028电能质量技术监督在线监测分析及治理方案的研究与应用项目可研.docx

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028电能质量技术监督在线监测分析及治理方案的研究与应用项目可研

可行性研究报告

项目名称：

电能质量技术监督在线监测分析及治理方案的研究与应用

申请单位：

起止时间：

项目负责人：

通信地址：

邮政编码：

联系电话：

传真：

申请日期：

一、

目的和意义

电力作为一种清洁的能源，是现代社会赖以生存的支柱，电能质量的优劣关系到发电、供电、用户各方的权益，因此，电能质量一直是电力企业十分关注并且刻意完善的指标。

过去，电能质量通常指的是供电的可靠性，幅值、频率与规定值的偏差。

近十多年来，电力系统中用电负荷结构发生了重大变化，电力电子装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷迅速发展，使电网面临遭受谐波、闪变、不对称污染的局面，与此同时，众多基于计算机、微处理器、电力电子装置控制的设备，对电能质量非常敏感，受电能质量影响所造成的经济和社会损失问题日益突出，因而对电能质量提出更高的要求。

对电能质量干扰源进行监测分析，研究防治对策，对保证电网安全经济运行，维护正常用电秩序有重要意义。

非线性负荷对电力系统的发、供、用各环节均会造成相当严重的危害，涉及面广，必须采取综合治理措施，避免电网及其用户受到严重侵害。

电气化铁道线路、电弧炉、轧钢机、粉碎机以及整流设备等非线性负荷运行导致对电网的干扰；这些干扰性负荷由于其冲击性、不对称性，对电网安全和电能质量的影响不容忽视，使供电系统中电压、电流波形发生畸变，对电网造成了严重的影响，并使电能计量的误差急剧增大（谐波含量愈高影响越大，电能计量误差也越大），需要深入研究非线性负荷对电网电能质量影响。

想有效地治理电能质量相关问题，首先要完成对于电能质量的在线监测，以快速发现问题并采取相应的解决方案。

并在此基础之上建立系统化的电能质量评估架构，及架构下的各类型电能质量评估模型，试图建立一套合理的、可操作的电能质量评估指标体系，从而为现代电力系统电能质量的研究和评估应用提供坚实的理论和技术支撑。

在整个体系的研究和分析过程中，结合大量的现场在线实测数据，进行算例分析，验证给出的评估体系架构和模型表征电力扰动的能力及其合理性、实用性、一致性，最终明确非线性负荷对电网电能质量的影响。

二、国内外研究水平综述

在工业发达国家，电能质量问题早已被当作电力系统面临的重要问题来看待，采用电网各项电能质量指标的实测数据作为发现问题、研究问题和解决问题的最终手段。

实测电网质量的状况，已成为保证电网安全、可靠经济运行、高质量供电必不可少的措施之一。

为此，世界各国都相应研制和开发了一系列的电能质量分析装置和仪器，其大致经历了三个阶段。

第一代电能质量监测仪始于20世纪70年代中叶Dranetz工程实验室（现在的Dranetz—BMI）推出的606系列电力线扰动分析仪，仪器基于微处理器，很多单元现在仍在使用。

