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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；负荷由复阻抗Z=RL+jXL表示，RL消耗系统有功功率，XL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： U0=At+Bt- (式1-1)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：it=C-Ce-dtt+(D- De-dt-)(t-) (式1-2)Q=UIsin (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=PRL+QXLU (式1-4)在电力系统中，一般RLXL，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Matlab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：3.1 加装SVC消除电压波动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。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