电能质量与节能

电能质量标准化”专栏团标准化201012编者按:电能作为一种最广泛使用的能源,与人们的生产和生活紧密相关。国民经济和科学技术的发展离不开电能,而分布式电源的大量投产和智能电网的发展更是对电网的电能质量提出了更高的要求。电能质量指标的偏离,是发电、输变电和用电三方造成的,同时也给自身和其他各方带来不同程度的危害。所以说,提高电能质量是三方共同的责任和义务。电能质量标准的制定,除包含大量的技术问题之外,还涉及到相关各方的经济利益和国家政策。制定合理的电能质量标准,需有关各方在技术、经济等方面进行深入研究,协商一致,确保国家利益、社会效益最大化。本刊与全国电压电流等级和频率标准化技术委员会联合推出“电能质量标准化专栏”,旨在探讨电能质量及标准化在国民经济中的作用,提高社会各界对电能质量及标准化的关注,推进电能质量标准化进程电能质量与节能国家能源局能源节约和科技装备司)摘要:本文论了电能质量的技术经济性特征,分析了电能质量与节能的关系,提出了今后几年我国电能质量标准化工作的基本关键词:电能质量节能标准化and energy saving. In this paper the writer points out the development trend of power guality standardizationKey words: power quality, energy saving, standardization改革开放以来,我国已经由一个工业化水平落恶化,电能质量问题引起了广泛的关注后的国家快速步入工业化水平较发达的国家。伴随电能质量问题之所以受到普遍重视,是与电能着计算机控制技术及半导体技术的广泛应用,各类质量这一议题的技术经济特征密切相关的。具体而制造业负荷及民用负荷用电特性发生了深刻变化。言,可将其归纳为广义的能源节约与浪费问题。首除传统的钢铁煤炭、化工等电能质量工业污染源之先,就供应一定容量的负荷而言,劣质的电能传输需外,又增添了大量的基于半导体整流逆变技术的新要消耗更大的电力供应;其次,劣质的电能将会引起型民用污染源负荷计算机、空调、电视机、各种节能工业生产周期的延长或产生劣质产品,相当于一次型照明电器等家用及办公负荷比例大幅提高,电气能源印中国煤化工起的事故,经济化铁道、地铁、轻轨电车等现代化的交通工具使得负损失可见,电能质量荷用电特性日趋复杂。所有这一切变化在带给我们与能CNMHG本文就此议题进利益及便利的同时,也悄悄地使电网供电环境日趋行讨论,以期抛砖引玉,引起共鸣,为进一步建设资“电能质量标准化”专栏化2010.12源节约型社会献计献策。其与电能质量的关系,使得节能技术进步能够更加健1电能质量问题的经济性特征康快速地发展。据介绍,在美国,每年由于电能质量下降所引起首先,不可否认,节能技术多涉及电力电子器件的经济损失高达数百亿美元。据美国电力科学研究院的应用。从技术上而言其运行过程产生的电能质量Jane Clemmensen的粗略估计,当今电能质量相关问污染已经非常小,例如:以前的晶闸管控制电力机车题在美国造成的损失每年为260亿美元。英国195就是一个较大的谐波污染源。目前的新型电力机车由年就电能质量问题对容量超过wW的100家用户做于采用了全控器件及P啊技术,理论上已经不产生的调查结果显示在过去的12个月里69%的用户生产(或很少)国家标准所限定的谐波。其次,节能技术在过程因电能质量问题而受到破坏。IBM公司的市场调避免产生传统电能质量危害的同时,可能带来新的电查表明,48.5%的计算机数据丢失是由于电能质量引起能质量问题例如:电力电子器件高速开关频率的切的。换将产生与此开关频率相关的更高次波形畸变(更高目前中国还没有电能质量经济损失的权威调研次的整数、非整数次谐波),而这样的现象以前我们没分析。