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摘要： 随着特高压交流输电在我国的大力发展，其输电线路的充电功率过大的问题也日益的凸显出来，由于特高压输电的特殊性，特高压输电系统的无功补偿方式与以往熟知的无功补偿方式有较大的差异，也带来一些特殊问题，如无功补偿的电压等级、容量等都是我国所未用过的。通过对比分析常用的特高压交流输电的无功补偿技术，对特高压交流输电无功补偿的前景进行分析。
关键词： 特高压交流输电；无功补偿；MCR；TCR
中图分类号：TM47文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0320027－01
0 引言
我国能源结构的分布是：水电能源集中在西南地区，火电能源集中在西北地区，而能源消费中心则在华东和华南地区。这样的能源分布决定了我国建设特高压输电系统是十分必要的，随着晋东南——南阳——荆门1000kV特高压交流试验示范工程于2009年1月通电运行，标志着我国特高压交流输电工程从示范阶段进入大规模建设阶段。
由于特高压输电系统的商业运营在我国刚刚起步，尚无经验可谈。在这个过程中将会产生很多其所未有的问题，在无功补偿方面其无功补偿技术与我国所熟知的无功补偿技术差异很大，如无功补偿装置的电压等级、容量等都是我国所未用过的。这是我们现在面临的一个重要问题，也是在推广特高压交流输电过程中必须解决的障碍。文章详细分析了我国特高压交流输电在无功补偿方面的新问题，对比研究了常用的特高压交流输电中常用的无功补偿措施，提出了一种综合性能优越的方法，且便于工程推广。
1 特高压交流输电系统无功补偿的若干问题
1.1 特高压交流输电无功功率的特点
由于特高压输电线路电压等级高，其无功功率的一个显著特点就是线路电容产生的无功功率很大，对于100km的特高压线路，在额定电压为1000kV以及最高运行电压为1100kV的条件下，发出的无功功率可以达到400MVar-500MVar，约为500kV线路的5倍。同时，在特高压电网不同的发展时期，特高压输电线路传输的功率有较大分别，因此无功功率的变化也很不一样。特高压电网在建设初期，主要是实现点对点的电能输送，受系统阻抗特性及稳定极限的限制，输送功率将小于线路的自然功率，线路发出的容性无功功率过剩；随着特高压电网的进一步建设，特高压电网将实现各区域电网的互联，电网的输送功率将有很大提高，而且为了充分利用各区域电网的发电资源，实现水火电互济和更大范围内的资源优化配置，特高压电网的输送功率将随时变化，因而输电线路的无功功率也将频繁变化。
1.2 受端电网的无功配合问题
特高压输电系统前期仅是单回路运行，由于其电压高、传输容量很大，因此受端电网受输电系统运行状况的影响很大。且输电线路无事故备用，故受端网络的无功电源的合理配置和用于电压支撑的无功电源备用容量配置就显得十分重要。否则受端电网在特高压输电系统故障所形成的大扰动条件下，比较容易发生电压失稳事故。所以在受端电网侧必须要有相应的无功补偿措施与整个电网的无功相配合。
1.3 电容器的电压等级问题
1000kV特高压系统用电容器补偿装置经过对比研究，电压等级确定为110kV，容量为210Mvar。由于该电压等级的大容量电容器装置在国内属首次使用，在国际上也没有先例，故该电容器在参数选择、结构的配置、配套件选择都将与常用的补偿装置有很大的不同，也具有许多不同的特点，这也是需要我们解决的问题。
2 常用的特高压交流输电无功补偿技术
2.1 固定电抗器的高低压配合补偿
为了解决不断变化的无功需求，应合理配置高压电抗器、低压电抗器、低压电容器，甚至需要通过配置可控电抗器等设备来实现系统的无功平衡。已运行的晋东南——南阳——荆门交流特高压工程中就采用此种方案。晋东南－南阳线路长度为363km，荆门——南阳线路长度为291km，设计采用的高抗配置为：晋东南侧高抗配置容量为960Mvar；晋东南——南阳线路南阳侧高抗与南阳——荆门线路南阳侧高抗容量相同，均为720Mvar；荆门侧按600Mvar配置。低压无功补偿配置方案为：晋东南和荆门站配置低压无功补偿装置，低压电容器组单组容量为240Mvar，低压电抗器单组容量为240Mvar，两站各配置3组低压电容和2组低压电抗。