这些监测仪的输出是基于文本的，打印在纸带上。

打印输出根据事件类别（暂降、中断等）和电压大小来描述扰动。

这些监测仪与现代监测仪相比功能有限，但触发机构已经开发得很好。

第二代电能质量仪器在20世纪80年代中叶初次登场。

这一代电能质量监测仪的一般特点在于完全图形显示和数字存储以观查和保存捕捉的电能质量事件，包括暂态和稳态事件。

有些仪器有能力从远程监测点传送数据到中心位置，用于事后的分析。

第二代电能质量仪器事实上已经完善了触发机构的基本要求。

因为电能质量扰动的发生是高度不可预测的，数据必须连续记录和处理，不能有任何时间中断。

目前国内当前电能质量监测手段和管理模式还存在一些的局限性：

1、实时性不强：

由于监测手段落后，造成数据时效性差，上级部门无法及时了解各地区各电压等级的电能质量水平，从而无法及时采取相应措施改善电能质量。

2、缺乏决策判断的依据：

无法对监测点进行跟踪测试，从而难以深入分析造成电能质量低的成因，也难进一步提出改善电能质量的有效措施。

3、工作量大：

一方面，需要花费很多的人力物力去收集数据，另一方面还要对收集的数据进行统计分析。

4、效率低：

从发现电能质量的问题到解决该问题，往往需要很长的时间，不利于管理工作的开展，无法形成一个高效率的电能质量管理体系。

5、数据共享能力不足，人员之间缺乏经验交流，严重制约了人员素质的提高，阻碍了电能质量监测的进展。

在电能质量评估方面，因需对各不同性质、不同地点负荷进行非线性负荷评估，而不同记录数据（包括不同站点数据、不同数据记录间隔等）经分析处理所得到的结果差别很大。

同时因为缺乏足够的理论研究和测试数据支持，现行国家标准对这一部分内容没有详细叙述，使非线性负荷现场测试、监测设置缺乏足够的理论支持和依据。

国际上一般常采用用户供电可靠性指标来评估电压长时间中断，而对其它事件型电能质量大多只是描述现象，并没有给出评估方法和指标，更少有从电力系统的角度反映质量水平的。

三、项目的理论和实践依据

1.项目理论依据

理想的电力系统是以恒定频率（50Hz）的正弦波形，按规定的电压水平（标称电压）对用户供电。

在三相交流电力系统中，各相的电压和电流应处于幅值大小相等，以及相位互差1200的对称状态。

由于系统各元件（发电机、变压器、线路等）的参数并不是理想线性和对称的，负荷性质各异且随机变化，加之调控手段的不完善以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想状态在实际中并不存在，而由此产生了电网运行、电气设备和用电中的各种各样的问题，也就产生了电能质量（Powerquality）的概念。

从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电，它包括频率、电压稳定、供电持续性和电压波形。

电能质量问题主要分为两大类:

稳态情况和非稳态情况（扰动或暂态情况）。

稳态情况下的电能质量问题只要包括;电压偏移、电压波动，闪变、三相不平衡以及谐波扰动情况下的电能质量问题主要包括电压骤降、电压骤升、电压电流波形中出现振荡脉冲干扰以及电源中断。

为了系统地分析研究电能质量现象，并能够对其测量结果进行分析，从而找出引起电能质量问题的原因和采取针对性的解决办法，将电能质量进行分类和给出相应的定义或规定是很重要的。

对于电能质量现象可以从不同角度分类。

针对我国目前对电能质量的研究、分析和监测，主要集中在现有电能质量国家标准的六个方面:

供电电压偏差、电力系统频率偏差、公用电网谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度和过电压。

2.项目实践依据

通过在典型非线性负荷，如钢厂、铁厂及电铁牵引变等监测点，科学地建立电能质量监测系统，对电能质量水平进行监测评估，提出指导电能质量治理效果评估与监测的方法，以指导工程应用。

如何根据监测与仿真计算分析数据,提出针对典型非线性负荷开展综合治理的方案需要多方面考虑。

采取现场在线测试与理论仿真计算相结合的方法，不同电力电子装置对不同非线性负荷接入方式的研究，不同电力电子装置对非线性负序治理的控制策略的研究，最终实现不同电力电子装置电能质量治理选点研究，系统提出电能质量治理的典型控制策略，进行治理效果评估方法的研究。

3.项目研究的关键和难点

1）如何确定典型非线性负荷的运行状态和规律，2）根据非线性负荷情况，建立有效地高速电能质量动态监测系统，并实现与电能质量监测平台的无缝链接。

3）建立仿真分析与实测数据对照的数据库系统，研究web发布的方式共享，为开展电网智能化评估与诊断、预测应用提供数据支撑，为电力设备的状态智能评估给出可靠依据。

4）结合实测数据和实际电网，开展系统集成应用的仿真分析、参数设计、控制策略研究，提出有针对性的电能质量治理方案5）进行电能质量评估与相关电力系统规划评估，形成相关的评估体系标准。

