沖擊負荷對電力系統(tǒng)的影響

1、沖擊負荷對電力系統(tǒng)的影響摘要：廣西是鋁礦工業(yè)重要生產(chǎn)聚集區(qū)，同時也有以高鐵等交通工具的電力 機車，這些對丁電網(wǎng)都是沖擊負荷。為加強沖擊負荷接入電網(wǎng)時加強穩(wěn)定性和可 靠性，解決其產(chǎn)生的電壓波動、諧波等問題，根據(jù)查找文獻和對自己電力系統(tǒng)的 理解，提出了相應(yīng)控制手段。采用增強器分析無功、電壓波動，討論測波法在分 析諧波的運用，并提出無功補償對穩(wěn)定電壓波動、治理諧波的的必要性。關(guān)鍵詞：沖擊負荷電壓波動諧波無功補償圖1等效電路引言傳統(tǒng)意義上的沖擊負荷包括軋鋼 機、電弧爐和電坪機等，在廣西區(qū)內(nèi)， 還應(yīng)該包括大型電解鋁廠和高鐵電力 機車等。沖擊負荷由丁自身的隨機性、 間歇性和大負荷性，其接入電網(wǎng)時， 產(chǎn)生的

2、過載、諧波、電壓等問題，會 給良好電能質(zhì)量構(gòu)成嚴重威脅。當眾 多沖擊負荷一起并入電網(wǎng)，由丁其基 本上都是非線性負荷，它們之間復(fù)雜 的電力聯(lián)系和沖擊范圍是難以直觀估 計和展現(xiàn)的。有效分析沖擊負荷接入 對區(qū)域電網(wǎng)產(chǎn)生的影響和找到相應(yīng)治 理措施，是保證電力系統(tǒng)安全運行和 可靠電能質(zhì)量的重要措施。一、電壓 波動電壓是電網(wǎng)供電質(zhì)量的重要指標， 在額定電壓下向用戶供電，是供電可 靠性應(yīng)有之意。在實際運行中，隨著 沖擊負荷不斷接入，其時變性和沖擊 性，會造成電力系統(tǒng)電壓波動，波動 范圍增大，甚至超出電能質(zhì)量要求的 范圍。電壓穩(wěn)定性，是指正常運行情況 下或遭受干擾后電力系統(tǒng)維持所有母線電壓在可以接受的穩(wěn)態(tài)值的

3、能力2 。電力系統(tǒng)遭受沖擊負荷接入的小 干擾影響后，其控制電壓穩(wěn)定能力主 要由沖擊負荷特性、各種連續(xù)控制盒 指定時刻離散控制所決定。系統(tǒng)小干 擾穩(wěn)定的判定依據(jù)是，在給定運行情 況下系統(tǒng)中每個母線，母線電壓數(shù)值 能隨著注入無功功率的增加而升高。若至少一個母線電壓，沒有隨著母線 注入無功功率而升高，則說明該系統(tǒng) 電壓不穩(wěn)定。對丁沖擊負荷的電壓波動研究， 可根據(jù)戴維南定理，供電系統(tǒng)有電路 開路電壓和申聯(lián)阻抗的等效電路參數(shù) 構(gòu)成；負荷由復(fù)阻抗Z= ?+ ?表示, ?】肖耗系統(tǒng)有功功率，？?項肖耗系統(tǒng)無 功功率。分析電壓，可用增強器動態(tài)注入 和輸出方法3。增強器主磁鐵電源輸 出電流為周期脈沖源，脈沖波形

4、形似 指數(shù)曲線，其電流返回段曲線可不作 嚴格要求。圖2增強器主磁鐵電流曲線器增強器的電源在一個周期內(nèi)的波 形可表小為：? = ?+ B?t- e (式 1-1)由圖1等效電路，根據(jù)動態(tài)電路 的三要素法可計算出電流變化規(guī)律性：i t = C - C?-? ?t + (D?-?- 0 )?t- 9)(式 1-2) Q=IA Isin a ( 式 1-3)由式(1-2 )、(1-3)可知, 負荷波動會出現(xiàn)電流波動，電流 波動則引起無功功率變動。在電力系統(tǒng)中，一般？?？ ？?，由 式1-4可知，無功功率變動將引 起電壓變動。一般來說，沖擊負荷的感性無功 變動量呈周期性變化，則會引起供電 電壓周期性的波

5、動。其波動范圍會超 過額定電壓值范圍或不在國標允許標 準范圍內(nèi)。為保證沖擊負荷接入電力 系統(tǒng)后能夠長期、安全、穩(wěn)定、可靠 地運行，必須在增強器投用的同時， 進行無功功率補償4。二、諧波分析沖擊負荷基本上都是非線性負荷， 其接入電力系統(tǒng)時，不可避免的帶來 諧波污染問題，并在局部地區(qū)向整個 電網(wǎng)擴散。為構(gòu)建綠色電網(wǎng)，消除或 抑制沖擊負荷帶來的諧波影響，對諧 波的分析研究是一項重大課題挑戰(zhàn)。建立沖擊負荷的模型，可采用電 能質(zhì)量分析儀，對沖擊負荷每個測量 點三相電壓、電流有效值進行測量， 沖擊負荷模型用一個可控電流源表示 模擬沖擊負荷的功率變動5。基丁得到的電流實測數(shù)據(jù)，可在 Matlab中利用擬合方