但是,相关文献所提供的部分数据已足以说明有更多的运行经验需要引起更大的关注:第三反过问题。例如就电能质量的重要指标谐波污染而言不来许多节能设备的运行控制过程对电能质量指标的管谐波是由用户流入系统还是系统流入用户,只要下降又非常敏感对供电质量的要求更加苛刻例如:有谐波流动,就必然在系统谐波阻抗上产生网络损目前大量运行的变频设备,受电压暂降的影响很大。耗。有分析认为10kV供电系统中,当用户谐波电流注第四,许多电能质量指标的改善、控制又需要大量的入水平及供电公共连接点谐波电压总畸变率均满足可控电力电子器件的应用例如:有源滤波APF)、静国家标准GB/T14549-1993电能质量公用电网谐止无功补偿器( STATCOMD等等波》的条件下,谐波损耗占用户基波用电量的可见能源节约技术与电能质量控制在一定程度0.29%据国家能源局2010年9月14日发布的数据上是互相制约相辅相成的,需要密切关注,广泛研显示,1~8月,全社会用电量达27,949亿千瓦时,若究积累经验达到技术经济双丰收谐波源用户按50%计(实际上大部分高耗能工业负荷3电能质量与清洁能源利用为非线性负荷),谐波功率平均按03%计,每千瓦时随着全球对气候变化的关注,节能减排已经提到电按0.5元计,则谐波造成的全年网络损耗折合人民了各国的主要日程表上。据相关媒体报道,正在编制币为21亿元的国家新能源计划规定,到2020年太阳能光伏发电在注重稳态电能质量经济损失的同时,暂态电能发展规模要达到1,000~2,000万千瓦,风电总装机质量的经济性特征得到了业界的普遍重视例如:上海也计划达到15亿千瓦。国家能源局相关负责人称市东局的电能质量分析报告指出,上海华虹NEC生产中国在新能源领域的总投资将超过3万亿元而新能硅晶片,任何持续时间超过10ms、电压降超过10%的电源和可再生能源具有随机性和间歇性等特性,保证电压暂降对企业而言相当于一次供电中断,损失超过上网的电能质量是摆在科技工作者面前的新问题。所以百万美元。但这样的电压暂降事件,传统的电力系统监说,新能源和可再生能源的大力发展,在局部地区的测根本无法感知,更不可能影响供电可靠性指标电网会出现不可忽视的电能质量问题。2007年11月,由全国电压电流等级和频率标准目前,风力发电及太阳能光伏发电带来的诸如并化技术委员会组织的某高新技术开发区电能质量调查网问题、低电压穿越问题、电能质量问题、分布电源稳报告有这样一个实例:某大型企业有大量的数控机床定运行问题、系统备用及调节问题等已引起了业界的加工中心,电压暂降问题对加工中心的影响较大,瞬间广泛关注与研究。就电能质量问题而言,无论是风力的失压将造成加工中心停止工作,昂贵的刀头损坏,接发电还是太阳能光伏发电,其影响主要表现在:触器欠压脱扣动作,损失大概在100万人民币左右。工产生谐波励磁回路或主回路的整流、逆变设厂为了减少损失,被迫取消低压开关的失压保护。备的引入2电能质量问题与能源节约的关系·功率波动:风速、日光的波动引起目前,能源节约已经是上升到国家战略层面的大中国煤化工的启动产生;问题,由此鼓励与带动的技术革新迅速发展,产生了CNMHG较好的技术经济效益。但同时,我们也应该密切注意可见尽管可再生清洁能源的利用是能源节约的电能质量标准化”专栏cAS有效途径,但是,在使用过程中也应该充分关注电能常工作。在谐波的长期作用下电网中金属化膜电容质量问题,以达到更好的技术经济效益。器会加速老化;高次谐波电流会使输电线路功耗增4提高电能质量是能源节约的技术手段之一加;谐波会增加旋转电机的损耗,谐波严重时会影响“节约能源,保护资源”是我国新时期实现可持续或干扰测量控制仪器、通讯系统工作等一系列危害。发展伟大战略的保证和手段。