个人收集整理 勿做商业用途节能与电能质量监测治理技术评估报告 （ 初稿）1 技术基本情况研究背景随着国民经济的高速发展， 对能源的需求也不断增长。 而石油、 煤炭等不可 再生资源却日渐枯竭 ,因此如何实现节能和高效利用现有能源已成为当务之急 .作 为一种适用范围最广、 使用最方便的清洁能源， 电能的可持续发展已成为国民经 济持续健康发展的重要基础。然而，随着社会的不断进步 ,电网中的电能质量问 题却日益复杂，严重威胁着电网的安全可靠运行 ,同时社会对电能质量的要求也 越来越高。 因此，不论是出于经济性的考虑还是技术性的内在要求， 追求高质量 的电能已成为一种必然趋势，在电网侧推广电能质量治理技术势在必行。电能质量问题的种类繁多， 从暂稳态特性的角度看， 可将其分为稳态电能质 量问题和暂态电能质量问题 （鉴于频率问题要求全网相同，不属于通常意义上的 电能质量治理范畴 ,因此没将其列入）。与电网企业关系最为密切、事关电网安全 的稳态电能质量问题主要包括谐波、间谐波、三相不平衡、功率因数、过电压、 欠电压、电压波动与闪变等；暂态电能质量问题主要影响用户 ,如基于计算机和 微处理器的测量、管理、生产及控制系统等 ,以电压暂降、暂升、中断的影响最 为广泛和严重。对暂态电能质量问题的治理能力是电网企业优质供电水平的集中 反映。上述部分典型电能质量问题的危害如表一所示 .另据统计，在不同行业 ,世界 各国电能容量的 10%-30由电能质量问题的存在而白白浪费。例如谐波除了会 造成电网谐波污染外，还会产生谐波功率，在电网和电力设备上造成附加损耗。 电网异地无功输送会在线路上产生大量的能源损耗和浪费 ,而且会导致受端电压 质量变差 .因此各种电能质量治理措施在解决电能质量问题的同时，还对系统的 节能降耗起到了积极的作用 ,挖掘了现有容量的潜力。表一电能质量问题的危害电能质量 问题危害影响范围主要成因对电网影响的 严重程度估计（A-非常严 重、B 严重、 C 一般严重）谐波增加电能损耗、缩短设备寿命； 引起电网局部谐振；引起继保 和自动装置误动作，使电能计 量混乱；对邻近的通信系统产 生干扰。500kV换流站、电铁A110330kV电铁A110kV以下各类非线性负 荷B三相不平 衡引起旋转电机的附加发热和振 荡；引起以负序分量为起动元 件的多种保护误动作；使半导 体变流设备产生附加的谐波电 流;使发电机的利用率下降；使 电网损耗增加；干扰通信。110330kV电铁的负荷不 平衡B110kV以下负荷不平衡、 系统三相阻抗 不对称、消弧 线圈的不止确调谐等B低功率因 数增加网损，导致电压偏低110kV以下感性负荷比重 大A间谐波使得采样数据或过零工作的继 电器产生误差或误操作；会在变 压器电抗和电容器组间激起谐 振；会引发闪变；使汽轮机发 生转矩扭振；使无源滤波装置 失效。配网波动性负荷、 变频调速装 置、串级调速 装置、配电网 中的铁磁振 荡。C电压波动 与闪变对邻近的电力用户产生不利影 响；对灵敏性负荷产生扰动。配网风机的出力随 风速变化；负 载的切换和电 动机的起动；冲 击性负荷的运 行变化。B暂降瘫痪服务器，引起用户端数据 丢失，对大型敏感工业用户造成 巨大的经济损失，影响各种电 子设备的正常工作配网系统中某支路 电流的短时增 大，如雷击、 短路、开关操 作、变压器及 电容器组的投 切、大容量感 应电机起动等C电能质量治理工作的顺利开展是以准确有效的电能质量监测为依据的。 电能 质量监测技术为电能质量的评估、 纠纷裁决、治理等提供理论与实践依据，从而 提高电网的运行水平和服务水平，促进电力市场的不断完善 特别是在当前坚强 智能电网成为我国电网发展新方向的背景下， 对电网提出了智能供电、 智能用电、 高效的电力使用和服务、 电网与用户以信息为基础进行互动和决策等要求。 