基于在線監測系統的電能質量問題研究

刁長玉

（國網天津武清公司分公司，天津300072）

1 概述

隨著經濟社會發展和人們生活水平的提高，用戶對于電能質量問題越來越關注，在電力企業，經常會遇到用戶電能質量投訴情況，在理想的電網系統中，電壓和電流呈現對稱狀態，三相交流正弦曲線平滑穩定，但是因為電網系統中很多負荷都是非線性、非對稱的，導致出現電壓偏差、諧波、閃變、電壓暫降等電能質量問題。電能質量問題一般可分為穩態和暫態兩大類，穩態電能質量問題主要包括諧波、間諧波、波形下陷以及噪聲等。其中諧波是衡量電能質量的重要指標之一。暫態電能質量問題主要有以下幾種形式：電壓驟升、驟降、電壓瞬變、電壓閃變、短時斷電等。

2 常用解決方法

解決電能質量問題有兩種方法，一種是預測并預防，另一種是事后補救。預測并預防方法是在系統設計階段考慮可能存在的電能質量問題，防止這種問題發生。事后補救方法是系統運行過程中，出現了問題，采取措施補救。隨著電力電子等技術快速發展，越來越多電力電子裝置用于改善電網電能質量，常見的有靜止調相機(STATCON)、固態電子轉換開關(SSTS),動態電壓恢復器(DVR),不間斷穩壓電源(UPS),有源濾波器(APF)等。隨著用戶對電能質量要求越來越高，在電力系統運行過程中，對電能質量問題的實時監測尤為重要，根據監測結果，及時采取治理措施。

3 常用監測方法及監測要求

目前國內外對電能質量的監測方式主要有3 種，包括專項測量、定期或不定期檢測、在線監測。專項測量主要用于有干擾源設備、負荷容量變化大的電網，定期或不定期檢測適用于不具備連續監測或不需要連續監測情況，在線監測主要對整個電網系統電能質量狀況進行全面監測。在線監測的相關電能指標包括供電電壓偏差、諧波、間諧波、閃變、電壓暫降、三相電壓不平衡度等，監測對象可針對重要變電站，無人值班變電站的公共配電點，大型干擾源如煉鋼廠，電氣化鐵路等。

4 天津電網電能質量在線監測系統

天津電網電能質量在線監測系統主要針對電網諧波、閃變、波動等問題進行監測，監測對象包括重要變電站、重要用戶、電氣化鐵路供電點、光伏接入點等，通過頁面展示分析，及時發現問題，重視需求，注重實際應用效果。

4.1 系統結構圖

電能質量在線監測系統的建設是基于現已建成的電網資產質量監督管理系統的技術架構和部署架構上進行開展工作，實現對供電電壓、電網頻率、諧波等指標的在線監測，及時反映電能質量水平。電能質量監測系統典型結構圖如圖1 所示。

圖1 電能質量監測系統典型結構圖

4.2 監測內容

天津電網電能質量在線監測系統可以實現對基波、諧波、三相不平衡、電壓閃變、電壓波動、頻率、間諧波、暫升/暫降、短時中斷、瞬態事件、定時錄波數據等指標的測量、分析和頁面顯示。本系統通過采集地市公司電能質量監測終端諧波數據，對天津全網諧波監測點分布、相關監測指標進行統計分析，同時，針對電氣化鐵路和換流站進行諧波專項分析，掌握相關基礎分布和臺帳信息、發射特性及其對電網的影響，為諧波干擾源管理分析提供有效的數據基礎和系統支撐。

4.3 系統具體功能

本系統通過采集地市公司電能質量監測終端數據，主要實現了電壓、電流監測數據的匯集、指標統計和展示，以及電氣化鐵路和換流站信息統計、專項分析和展示，包括綜合查詢、綜合展示、高級應用、指標分析、運行維護、系統管理、運行報告七大功能模塊，具體功能包括：a.綜合查詢：包括監測點指標評估、監測點統計、監測點事件總覽、國網指標數據的個維度查詢及展示。b.綜合展示：包括指標概覽、指標詳情和臺帳信息展示;c.高級應用：包括電鐵專項分析、新能源專項分析、電壓暫降專項分析、諧波源專項分析。d.指標分析：包括監測點參數及現狀概覽、穩態數據詳情、監測點指標匯總報表及報告。e.運行維護：包括監測點臺帳維護、終端臺帳查詢、運行狀態監測、遠程維護、短信管理、平臺算法說明。f.系統管理：包括角色管理、用戶管理、密碼修改、IP 白名單管理、系統參數配置、用戶登錄管理、終端安全配置。g.運行報告：提供系統運行周報及月報等信息的查看及下載。

例如通過綜合查詢和綜合展示頁面，可以顯示天津監測點當月和上月的在線率、完整率、穩態指標越限監測點數量和暫態事件數量信息，顯示如圖2 所示：

圖2 監測點在線率和完整率

圖3 監測點越限查詢

通過越限查詢界面，可以查詢指定監測點的指標越限情況，涉及指標包括頻率偏差、電壓偏差、電壓不平衡度、閃變、電壓總諧波畸變率、諧波電壓含有率、諧波電流有效值。如圖3 所示。

系統的暫態事件界面主要展示指定日期內發生的短時中斷、電壓暫降、電壓暫升的持續時間和事件次數匯總情況,以及相應的ITIC 曲線和SARFI 曲線界面。如圖4- 圖5 所示：

圖4 暫態事件

圖5 ITIC 曲線

系統的高級應用主要是針對電氣化鐵路、新能源、電壓暫降和諧波源做專項分析，如圖6 所示：

圖6 高級應用功能菜單

5 結論

通過電能質量在線監測系統，可以直觀看到電能質量各項指標現狀，以系統的監測結果為依據，分析電網運行中出現的電能質量問題，制定最合適的治理方案，保證治理效果和經濟性。