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1、电力系统电能质量分析与控制,第七章 电能质量监测与控制,2,国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）中明确将“大功率电力电子技术”列为能源重点领域的优先主题内容。,开展电能质量监测与控制的必要性,国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）中明确将“电能质量检测与控制技术”列为能源重点领域的优先主题内容。开展有效应用大功率电力电子技术、实现电能质量控制等； 我国电力工业正在走向高效“节能减排”的新时代！,节能减排大政方针,绿色环保高效电力,质量监控优质供电,电力电子装置和设备是产生电能质量问题的主要原因,1）直接转换成其它能源形式，例如，可转换为热能，光能，机械能等，其
2、中非线性功率波动性负荷数量增加； 2）间接转换成多种电能形态，例如，非工频、非正弦的电源形式比例增长，作为现代工业、现代通信、计算机技术和日常生活的基本动力源； 3）以提高输电能力和配电自动化的FACTS（D）应用进入新时期，大型非线性设备和装置接入电力系统。 4）与此同时，电子设备及数字控制的自动化生产线对电能质量的敏感程度愈来愈突出。,灵活交流输电技术（FACTS）研究及应用,FACTS分类框图,静止无功发生器（STATCOM）用于保证电网安全，防止大面积停电，提高供电的电压质量和地区电网的暂态稳定； 当今世界上研制成功并投入运行的大容量STATCOM装置不到十套； 50MVA的链式STA
3、TCOM装置已经于2006年初在上海电网投运。,灵活交流输电技术（FACTS）研究及应用 静止无功发生器（STATCOM）,电能质量的6个显著特点对监测的要求,电能质量监测的作用,电能质量监测是收集、分析并将原始测量数据解释为有用信息的过程。其作用概括为： 系统安全、可靠、经济运行的督察作用 优质高效供应电力的技术保证 电力市场交易的基础数据 有序的商业化运作与文明社会的标志,电能质量监测目标,电能质量监测位置的选择,基本检测技术,常规电压质量检测技术 电压波动与闪变检测技术 畸变波形分析与检测技术 动态电压检测技术 连续性与事件性质量问题 检测特点 （我国电能质量检测技术的发 展历程是一个引
4、进试验、消化吸 收和再创新的过程。）,电能质量检测设备一览,电能质量监测技术的发展趋势,监测电能质量是电力公司了解其电力系统性能并使之能满足用户需求的必要手段，是分析和解决电能质量问题的第一步，是在电力市场交易中建立电能质量等级服务标准和检验供电部门是否能达到合同约定的电能质量水平的技术和数据基础，为对电能质量进行综合性评估提供切实的依据。 电能质量监测技术正朝着网络化、信息化、标准化、智能化的方向发展。,监测系统网络化,实现同一供电系统不同地点的电能质量监测，实现多个局域系统的集中监测，对全系统电能质量可进行多层分析和评估，进而有助于针对存在的电能质量问题提出合理的治理方案。,监测系统网络化
5、,由于监测的数据量庞大，数据要求共享，并进行多角度观测，原始的局域网可能不满足需求，未来的发展一定会依靠宽带通信和光纤网络为技术支撑，网络的拓扑结构也直接反映了电能质量监测系统的总体水平。,监测体系信息化,信息化的目标： 全面采集，实时传输； 可存储记录; 准确识别信息; 科学合理控制。 建立实时、可靠、高 速，并集成语音、数 据、图像等各类业务 信息为一体的综合性 网络 。,是信息电力与信息社会发展的需要,满足信息完整、全面、多方位共享与决策的需求， 满足电力市场的建立、电力调度与控制的需求及整体技 术的发展。具体要求： 信息采集的全面性 信息传输的实时性 信息记录的可存储性 信息识别的准确