电能 质量监测与治理正是实现上述要求的主要技术手段之一。发展情况 电能质量监测设备经历了模拟式、数字式、智能式三个发展历程。随着计 算机技术、 大容量存储技术、 通讯技术和网络技术的快速发展， 为建立大范围的 电能质量在线监测网络提供了基本的技术保障。在线监测的实现 , 又进一步促 进了信息交流与共享技术的发展。在电能质量治理方面， 常规补偿技术由于性能所限， 对某些电能质量问题的 指标控制还存在相当大的局限， 如广谱型随机谐波的抑制、 动态无功补偿、 电压 波动和闪变的抑制、 三相不平衡的补偿、 暂态电压事件的控制等， 难以取得满意 的效果。随着大功率电力电子技术的发展， 以及灵活交流输电系统技术和定制电 力技术的提出和工程应用，电能质量的控制技术也迈入新的阶段.目前基于电力电子技术的工程实用的电能质量补偿或调节装置主要有以下几种：(1) 实现无功补偿、电压调整、治理电压波动与闪变、三相不平衡：静止无 功补偿器、晶闸管投切电容器、晶闸管相控电抗器、自饱和电抗器、磁控电抗器 等；(2) 谐波与间谐波的治理：各种形式的有源电力滤波器( Active Power Filter ， APF)；( 3)电压暂降、暂升、中断等动态电能质量问题的治理 :可采用具有动态电压 补偿功能的不间断电源 UPS (Uninterruptible Power System)进行治理，也可采 用不带有蓄电池的串联型动态电压恢复器( Dynamic Voltage Regulator，DVR )、 固态切换开关、静止电子分接开关等 .基本原理电能质量监测 综合分析我国电网的运行水平以及今后智能化电网的发展趋势，电能质量 监测主要应满足两个方面的要求 :(1) 测量的广度。 要求监测装置具有测量电能质量全面指标的能力， 包括各 种连续型及事件型电能质量问题；(2) 测量的深度 .不仅可以方便快速地查询事件相关数据，而且可以自动修 改信息类型及其设定门槛值，自动捕捉各种电能质量扰动 ,通过敏感度分析和统 计，对发展趋势做出判断，下达维护和治理控制命令等。根据以上要求，可以归纳出电能质量监测应该具有如下特点：全面监测电 能质量指标、具有较高的采样频率、实时性强、数据处理能力强、网络化、时间 同步性好、自动化程度高、数据利用效率高、智能化、标准化等。电能质量监测系统由电能质量监测终端 (指通过引入电压、电流信号 ,进行电 能质量指标测量的专用装置) 、信息通道以及服务站和用户计算机组成，用于监 测、分析、管理电网的各类电能质量指标 .电能质量监测系统按照分层、分布式结构组建而成，分为三层 :监测设备层、 服务层和客户层 .监测设备层具有数据采集功能，以统一格式将数据传输至服务 层,由监测终端和适配单元 (可选)构成 .服务层具有监测数据管理与分析、系统维 护、权限管理等功能，是监测设备层、客户层之间数据交互的纽带，由若干个服 务站构成。服务站通常包括数据库、应用服务器、 Web 服务器、通信服务器等。 不同服务站通过网络互联实现数据交换。 客户层具有监测数据访问、 浏览、查询 等功能 ,通过网络访问服务层。监测设备层、服务层和客户层之间通过通信网连 接。利用电能质量监测数据 ,可及时准确定位系统的潜在故障源、污染源，分析 干扰源的特性、类型及分布规律，给出整改方案 ,预防电力事故的发生 ;从电能质 量的视角验证电力网结构是否合理、设备参数设备是否合理 ;从电能质量的视角 分析电力事故发生的原因 .电能质量治理电能质量治理控制是改善电能质量指标的重要手段， 是优质供用电的必要条 件，也是节能降损的主要手段之一。 电能质量治理控制的目的主要有以下几个方 面：(1)降低电能质量污染对接入电网的影响，改善电网电能质量指标；(2)节约能源，降低不必要的损耗；(3) 改善非线性负载的运行条件，提高工作效率；(4) 改善污染源企业内部其它设备运行工况，提高工作寿命，降低故障率;(5) 降低污染源负载对邻近用户的影响，减少电能质量的事故纠纷和投诉。