基于磁暴擾動(dòng)的電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償方式研究

馬云龍 黃敏

摘 要：隨著電網(wǎng)的發(fā)展，電能質(zhì)量已經(jīng)成為了電力發(fā)展的重要方向，而電力系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償技術(shù)是提高電能質(zhì)量的重要方式。本文從磁暴干擾的內(nèi)容介紹開始，通過對(duì)磁暴對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，然后在此基礎(chǔ)上提出了高壓靜止無功補(bǔ)償方式的方法，最后給出總結(jié)。

關(guān)鍵詞：磁暴；電力系統(tǒng)；無功補(bǔ)償；方式研究

磁暴屬于小概率，高風(fēng)險(xiǎn)事件，爆發(fā)的頻次不好預(yù)測(cè)，針對(duì)可能的電網(wǎng)磁暴事故而裝設(shè)的設(shè)備很可能在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)啟動(dòng)，或者利用率不高，達(dá)不到設(shè)備運(yùn)行的額定水平。為保證在發(fā)生磁暴時(shí)系統(tǒng)有充分的無功備用，且所裝設(shè)設(shè)備在日常運(yùn)行時(shí)又能夠發(fā)揮其最大的作用，避免發(fā)生電壓不穩(wěn)等現(xiàn)象，預(yù)先采取無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)氖侄?，降低?qiáng)磁暴下系統(tǒng)變壓器無功損耗是有效方法之一。

1 磁暴的產(chǎn)生

太陽(yáng)活動(dòng)引起的地磁場(chǎng)劇烈擾動(dòng)稱磁暴，磁暴在東西走向的輸電線路地表面產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，如果輸電線路距離遠(yuǎn)、兩端變壓器中性點(diǎn)接地，感應(yīng)電場(chǎng)在兩個(gè)接地點(diǎn)之間形成電勢(shì)差，稱其為地面感應(yīng)電勢(shì)（Earth-surface potential，ESP），ESP在輸電線路、兩個(gè)接地變壓器與大地構(gòu)成的回路產(chǎn)生地磁感應(yīng)電流（Geomagnetic induced current，簡(jiǎn)稱GIC），GIC的頻率為0.0001 Hz ～0.01Hz，對(duì)于電網(wǎng)的工頻交流電相當(dāng)于準(zhǔn)直流，流入變壓器將出現(xiàn)直流偏磁飽和現(xiàn)象，使變壓器勵(lì)磁電流中產(chǎn)生大量的奇次和偶次諧波分量，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓、電流波形發(fā)生畸變，對(duì)電網(wǎng)保護(hù)裝置的正確動(dòng)作造成一定的影響，保護(hù)裝置誤動(dòng)可能引發(fā)嚴(yán)重的電網(wǎng)大停電事故。

2009年1月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院發(fā)布了《災(zāi)害空間天氣對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的影響》研究報(bào)告，研究報(bào)告警告：超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴將于2012年9月吹襲地球，將對(duì)未來人類社會(huì)造成巨大影響，其破壞力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“卡特里娜”颶風(fēng)，致使電力等高技術(shù)系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾，尤其預(yù)計(jì)極端災(zāi)害將造成1萬億至2萬億美元的損失，回復(fù)重建至少要4年到10年，并將中國(guó)列為警告國(guó)家之一，引起了廣泛的關(guān)注。

國(guó)內(nèi)廣東，江蘇，浙江等地也發(fā)生過磁暴侵害電網(wǎng)的大量事件。其中2004年11月至2005年8月期間，廣東嶺澳核電站變壓器測(cè)得7次中強(qiáng)磁暴引發(fā)的GIC峰值和1min最大值如表1所示 。

2 無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化

在查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，以分析在變壓器直流偏磁情況下，SVC保護(hù)動(dòng)作分析和改進(jìn)算法的研究為主要目的，即通過無功補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢杂行p少磁暴對(duì)電力系統(tǒng)中電力的影響。

直流接地極附近的地表電位分布與當(dāng)?shù)氐耐寥澜Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)。電阻率均勻的土壤很少見，通常土壤都具有不均勻性。由于受重力作用，常常會(huì)形成各種巖層的水平分界面，如沉積巖在沉積過程中受重力作用，形成砂礫巖層、細(xì)沙層和黏土層；由于地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地殼中往往會(huì)形成垂直層結(jié)構(gòu)。因此，不均勻土壤往往可以近似為水平分層和垂直分層的結(jié)構(gòu)，對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的地區(qū)，可以采用水平分層和垂直分層相結(jié)合的土壤模型。根據(jù)電網(wǎng)GIC產(chǎn)生機(jī)理，電網(wǎng)GIC的計(jì)算可分2個(gè)步驟：首先建立分層大地模型；然后計(jì)算磁暴發(fā)生時(shí)的地面感應(yīng)電場(chǎng)。

結(jié)合上述內(nèi)容，直流輸電單極運(yùn)行時(shí)接地極電流引起的地電位和地中電流分布，給出直流接地極電流分布的計(jì)算方法和考慮交流網(wǎng)絡(luò)的變壓器直流量的計(jì)算模型，并給出磁暴發(fā)生時(shí)GIC的估算方法。同時(shí)利用MagNet或PSCAD仿真軟件，以某地區(qū)實(shí)際變壓器為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行分析，在不同偏磁情況下，變壓器產(chǎn)生的諧波含量和無功損耗

情況。

除此以外，可通過直流偏磁主要采取限流和隔直的方法抑制磁暴所帶來的對(duì)電力系統(tǒng)的影響，具體的方式有中性點(diǎn)串聯(lián)電阻、中性點(diǎn)串聯(lián)電容，線路串聯(lián)電容，反注電流法和電位補(bǔ)償法。中性點(diǎn)串聯(lián)電阻會(huì)改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)裝置要重新設(shè)置參數(shù)，串聯(lián)的阻值也沒有計(jì)算的方法，目前尚未發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)有對(duì)其進(jìn)行定量研究的。線路串聯(lián)電容造價(jià)太高，不適合我過國(guó)情。反注電流法是利用監(jiān)測(cè)中性點(diǎn)直流大小和方向，向中性點(diǎn)注入大小相等，方向相反的電流，來抵消直流對(duì)變壓器的影響。電位補(bǔ)償法的思路是改變變壓器接地點(diǎn)電位，減少ESP，但是缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)周圍變壓器造成影響。

3 總結(jié)

本文通過對(duì)磁暴的發(fā)生原因進(jìn)行了分析，然后從電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)姆矫孢M(jìn)行了抑制其影響的內(nèi)容。通過分析可知，磁暴對(duì)電力系統(tǒng)的影響比較大，通過對(duì)無功補(bǔ)償方式的優(yōu)化可以有效解決相關(guān)的影響，為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

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