電力用戶諧波超標(biāo)精準(zhǔn)控制管理典型應(yīng)用

杜俊杰 梁俊偉

[摘 要] 主要介紹了研發(fā)諧波聯(lián)動(dòng)預(yù)警及控制裝置的科技創(chuàng)新和應(yīng)用，突破電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)控制瓶頸的束縛，實(shí)現(xiàn)諧波源用戶諧波超標(biāo)精準(zhǔn)控制。

[關(guān)鍵詞] 諧波；精準(zhǔn)控制；電力用戶

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 07. 038

[中圖分類號(hào)] F273 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2019）07- 0097- 02

1 問(wèn)題分析

國(guó)網(wǎng)邢臺(tái)供電分公司所轄變電站相繼發(fā)生多起設(shè)備故障和異常情況：例如，110 kV王快站（以下簡(jiǎn)稱王快站）10 kV系統(tǒng)下轄大量非線性工業(yè)用戶，導(dǎo)致王快站10 kV母線諧波總畸變率達(dá)到了7.45%，超出過(guò)國(guó)標(biāo)86%，連續(xù)兩次造成站內(nèi)10 kV母線PT爆炸，電容器組長(zhǎng)期無(wú)法正常投運(yùn)。

國(guó)網(wǎng)公司“誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”政策執(zhí)行難度大，執(zhí)行效率較低，諧波源用戶對(duì)諧波污染治理主動(dòng)性差，致使電網(wǎng)諧波污染日益加劇，供電部門面臨用戶對(duì)電能質(zhì)量投訴的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，目前，因?yàn)閲?guó)內(nèi)外供電企業(yè)對(duì)諧波超標(biāo)用戶還沒(méi)有有效的技術(shù)管控手段，導(dǎo)致國(guó)網(wǎng)公司制定的“誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”政策落實(shí)難度大，執(zhí)行效率較低，諧波源用戶對(duì)諧波污染治理主動(dòng)性差，電網(wǎng)諧波污染日益加劇，供電部門面臨用戶對(duì)電能質(zhì)量投訴的數(shù)量越來(lái)越多。

依靠研發(fā)諧波聯(lián)動(dòng)預(yù)警及控制裝置科技創(chuàng)新和應(yīng)用，突破電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)控制瓶頸的束縛，實(shí)現(xiàn)諧波源用戶諧波超標(biāo)精準(zhǔn)控制，對(duì)充分激發(fā)諧波源用戶主動(dòng)治理諧波的積極性，完善電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理體系，填補(bǔ)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理空白，提高電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到事半功倍效果。

2 技術(shù)方案

通過(guò)諧波聯(lián)動(dòng)預(yù)警及控制裝置的研究，制定相關(guān)通訊、聯(lián)絡(luò)協(xié)議，提高設(shè)備計(jì)算精度，深入研究諧波超標(biāo)聯(lián)動(dòng)預(yù)警機(jī)制及線路跳閘策略，完成定值校核與誤動(dòng)保護(hù)測(cè)試等關(guān)鍵技術(shù)。

以確保電網(wǎng)公共連接點(diǎn)（PCC點(diǎn)）諧波指標(biāo)不超標(biāo)為目標(biāo)，通過(guò)研發(fā)的系統(tǒng)及裝置實(shí)時(shí)在線統(tǒng)計(jì)、分析、判斷，實(shí)現(xiàn)諧波超標(biāo)的諧波源用戶超標(biāo)量值由高到低、分階強(qiáng)制斷電，實(shí)現(xiàn)諧波超標(biāo)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與控制，達(dá)到保護(hù)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的。

2.1 用戶端諧波監(jiān)控裝置

用戶監(jiān)控裝置（DEWCS-U單元）是獨(dú)立的控制個(gè)體，它能根據(jù)當(dāng)前監(jiān)測(cè)線路的實(shí)際運(yùn)行周期情況自我判斷諧波電壓和諧波電流是否越限，諧波越限用戶若連續(xù)兩個(gè)采樣周期（2小時(shí)）仍未采取有效減少諧波越限治理措施的，監(jiān)控裝置強(qiáng)制斷電。

