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科技創(chuàng)新促進(jìn)智能電網(wǎng)電能質(zhì)量提升 |
(時(shí)間:2018-5-17 9:33:55) |
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(xiàng)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(xiàng)目日前榮獲國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)信息物理系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)“2018工業(yè)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”。 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(xiàng)目榮獲國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)信息物理系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)(IEEETCCPS)“2018工業(yè)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”,是該獎(jiǎng)項(xiàng)唯一獲獎(jiǎng)項(xiàng)目。IEEE首次設(shè)立了該獎(jiǎng)項(xiàng),旨在獎(jiǎng)勵(lì)對(duì)信息物理系統(tǒng)領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的項(xiàng)目及團(tuán)隊(duì)。 中國電科院及其聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)(以下簡稱項(xiàng)目團(tuán)隊(duì))在國家科技支撐計(jì)劃及國家電網(wǎng)公司重大科技項(xiàng)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(dòng)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(duì)保障電網(wǎng)安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(jì)民生與社會(huì)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(píng)價(jià)。 諧波是指對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)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(huì)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(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng),對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重時(shí)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(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的偏差,相對(duì)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(jí)電網(wǎng)供電電壓允許偏差的限值。對(duì)電網(wǎng)來說,當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏低時(shí),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(duì)配用電設(shè)備來說,當(dāng)供電電壓偏離額定電壓較大時(shí),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(dòng)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(duì)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(dòng)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(jì),統(tǒng)一采集分析電能質(zhì)量相關(guān)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù),以可視化動(dòng)態(tài)圖形對(duì)電能質(zhì)量重要指標(biāo)越限情況監(jiān)控并及時(shí)告警,實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域電網(wǎng)變電站、中壓線路、配電臺(tái)區(qū)和用戶等各個(gè)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(duì)電能質(zhì)量情況掌握的不及時(shí)、不全面等問題。 智能電網(wǎng)電能質(zhì)量治理是指借助自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)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(duì)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(yàn)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(dòng)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(shí)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(duì)電壓、諧波、無功等單一指標(biāo),每項(xiàng)指標(biāo)均有對(duì)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(píng)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(hào)發(fā)生方法難以滿足高峰值系數(shù)信號(hào)高保真穩(wěn)定輸出的需要,同時(shí)諧波檢定裝置設(shè)計(jì)和制造技術(shù)被國外企業(yè)壟斷,價(jià)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(shí)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(shí),測量信號(hào)誤差較大,嚴(yán)重影響測量精度。 2 攻克電能質(zhì)量監(jiān)測與治理關(guān)鍵技術(shù) 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過理論分析、關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,在低壓負(fù)荷在線換相、電能質(zhì)量治理決策支持、諧波量值準(zhǔn)確傳遞和廣域動(dòng)態(tài)諧波監(jiān)測治理方面取得重要突破,取得了系列電能質(zhì)量監(jiān)測與治理關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)成果。構(gòu)建的集監(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,極大促進(jìn)了我國智能電網(wǎng)電能質(zhì)量的有效提升。 一、低壓負(fù)荷在線智能換相技術(shù) 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)發(fā)明了可以自動(dòng)實(shí)施低壓負(fù)荷在線調(diào)相的操作方法和智能型低壓負(fù)荷在線換相裝置,該裝置充分融合了機(jī)械開關(guān)和電力電子器件的優(yōu)良性能,滿足可控性、實(shí)時(shí)性、在線性、無沖擊性和無損性等功能需求,實(shí)現(xiàn)了低壓負(fù)荷在線相序自動(dòng)調(diào)整,解決了依靠人工調(diào)整負(fù)荷不安全、不及時(shí)、不準(zhǔn)確等問題。 團(tuán)隊(duì)研制的廣義電能質(zhì)量控制終端,集無功補(bǔ)償、有載調(diào)壓、有載調(diào)容等功能于一體,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理及實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制,有效解決了配電臺(tái)區(qū)多種因素引起的低電壓問題。 二、電能質(zhì)量監(jiān)控與治理決策支持技術(shù) 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了集多功能控制操作的電能質(zhì)量監(jiān)控方法,綜合解決配電臺(tái)區(qū)配電變壓器空載損耗大、功率因數(shù)低、電壓越限和三相負(fù)荷不平衡等問題,提升低壓配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,提高管理效率,改善供電質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量綜合控制。 團(tuán)隊(duì)研發(fā)的電能質(zhì)量監(jiān)控與輔助管理決策支持平臺(tái)系統(tǒng),通過電能質(zhì)量在線仿真與決策,實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的現(xiàn)狀分析、單點(diǎn)治理、協(xié)調(diào)治理、仿真查詢和輔助管理決策支持功能,有效解決了監(jiān)測系統(tǒng)功能單一、信息孤立以及電能質(zhì)量綜合治理決策工具缺乏等問題,提高了電能質(zhì)量綜合治理的準(zhǔn)確性和有效性。 三、諧波量值準(zhǔn)確傳遞技術(shù) 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出的一種諧波信號(hào)發(fā)生方法,實(shí)現(xiàn)了100次以內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生,研制出達(dá)到與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)?shù)募夹g(shù)指標(biāo)的諧波功率源及諧波標(biāo)準(zhǔn)表,解決了諧波檢定裝置高準(zhǔn)確度與低成本控制的矛盾。 團(tuán)隊(duì)提出的多重平均自適應(yīng)諧波分析算法,提高了諧波分析準(zhǔn)確度,達(dá)到國際計(jì)量局(BIPM)頒布的各國最高諧波校準(zhǔn)測量能力(CMC)世界前列;研制的電能表檢定裝置可準(zhǔn)確計(jì)算出計(jì)量誤差,解決了標(biāo)準(zhǔn)諧波信號(hào)準(zhǔn)確發(fā)生、計(jì)量及監(jiān)測設(shè)備準(zhǔn)確賦值等問題。 四、廣域動(dòng)態(tài)諧波監(jiān)測治理技術(shù) 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出的分頻段采樣同步控制方法,實(shí)現(xiàn)了多諧波源復(fù)雜工況下的準(zhǔn)確監(jiān)測與評(píng)估;提出的基于快速傅里葉變換的諧波電流補(bǔ)償方法,能夠保證諧波電流補(bǔ)償精度。 團(tuán)隊(duì)研制了0.4千伏~35千伏系列諧波治理裝置,構(gòu)建了首套廣域同步諧波監(jiān)測系統(tǒng),解決了諧波快速跟蹤與精確補(bǔ)償?shù)碾y題。 3 項(xiàng)目應(yīng)用 成效顯著 項(xiàng)目研發(fā)的裝置和系統(tǒng)已得到推廣,用于電力、質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)的34家省級(jí)以上計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu),覆蓋27個(gè)省、747座電氣化鐵路牽引站、27座換流站以及新能源發(fā)電場、配電網(wǎng),監(jiān)測點(diǎn)達(dá)10897個(gè),發(fā)現(xiàn)140座電氣化鐵路牽引站存在諧波超標(biāo)現(xiàn)象,解決敏感用電設(shè)備不能正常運(yùn)行問題30余起,解決2203.7萬戶低電壓問題。 項(xiàng)目成果的應(yīng)用有效改善了電網(wǎng)和廣大用戶的電能質(zhì)量,為集成電路、精密制造、紡織等行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)電源,提高了企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率,降低了電能質(zhì)量問題造成的經(jīng)濟(jì)損失,取得了良好的社會(huì)效益。
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