6、性 信息控制的合理性,监测数据标准化,电能质量监测实时数据量相当庞大，而且要求数据可以共享并能进行多角度观察，数据格式要求标准化。 使用基于网络技术的数据发布系统，有利于全面、高效地管理和使用现场数据。 IEEE标准委员会提出了一种通用的数据文件格式作为通用的平台PQDIF（power quality data interchange format），通过标记元素结构将数据的物理属性和逻辑属性分离，具有良好的扩展性和压缩性，解决了数据量庞大的问题，也实现了电能质量物理属性的多角度观察，已经成为先进国家电能质量数据标准化的趋势。,PQDIF的逻辑结构简图,显示界面标准化,格式内容丰富,可根据需要
7、自动填充报表信息； 可任意展示实时记录数据、生成统计报表、合格率报表； 人机界面更具亲和力，所示内容简单明了； 显示界面标准化可提高信息共享的效率，工作人员很容易地就可以找到图示的具体含义，便于各级主管部门和用户进行综合查询和交流比较。,监测评估智能化,利用先进的数学方法和工具对电能质量现象和实测数据进行挖掘、分析和整理。对电能质量扰动影响做出科学的评价和综合评估，为电力部门改善电能质量提供决策依据。 “预见维护型”是电能质量监测技术的发展方向! 例如，当电气系统不稳定时， 电压波动的速度和强度会大大增加。 优点： 可以在问题出现之前就采取措施 避免不必要的设备更换 有利于系统的动态补偿 充分
8、有效地利用已有的维护手段,动态电压监测与评估的意义,动态电压质量的监测不同于诸如电压偏差等电气量的检测记录，其中最大的区别是要对这种随机性的动态事件做出科学的统计评估，以发现和找出内在规律，这对控制电能质量问题是至关重要的。 是全面了解已知电网或规划电网各公共连接点电压暂降严重程度、特征参量及其分布特点（凹陷域）的必要手段。 对于电力企业、高新技术电力用户、设备制造商以及政府招商引资有重要的现实意义。,基于GPRSWEB技术的电压暂降监测和分析系统,电压暂降监测和分析平台 多样化表现形式,事件分布与ITIC曲线,评估实例分析,通过随机预估，可以得到具有较高置信度的电压暂降特征量的密度分布和概率
9、分布。,(a)密度分布 (b）概率分布,评估实例分析,根据年配电网故障次数，可以评估因该电网引起的年电压暂降次数(SARFIX)。例如，假设系统年故障次数（含单相接地）约每年30-60次，则电压暂降的年事件次数为3-6次，这与向用户调查的年事件次数的范围基本一致。,仿真线电压暂降事件在ITIC曲线的分布,评估实例分析电压凹陷域,专家预言，在未来系统运行分析中，电压凹陷域的仿真评估就如同潮流计算等一样成为必要的基本分析内容。,交易平台 交易平台,建立健全质量标准评估体系的必要性,电监局,供电公司,电力用户,电费,电能,干扰,电能质量标准是保证电网安全经济运行、保护电气环境、保障电力用户正常使用电
10、能的基本技术规范，是实施电能质量监督管理，推广电能质量控制技术，维护供用电双方合法权益的法律依据。,对电能质量控制概念的认识,以其人之道，还治其人之身。电力电子装置仍然是治理谐波污染、抑制电压快速跌落、提供无功补偿等最有效的手段。 电能质量控制除了直接的改善、抑制、补偿、缓解、防御、容忍度的技术手段外，还应包含标准指标的制定、运行状态和过程的监管、供需双方的交易的技术支撑等方面。,电能质量控制技术的发展,随着电力电子技术的进步，在电力系统逐渐形成了两项新技术 输电系统 FACTS技术 配电系统 CUSTOM POWER 技术 FACTS装置是借助电力电子技术构成的具有优越电气性能的替代传统设备
11、（如串并联电容器、移相变压器、调相机等）的等效装置，用来进行电压和功率潮流的控制。 CUSTOM POWER 设备是新一代应用于配电系统的为重要电力用户提供多模式（电源，供电网，形态）高品质电能的电力电子控制器。有专家建议用“定质(制、置)电力”一词，以表示按照用户对供电可靠性和电能质量的特定要求设置的电力供应。,定制电力技术的需求来源,电力市场机制,先进工业生产,定制电力,定制电力技术（Custom Power）研究及应用,电能质量控制技术的发展,关于CUSTOM POWER 的种种说法与解释 在名词上的不统一：定制电力；D-FACTS技术； 柔性化供电技术；FRIENDS(Flexible
