李其昌/译
山东省菏泽市第一中学
交流和背对背高压直流输电的成本效益分析
李其昌/译
山东省菏泽市第一中学
这篇论文主要是阐述高压电网在三个地区采用高压输电线路的技术和经济关系。这项分析课题为750KV的输电线路的优化配置提供了调查研究和技术建议，在这种情况下，在欧洲两个相似的内陆地区之间，经过验证认为区域互联对于提高能源的安全性和加强电力贸易是有利的。它计算的是，在每一个方案中通过增设联络线引起功率交换，在特定区域中产生成本节约的最大值。
交流；背对背；成本效益；输出处理设备；渗透系数；风电场
一、简介
投资方案包括下列因素：电压：1×750KV，1×400KV和2× 400KV。
互联模式：一个通过背对背的高压变电站互联同步或异步的电网（背对背高压直流输电）。
所有的投资方案的经济指标显示，背对背高压直流输电系统比同步的交流输电好，得出的结论是高压直流输电技术减少了网络约束，当发电设备优化时允许在输电线路上进行水平更高的功率交换。至于低水平的能量交换，高压直流输电与交流输电方案相比，由优化发电设备产生的区域成本节约很大，而且背对背高压直流输电方案可在网络约束最大时提供电网系统最优的成本节约。
二、输入数据的假设
这篇论文从总计108个分析中确认四种方案。下列表格总结了方案34。每种方案的分析是假定建设一条商业供电线路，提供的资金是五年，贷款利率7%。另一种方案的分析假设线路所有权和资金提供为20年，贷款利率4%。
表Ⅰ方案34的基本情况
1.11 52.1万美元比率净现值1.11 56.1万美元
这个方案检验了国家1和变电站1、国家3和变电站3之间通过一个400KV的交流输电线路，国家3的2个300MW背对背高压直流输电，总长度285 km，使用周期超过30年，发电成本预计每年降低4400万美元，项目的总投资预计38900万美元。
三、成本效益分析
（一）国家3的风力发电场的发电水平
为评定风力发电在地区3从30%容量因子到70%容量因子所产生和增加的效果，分析下列方案：
·1×750KV交流输电线路（国家1-国家3）
·加载时间：夏季最大值；
·基本情况-风险投资-Ⅰ-w30%.基本情况-风险投资-Ⅰ-w70%.
这种投资方案是最引人注目的，从某种意义上说，电力交换发生逆转（北-南到南-北），因此引发讨论研究。所有发电成本和最佳的能量交换见图1，例如，在1×750KV的交流线路，通过国家1到国家3的输电线路的投资方案。在30%的容量因子必须运行的风力发电方案中，当国家1和国家2输出200MW的功率到国家3，子区域总的电力成本约140.4万美元时，在区域节省的条件下产生最佳的能量转换。
图1 影响风力发电的最佳的能量转化总量增加的方案（基本情况-风险投资-W30%对基本情况-风险投资-W70%）
在研究的方案中考虑70%的功率因子，风力发电在国家3的南部地区达到2200MW。这表示OPF算法不需要是最优的，在这些发电顺序上，因为它必须运行，因此调在第一位。这2200MW转移的是在发电序列里更具成本效益的发电，结果是OPF算法在发电序列上开始减少其它的发电厂，从国家3有效成本最低发电成本最高的传统发电机开始，列表中低效的高成本的发电设备在国家3不久将取消。在这一点上，OPF算法开始减少国家1和国家2的发电厂。因此，功率流变化了方向，类似的影响在成本-效益分析中也能观察到，即在所有投资方案中70%的容量因子必须运行的风参数的情况下，成本-效益指标小于1。
（二）忽略和考虑电压限制
电压限制是地方性问题，是假设短期内的适当操作的管理（例如：选择适当设置点发电机的电压）和在中期投资的相对简单的电容器/反应器。为了长期的决策分析，根据OPF算法来运行和忽略当地的电压限制会更加合理。
在这部分，研究电压极限被忽略的变电站电压案例。这种情况下：
基本情况-风险投资-Ⅰ-W30%和
基本情况-风险投资-Ⅰ-W70%
在OPF算法分析中电压极限限制被忽略了。在表Ⅲ中观察到的电压在一定的节点超过可操作的极限限制。当检查高压直流输电投资方案时，和交流输电线路相比较节点电压接近允许的极限。因此在交流输电系统关键节点的电压是这部分研究的焦点。
表Ⅱ分析电压水平限制
