衝擊負荷具有周期性或非周期性，突然變化很大的負荷。如電弧煉鋼爐、軋鋼機等。一般出現最大負荷的時間很短，但其峰值可能是其平均負荷的數倍或數十倍。這類負荷對電力系統影響較大，當其變化幅值相對於系統容量較大時，很有可能引起系統頻率的連續振盪，電壓擺動。通常對衝擊負荷需要做專門的研究，並提出相應的對策，以滿足電力系統安全穩定和電能質量的要求。
基本介紹
- 中文名：衝擊負荷
- 外文名：Impact load
- 學科：電力工程
- 領域：能源
- 特點：周期性或非周期性
- 套用：電弧煉鋼爐、軋鋼機等
簡介,可修復元件的衝擊失效,平均可用時間與元件強迫停運率的實際計算,衝擊負荷下實際系統的可靠性計算,總結,
簡介
電力系統中存在大量衝擊負荷，如軋鋼機、電弧爐、鐵路牽引變等。這些負荷對電網運行造成衝擊，主要表現為造成電壓閃變，產生負序電流和諧波，甚至破壞電網穩定性。同時衝擊負荷會危害電力設備正常運行，例如會對電力電容器、旋轉設備、電力變壓器、電力電纜、開關、避雷器、電壓互感器、自動裝置等各類元件產生影響。
為了充分了解和防範衝擊負荷帶來的危害，長時間以來人們對衝擊負荷的機理和規律做了大量研究。如衝擊負荷的熱衝擊和諧波對牽引變壓器絕緣的破壞，造成牽引變壽命的損失。
衝擊負荷對電力系統影響不容忽視，它不僅威脅到電網安全穩定運行，也會破壞電力設備，加速絕緣老化。不論是諧波危害、熱衝擊、還是引起機組震盪，其長期的影響可以視為設備的壽命損失，從可靠性角度來看衝擊負荷導致設備強迫停運率提高。由於上述因素的存在，在含有大量衝擊負荷的系統中，電力元件的運行環境更加惡劣，很可能間接帶來整個系統可靠性下降，特別是當一些重要的元件受到衝擊危害時，這種可能性會更顯著。因此研究電網可靠性時，需要考慮此影響因素，評估由於衝擊負荷造成的元件加速老化和意外停運而帶給系統的風險。
設備的可靠性參數是系統風險評估的基礎，而設備可靠性與設備老化失效、外部環境、運行狀態等因素都密切相關。現有研究主要針對設備在衝擊下的壽命，通過仿真和實驗得到其老化失效的過程，掌握特定性運行規律。
鑒於衝擊負荷的產生具有某種隨機性，何時到來或者強度的大小都無法實現準確預知，但其仍具備某種機率特徵。因此對衝擊建立機率模型，模擬其到來的時間、強度，分析衝擊下元件的運行規律也是一種有效的方法。
可修復元件的衝擊失效
電力設備和電力衝擊負荷來加以解釋。推導基於以下幾點重要的假設：
1）各次衝擊的強度相互獨立，元件各周期運行相互獨立；
2）元件可修復到正常狀態，修復後的剩餘壽命服從某一分布。
由於衝擊負荷這種瞬間的電氣量產生間隔時間具有指數分布的特性，所以用泊松分布描述是合理的。設元件在開始觀察時刻起具有一定的初始剩餘壽命，衝擊從初始時刻開始隨機地到來，每一次衝擊根據其強度大小，對設備進行一定的壽命削減，直到元件剩餘壽命降至0以下；之後元件經過一段時間的維修，元件重新具有一定的剩餘壽命。
壽命並非指的是設備由生產到報廢的周期，而是對一個運行-停運周期中的運行狀態的度量，隨時間變化而形成一個更新過程。剩餘壽命的單位是用標麼制下可承受的累積衝擊強度來表示，即衝擊強度換算成以初始時刻元件可承受衝擊強度為基準值的標麼值後，元件可以承受的累積衝擊強度就是其剩餘壽命。
從這個過程來看，衝擊負荷模型與現有衝擊負荷模型有所不同。現有模型更多是從動態過程來考慮，將詳細分析衝擊負荷到來時刻、衝擊強度、衝擊變化率、衝擊持續時間等具體因素，以分析其對電力系統運行情況的影響，如暫態穩定等。而本模型忽略了衝擊負荷一些具體因素，而主要考慮其來臨時刻和每次衝擊對剩餘壽命影響，分析角度更多是基於總體上的可靠性。
由於電力系統的大多數元件符合以上的狀態轉移過程，因此可用這個可修復元件的模型來描述。
平均可用時間與元件強迫停運率的實際計算
得到修正後的元件強迫停運率後，可以採用蒙特卡洛模擬方法得到發輸電系統的可靠性指標。思路是先按照修正後的元件強迫停運率對單個元件進行抽樣，在此基礎上形成系統狀態；然後對系統狀態進行評估分析；最後統計得到系統可靠性指標。
通過對比常規負荷與衝擊負荷下系統可靠性指標，可以得到衝擊負荷對系統可靠性影響，需要指出的是：
1）由於風資源具有隨機性、間歇性，風電場出力也具有波動性和間歇性。大規模風電場併網後對電力系統形成的衝擊，可以等效為一個大型衝擊源，其對電網運行可靠性的影響也可以採用以上方法進行評估。
2）地區電網規模較小，受到衝擊負荷的影響較大。採用以上方法進行可靠性評估，更能反映系統實際運行情況，並可以依據評估結果，用於指導輸電設備的檢修。
衝擊負荷下實際系統的可靠性計算
衝擊負荷下系統總體運行風險較常規負荷情況出現上升，特別是輸電系統受到衝擊負荷影響後風險上升明顯。衝擊源對電網整體風險和接入點風險有明顯的影響，風險上升量又由於它們所在網路中位置的不同而有所差異。其中節點3在衝擊負荷下風險大幅度增加，這與節點3所帶的負荷衝擊強度大而接入點網架薄弱有密切關係。
獲得衝擊負荷下系統運行風險評估指標後，可以以此為基礎，開展該地區的電網規劃、系統檢修、備用配置等相關套用研究，由於涉及到具體問題的建模求解過程，將需要對此開展進一步的工作。
總結
普通元件衝擊失效模型，進一步假設電力元件可以修復到全新狀態，推導了電力元件在承受衝擊負荷下平均可用時間的計算方法。在此基礎上，給出了對於受常規負荷和衝擊負荷綜合影響的元件強迫停運率的修正方法。通過實際系統進行計算分析，從可靠性的角度驗證了衝擊負荷會引起系統風險的提升，從而為系統運行分析、電網規劃和檢修計畫安排提供了定量的理論依據。
