智能电网电能质量分析与控制

智能电网电能质量分析与控制参考书目电能质量分析与控制肖湘宁电能质量概论程浩忠课程特点理论与实际相结合不是单一课程可以讲，所有的电力系统故障都与电能质量问题有关监测是基础仿真是手段治理设备是重点本课程讲授的主要内容传统电能质量问题现代电能质量问题电能质量综合评估电能质量综合治理电能质量检测仪器及电能质量监测网电能质量分析软件电能质量数据处理第一章电能质量概论第一节概述电能是一种由电力部门向用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊商品。起初，人们把电力系统运行中电压和频率偏离标称值的多少作为检验电能质量的主要指标。之后，新型电气设备的应用会向电力系统注入各种电磁干扰，对系统和设备的安全运行造成影响。因此，人们意识到电力部门只要将电能“如数”的传送到电力用户，并保证一定的供电连续性即可满足需求的想法是不完善的。提出了现代电能质量问题最终要形成全面的电能质量监督管理体系。一、供电系统运行与电能质量的关系1、理想供电系统运行的基本特性：单一恒定的电网标称频率、规定的若干电压等级和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电，并保证这些参数不受用电负荷的影响始终保持三相交流电压和负荷电流的平衡，用电设备汲取电能应保证最大传输效率，且各负荷之间互不干扰。电能供应充足，即向电力用户的供电不中断，始终保证电气设备的正常工作与运转，并且每时每刻系统中的功率供需是平衡的。因此得到了供电系统电能质量的基本要求：电压合格、频率合格、连续供电。电压合格频率合格连续供电2、电能质量的特征电力系统的电能质量始终处在动态变化中；电力系统是一个整体，其电能质量状况相互影响；电能质量扰动具有潜在危害性和广泛传播性；有些情况下用户是保证电能质量的主体部分对电力系统的电能质量指标进行综合评估非常困难；控制和管理电力系统电能质量是一项系统工程。二、当代电力系统对电能质量的要求1、电网与负荷构成的变化主要表现为：电力系统扩张与联网逐渐形成，系统运行的安全稳定性和可靠性要求不断提高；打破原有自然垄断，引进竞争机制，实施市场化运营，强化环境意识与提高信息管理水平已势在必行；与计算机技术、通讯技术结合紧密，采用高新技术以提高电力传输能力和实现配电自动化的趋势方兴未艾。（TCSC、FACTS、HVDC、cus－pow）电力用户为满足其对产品的个性化、多样性生产的需求，从最大经济利益出发，在大功率冲击性、非线性负荷容量迅速增长的同时，更大规模地采用科技含量高的器件、设备与技术。越来越多的电力用户采用了微电子技术、计算机技术、电力电子技术、数字控制的自动化生产线等，大批新兴产业迅速崛起。所以，改变电能质量是一项系统工程。2、长期以来，人们习惯把电能质量＝供电可靠性。传统负荷对短时间的电压变化基本没反映，只在供电中断时才不能正常工作。因此，只用指标RS－1来评价3、负荷敏感度负荷敏感度：负荷对电能质量问题的敏感程度。某半导体厂：从未发生停电，但一次几十毫秒的电压暂将就会造成生产线工作紊乱，产品报废。新型用电设备：变频装置、大容量并联电容器补偿装置，以及非线性、冲击性和波动性负荷。4、进入电力市场后电力企业间竞争加强用户增加电能质量意识电力改革的实施方案和现状由于种种原因的推动，电力体制改革终于在2002年底正式实施。1)实行厂网分开将国家电力公司管理的资产按照发电和电网两类业务划分，并分别进行资产、财务和人员的重组。属地方政府和其它部门管理的电力企业，也要实行厂网分开。以小水电自发自供为主的供电区，要加强电网建设，适时实行厂网分开。2)重组国家电力公司管理的发电资产，按照建立现代企业制度要求组建若干独立的发电企业。通过重组形成五大全国性发电企业，由国务院授权经营，分别在国家计划中实行单列。发电资产重组综合了考虑电厂的资产质量和所在地域条件等，进行合理组合。每个发电企业在各电力市场中的份额原则上不超过20%。中国华能集团中国大唐集团中国华电集团中国国电集团中国电力投资集团3)重组电网资产，建立国家电网公司和南方电网公司由国务院授权国家电网公司，作为原国家电力公司管理的电网资产出资人代表。国家电网公司按照国有独资形式设置，在国家计划中实行单列。设立华北（含山东）、东北（含内蒙古东部）、西北、华东（含福建）、华中（含重庆、四川）电网公司。这些区域电网公司的经营范围内，原国家电力公司资产比重较大，其组建工作由国家电网公司负责，各地方以所拥有的电网尽资产比例为基础参股，组建区域电网有限责任公司或股份有限公司。西藏电力企业由国家电网公司代管。设立南方电网公司。其经营范围为云南、贵州、广西、广东和海南。在国家计划中单列。区域电网公司按现代企业制度设立，将区域内的现省级电力公司改组为分公司或子公司，负责经营当地相应的输配电业务。区域电网公司可以拥有抽水蓄能电厂或少数应急、调峰电厂。个别暂时未纳入重组后发电企业的电厂，可由区域电网公司代管。