交流输电线路投资方案中关键节点的电压见图2.在许多投资方案中，最佳的功率交换水平比导线的热限制要少。在几乎所有的投资方案中，关键节点电压接近线路电压的要求更高，如图2所示。然而最大的电压偏差在±20%左右，可以通过增加反应装置进行适当补偿来解决。注意，只有在国家3和国家1的模拟分析的变电站中是可用的。根据项目工作组成员的意见，这个结论说明增加反应器的重要性。
图2 在OPF算法计算下解决的最佳功率转化情况下的电压水平
（三）750KV对400KV线路
效益与成本相比，在交流和直流的情况下400KV优于750KV。原因是750KV的总投资成本明显高于400KV。虽然表Ⅰ说明750KV方案的最佳功率转化水平高于400 KV的方案，但和400KV的方案相比，高水平的功率转换增加的节约不够弥补增加的成本投资。
表Ⅲ最佳功率交换和节约比较(750 KV和2×400 KV) -基本情况-Ⅰ-W30%
（四）交流输电与背对背直流输电线路
在所有的投资方案中，背对背高压直流输电优于交流输电。这是因为OPF算法扩大了背对背高压直流输电的交换水平，这项技术放宽了增加功率输出的技术约束。即使低水平的功率转换，它的区域节约与交流输电方案相比也很高。此外技术约束最大时为了优化节约，背对背高压直流输电是唯一的解决方案。
另一方面，降低质量的扰动非常重要。使用背对背直流输电，功率容量可以用在电网中的应力控制，从而提高质量。此外，交换频率增长引起的快速反应，可以提供新的质量性能水平，能导致谐波减少、电压闪变、电压骤降等。
四、电能质量问题
大约70%与电能质量有关的问题，归结于线路故障或布线因素。电能频率干扰、电磁介入、瞬变、谐波和低功率因子，是电能供应和负载类型有关系的其它类型的电能质量问题。在这些因素中，谐波是支配原因之一,根据IEEE标准，谐波在电力系统由两种不同的方法控制，限制谐波电流的方法之一是用户在公共耦合点进入实用系统，其它对谐波的限制在于对一些客户在公共耦合点提供的电压,分布式发电并网标准是其次考虑的因素，包括保护和稳压问题。
五、结论
在一个国家风力发电急剧增加的情况下，根据发电成本限制优化区域发电，在一些投资方案中，当功率流由从北向南变成从南到北，发电量由30%增加到70%时，风力发电指定为必须运行。这发生在OPF算法，使低效高成本的发电机首先在国家3、国家2、国家1减少发电量，并实行风力发电,这个过程延续到在国家1和国家2减少发电量的成本，比在国家3沿着功率流的方向减少发电大得多时，国家3开始向北方的国家2和国家1输出功率。
通过成本-效益分析观察得到一个类似的结论。当成本-效益性能指标明显不太有利时，风力发电是仿照70%的容量因子的方案建立模型的。这种情况下，所有投资方案的效益-成本的比率<1，400KV背对背高压直流输电的投资方案，效益-成本的比率<1。当国家3仿照30%的容量因子必须运行风力发电时，从分析结果可以看出，在国家高风力发电的情况下，新的输电线路的收益将取决于向电网的其它部分输出功率的能力。不论交流还是直流输电，400 KV优于750KV的方案，这是因为750KV的选项总的投资成本明显高于400KV。虽然750KV选项的最佳功率转化水平高于400KV选项，但是750KV选项产生的节约不能弥补增加的成本投资。背对背高压直流线路几乎优于所考虑的每个交流方案，这是因为高压直流输电减少了因功率转化增加的网络约束，扩大了功率流在子区域的使用范围。事实上考虑到国家3在30%的容量因子下必须进行的输电，背对背高压直流线路是唯一一个产生效益-成本比率大于1的投资方案。因此高压直流输电技术似乎是国家电网中短期的合理要求。成本-效益分析发现，在工业工程学的线路中配置相关的不同投资方案，没有显示出明显的差异，直接从国家1到国家2或通过国家3也是这样。如果国家间的电网通过中间步骤连接，国家3和国家2的能源贸易在三个国家贸易之前开始。计算结果应当在子区域输电线路起作用的投资-效益的量化指标进入电力市场的具体方面，作可能的进一步研究。
这个分析通过OPF算法计算，结果受到了限制，包括发电机组在三个加载时间的负荷流量分析没有考虑（冬季最大、夏季最大、夏季最小），要求附加有效的和延长保护区的要求价格，区域边缘的变电站节点的价格。
（原作者：﹝罗马尼亚﹞Oana Udrea,Gabriela Ungureanu等）
