科技創(chuàng)新促進(jìn)智能電網(wǎng)電能質(zhì)量提升
核心提示中國電科院牽頭的《智能電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測與控制關(guān)鍵技術(shù)》項目面向電力電子化特征電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測與治理的共性需求,構(gòu)建了集監(jiān)控系統(tǒng)、治理方法與設(shè)備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為一體的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理技術(shù)體系。該項目日前榮獲國際電氣和電子工程師協(xié)會信息物理系統(tǒng)技術(shù)委員會“2018工業(yè)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎”。
日前,由中國電科院牽頭的《智能電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測與控制關(guān)鍵技術(shù)》項目榮獲國際電氣和電子工程師協(xié)會信息物理系統(tǒng)技術(shù)委員會(IEEETCCPS)“2018工業(yè)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎”,是該獎項唯一獲獎項目。IEEE首次設(shè)立了該獎項,旨在獎勵對信息物理系統(tǒng)領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的項目及團(tuán)隊。
中國電科院及其聯(lián)合研發(fā)項目團(tuán)隊(以下簡稱項目團(tuán)隊)在國家科技支撐計劃及國家電網(wǎng)公司重大科技項目的有力支持下,協(xié)同攻關(guān),創(chuàng)新研發(fā),面向電力電子化特征電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測與治理的共性需求,構(gòu)建了集監(jiān)控系統(tǒng)、治理方法與設(shè)備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為一體的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理技術(shù)體系,在低壓負(fù)荷在線換相、電能質(zhì)量決策支持、諧波量值準(zhǔn)確傳遞以及廣域動態(tài)諧波監(jiān)測治理等四大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破,對保障電網(wǎng)安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會健康發(fā)展發(fā)揮了重要作用。
1 亟需開展智能電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測與治理
電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì),其優(yōu)劣直接關(guān)乎國計民生與社會公共安全,是衡量電力企業(yè)優(yōu)質(zhì)供電服務(wù)的重要指標(biāo)。從嚴(yán)格意義上講,衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形;從普遍意義上講就是指優(yōu)質(zhì)供電。在電力系統(tǒng)中,電能質(zhì)量通常以諧波、供電電壓偏差等數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行綜合量化分析與評價。
諧波是指對周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量,通常稱為高次諧波,而基波是指其頻率與工頻(50赫茲)相同的分量,高次諧波的干擾是當(dāng)前智能電網(wǎng)中影響電能質(zhì)量的一大“公害”。諧波的存在會導(dǎo)致電機(jī)、變壓器、電容器等電氣設(shè)備損耗增加,絕緣老化加速,使用壽命縮短,發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率降低,還易使電網(wǎng)的各類保護(hù)及自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動,對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重時將威脅電網(wǎng)運(yùn)行、設(shè)備及人身安全等。
供電電壓偏差是指實(shí)際供電電壓對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的偏差,相對值以百分?jǐn)?shù)表示,《GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差》明確規(guī)定了各電壓等級電網(wǎng)供電電壓允許偏差的限值。對電網(wǎng)來說,當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏低時,線路損耗增加,輸配電極限容量降低,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰,帶來重大損失;對配用電設(shè)備來說,當(dāng)供電電壓偏離額定電壓較大時,設(shè)備的運(yùn)行性能惡化,運(yùn)行效率降低,甚至導(dǎo)致部分電器無法啟動或者不能正常運(yùn)行,自身發(fā)熱嚴(yán)重,使用壽命縮短。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,電能使用范圍擴(kuò)大,例如整流設(shè)備、變頻設(shè)備、大功率電機(jī)、家用電器等大量非線性、沖擊性以及不平衡負(fù)荷接入,電網(wǎng)負(fù)荷特性發(fā)生重大改變,對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響。長期以來,我國電能質(zhì)量治理手段缺乏,相關(guān)系統(tǒng)與裝置功能單一,無法實(shí)現(xiàn)綜合性全面治理,因此亟需開展智能電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測與治理。
智能電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測是指通過與電網(wǎng)已有自動化系統(tǒng)和電能質(zhì)量相關(guān)監(jiān)測裝置進(jìn)行通信接口設(shè)計,統(tǒng)一采集分析電能質(zhì)量相關(guān)實(shí)時、準(zhǔn)實(shí)時和歷史數(shù)據(jù),以可視化動態(tài)圖形對電能質(zhì)量重要指標(biāo)越限情況監(jiān)控并及時告警,實(shí)現(xiàn)對區(qū)域電網(wǎng)變電站、中壓線路、配電臺區(qū)和用戶等各個層面電壓、電流及其諧波分量的準(zhǔn)確掌控,解決依靠運(yùn)行管理人員定期或不定期現(xiàn)場監(jiān)測對電能質(zhì)量情況掌握的不及時、不全面等問題。
智能電網(wǎng)電能質(zhì)量治理是指借助自動化系統(tǒng)平臺準(zhǔn)確分析電網(wǎng)電能質(zhì)量現(xiàn)狀,準(zhǔn)確定位電能質(zhì)量存在問題,并針對性采取單點(diǎn)治理和協(xié)調(diào)治理等手段,通過在線仿真功能確定可行的電能質(zhì)量治理決策方案,解決電能質(zhì)量治理缺乏決策工具、憑經(jīng)驗判斷、存在盲目性等突出問題。
隨著大規(guī)模分布式電源、柔性負(fù)荷、電動汽車充電裝置等接入電網(wǎng),具有明顯電力電子化特征電網(wǎng)的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理面臨以下突出問題:
一、我國低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象較為普遍,由此引起的低電壓問題突出,此前主要通過管理手段,按照季節(jié)性用電特點(diǎn),依靠停電人工進(jìn)行負(fù)荷換相調(diào)整,實(shí)時性和準(zhǔn)確性較差,且極大影響了電力企業(yè)供電安全性和可靠性,缺乏較為有效的在線治理方法與配套設(shè)備。
二、傳統(tǒng)電能質(zhì)量治理分別針對電壓、諧波、無功等單一指標(biāo),每項指標(biāo)均有對應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)和治理裝置,設(shè)備與信息資源孤立,未考慮指標(biāo)間相互影響,缺乏綜合協(xié)調(diào)控制策略和在線評估與治理仿真手段,治理無序且具有盲目性,治理的科學(xué)性與準(zhǔn)確性不足。
三、在諧波量值傳遞方面,常規(guī)的諧波信號發(fā)生方法難以滿足高峰值系數(shù)信號高保真穩(wěn)定輸出的需要,同時諧波檢定裝置設(shè)計和制造技術(shù)被國外企業(yè)壟斷,價格居高不下。
四、因諧波監(jiān)測設(shè)備的測量頻率范圍普遍低于2.5千赫茲,無法滿足高頻監(jiān)測要求,信息兼容性差,實(shí)時同步監(jiān)測和準(zhǔn)確分析困難;諧波治理裝置檢測控制算法易造成各次諧波相移不一致,補(bǔ)償誤差大;寬頻帶諧波測量時,測量信號誤差較大,嚴(yán)重影響測量精度。
責(zé)任編輯:電朵云