2.2 變電站出線諧波監(jiān)控裝置

出線監(jiān)控裝置（DEWCS-M單元），是用戶側(cè)和母線端設(shè)備的神經(jīng)節(jié)點(diǎn)，對(duì)出線24小時(shí)周期的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)某項(xiàng)95%統(tǒng)計(jì)值超出定值時(shí)，判斷當(dāng)前出線的該項(xiàng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否超標(biāo)，如果超標(biāo)則跳開開關(guān)強(qiáng)制斷電。

2.3 母線諧波監(jiān)控裝置

母線監(jiān)控裝置（DEWCS-C單元），是其所轄用戶線路的管理中樞，根據(jù)每臺(tái)出線裝上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總分析，當(dāng)母線監(jiān)控裝置所測(cè)母線電壓總畸變率和某次諧波電流超標(biāo)時(shí)，母線監(jiān)控裝置根據(jù)各出線監(jiān)控裝置上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并以對(duì)母線數(shù)據(jù)的影響按大小進(jìn)行排序，然后執(zhí)行以下邏輯：如果當(dāng)前影響最大的出線監(jiān)控裝置也超標(biāo)，則對(duì)該出線監(jiān)控裝置發(fā)出跳閘指令，將用戶線路斷電。在設(shè)定的延時(shí)后，剩余出線監(jiān)控裝置繼續(xù)遵循以上邏輯進(jìn)行處理。依此類推，直至母線諧波不再超標(biāo)后終止斷電處理邏輯。

3 工程情況

110 kV王快站運(yùn)行主變2臺(tái)。110 kV母線并列運(yùn)行，10 kV母線分列運(yùn)行。10 kV系統(tǒng)為軋輥、中頻爐、單晶硅、變頻等非線性負(fù)荷。

為保證110 kV王快站10 kV系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，決定對(duì)工業(yè)Ⅰ線、工業(yè)Ⅱ線、曙光Ⅰ線、曙光Ⅱ線、晶龍Ⅰ線、晶龍Ⅱ線、晶藥線、江四線等八條線路加裝電網(wǎng)諧波超標(biāo)聯(lián)動(dòng)預(yù)警與控制系統(tǒng)（Dynamic Early Warning and Control System，DEWCS），投入跳閘。

3.1 系統(tǒng)組成

110 kV王快變電站諧波超標(biāo)聯(lián)動(dòng)預(yù)警與控制系統(tǒng)（DEWCS）應(yīng)用工程由2臺(tái)母線監(jiān)控裝置、多臺(tái)出線監(jiān)控裝置和多臺(tái)用戶端監(jiān)控裝置組成。

3.2 管理措施

國(guó)網(wǎng)邢臺(tái)公司運(yùn)檢部組織發(fā)展發(fā)策部、營(yíng)銷部、調(diào)控中心、變電檢修室、變電運(yùn)維室、計(jì)量室、營(yíng)業(yè)及電費(fèi)室、輸變電工程公司、邢臺(tái)縣供電公司及王快站10 kV專線用戶等相關(guān)人員，召開“110 kV王快站恢復(fù)正常供電協(xié)調(diào)會(huì)”。

確定了邢臺(tái)供電分公司發(fā)策部、營(yíng)銷部、邢臺(tái)縣供電公司嚴(yán)格規(guī)范王快站的新增電力用戶管理，新增和在運(yùn)非線性用戶加裝出線監(jiān)控和用戶監(jiān)控裝置。邢臺(tái)縣供電公司對(duì)王快站供電區(qū)內(nèi)所有非線性電力用戶開展諧波專項(xiàng)檢查測(cè)試工作，所有測(cè)試諧波超標(biāo)的用戶必須自行完成治理，提交驗(yàn)收申請(qǐng)。驗(yàn)收合格，納入正常運(yùn)行監(jiān)管，對(duì)諧波驗(yàn)收不合格的用戶，重新督導(dǎo)治理直至驗(yàn)收合格。諧波定值由公司電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)站下達(dá)，變電檢修室負(fù)責(zé)裝置管理和整定，王快站內(nèi)跳閘壓板由變電運(yùn)維室根據(jù)諧波監(jiān)控整定通知單要求投退。所有諧波源用戶在送電投運(yùn)前，重新簽訂增補(bǔ)諧波違約條款供用電合同。

