(珠海万力达电气自动化有限公司)
摘要：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，提出了相应控制手段。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 电网 电能质量分析 治理方案
0引言
冲击负荷是具有周期性或非周期性，突然变化很大的负荷。如电弧炼钢炉、轧钢机等。一般出现最大负荷的时间很短，但其峰值可能是其平均负荷的数倍或数十倍。这类负荷对电力系统影响较大，当其变化幅值相对于系统容量较大时，很有可能引起系统频率的连续振荡，电压摆动。本文从冲击负荷的特点，以及接入电网对电能质量的影响，做专门的研究，并提出相应的对策，以满足电力系统安全稳定和电能质量的要求。
1 冲击负荷接入电网对电能质量的影响
1.1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。负荷对电网运行造成冲 击，主要表现为造成电压闪变，产生负序电流和谐 波，甚至破坏电网稳定性。同时冲击负荷会危害电 力设备正常运行，例如会对电力电容器、旋转设备、电力变压器、电力电缆、开关、避雷器、电压互感 器、自动装置等各类元件产生影响 。
1.2 为了充分了解和防范冲击负荷带来的危害，长时间以来人们对冲击负荷的机理和规律做了大量研究。建立了冲击负荷实用模型，分析了冲击负荷对附近发电机组电磁转矩和注入点电压的影响。如冲击负荷的热冲击和谐波对牵引变压器绝缘的破坏，造成牵引变寿 命的损失从上述研究可知，冲击负荷对电力系统影响不容忽视，它不仅威胁到电网安全稳定运行，也会破坏电力设备，加速绝缘老化。不论是谐波危害、热冲击、还是引起机组震荡，其长期的影响可以视为设备的寿命损失，从可靠性角度来看冲击负荷导致设备强迫停运率提高。
国际大电网会议组织（CIGRE）曾提出过一个针对汽轮发电机组轴系设计的建议，在建议中提到：有计划地运行操作不应引起轴系疲劳损耗。也就是说要使发电机组在冲击性负荷的作用下保持运行的安全稳定就应该使负荷对发电机组轴系造成的冲击损耗趋近于0。
2 冲击负荷接入电网对电能质量的原理
2.1 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等效电路分析电压，可用增强器动态注入线电压在可以接受的稳态值的能力 。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。
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2.2 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。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。
3 冲击负荷对发电机影响的解决措施
3.1 冲击性负荷对发电机组的主要影响是对轴系的暂态扭矩冲击，应合理确定其疲劳极限，使轴系所承受的最大力矩小于其疲劳极限所对应的力矩；如果无法准确地获取机组轴系的疲劳极限，也可以依据电磁功率的变化进行评估，将 0.1p. u.作为电磁功率的变化上限。当负荷对机组的冲击超出预设上限时，就应对负荷的接入和运行的方式进行调整，以保证机组的运行安全； 对于地区电网来说可以合理安排机组并网方式尽量使发电机组远离冲击负荷接入点。
3.2提高冲击负荷接入电压等级。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%， 35~220kV 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 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 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
3.4 通过建立随机冲击 下可修复元件的失效及修复转化的模型，推导了在 冲击服从某随机过程，冲击强度和修复后寿命均服 从一定概率分布时的元件可用度的计算方法。在该 模型基础上，引入元件生命单元的概念，推导出冲击负荷下元件平均停运时间的计算式。借鉴冲击负荷下普通元件失效模型的 推导思路，以得到冲击负荷下的电力设备强迫停运 率的计算方法。进而基于修正后的强迫停运率，对冲击负荷下电力系统可靠性进行评估。由于冲击负荷这种瞬间的电气量产生间隔时间具有指 数分布的特性，所以用泊松分布描述是合理的。 设元件在开始观察时刻起具有一定的初始剩余寿命，冲击从初始时刻开始随机地到来，每一次冲 击根据其强度大小，对设备进行一定的寿命削减， 直到元件剩余寿命X 降至0 以下；之后元件经过一 段时间的维修，元件重新具有一定的剩余寿命X。冲击负荷模型与现有冲击负 荷模型有所不同。现有模型更多是从动态过程来考 虑，将详细分析冲击负荷到来时刻、冲击强度、冲 击变化率、冲击持续时间等具体因素，以分析其对 电力系统运行情况的影响，如暂态稳定等。
3.5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。
3.6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 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。
3.7 加装治理设备
采用滤波装置滤除谐波 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。加装 SVC 消除电压波动 冲击性无功负荷主要引起电网电压波动，对于 冲击性无功负荷引起的电压波动。
4 结语
随着我们国家经济转型，一些大型集成化企业的建设，电力系统将面临大规模的挑战，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
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论文作者:范强军
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
标签：负荷论文; 谐波论文; 电压论文; 电网论文; 电能论文; 质量论文; 电力系统论文; 《电力设备》2016年第15期论文;