此种方案也存在着明显的方案：当特高压线路输送功率较大时，线路本身的感性无功功率和接近平衡，高压电抗器成了多余的负担造成严重不足，使沿线电压降低较多，增大了线路有功损耗，减小了线路输电的稳定性。
2.2 磁阀式可控电抗器动态无功补偿
磁阀式可控电抗器（MCR）相当于一个动态连续可调的电抗器。MCR主要通过晶闸管的开关改变其电流，从而改变铁心的饱和度，达到改变电抗值的目的。其主要特点是电抗值能够平滑调节，给电网带来的谐波小，另外它采用变压器的结构使得晶闸管的耐压值不用很高。在特高压交流输电系统中，采用MCR和固定电容器（FC）配合使用可以很好补偿电网的无功，还可以避免输送功率较大时高压电抗器带来的严重不足的问题。但是MCR的响应速度较慢，一般为100ms左右。至今，俄罗斯已经有500kV的MCR在试运行，在1000kV的特高压交流输电系统有着很好的应用前景。
2.3 晶闸管控制变压器无功补偿
晶闸管控制变压器（TCT）是常见动态无功补偿晶闸管控制电抗器
（TCR）技术的一种变形。主要区别在于TCR是采用6脉波接法（即三角形接法），而TCT采用了一个三绕组的变压器，原边采用Y形接法接电网侧，副边是一个Y形接法一个△形接法接两组TCR，从而构成了12脉波。
TCT也等效于一个可调的电抗器，它的特点与MCR相似，动态连续可调，谐波注入少，晶闸管不用耐高压。它最主要的优点在于调节速度快，能够快速跟踪电网的无功变化，在10-20ms的时间内对系统进行补偿。
TCT只能吸收感性无功，因此它也常常与固定电容器配合使用。在1000kV的特高压交流输电系统中采用TCT+FC进行无功补偿效果将会比MCR更好。由于它采用的晶闸管数量较多，需要更好的散热技术作为保证。在印度已有400kV的TCT在电网中投入运行，国内也正在研制用于1000kV的特高压TCT。
3 结论
文中通过分析特高压交流输电中无功补偿存在的问题，对比了几种常见的能用于特高压交流输电的无功补偿技术，突出了MCR和TCT无功补偿技术在特高压交流输电系统中的优势，将会有更好的发展前景。
参考文献：
[1]倪学锋、林浩、盛国钊，1000kV特高压输电系统无功补偿若干问题[J].电力设备，2005（12）：28-30.
[2]谷定燮、周沛洪，特高压输电系统过电压、潜供电流和无功补偿[J].高电压技术，2005（11）：21-25.
[3]成涛、林莉、牟道槐等，交流特高压输电线的传输特性与无功补偿[J].重庆大学学报，2010（1）：83-87.
关键词： 特高压交流输电；无功补偿；MCR；TCR
中图分类号：TM47文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0320027－01
0 引言
我国能源结构的分布是：水电能源集中在西南地区，火电能源集中在西北地区，而能源消费中心则在华东和华南地区。这样的能源分布决定了我国建设特高压输电系统是十分必要的，随着晋东南——南阳——荆门1000kV特高压交流试验示范工程于2009年1月通电运行，标志着我国特高压交流输电工程从示范阶段进入大规模建设阶段。
由于特高压输电系统的商业运营在我国刚刚起步，尚无经验可谈。在这个过程中将会产生很多其所未有的问题，在无功补偿方面其无功补偿技术与我国所熟知的无功补偿技术差异很大，如无功补偿装置的电压等级、容量等都是我国所未用过的。这是我们现在面临的一个重要问题，也是在推广特高压交流输电过程中必须解决的障碍。文章详细分析了我国特高压交流输电在无功补偿方面的新问题，对比研究了常用的特高压交流输电中常用的无功补偿措施，提出了一种综合性能优越的方法，且便于工程推广。
1 特高压交流输电系统无功补偿的若干问题
1.1 特高压交流输电无功功率的特点
由于特高压输电线路电压等级高，其无功功率的一个显著特点就是线路电容产生的无功功率很大，对于100km的特高压线路，在额定电压为1000kV以及最高运行电压为1100kV的条件下，发出的无功功率可以达到400MVar-500MVar，约为500kV线路的5倍。同时，在特高压电网不同的发展时期，特高压输电线路传输的功率有较大分别，因此无功功率的变化也很不一样。特高压电网在建设初期，主要是实现点对点的电能输送，受系统阻抗特性及稳定极限的限制，输送功率将小于线路的自然功率，线路发出的容性无功功率过剩；随着特高压电网的进一步建设，特高压电网将实现各区域电网的互联，电网的输送功率将有很大提高，而且为了充分利用各区域电网的发电资源，实现水火电互济和更大范围内的资源优化配置，特高压电网的输送功率将随时变化，因而输电线路的无功功率也将频繁变化。