国家发展和改革委员会治理谐波的方案有很多,有利用串联电抗器抑制谐分别于2008年和200年发布了两批《国家重点节能波、无源滤波、有源滤波或混合滤波等。例如,某汽车技术推广目录》,旨在推动我国节能技术的发展。概括制造厂冲压车间大量使用电焊机激光焊机和大容量起来,节约能源的技术一般包括以下三个方面:一是感性负荷(以电动机为主)等非线性负荷,导致了变压提高现有能源的利用率;二是选用新材料以达到节能器负荷电流存在严重的谐波电流,以5次7次9次的目的;三是研究储能技术将暂时用不完的能源储和11次为主,40V低压母线的电压总畸变率达到5%存起来。这三个方面均与电能质量问题密切相关。以上,电流总畸变率(TH)达到了40%左右,造成40V能源利用率涉及到能量转换、功率因数等问题,低压供配电系统电压总谐波畸变率严重超标,并导致与电能质量密切相关;新材料节能例如:电力电子器了用电设备和变压器存在严重的谐波功率损耗。通过件的应用实现的变频节能技术等与电能质量密切相对该车间进行安全补偿加有源滤波治理,电压畸变率关;储能技术可以说更涉及到广泛的电能质量控制技由原来的5%下降到1%,电流畸变率从20%下降到术。可见,重视电能质量问题,采用更好的技术路线可3%,功率因数由07上升到0.92,企业年节约电费实现良好的能源节约。国家发展和改革委员会节能效14.04万元率中心的研究表明,从提高电能质量入手的节能方法5加强电能质量标准化建设是实现电能质量将会使转动性负载节约潜力20%~60%、冲击性负载综合治理的有力保证节约潜力5%~15%,用无功补偿和谐波治理技术可获一个良好质量的电能应该是连续的,电源的电压得3%~5%节能量。下面仅通过功率因数及谐波补偿和频率总是保持在允许范围内,且电压和电流具有纯的部分实例加以说明正的正弦波曲线。电能质量可以由电能的特征参数如4.1无功补偿与节能频率、电压偏差、电压不平衡、电压波动、谐波、间谐在电力传输过程中,有功功率和无功功率都会造波、电压暂降等参数描述。当然,良好的电能质量需要成功率损耗。与电网中的有功损耗相比,无功损耗要严谨的管理规范约束,只有有章可循,才能达到电能大得多。这是因为高压线路、变压器的等值电抗要比质量的综合治理。电阻大得多,并且变压器的励磁无功损耗也要比励磁目前,全国电压电流等级和频率标准化技术委员有功损耗更大。事实证明,电网最基本的无功电源远会SAC/TC1)受国家标准化管理委员会的委托制定远满足不了电网对无功的需求。因此,对电网进行无电能质量方面的标准截至到目前,已制定的电网电功补偿显得尤为必要。另外对电网采取适当的无功能质量国家标准如下补偿可以稳定受端及电网的电压,在长距离输电线路GB/T12325-2008电能质量供电电压偏差中选择合适的地点设置无功补偿装置,还可以改善电·GB/T12326-2008电能质量电压波动和闪变网性能,提高输电能力。在负荷侧合理配置无功补偿GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡装置,可以提高供用电系统的功率因数,减少功率损GB/T15945-2008电能质量电力系统频率偏耗因此电网中无功补偿的作用已得到普遍重视。上差海宝钢利用无功补偿技术在宝钢二原料变电站进行GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波了应用,项目实施后原料变电站每年可节省电能(该标准正在修订中)4282万千瓦时·GB/T18481-2001电能质量暂时过电压和瞬4.2谐波抑制与节能态过电压如果公用电网的谐波超标,不但会使接入该电网GB/T24337-2009电能质量公用电网间谐波的设备(电视机、计算机等)无法正常工作,甚至会造成故障,而且还会造成向公用电网的中性线注入更多求中国煤化工监测设备通用要电流,造成超载、发热,影响电力正常输送CNMHG补偿装置SV现谐波电流会造成变压器绕组发热进而影响其正场试验下转第22页)“电能质量标准化”专栏山国准201012引负荷波动对电力系统电压影响较小。