4 應(yīng)用效果

4.1 110 kV王快站試點(diǎn)應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)邢臺(tái)公司以110 kV王快站進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，現(xiàn)以邢臺(tái)曙光軋輥公司0559曙光I線和王快站10 kV 2號(hào)母線為參考點(diǎn)，所有裝置限值均按供電部門下達(dá)的諧波定值通知單整定。以下為工程實(shí)施前后的諧波數(shù)據(jù)變化對(duì)比分析。

4.1.1 用戶側(cè)治理效果

曙光10 kV站安裝諧波聯(lián)動(dòng)預(yù)警及控制裝置DEWCS-U后，實(shí)測(cè)諧波電壓總畸變率和3次諧波電壓的95%值均超標(biāo)，諧波電流3次、5次、7次、11次和17次諧波95%值超標(biāo)嚴(yán)重。越限告警頻發(fā)，有四次跳閘告警及跳閘壓板動(dòng)作記錄。前三次跳閘報(bào)警后該廠積極處理沒(méi)有引起開關(guān)跳閘，10日16時(shí)跳閘報(bào)警因沒(méi)有及時(shí)處理，導(dǎo)致0559曙光I線跳閘。曙光軋輥有限公司主動(dòng)安裝了一套諧波治理裝置，表1是曙光站治理前后及王快站部分諧波源用戶加裝諧波聯(lián)動(dòng)預(yù)警及控制裝置前后10kV 2號(hào)母線諧波的對(duì)比數(shù)據(jù)。

在諧波聯(lián)動(dòng)預(yù)警及控制裝置投入后，用戶主動(dòng)開展諧波治理。經(jīng)過(guò)治理，該用戶各次諧波電流均未超標(biāo)。王快站10 kV系統(tǒng)電能質(zhì)量明顯提高，滿足國(guó)標(biāo)要求。至今未出現(xiàn)諧波越限事件。

4.2 邢臺(tái)地區(qū)應(yīng)用效果分析

通過(guò)開展電網(wǎng)諧波超標(biāo)精準(zhǔn)管控管理創(chuàng)新工作，電網(wǎng)供電能力和電能質(zhì)量明顯提高，電力供應(yīng)更加安全經(jīng)濟(jì)可靠。

一是提高了諧波源用戶諧波治理主動(dòng)意識(shí)，實(shí)現(xiàn)由被動(dòng)處罰向主動(dòng)參與電網(wǎng)諧波治理轉(zhuǎn)變，由于用戶諧波實(shí)現(xiàn)了就地吸收消化，大大降低了注入電網(wǎng)諧波量，不僅降低了電網(wǎng)線損和用戶本身用電損耗，而且提高了變電設(shè)備容量利用率和功率因數(shù)，由于生產(chǎn)成本降低，增強(qiáng)了企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)測(cè)算，諧波源用戶諧波治理資金投入正常生產(chǎn)4年后的節(jié)電效益即可收回成本。

二是國(guó)家電網(wǎng)僅僅通過(guò)技術(shù)和管理創(chuàng)新以及少量資金投入，就達(dá)到了降低電網(wǎng)諧波污染水平和電網(wǎng)損耗目的，提升了供電能力和供電品質(zhì)。由于損耗下降，從而提高了電力一次能源利用水平，降低了發(fā)電企業(yè)污染物排放量，促進(jìn)了天更藍(lán)、生活環(huán)境更宜居的生態(tài)文明建設(shè)。

以110 kV王快站故障損失為例計(jì)算，事故直接經(jīng)濟(jì)設(shè)備損失154萬(wàn)元，停電損失216萬(wàn)元，共計(jì)370萬(wàn)元。諧波超標(biāo)精準(zhǔn)管控項(xiàng)目實(shí)施資金投入60萬(wàn)，在未考慮110 kV王快站系統(tǒng)年度降損效益因素下，資金利用效率達(dá)6.2倍以上。以此類推，該成果已在邢臺(tái)供電28座站（包括王快試點(diǎn)變電站）共計(jì)56個(gè)諧波源用戶得到應(yīng)用，避免電網(wǎng)直接經(jīng)濟(jì)損失約9 990萬(wàn)元。

主要參考文獻(xiàn)

[1]肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制[M].北京：中國(guó)電力出版社.2004：12-15.

[2]徐永海.電力市場(chǎng)環(huán)境下的電能質(zhì)量問(wèn)題[J].電力技術(shù)2004，28（22）.