冲击负荷对电力系统的影响摘要：广西是铝矿工业重要生产聚集区，同时也有以高铁等交通工具的电 力机车，这些对于电网都是冲击负荷。为加强冲击负荷接入电网时加强稳定性 和可靠性，解决其产生的电压波动、谐波等问题，根据查找文献和对自己电力 系统的理解，提出了相应控制手段。采用增强器分析无功、电压波动，讨论测 波法在分析谐波的运用，并提出无功补偿对稳定电压波动、治理谐波的的必要 性。关键词： 冲击负荷 电压波动 谐波 无功补偿引言传统意义上的冲击负荷包括轧钢 机、电弧炉和电坪机等，在广西区 内，还应该包括大型电解铝厂和高铁 电力机车等。冲击负荷由于自身的随 机性、间歇性和大负荷性，其接入电 网时，产生的过载、谐波、电压等问 题，会给良好电能质量构成严重威 胁。当众多冲击负荷一起并入电网， 由于其基本上都是非线性负荷，它们 之间复杂的电力联系和冲击范围是难 以直观估计和展现的。有效分析冲击 负荷接入对区域电网产生的影响和找 到相应治理措施，是保证电力系统安 全运行和可靠电能质量的重要措施。一、电压波动电压是电网供电质量的重要指 标，在额定电压下向用户供电，是供 电可靠性应有之意。在实际运行中， 随着冲击负荷不断接入，其时变性和 冲击性，会造成电力系统电压波动， 波动范围增大，甚至超出电能质量要 求的范围。电压稳定性，是指正常运行情况 下或遭受干扰后电力系统维持所有母 线电压在可以接受的稳态值的能力2 。电力系统遭受冲击负荷接入的 小干扰影响后，其控制电压稳定能力 主要由冲击负荷特性、各种连续控制 盒指定时刻离散控制所决定。系统小 干扰稳定的判定依据是，在给定运行 情况下系统中每个母线，母线电压数 值能随着注入无功功率的增加而升 高。若至少一个母线电压，没有随着 母线注入无功功率而升高，则说明该 系统电压不稳定。对于冲击负荷的电压波动研究， 可根据戴维南定理，供电系统有电路 开路电压和串联阻抗的等效电路参数 构成；负荷由复阻i抗Z = R厶+丿九表示, 叫消耗系统有功功率，X厶消耗系统无 功功率。图 1 等效电路分析电压，可用增强器动态注入 和输出方法3。增强器主磁铁电源 输出电流为周期脉冲源，脉冲波形形 似指数曲线，其电流返回段曲线可不 作严格要求。图2 增强器主磁铁电流曲线器增强器的电源在一个周期内的波形可表示为：o=4 (t) + B (t- e) (式 l-l)由图1等效电路，根据动态电路 的三要素法可计算出电流变化规律 性：i(t) = (C Ce-dt)(t) + (D De d(t e )(t e)(式 1一2)Q二UAlsina(式 1-3)由式(1-2)、(1-3)可知，负 荷波动会出现电流波动，电流波 动则引起无功功率变动。U二竺皿(式1-4)u在电力系统中，一般R厶竝，由式1-4可知，无功功率变动将 引起电压变动。一般来说，冲击负荷的感性无功 变动量呈周期性变化，则会引起供电 电压周期性的波动。其波动范围会超 过额定电压值范围或不在国标允许标 准范围内。为保证冲击负荷接入电力 系统后能够长期、安全、稳定、可靠 地运行，必须在增强器投用的同时， 进行无功功率补偿4。二、谐波分析冲击负荷基本上都是非线性负 荷，其接入电力系统时，不可避免的 带来谐波污染问题，并在局部地区向 整个电网扩散。为构建绿色电网，消 除或抑制冲击负荷带来的谐波影响， 对谐波的分析研究是一项重大课题挑 战。建立冲击负荷的模型，可采用电 能质量分析仪，对冲击负荷每个测量 点三相电压、电流有效值进行测量， 冲击负荷模型用一个可控电流源表示 模拟冲击负荷的功率变动5。基于得到的电流实测数据，可在Mat lab中利用拟合方法得到电流拟合 函数，进而在PSCAD中建立向节点注 入受控拟合电流自定义模型6。