所以,电气化铁路正常运行对电压暂降的影响很小。但在牵引变电所短路特别是首端短路时,电压暂降影响会增大,需要结合工程实践和电力部门一道进一步加强对电压暂降影响的研究。多3结语我国电气化铁路在国家的关怀和电力部门的长期支持下,从无到有,从小到大,取得了飞速的发展,目前已成为名符其实的世界电气化铁路大国,为我国国民经济发展特别在低碳经济及节约土地综合利用20000Tss2220kv总功军P(kv)0e07186a-230能源等方面发挥着越来越重要的作用。铁路和电力同为国家的重要基础设施,对于促进图10现场实测牵引变电所负序国民经济又好又快发展满足广大人民群众日益增长26电压波动与闪变的生活需求,负有共同的责任。随着电刚的不断发展电气化铁路牵引负荷引起的电压波动主要发生壮大,电网容量及供电能力不断增强同时铁路逐步在机车启动等过程中,由于铁路牵引负荷相对电力系推广采用交直交机车牵引对电网的谐波、功率因数统仍是一个较小的负荷,牵引电流在电力系统内产生等不利影响也大为改善,为满足电气化铁路供电能力的电压波动较小;同时,由于牵引负荷功率因数高(交与确保电网电能质量,提供了可靠的物质基础。铁路直交机车牵引时功率因数很高交直机车牵引时一般部门和电力部门应进一步加强沟通和协商,本着从国进行功率因数补偿使其达标),无功变化幅度较小,引家利益大局出发共同研究制定电气化铁路合理的供起的电压闪变很小。所以电气化铁路对电压波动与电方案和综合电能质量治理措施促进铁路和电力互闪变的影响较小。利双赢、和谐发展,共同为国民经济建设和提高人民2.7电压暂降生活水平作出更大的贡献。电气化铁路的负荷波动,主要是由牵引变电所供电的供电臂内的列车的数量及其运行状态变化引起作者简介的其负荷波动特性对电力系统而言比较平缓。加上景德炎教授级尚级工程师铁道部经济规划研究院(铁道部工程没计鉴定中心)电气化咨询部部长,全国电压电流等级和频率标准化技术铁路牵引负荷相对电力系统仍是一个较小的负荷牵委员会副主任,全国设备监理技术委员会轨道交通委员会主任委员(上接第9页·GB/T20298-2006静止无功补偿装置(SVC)功则等,从电能质量方面为节约能源提供技术支撑,为能特性促进我国国民经济可持续发展贡献力量电的特性标准化(报批稿)这些标准形成了相对完整的电能质量标准体系参考文献2010年4月,全国电压电流等级和频率标准化技术肖湘宁电能质量分析与控制.中国电力出版社委员会秘书处组团参加了IEC/TC8年会,加强了我210 agan RC etc Electrical Power Systems Quality [M).New York. MC国电能质量标准化专家与国际电工委员会的专家在(3)吴竞昌供电系统中国电力出版社电能质量技术和标准化方面的交流与沟通[4]汝方济提高电能质量与节能[C].电能质量国家标准宣贯及欧亚为了全面配合国家能源发展政策的实施,全国电电能质量尚峰论坛2009压电流等级和频率标准化技术委员会(SAC/TC1)将【5周個民李关定黄小勇丁扬无功补偿技术在上海宝钢某变电站在十二五期间主要研究公用电网电压暂降、暂升、短的应用[门].电气时代,2009,11时干扰等电能质量现象及控制技术与标准;有针对性中国煤化工地研究对电能质量较为敏感的工业负荷特点和运行李治,规律从供电侧用户端保证电网的安全:电能质量数频率HCNMHG全电压电流等级和风电标准化技术委员会据测量,电能质量经济性评佔导则,电能质量规划导秘书长长期从事能源技术装备和标准化管理工作