F面分析工程实际中较为常用的电能质量治理技术。（一）晶闸管相控电抗器TCR技术晶闸管相控电抗器TCR的最重要组成部件之一，尽管TCR可以单独使用，但 它更经常的与固定电容器或晶闸管投切的电抗器相结合，在选定的超前一滞后环 节补偿范围内对无功功率实施快速、连续的控制一个6脉波的三相TCR由三条单相TCR支路按三角形连接而成，每一相中 的电抗器被拆分成两半，分别放置在反并联晶闸管对的两侧，这样做的目的是即 使一个电抗器发生短路，另一个电抗器也可以起到限制短路电流的作用，大大降低 故障的危害程度.TCR+FC型SVC的结构图及电压电流输出特性如下图所示Us并联有源滤波器原理图TCR通过改变晶闸管的触发角来控制 SVC的无功输出，触发角的可控范围是 90至180 .当触发角为90时，晶闸管全导通，此时TCR中的电流为连续的 正弦波。当触发角在90到180之间时，TCR中的电流呈非连续的脉冲波形， 对称分布于正半波和负半波，不同触发角下TCR支路电流、晶闸管阀两端电压及 相控电抗器两端电压如下图所示。率振荡、提高系统电压稳定性，同时可以通过重构作为融冰装置，在配网中可以提高电能质量，抑制母线电压波动、治理负序，使三相平衡化。其可以应用于电 力系统长距离输电线中间变电站、电力系统负荷中心变电站、风电并网点变电站 、存在电压稳定问题或调压问题的变电站、有 SVC及SVS需求并同时有融冰需 求的变电站及冶金、电气化铁路等用户中。TCR控制灵活和易于扩容，不同的控制策略可以容易的被实现，特别是那些涉及外部辅助信号以显著提高系统性能的控制。且其响应迅速，典型响应时间为 1.5 3个周期。目前的 TCR技术较为成熟,实用性较高，单台补偿容量可达 180Mvar。（二）磁控电抗器MCR技术随着高磁感应强度及低损耗的晶粒取向钢带和高磁导率、高矩形系数的薄膜 合金材料的出现，磁放大器以及饱和电抗器的理论及应用达到一个新水平，并且已引入到电力系统。磁控电抗器的原理是采用小截面铁心和极限磁饱和技术，铁芯磁路是并联结构形式，截面由不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯，交错排列组成并联磁路，结合直流助磁原理，通过调节可控硅触发导通角，控制附加直流励磁电流，励磁磁化铁芯.调整不饱和区域和饱和区域的面积或磁阻，以改变铁心磁导 率，实现电抗值的连续、快速可调，从而实现无功功率的动态可调。铁心结构如 图一所示。图一、铁心结构及铁心磁饱和特性示意图基于其创新性，先进性和成熟性，已有权威机构论证后认为，磁控式技术将 取代相控式成为优先选择的补偿滤波技术。创新性：磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器， 综合应用了大型变压器的结构 设计技术、高压电流互感器（CT）、电压互感器（PT）、电容式电压互感器（CVT） 的绝缘技术，通过多年研发创立的新技术，真正实现了磁控电抗器的产品化。通 过铁心不饱和设计，加上对称结构互相不干扰真正达到了损耗小、噪音低，接近于低损耗电力变压器水平；结构合理，生产工艺成熟，可以批量生产；伏安特性，近似直线（硅钢片磁化曲线的线性段）；本体基本不产生谐波，控制回路产生的 少量谐波，由于采用 接线，不向系统输出主要的漏磁通在铁心内得到有效屏 蔽，线圈和油箱中的漏磁通小，附加损耗小，总损耗小；按照容量大小，自身有 功损耗占容量的0。5%2%，是磁阀式可控电抗器或SVC中相控电抗器（TCR） 的30%以下。产品安装方便，占地面积小，基本上不需要维护；电抗器容量调节范 围大:2%100%.先进性：应用Maxwell2D仿真工具，采用场一路结合的设计技术，对磁