将 冲击负荷模型接入等值电网，分析公 共耦合节点的谐波电流、谐波电压并 换算成国标允许比较值，进行谐波分 析。根据电能质量公用电网谐波 的规定，谐波电流应按最小短路容量 及负荷分量换算。确定最小短路容 量、国标基准短路容量、用户用电协 议容量、公共连接点的供电设备容 量。对高次谐波电流允许值进行换 算，对仿真电流做 FFT 分析。通过允 许值和仿真值经行比较，可得到仿真 值是否会超过允许值，并做出相应结 论。对高次谐波电压允许值进行换 算，对仿真电压做 FFT 分析。通过高 次谐波电压含有率、电压总谐波畸变 率和国标规定限值对比，可得到相应 结论。根据电能质量电压运行波动 和闪边规定，对于随机性不规则的 电压波动，35kV电压等级波动范围为 2%, 35220kV电压等级波动范围为 1.5%。通过计算得公共连接点电压波 动百分值国标值对比，可得出冲击负 荷带来的谐波影响是否允许其接入电 力系统。短路容量大，基波和谐波短路阻 抗小，注入电网相同的谐波电流时， 此谐波电流在较小的谐波阻抗上，产 生的谐波电压较小；同样的无功变化 量引起的电压波动也相应的变小。一 般较高电压等级母线的短路容量比低 电压等级大，具有承担较大谐波和无 功变化的能力，因此当某一地区含有 较多冲击负荷时，对于新投入的冲击 性负荷，可以适当提高其接入电网的 电压等级7。三、解决办法对冲击负荷接入电力系统带来的 谐波的问题，可提出以下几点解决办 法：保持整个系统从电网吸收的无 功功率恒定，冲击负荷无功负荷引起 的电压波动限制在国标允许范围之 内。SVC可以有效消除电压波动和谐 波问题，但当冲击负荷对电力系统影 响较小时，仅装设滤波装置即可。3.2 提高冲击负荷接入电压等级较高电压等级母线的短路容量比 低电压等级大，具有承担较大谐波和 无功变化能力，当某一地区有较多新 投入冲击负荷时，可适当提高其接入 电压等级。3.3 加装治理设备采用滤波装置就近吸收冲击负荷 产生的谐波，以减少其注入电网的谐 波电流，是抑制谐波的一种有效措 施。加装滤波器是治本的办法，它使 谐波源对电网影响就地消除，企业大 多将无源滤波装置或有源滤波器并接 在负荷进线侧来滤除谐波8-9。结语随着在广西地区工业发展，特别 是大型铝矿工业不断投产和高铁应运 而生，广西电力系统将面临大规模冲 击负荷带来的电压波动、谐波污染等 一系列稳定性和可靠性挑战，这需要 科研人员投入更多精力为解决这一重 大课题做出应有的贡献。3.1加装SVC消除电压波动参考文献： 1 胡伟, 査晓明, 孙建军. 多谐波 源网络谐波源建模与谐波叠加仿真 J. 中国电力, 2006, 39(3): 61-65.2 王锡凡，方万良，杜正春.现代电 力系统分析.北京：科学出版社,2012.3 张鲲,张鹏,仝猛.冲击负荷引起 的配电网络电压波动J.中国农村水 利水电,2001,7:35-37.4 刘岸杰，宋伶俐.冲击负荷引起的 配电网络电压波动分析及仿真J.华 中电力，2004，14(4):17-19.5 顾丹珍, 艾芊, 陈陈,等.冲击负荷实用建模新方法J.电力系统自动 化, 2006, 30(20): 10-14.6 彭卉，邹舒，付永生.冲击负荷接 入电网的电能质量分析与治理方案研 究J.2007,42(1)： 54-61.7 张晓薇,李振国.电气化铁路接入电力系统220kV和110kV供电电压等级 的研究J.电力系统保护与控 制,2008,36(17):13-15.8 张定华, 桂卫华, 王卫安，等.新 型电气化铁道电能质量综合补偿系统 的研究及工程应用J.电工技术学 报,2009,24(3):189-194.9 余健明,李春莹.基于多谐波源动 态运行的配电网滤波装置优化配置J.电网技术,2005,29(6):22-26.