在全球范围内能源资源与负荷中心逆向分布的格局催生了对远距离、大容量电力输送的需求。半波长交流输电(Half-wavelength power transmission)技术是指输电的电气距离接近1个工频半波,即50Hz下约为3000km的超远距离三相交流输电技术。半波长线路自身不发出或吸收无功功率的优势使其与传统特高压交流输电方式相比,输电系统结构更为简单,沿线无需提供额外的电压支撑设备。在超长输电距离应用场景下,半波长输电可以作为特高压直流输电外另一种具有研究价值的输电方式。半波长输电技术自提出以来研究断断续续经历了半个多世纪,前人已在仿真分析的基础上发现半波长线路运行特性与传统输电方式存在显著差异,并总结了一定的规律。但由于缺乏对远距离输电的工程需求,导致对半波长输电技术的研究不够系统与深入,缺乏对新现象、新特性的理论解释与影响因素分析。论文重点关注对半波长输电系统独特运行特性的机理分析及其与送、受端电网的交互影响,寻找制约其发展的关键技术因素并提出部分解决方法。论文以半波长输电线路特有的电压问题为主线,对理想状态下的稳态电压及故障电压特性进行详细的定量分析。提出了适应于半波长输电系统的改进二级电压控制方法。考虑到不同输电场景对半波长输电线路的交互影响,针对“点对网”、“网对网”两种输电模式分别提出相应的电压控制策略,使控制更具有适应性。在暂态特性分析的基础上,本文解释了严重故障对系统暂态功角稳定的影响机理及其主要影响因素,提出适用于半波长输电系统的暂态稳定判断指标。论文的主要研究内容及贡献如下:(1)基于电磁波的传播与反射理论阐释无损理想状态下的半波长线路稳态电压及故障电压特性。考虑长线路分布参数特性分析半波长线路稳态电压分布及其影响因素,推导线路沿线充电功率及无功损耗分布规律;利用线路故障等值电路分析故障类型、系统强度变化等因素对线路工频过电压的影响,解释串联谐振发生机理及对系统的冲击效应;分析线路损耗、地理环境、长度偏差等工程非理想因素对线路电气参数的影响并提出精细化输电线路模型。分析结果表明,沿半波长线路的电压分布受传输的有功功率和功率因数的影响显著,低功率因数可以引起线路局部发生稳态过电压,给电压控制带来新的挑战。在距离半波长线路端口约100至400km处发生的区内短路故障可能引起串联谐振过电压,最严重的过电压出现在距故障点1500km处,三相金属性接地短路故障引起的过电压数值最为严重。两侧系统强度对故障特性影响显著,其中系统等值阻抗的电阻分量对过电压数值影响明显,等值电阻越小可以引起更大的过电压;电抗分量对故障位置影响更为显著,某一侧的系统等值电抗越小,引起严重故障的发生位置更靠近对侧端口。(2)提出适用于特高压半波长“点对网”模式的改进二级电压控制方法,以适应大规模能源基地特别是清洁能源发电外送的输电场景。提出送、受端独立电压控制模式作为基础控制方式,控制逻辑的设计完全基于半波长线路两侧端口实时电气量信息。所提方法消除了对中央控制器及通讯的需求,避免了远距离控制信号的传输带来明显的时间延迟或信号噪音,进而提升电压控制的可靠性。针对“点对网”输电结构的特点,同时考虑维持负荷节点电压水平以及对半波长线路稳态过电压的抑制,设定两端控制区域分别跟踪不同控制目标,其中受端控制区域关注对主导节点电压水平的维持,送端控制区域关注对半波长输电线路传输功率因数的提升。另一方面,在特定运行工况下应用送、受端协同控制模式,充分发挥送端机组对受端电网的电压/无功支撑能力。提出半波长输电线路过电压风险评估方法,并根据过电压风险的等级,制定差异化的电压控制模式切换及启动条件。仿真算例分析验证了所提出的电压控制方法对不同风电渗透率运行场景具有适应性,在日内小时级时间尺度的控制范围同样有良好控制效果。(3)提出针对“网对网”特高压半波长输电模式的改进二级电压控制方法。为保证电压控制的可靠性和有效性,延续“点对网”系统的控制思路,采取送、受端独立的电压控制逻辑。为了防止由于电压参考值不合理引起电压振荡,造成控制效果下降,提出基于半波长输电线路实时端口电压、功率信息的动态主导节点电压参考值计算方法。通过设置特定的电压控制启动条件,同一时刻送、受两端区域仅允许一侧启动电压控制,避免发生控制方向错误。建立多目标优化模型实现半波长输电线路端口无功功率的限制,同时保证各电压控制区域主导节点对电压基准值的追踪。多目标间的优先级根据各控制变量的越限情况确定,以适应系统运行方式的改变。基于7机32节点测试系统的仿真结果表明,根据所提的改进二级电压控制方法,可以同时将半波长线路送端和受端两区域的电压水平控制在合理的运行区域。另一方面,显著限制了半波长线路所传输的无功功率,使沿线电压分布曲线更加平坦,降低过电压风险。(4)分析半波长输电系统暂态功角稳定机理,定量计算故障切除位置、故障切除时间等因素对暂态稳定的影响程度,给出可能造成失稳的严重故障区范围。探讨利用相轨迹凹凸性作为半波长输电系统功角稳定判断的依据,规避了半波长线路较大初始角度差对暂态稳定性判断的影响。仿真分析部分采用了考虑发电机详细模型的机电暂态计算模型,与前述基于简化模型得到的分析结果进行对比。仿真结果表明,在最严重故障点附近存在50～100km可能引起功角失稳的故障区域;通过快速的故障清除可以提高系统受扰后的稳定性,缩小严重故障范围;基于发电机实时响应相轨迹的暂态稳定判断指标能准确判断系统稳定性。论文主要以半波长输电线路最为特殊的电压问题为切入点,展开对运行特性的分析与稳态电压控制的研究,并延伸至对暂态功角稳定的思考。本文的工作能够为特高压半波长输电技术的发展及应用,提供有一定价值的理论与设计依据。