6、法得到電流擬合 函數(shù)，進而在PSCA中建立向節(jié)點注 入受控擬合電流自定義模型6。將沖 擊負荷模型接入等值電網(wǎng)，分析公共 耦合節(jié)點的諧波電流、諧波電壓并換 算成國標允許比較值，進行諧波分析。根據(jù)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波 的規(guī)定，諧波電流應(yīng)按最小短路容量 及負荷分量換算。確定最小短路容量、 國標基準短路容量、用戶用電協(xié)議容 量、公共連接點的供電設(shè)備容量。對 高次諧波電流允許值進行換算，對仿 真電流做FFT分析。通過允許值和仿 真值經(jīng)行比較，可得到仿真值是否會 超過允許值，并做出相應(yīng)結(jié)論。對高次諧波電壓允許值進行換算， 對仿真電壓做FFT分析。通過高次諧 波電壓含有率、電壓總諧波畸變率和 國標規(guī)定限值對

7、比，可得到相應(yīng)結(jié)論。 根據(jù)電能質(zhì)量電壓運行波動和閃邊 規(guī)定，對于隨機性不規(guī)則的電壓波動， 35kV電壓等級波動范圍為2% 35220kV電壓等級波動范圍為 1.5% 通過計算得公共連接點電壓波動白分 值國標值對比，可得出沖擊負荷帶來 的諧波影響是否允許其接入電力系統(tǒng)。短路容量大，基波和諧波短路阻 抗小，注入電網(wǎng)相同的諧波電流時， 此諧波電流在較小的諧波阻抗上，產(chǎn) 生的諧波電壓較?。煌瑯拥臒o功變化 量引起的電壓波動也相應(yīng)的變小。一 股較高電壓等級母線的短路容量比低 電壓等級大，具有承擔較大諧波和無 功變化的能力，因此當某一地區(qū)含有 較多沖擊負荷時，對于新投入的沖擊 性負荷，可以適當提高其接入電網(wǎng)

8、的 電壓等級7。三、解決辦法對沖擊負荷接入電力系統(tǒng)帶來的 諧波的問題，可提出以下幾點解決辦 法：3.1加裝SVC肖除電壓波動保持整個系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收的無 功功率恒定，沖擊負荷無功負荷引起 的電壓波動限制在國標允許范圍之內(nèi)。 SVCT以有效消除電壓波動和諧波問 題，但當沖擊負荷對電力系統(tǒng)影響較 小時，僅裝設(shè)濾波裝置即可。3.2提高沖擊負荷接入電壓等級較高電壓等級母線的短路容量比 低電壓等級大，具有承擔較大諧波和 無功變化能力，當某一地區(qū)有較多新 投入沖擊負荷時，可適當提高其接入 電壓等級。3.3加裝治理設(shè)備采用濾波裝置就近吸收沖擊負荷 產(chǎn)生的諧波，以減少其注入電網(wǎng)的諧 波電流，是抑制諧波的一種有效

9、措施 加裝濾波器是治本的辦法，它使諧波 源對電網(wǎng)影響就地消除，企業(yè)大多將 無源濾波裝置或有源濾波器并接在負 荷進線側(cè)來濾除諧波8-9。結(jié)語隨著在廣西地區(qū)工業(yè)發(fā)展，特別 是大型鋁礦工業(yè)不斷投產(chǎn)和高鐵應(yīng)運 而生，廣西電力系統(tǒng)將面臨大規(guī)模沖 擊負荷帶來的電壓波動、諧波污染等 一系列穩(wěn)定性和可靠性挑戰(zhàn)，這需要 科研人員投入更多精力為解決這一重 大課題做出應(yīng)有的貢獻。參考文獻：1 胡偉，查曉明，孫建軍.多諧波 源網(wǎng)絡(luò)諧波源建模與諧波疊加仿真J. 中國電力，2006, 39(3): 61-65.2 王錫凡，方萬良，杜正春.現(xiàn)代電 力系統(tǒng)分析.北京：科學出版社,2012.3 張色昆,張鵬，仝猛.沖擊負荷引起 的配電網(wǎng)絡(luò)電壓波動J.中國農(nóng)村水 利水電,2001,7:35-37.4 劉岸杰，宋伶俐.沖擊負荷引起的 配電網(wǎng)絡(luò)電壓波動分析及仿真J.華 中電力，2004, 14 (4) :17-19.5 顧丹珍，艾芋,陳陳,等.沖擊負 荷實用建模新方法J.電力系統(tǒng)自動 化,2006, 30(20): 10-14.6 彭卉，鄒舒，付永生.沖擊負荷接 入電網(wǎng)的電能質(zhì)量分析與治理方案研究J.2007,42(1): 54-61.7 張曉薇，李振國.電氣化鐵路接入 電力系統(tǒng)220kVffi 110kV供電電壓等級 的研究J.電力