12、 Reliability Intelligent ENergy Distribution System). FACTS装置基本是由基于电力电子器件的补偿器组成。 Cus-Pow装置包括功率电子开关（固态开关），实现系统 故障电流的快速中断或限止。或者快速实现系统重构。,决定电能质量控制的相关因素, 决定电能质量监测与控制方式的几个因素 安全性（从对用户电力供应和系统运行需要两方面考虑） 经济性（技术与经济的协调） 可靠性（电能质量指标计入可靠性的讨论，No.of 9s） 质量协议的保证（根据用户的不同质量要求，采取不同的控制手段） 谈到电能质量控制，快速准确的检测算法、控制手段与策略、质量依据
13、与判断是不可分割的三个组成部分。,34,电力大用户的电能质量问题,需要利用大功率电力电子技术及装置进行治理,电能质量控制内容与策略,控制内容： 谐波电压和谐波电流 基波电压，电压标称值 无功功率补偿，短时间有功功率补偿 三相不平衡 功率因数与波形校正 故障限流与双回线快速切换 对重要用户的配电（电源）网络重构 供用双方的控制策略是与经济核算相联系的 事实上，大多数用电方愿意让供电方提供保证电能质量的解决措施，愿意将此费用包含在电力定单里，而不愿安装低效、高成本（安装空间和维护费用等）、难维护的自用设备（如UPS等）。,电能质量控制技术的发展,电力电子技术在输配电系统的应用主要表现在三个方面：
14、1）固态转换开关（SSTS-Solid State Transfer Switch） 2）瞬时改变系统（线路）等效阻抗（感性、容性和阻性） 3）动态输出任意频率、任意幅值/相位、任意波形。满足 电力系统（发电、输电和配电）和用电负荷（设备） 高效、稳定可靠、经济和高品质运行的需要。 目前在电能质量控制技术中，电力电子装置以其快速可控的特性越来越发挥着重要作用。,电能质量控制器种类简介1,晶闸管开关型阻抗补偿控制器 晶闸管投切电容器TSC（Thyristor Switched Capacitor) 晶闸管控制电抗器TCR (Thyristor Controlled Reactor) 晶闸管控制串
15、联电容器TCSC(Thyristor Controlled Series Compensation) PWM开关型无功功率发生器 并联型无功功率发生器ASVG(Advanced Static Var Generator) 并联型有源电力滤波器PAPF(Parallel Type Active Power Filter) 串联型有源电力滤波器SAPF(Series Type Active Power Filter),电能质量控制器种类简介2,瞬时电压补偿抑制器 动态电压限制器DVL （Dynamic Voltage Limiter） 动态电压恢复器DVR （Dynamic Voltage Res
16、torer） 高功率因数低谐波校正器PFC（Power Factor Corrector） 超导储能系统SMES （Super-conducting Magnetic Energy Storage） 统一电能质量调节器UPQC （Unified Power Quality Conditioner） 轻型直流输电HVDC_Light (High Voltage Direct Current_Light),固态转换开关SSTS,用于切换备用电源，将断电时间限制在一个周波以内，以提高供电可靠性。,（UPS，SMES）,电力谐波与无功补偿的实用方法,110kV 1500MVA 典型的和最常用的抑制与 补偿方法是加装并联无源 滤波器。 滤波器类型通常为： 1）L-C单调谐特征滤波 2）高通滤波 3）非特征滤波 优点：经济，实用， 制造简单，维护方便。 存在的缺点： 谐波放大；系统谐振； 滤波效果受元件参数影响。,
