PDF《十九 电网智能化-关于提高电能质量》

483 十九 电网智能化-关于提高电能质量

1 调研背景概述 1.

1 专题研究内容概述 随着全球资源环境压力的不断增大, 能源需求不断增加, 用户对电能可靠性和质量的要求也 在不断提升.电力行业面临前所未有的挑战和机遇,建设更加安全、可靠、环保、经济的电力系 统已经成为全球电力行业的共同目标. 智能电网就是在这样的背景下, 为实现大电网安全稳定运 行, 电力的高可靠性以及电力设备和资产高效利用, 并且使用户能积极参与而提出的电力系统网 络,它将能源资源开发、发电、输电、配电、售电、服务,以及蓄能与能源终端用户的各种电气 设备和其它用能设施,通过数字化网络连接在一起,并通过智能化控制使整个系统得以优化. 智能电网的特征主要有:安全性,更好地识别和应对人为的和自然的侵害;

自愈性,对电 网故障的预控与自动恢复;

经济性,支持全社会用电成本的优化;

优质性,与未来时代相适应的 服务水平和质量;

互动性,与客户的智能互动,实现能量流、信息流、资金流的双向流动;

清洁 性,服务于低碳经济的要求. 本次调研的主要关注点是智能电网中有关提高电网输送能力, 确保电力的安全可靠供应, 提 高能源资源的利用效率,提高电网运行和输送效率,打造坚强经济高效电网的电气设备等方面. 1.2 调研材料的主要来源 Engineers Australia IEEE Transactions on Power Delivery Metering International Power PowerGrid International http://www.sgcc.com.cn/ http://www.csg.cn/ http://www.abb.com.cn/ http://www.siemens.com/

2 选择本专题进行调研的原因、必要性及意义

484 2.1 坚强智能电网在我国未来电力系统网络中的重要性 当前,在应对国际金融危机的过程中,为抢占未来经济、科技发展制高点,发达国家普遍加 快了新能源、新材料、信息网络技术、节能环保等高新技术产业和新兴产业的发展.从能源供应 的重要环节-电网的发展来看,是大力推进智能电网建设,智能化成为世界电网发展的新趋势. 面对新形势新挑战,国家电网公司提出加快建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展, 以信息化、 自动化、 互动化为特征的坚强智能电网, 努力实现我国电网从传统电网向高效、 经济、 清洁、互动的现代电网的升级和跨越. 坚强智能电网是安全可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的电网,对全面提高 电网的资源优化配置能力和电力系统的运行效率,保障安全、优质、可靠的电力供应具有重大意 义.坚强智能电网是包括发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节和各电压等级的有机 整体,是一个完整的智能电力系统. 坚强 是基础, 智能 是关键.坚强网架与智能化的高度 融合,是我国电网发展的方向. 在智能电网安全方面,随着大量非线性负荷的投入,无功功率增加,谐波含量增大,严重威 胁到了电网的运行安全性.无功功率的增加会导致电流增大和视在功率增加,使发电机、变压器 及其他电气设备容量和导线容量增加, 同时电力用户的起动及控制设备、 测量仪表的尺寸和规格 也要加大;

无功功率的增加,使总电流增大,从而使设备及线路的损耗增加;

无功功率的增加, 使线路及变压器的电压降增大,如果是冲击性无功功率负载,还会使电压产生剧烈波动,使供电 质量严重降低. 谐波的危害主要表现为谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗, 降低发电、 输电及用电设备的效率, 大量

3 次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾;

谐波对电机的影 响除引起附加损耗外,还会产生机械振动、噪声和过电压,使变压器局部严重过热;

谐波会使电 容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以致损坏;

谐波会引起公用电网中局部的并联谐 振和串联谐振, 从而使谐波放大, 甚至引起严重事故;

谐波会导致继电保护和自动装置的误动作, 并会使电气测量仪表计量不准确;

谐波会对邻近的通信系统产生干扰,轻者产生噪声,降低通信 质量,重者导致信息丢失,使通信系统无法正常工作等.基于此,提高电能质量,保证智能电网 安全势在必行. 2.2 我国提高智能电网电能质量的发展状况 我国自

1990 年以来已相继颁布了

6 项电能质量的国家标准,提高电能质量和加强电能质量 的治理已成为全社会普遍关注的热点,也已取得了一定的成效.例如,某高速线材厂投运后,通 过对低压采取 TSF(晶闸管投切滤波器)进行无功补偿和滤波,使功率因数由 0.75 提升到 0.95, 各次谐波干扰抑制在国标限值内,有功功率由 15804kW 降到 13644kW,吨钢耗由 167kWh 降到 145kWh,年节电

