半波长线路稳态功率极限、点对点特性及阻抗匹配研究

摘要

半波长输电线路作为远距离、大容量输电的优选方案，具有广阔的应用前景。理想的无损半波长输电线路，稳态功率极限可达到无穷大，满足严格的点对点输电特性:首末端电压比和电流比均为1∶-1，整条线路无功自平衡。但现实中的输电线路都有损耗，线路总长也不一定刚好取半波长，因此，有必要对非理想情况下半波长线路的传输特性进行研究。本文主要研究了线路损耗、长度偏移等因素对半波长输电线路稳态功率极限和点对点特性的影响。另外，针对半波长输电线路的过电压问题提出了阻抗匹配方案。
　　在稳态功率极限方面，首先从两个不同限定条件出发（线路首末端电压振幅给定，相角差可调和首端电压给定，负载可调），推导了非理想情况下半波长输电线路稳态功率极限的公式，分析了线路损耗，长度偏移和频率偏移对稳态功率极限的影响。当首端电压给定，负载可调时，考虑损耗后的稳态功率极限降为有限值，但仍能达到数倍自然功率。当线路传输稳态功率极限时，沿线的过电压非常严重，高达数倍额定电压。由此可见，限制半波长输电线路传输功率的因素不是稳态功率极限，而是线路的过电压。长度偏移或频率偏移（偏离量均≤10％）会使稳态功率极限至多降低为原来的30％左右。
　　在点对点特性方面，首先推导了半波长输电线路点对点特性的公式（首末端电压比、首末端电流比、首末端输入阻抗比等），随后计算分析了线路损耗和长度偏移对点对点特性的影响。对于非理想情况下的半波长输电线路，不再满足严格的点对点特性，但总体特性较好。针对某特高压线路的计算结果表明，考虑线路损耗后，线路总长变化10％，若传输自然功率，点对点特性的最大偏移量为6％。传输功率小于或者大于自然功率都会使点对点特性变差。
　　在阻抗匹配方面，首先分析了半波长输电线路沿线过电压的变化情况。当负载阻抗小于线路特征阻抗时，阻抗不匹配会引起明显的过电压问题，并影响功率传输。因此，半波长线路的负载阻抗应控制在线路特征阻抗或比之更大的值。随后，本文提出了并联补偿电容的阻抗匹配方案，并推导出了补偿电容的解析公式，仿真结果表明并联补偿电容方案能有效地降低过电压水平。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 半波长线路的稳态功率极限研究

2．1 稳态功率极限的定义与公式推导

2．1．1 首末端电压振幅给定，相角差可调

2．1．2 首端电压给定，负载可调

2．2 长度偏移对稳态功率极限的影响

2．2．1 考虑长度偏移后的稳态功率极限公式推导

2．2．2 长度偏移的计算分析结果

2．3 频率偏移对稳态功率极限的影响

2．3．1 考虑频率偏移后的稳态功率极限公式推导

2．3．2 频率偏移的计算分析结果

2．4 过电压对稳态功率的限制

2．5 本章小结

第3章 半波长线路的点对点特性研究

3．1 点对点特性的公式推导

3．2 长度偏移对点对点特性的影响

3．2．1 首末端电压比

3．2．2 首末端电流比

3．2．3 首末端阻抗比

3．2．4 首末端有功功率比

3．2．5 首末端无功功率比

3．2．6 过电压极大值

3．3 本章小结

第4章 半波长线路的阻抗匹配研究

4．1 半波长输电线路的阻抗匹配条件

4．2 半波长线路点对点输电的阻抗匹配技术研究

4．2．1 点对点输电的过电压过电流分析

4．2．2 并联补偿电容方案

4．2．3 接入变压器方案

4．3 半波长输电线路网对网输电的阻抗匹配技术研究

4．3．1 网对网输电的过电压过电流分析

4．3．2 线路两端并联补偿电容方案

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