四、项目研究内容和实施方案

研究内容

1、针对典型的非线性负荷增加覆盖供电系统的动态监测点，对包括电能质量励磁涌流、电铁机车过分相造成电网电压跌落等造成电网暂态不平衡和谐振等进行仿真分析。

通过理论分析与实测相结合的形式，系统地提出不同非线性负荷对电网的影响效果。

2、结合电能质量监测网建设与应用，开展针对典型的非线性负荷的电能质量测试与负荷特性研究，结合实测数据和实际电网，开展系统集成应用的仿真分析、参数设计、控制策略研究，提出有针对性的电能质量治理方案，进行治理效果评估方法的研究。

3、针对大量各种性质的非线性负荷，研究针对不同特性负荷的监测方法；研究对各种非线性负荷进行的电能质量监测与评估方法。

4、由于非线性负荷会产生大量谐波，不仅会引起电网电压、电流波形畸变，污染电网，并影响现有电能表电能计量的准确性，从而需要研究非线性负荷对现有电能表计量性能的影响，以探讨非线性负荷下合理的电能计量模式和用于非线性负荷下的电能表选型建议。

实施方案

1.针对包括电铁牵引变压器励磁涌流、电铁机车过分相等造成暂态不平衡和谐振等暂态和稳态状况的理论分析。

2.有计划地对境内电气化铁路、冶金等典型非线性负荷组建实时的动态指标监测分析系统，覆盖监测点，同时包含谐波、负序等稳态指标的全面监测，同时将全部监测数据电网参数集中至电能质量监测中心，进行统一管理和分析研究。

3.根据监测数据，建立数据分析系统，实现对谐波干扰源的识别和区域定位，并进一步为电能质量治理提供相关信息（治理建议）。

建立数据分析系统以后，就可以利用已有的经验和数据，对电能质量问题进行分析评估，可以实现以下一些功能：

●识别谐波源的特性，例如识别整流负载、电弧炉、电气化铁道等，并对谐波源进行定位

●根据不同的负荷特性，给出解决电能质量问题的建议方案这样，通过分析系统取代部分工作人员的工作，在更高水平上实现了办公自动化。

3.研究各种非线性负荷在适应不同研究需要的情况下的电能质量监测方法。

4.研究造成电能质量污染的各类非线性负的动态、稳态特性数据。

5.建立仿真分析与实测数据对照的数据库系统。

6.研究web发布的方式共享，为开展电网智能化评估与诊断、预测应用提供数据支撑，为电力设备的状态智能评估给出可靠依据。

7.结合电能质量监测网建设与应用，开展针对以电气化铁路为代表的非线性负荷的电能质量测试与负荷特性研究，结合实测数据和实际电网，开展系统集成应用的仿真分析、参数设计、控制策略研究，提出有针对性的电气化铁路电能质量治理方案。

系统提出电能质量治理的典型控制策略，进行治理效果评估方法的研究。

五、预期目标和成果形式

预期目标

1）形成电铁、关键大用户等典型的非线性负的动态、稳态特性数据模型和分析算法。

2）研制新型电能质量数据采集终端，全面、实时地监控暂态、稳态等电能质量各指标，选取适当的通讯手段，实现数据的实时采集、高效传输与信息共享。

3）通过建立电能质量在线监测及WEB共享系统，将电能质量的在线监测与电能质量的技术监督有机结合起来，及时发现和消除电网中的薄弱环节，并给电力营销提供管理依据，加强电网电能质量的管理与监控。

4）通过建立非线性负荷评估分析体系，识别谐波源的特性，例如识别整流负载、电弧炉、电气化铁道等，并对谐波源进行定位，根据不同的负荷特性，给出解决电能质量问题的建议方案。

5）通过研究非线性负荷对现有电能表计量性能的影响，形成非线性负荷下合理的电能计量模式和用于非线性负荷下的电能表选型建议。

成果形式

1）完成电网电能质量干扰源分析报告

2）建立针对典型干扰源的专用电能质量安全监测与分析系统；

3）建立电能质量干扰源的综合评估系统，形成有针对性的电能质量综合治理方案；

4）形成非线性负荷下合理的电能计量模式和用于非线性负荷下的电能表选型建议，提出非线性负荷的电能计量方案。