5800 万kWh,年节电费

314 万元,1 年即可收回投资.又如有关方面通过对广 东省内已投入运行

3 年来的几十套无源滤波兼无功补偿装置的实测数据进行了统计分析, 取得的

485 技术经济效益主要体现在:使谐波电流严重超标(2~5 倍)的用户治理合格,供电质量得到明显 改善;

提高了电气设备的利用率,增容 14%~41%;

提高了用户的功率因数,从0.6 左右上升到 0.9 以上,避免了功率因数罚款;

减少电网及变压器有功和无功功率损耗 1/3~2/3,使用户本身有 功损耗量减少 4%左右;

用户总用电电流减小 20.0%~42.7%,少受电网无功功率 25.0%~92.5%;

使用户产品合格率提高 0.5~1.0%;

杜绝因谐波放大使电容器损坏的事故等. 据有关统计和分析, 用户一般可以在 2~8 个月内收回装置的投资. 但目前围绕电能质量控制 和治理方面的研究和应用, 大多还局限于对电网谐波干扰影响的监测和治理, 也有的提出和研究 开发了一些改善和提高电能质量的补偿装置,如各种有源滤波器(APF) 、动态无功补偿装置 (SVC) 、电能质量调节器(UPQC) 、动态电压恢复器(DVR)等,技术上的先进性与国外发达 国家相比尚存在一定的差距. 在有源电力滤波器的研究和开发方面还处于起步阶段, 主要以并联 型、混合型为主,也有研究串联型的滤波设备的.清华大学研制的我国第一台高压、大容量电能 质量控制器 (ASCG) 已经正式投入运行, 并取得了一定的成效. 西安交通大学已研制成功 120kVA 并联型有源滤波器试验样机.华北电力学院曾研制出强迫换相的晶闸管元件无功发生器实验设 备.东北电力学院研制了 GTO 器件的静止同步补偿器(STATCOM)实验装置.河南省电力局 和清华大学共同研制的±20MVA 的STATCOM 在河南洛阳的朝阳变电站并网成功,这是国内首 台投入应用的大容量柔性交流输电设备. 虽然在理论上和实验室内均取得很大的进展, 但在现场 实验应用和可靠的运行上尚需进一步努力.

3 近年该专题发展新动向和值得关注点 3.1 智能电网功能构成概况 (1)高级计量体系(AMI) 高级计量体系(AMI)是智能电网的基础,它依靠双向通讯技术,使电力系统与终端电力用 户之间建立起双向的通讯联系,使电力终端用户具备选择电力供应、参与电网运行优化、提供电 力服务、支持电网安全运行的能力.它并非一个独立的技术实现过程,而是一个全面可配置的基 础设施,并且必须集成于现在和未来的电力网络和运行过程之中. 该体系包括了分时电价(送到用户) 、用户户内网(HAN) 、计量数据管理系统(HDMS) 、 自动读表 AMR(按小时读表、远方编程、电能计量、电能质量监视、负荷调查、停运检出等) 、 需求响应、负荷控制、远程开合等.见图 1. 用户户内网(HAN)配合用户门户网站、连接和协调智能电表,对户内可控设备进行优化 控制.其包含的设备有室内显示器、可编程通讯温控器、混合动力电动汽车、电动汽车、DG 接入、储电装置监控、其它智能电器等. 计量数据管理系统(HDMS)可以实现 AMI 系统表计管理(增加、修改、删除) ,AMI 系统

486 表计的控制(连通、断开、整定、日常管理) ,为电力系统的运行优化提供数据支持(负荷预测、 负荷建模、系统规划、系统优化运行) ,为用户提供更为优良的服务. 图1高级计量体系 AMI 电力公司利用 AMI 的历史数据和实时数据来帮助优化电网运行, 降低成本及提升用户服务. 例如, 通过 AMI 提供的实时用户停电信息和电能值信息, 电力公司能快速分析电网的不足. AMI 的双向通信能力支撑电网在变电站级和电路级的自动化.通过 AMI 获得大量数据有利于企业资 产的改进或者更好地进行资产维护、增加或者替换,使电网更加高效和稳定. 在世界范围内,PG&

E 耗资

17 亿美元,为1000 万户安装电表和气表,BC Hydro 耗资

5 亿 美元,为170 万用户以及变压器和馈线上安装电表,瑞典、芬兰、英国都在计划当中,世界上至 少有

150 个地区(其中

110 个在北美)打算或正在实行智能量测. (2)高级配电运行(ADO) 高级配电运行(ADO)使配电系统的 自愈 成为可能,可极大地提高配电系统的运行可 靠性和整个电网抗御干扰的能力,此外,ADO 与AMI(高级计量体系) 、ATO(高级输电运行) 、 AAM(高级资产管理)密切配合,从而实现配电系统(运行和资产管理)优化. ADO 相比传统的配网运行,其优点是提高可靠性;

提高配电系统效率、电能质量和能源管 理水平;

提高资产管........