稳定极限，那么线路最高的输送能力到底是多大？到目前为止，国内外都没有明确的回答。对于全国联网的超大系统，超长距离的输电线，能否突破静态稳定极限、暂态稳定极限、电压稳定性的限制呢？这种超长距离的输电线其输电容量极限到底受什么因素的制约？这些都是我们首先要研究的关键的科学问题。如果能够突破，则现有线路及新建线路就能成功地实现“升流”，而取代传统的“升压”方法。其次，在此基础上与远距离直流输电进行比较，确定各自的优缺点，为今后交直流混合输电的选择提供科学的依据。（B） “西电东送”超远距离超大容量电力输送可行性方案的存在性问题。即使将400平方毫米导线的500kV远距离输电线输送容量提高热稳定极限260万kW，根据“西电东送”的超大容量（1亿kW以上），仍然需要50条输电线路。很明显，由于受地理、地形、山口数量及环境的制约，仍然是不可行的方案。那么通过增加单回线远距离输电线的输送容量，减少输电通道的占地面积是否就能解决问题呢？因此最终要考虑20年以后的发展，确定技术上可行，经济上合理并具有前瞻性的可行性方案是否存在。这是重大的科学问题，也是关系到经济可持续发展的大问题，是电力工作者必须回答的问题。（可行性方案必须具有前瞻性，20年以后可行的方案并不代表30年以后可行。例如采用纯直流输电，可以解决输电问题，但是一旦国家经济发展平衡，西部能源不能送出那么多，直流输电线路中间没有落点今后如何利用？）（C）超远距离超大容量电力输送的综合柔性化技术方案柔性输电技术是大幅度提高远距离输电线路输送能力有效手段，但面对“西电东送”如此大的电力传输，如何综合利用各种柔性输电技术，大范围提高输电能力，同时确保全国联网系统的安全稳定可靠运行是非常复杂的高难度的系统性科学问题。图1为超远距离超大容量电力输送的综合柔性化方案示意图。其中串联补偿用来减小超长距离输电线的电气距离，以提高线路的输送能力，而输电线上的并联补偿用于提高稳定极限，包括静态稳定、暂态稳定及电压稳定极限，保证系统受到干扰后有足够的稳定裕度。由于串联补偿度过高容易造成振荡，如国内外遇到的串联补偿、并联SVC与发电机轴系的扭振问题（根据国内外研究，当补偿度超过30%时就容易出现扭振问题，必须采取其它措施如可控全部，并联补偿等加以抑制），需要采用新型的STATCOM并联补偿技术及协调控制技术，保证提高输电能力的同时，保证系统具有足够的安全稳定运行裕度。由于超长距离超大容量电能输送，负荷中心远离发电中心，因此为保证安全可靠，也需要分散安装快速的静止无功补偿（如SVC和STATCOM），增强受端电网的电压支撑能力。各种FACTS装置的容量的选择、安装位置的选择及控制策略的协调配合是综合柔性化技术的关键问题。总之综合柔性化技术是系统地解决超长距离超大容量输电及保证系统安全稳定可靠运行的全局性方案。

提高传输容量，提高现有网络利用率•FACTS装置的一个巨:大用途：提高系统稳定性，提高远距离输电的容量。相当于可以少建输电线路,X交流