冲击性负荷对“双高”电网暂态电压影响

作者： 国自电气 时间：2024-10-10 09:21:53 阅读：19

随着新能源发电规模的不断扩大,电网中将会大量使用电力电子装置,使电网朝着高比例新能源、高比例电力电子设备的趋势发展,电力系统将会呈现出“双高”特性。新能源发电有间歇性和随机性,以及电力电子装置会向电网注入谐波,这会影响电网稳定供电.随着工业的发展,越来越多的冲击性负荷会接入电网,如电弧炉、轧钢机等,将会对电能造成严重污染。目前研究集中于冲击性负荷引起的稳态电能质量问题,但对引起的暂态电能质量问题研究相对较少。对于“双高”电网的研究,大多也集中于可再生能源大规模接入对电力系统的影响,对“双高”电网背景下冲击性负荷电能质量的分析和研究不多。相关文献根据电弧燃烧的不同状态,结合双曲线Ｇ指数模型以及蔡氏混沌电路,建立了能够研究稳态电能质量和暂态电能质量的电弧炉模型。相关文献建立了电弧炉时变电阻模型,该模型可用于谐波分析。相关文献建立了能够并网的光伏发电系统,并分析了可再生能源发电对配电网造成的电能质量影响。相关文献建立了风光储微电网并网系统,分析了微电网中运行冲击性负荷所产生的一系列电能质量问题。相关文献建立了电弧炉、轧钢机以及电气化牵引负荷3种冲击性负荷模型,分析了每种冲击性负荷的工作特性,研究了冲击性负荷运行对电能质量带来的影响以及如何改善电能质量.本文以“双高”电网中的光伏发电系统为主要研究对象,建立光伏并网发电系统,在系统中接入交流电弧炉,对电弧炉发生三相短路故障所引发的电压暂降问题进行分析。

光伏并网发电系统

本文采用双级式光伏并网发电系统,系统结构如图１所示.发电系统由光伏阵列、Boost升压电路、DC/AC逆变器、LCL滤波器、隔离变压器以及电网共同组成.受光照、气候等条件的影响,光伏电池输出的电压和电流会随之改变,导致输出功率发生变动,这就需要保证光伏电池能够实时输出最大功率.在光伏发电系统中,通过实时调整光伏电池的工作点使系统始终输出最大功率,此过程便是最大功率点跟踪(Maximum PowerPointTracking,MPPT)。一般情况下,光伏电池输出的电压较低,达不到供电系统和用电设备对电压等级的要求,也无法满足并网条件,故经常使用Boost升压变换器来作为实现MPPT的控制器。光伏电池输出直流电,直流电需要经过DC/AC逆变器转换成交流电进行并网,逆变器控制方式采用电压电流双环控制。LCL滤波器可以有效抑制谐波电流,后级电感还可以抑制电网的冲击电流。最后,逆变后的交流电通过工频变压器升压,连接至高压电网。

图1

电气和电子工程师协会(IEEE)对电压暂降的定义为工频电压有效值迅速跌落至额定值的90％~10％并持续0.5周波~１min的电压暂时性跌落象。电弧炉运行时经常会出现炉料与电极接触而发生短路的现象,每次电极短路故障持续时间为0.01~0.02s,三相电极同时短路时35kV并网点相电压有效值下降了29.19％,炉用变压器二次侧相电压有效值下降了28.86％,根据电压暂降的定义,电弧炉三相短路导致35kV并网点电压跌落属于电压暂降。

本文建立了接有冲击性负荷的“双高”电网模型,该模型既可用于研究稳态电能质量,也可用于研究暂态电能质量.之后对电弧炉三相短路时35kV 并网点以及炉用变压器二次侧的无功冲击、电流冲击以及电压暂降进行了分析,为无功补偿和暂态电能质量治理提供了依据。