1.2 受端电网的无功配合问题
特高压输电系统前期仅是单回路运行，由于其电压高、传输容量很大，因此受端电网受输电系统运行状况的影响很大。且输电线路无事故备用，故受端网络的无功电源的合理配置和用于电压支撑的无功电源备用容量配置就显得十分重要。否则受端电网在特高压输电系统故障所形成的大扰动条件下，比较容易发生电压失稳事故。所以在受端电网侧必须要有相应的无功补偿措施与整个电网的无功相配合。
1.3 电容器的电压等级问题
1000kV特高压系统用电容器补偿装置经过对比研究，电压等级确定为110kV，容量为210Mvar。由于该电压等级的大容量电容器装置在国内属首次使用，在国际上也没有先例，故该电容器在参数选择、结构的配置、配套件选择都将与常用的补偿装置有很大的不同，也具有许多不同的特点，这也是需要我们解决的问题。
2 常用的特高压交流输电无功补偿技术
2.1 固定电抗器的高低压配合补偿
为了解决不断变化的无功需求，应合理配置高压电抗器、低压电抗器、低压电容器，甚至需要通过配置可控电抗器等设备来实现系统的无功平衡。已运行的晋东南——南阳——荆门交流特高压工程中就采用此种方案。晋东南－南阳线路长度为363km，荆门——南阳线路长度为291km，设计采用的高抗配置为：晋东南侧高抗配置容量为960Mvar；晋东南——南阳线路南阳侧高抗与南阳——荆门线路南阳侧高抗容量相同，均为720Mvar；荆门侧按600Mvar配置。低压无功补偿配置方案为：晋东南和荆门站配置低压无功补偿装置，低压电容器组单组容量为240Mvar，低压电抗器单组容量为240Mvar，两站各配置3组低压电容和2组低压电抗。
此种方案也存在着明显的方案：当特高压线路输送功率较大时，线路本身的感性无功功率和接近平衡，高压电抗器成了多余的负担造成严重不足，使沿线电压降低较多，增大了线路有功损耗，减小了线路输电的稳定性。
2.2 磁阀式可控电抗器动态无功补偿
磁阀式可控电抗器（MCR）相当于一个动态连续可调的电抗器。MCR主要通过晶闸管的开关改变其电流，从而改变铁心的饱和度，达到改变电抗值的目的。其主要特点是电抗值能够平滑调节，给电网带来的谐波小，另外它采用变压器的结构使得晶闸管的耐压值不用很高。在特高压交流输电系统中，采用MCR和固定电容器（FC）配合使用可以很好补偿电网的无功，还可以避免输送功率较大时高压电抗器带来的严重不足的问题。但是MCR的响应速度较慢，一般为100ms左右。至今，俄罗斯已经有500kV的MCR在试运行，在1000kV的特高压交流输电系统有着很好的应用前景。
2.3 晶闸管控制变压器无功补偿
晶闸管控制变压器（TCT）是常见动态无功补偿晶闸管控制电抗器
（TCR）技术的一种变形。主要区别在于TCR是采用6脉波接法（即三角形接法），而TCT采用了一个三绕组的变压器，原边采用Y形接法接电网侧，副边是一个Y形接法一个△形接法接两组TCR，从而构成了12脉波。
TCT也等效于一个可调的电抗器，它的特点与MCR相似，动态连续可调，谐波注入少，晶闸管不用耐高压。它最主要的优点在于调节速度快，能够快速跟踪电网的无功变化，在10-20ms的时间内对系统进行补偿。
TCT只能吸收感性无功，因此它也常常与固定电容器配合使用。在1000kV的特高压交流输电系统中采用TCT+FC进行无功补偿效果将会比MCR更好。由于它采用的晶闸管数量较多，需要更好的散热技术作为保证。在印度已有400kV的TCT在电网中投入运行，国内也正在研制用于1000kV的特高压TCT。
3 结论
文中通过分析特高压交流输电中无功补偿存在的问题，对比了几种常见的能用于特高压交流输电的无功补偿技术，突出了MCR和TCT无功补偿技术在特高压交流输电系统中的优势，将会有更好的发展前景。
参考文献：
[1]倪学锋、林浩、盛国钊，1000kV特高压输电系统无功补偿若干问题[J].电力设备，2005（12）：28-30.
[2]谷定燮、周沛洪，特高压输电系统过电压、潜供电流和无功补偿[J].高电压技术，2005（11）：21-25.
[3]成涛、林莉、牟道槐等，交流特高压输电线的传输特性与无功补偿[J].重庆大学学报，2010（1）：83-87.