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、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)運行、設(shè)備及人身安全等。

供電電壓偏差是指實際供電電壓對系統(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)備的運行性能惡化，運行效率降低，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，電能使用范圍擴大，例如整流設(shè)備、變頻設(shè)備、大功率電機、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)實時、準(zhǔn)實時和歷史數(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，依靠停電人工進(jìn)行負(fù)荷換相調(diào)整，實時性和準(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。

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