半波长交流输电技术在我国的应用与发展

半波长交流输电技术在我国的应用与发展

0半波输电技术的研发半波长通信技术（hwct）是指电压距离附近的工业频率半波，即3000km（50hz）或2500km（60hz）之间的三相交流供电技术。半波输电作为一种远距离、大容量的交流输电方式,具有很强的吸引力,许多国家对此都展开了积极的研究。例如,巴西为把亚马逊流域的大水电送到负荷中心,把半波输电作为十分有竞争力的备选方案进行了研究;韩国也研究通过使用半波输电把西伯利亚的水电送至本国。我国电力发展战略中,远距离、大容量的输电方式不可避免,西部的能源基地到沿海负荷中心距离大约为3000km,输电距离恰好接近半波输电要求的工频半波长范围,因此,可以考虑将半波输电技术作为这些大容量电力送出的一种方案进行可行性研究。本文从入射波、反射波理论与无功功率2个方面分析了半波输电线路稳态电压特性,并进行了仿真研究。1均匀传输线模拟由电路理论可知,当传输线长度远小于1个电磁波波长时,全线的电压(电流)处于同一个变化状态,就可以使用集中模型;但当传输线长度与电磁波波长接近时,沿线电压(电流)有明显的波动,各处数值不一,就不能使用集中参数,应采用分布参数模型。假设半波输电线路沿线参数均相等,因此可以应用均匀传输线对其进行模拟。若传输线终端的电压和电流为已知,由均匀传输线正弦稳态解的双曲函数表示,可得距离末端l处的电压、电流为传输线可看成如图1所示的二端口网络。考虑受端电流方向,由式(1)可得二端口网络的网络方程为根据电路二端口理论,二端口网络可以等效为如图2所示的Π形二端口形式。图中Zeq、Yeq为等值阻抗。由式(2)可得:若为无损传输线,则有α=0,ch(αl)=1,sh(αl)=0,网络方程可简化为且等值阻抗分别为2表面分析中的稳定电压特性2.1线路中点的取得如果线路末端电压和电流为已知,那么由均匀传输线正弦稳态解可得沿线某点(距末端l处)电压、电流为线路上某点(距末端l处)反射系数为反射波与入射波的电压矢量比式中负载阻抗当末端负载小于自然功率时,随着末端负载功率的增加(负载阻抗的减小),ρ的幅值逐渐减小;负载为自然功率(负载接波阻抗)时,反射波消失,ρ降到0;当末端负载大于自然功率时,随着末端负载功率的增加(负载阻抗的减小),ρ的幅值又开始逐渐增大。若线路为无损线时,γ=jβ,所以线路上距末端l处的ρ=(ZL-ZC)/(ZL+ZC)e-jβl,即沿线反射系数幅值不变,角度发生变化。则线路上距末端l处的电压为入射波电压与反射波电压的矢量和,其幅值为式中:末端处反射系数ρR=(ZL-ZC)/(ZL+ZC);UR+为末端入射波电压幅值。设再考虑到无损线情况下ZC为纯电抗,则有1)末端负载大于自然功率,则ZL<ZC、UR+>U2、ρR<0,所以,且其最小值在l=0或l=0.5λ(λ为系统波长)处取得,即半波输电系统的线路两端,而最大值在l=0.25λ处取得,即半波输电系统的线路中点。由式(9)(10)可得所以,沿线电压中间高,两端低,峰值在线路中点处取得,为U2ZC/ZL。2)末端负载小于自然功率,则ZL>ZC、UR+<U2、ρR>0,所以,且其最大值在l=0或l=0.5λ处取得,即半波输电系统的线路两端,最小值在l=0.25λ处取得,即半波输电系统的线路中点。由式(9)(10)可得所以,沿线电压中间低,两端高,谷值在线路中点处达到,为U2ZC/ZL,当线路空载时,线路中点电压约降低至0。2.2无效理论分析2.2.1由网络方程的可写化假设线路为无损传输线,传输自然功率时,线路末端电流为所以,网络方程可改写为由式(13)可看出,即首端电压和电流同相位,所以整段线路不发出也不吸收无功,首端电压和电流的相位都分别比末端电压和电流的相位超前βl。2.2.2线路网络方程任意长无损传输线路(半波长整数倍线路例外),传输1/k倍自然功率时,线路末端电流为I2=-U2/kZC。所以,网络方程可改写为由式(14)可看出:当k>1时,首端电压角度相对于末端电压角度变小而首端电流角度相对于末端电压角度变大,所以首端电流相位超前于首端电压相位,线路对外表现为发出容性无功;当k<1时,首端电流相位滞后于首端电压相位,线路对外表现为吸收容性无功。2.2.3电流之间的夹角半波长线路βl=π,所以cos(βl)=-1,sin(βl)=0,网络方程可改写为由式(15)可看出,首端电压和末端电压的幅值相等,相位差180º,首端电流和末端电流也是幅值相等,相位差180º。不管末端电压和末端电流之间的夹角是多少,首端电压和电流之间的夹角就也是多少,所以,对无损半波传输线来说,既不消耗和吸收有功,也不消耗和吸收无功,有功和无功都无损地从首端传到末端。若把半波长传输线分为10段来看,当半波长线路末端负载大于自然功率时,线路不发出也不吸收无功,但对于每段传输线来说,假设每段末端也接同样的负载,那么每段传输线都需要吸收容性无功。协调以上矛盾的途径就只能是有的段需要吸收容性无功,有的段需要发出容性无功,才能对外总体表现为不发出也不吸收容性无功,位于中间的线路段发出容性无功,位于两侧的线路段吸收容性无功,这是使得无功流动最优的选择。所以,只能是线路中间段的电压抬升,造成充电功率的增加,而电流减小,造成无功损耗的减小,才能满足上述要求。3负载功率下的电压分布基于PSD软件,采用11节点、10分段系统进行半波长输电系统沿线电压仿真分析。计算参数严格按照50Hz半波长2926km折算,而线路长度按照3000km计算,因此首末端的电压不会完全相等,与外系统的无功交换也不会完全为0。系统仿真时,将线路首端设为平衡节点,且负荷功率因数暂按1考虑,因此线路首端的电压幅值均为1050kV。表1中给出了近似自然功率、低于自然功率和高于自然功率3种负载功率时的情况,分别为4500、2500和4700MW。由表1可得:若输送功率超过自然功率时,沿线电压分布情况为中间高、两侧低;若输送功率低于自