4）建立电力调度交易中心在区域电网公司经营范围内，根据各地电网结构、负荷分布特点及地区电价水平的集体情况，设置一个或数个电力调度交易中心，由区域电网公司负责管理。电力调度交易中心之间实行市场开放。（华东和华中的模拟电力市场）5）国务院下设国家电力监管委员会该机构为国务院直属事业单位，按国家授权履行电力监管职责。电力监管委员会按照垂直管理体系设置，向区域电网公司电力调度交易中心派驻代表机构。其主要职责为：制定电力市场运行规则，监管市场运行，维护公平竞争；处理电力市场纠纷；负责监督社会普遍服务政策的实施。根据市场情况向政府价格主管部门提出调整电价建议；监督检查电力企业生产质量标准，颁布和管理电力业务许可证。6)完善电力体制改革的配套措施。适时制定和修改有关电力和电价的法律、法规和其它相关的行政法规。转变政府职能，充分发挥市场配置资源的基础性作用，改善政府宏观调控，改革电力项目审批办法，加强电力市场监管，在国家中长期规划指导下，做好电力建设项目的前期准备公司。进一步充实和完善中国电力企业联合会的自律、协调、监督、服务功能，充分发挥其在政府、社会、电力企业之间的桥梁、纽带作用。5、处理电力争端配电系统电容器投切电力系统短路误动作6、智能电网和微电网技术智能电网和微电网对电能质量有什么影响？研究背景智能电网的研究工作起源于美国，随后部分其他国家认可了其观点，目标是在2020年或更远的将来实现智能电网。美国能源部（DOE）及电网智能化联盟主导的GridWise项目和EPRI发起的Intelligrid项目。欧洲于2005年成立了欧洲智能电网论坛，发表了《欧洲未来电网的远景和策略》、《战略性研究议程》、《欧洲未来电网发展策略》3份报告，全面阐述了智能电网的发展理念和思路，以指导欧洲智能电网的建设。世界著名的IBM、Google、Intel等信息产业龙头纷纷进军智能电网领域驱动力•电力需求的增长与日益老化的电网框架之间的矛盾。•运行成本控制与相应监管政策的不确定性的矛盾•环境压力不可再生能源的过度开采和利用，造成生态环境破坏和能源枯竭•信息化、数字化等新技术的驱动美•欧洲各国的能源政策更加强调对环境的保护和可再生能源发展，尤其是鼓励风能、太阳能和生物质能等可再生能源发展•欧盟和相关国家的政策鼓励和支持，提倡低碳发电、可再生能源电力和高效的能源利用方式，用以减小碳化物的排放，保护环境•现代新技术的驱动欧安全、可靠、价格合理的电力供应是国家繁荣、安全的重要保证转向了更加高效、灵活、环保、且有利于跨欧电力市场建设等需求未来配电网的承担配电的概念向外扩展：未来智能电网将根据用户对电能质量、安全性和可靠性的需求供电，电网的扩建、维修和运行都是灵活、优化和规划性的，具有灵活的需求侧管理和用户驱动的增值服务市场，协调当地能源管理以及分布式发电、可再生能源同大规模集中发电的完全整合。主动配电网智能电网具有：5个很重要的电网技术发展——大容量电力储能技术、电能质量控制技术、潮流灵活控制技术、高度的信息集成技术和智能调度技术的发展。主动配电网的功能是将电源和用户需求有效连接起来，允许双方共同决定如何最好地实时运行，要达到这一要求，控制水平要远高于目前配电网的水平，这包括：潮流优化，电压控制和保护技术，以及比目前配电网拥有更多的传感器和自动装置。微电网的定义及国内外的发展状况微电网是未来电力系统的一种结构，可作为输电网、配电网之后的第三级电网，微电网与大型电网结合有明显的优点：1.使各种分布式发电设备的能力得到充分的利用，减小主干电网在负荷峰值期的负担；2.增强供电可靠性并提高系统稳定性。特别是近年各种极端气候出现机率变大，我国的各种冰灾事故频繁发生，如南方地区刚刚发生的大范围长时间暴雪天气，致使电网严重受损，长时间、大面积的停电给国家带来了巨大的经济损失，对人民生活也造成了极大的不便。对某些特殊负荷可以保障非常时期的供电，提高外部大电网的安全性；3.提高整个电网的运行效率，同时也减小对环境的污染；4.实现更佳无功功率控制，减小谐波污染提高电能质量，为用户提供“定制电力技术”服务。微电网的定义美国能源部：微电网由分布式能源和电力负荷构成，可以工作在并网与独立两种模式下，具有高度的可靠性和稳定性。美国电气可靠性技术协会（CERTS）：微电网是一种由负荷和微型电源共同组成系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等要求。美国威斯康辛大学的R.H.Lasseter教授：微电网是一个由负载和微型电源组成的独立可控系统，就地提供电能和热能。欧盟科技框架计划（FrameworkProgram,FP）：利用一次能源，使用微型电源，并可冷、热、电三联供；配有储能装置，使用电力电子装置进行能量调节，可在并网和独立两种方式下运行。微电网的特点灵活性：微电网是由微型电源及负荷构成的小型电力系统，与大系统的主要区别在于其灵活的可调度性；多样性：微型电源的组成多种多样，既有传统电源，又有可再生能源。同时，微电网中也包含储能设备，作为系统稳定运行的必要条件；而负荷的类型也有很多，如敏感型、非敏感型，可控型、非可控型等；可控性：根据运行工况的不同，微电网可以选择不同的运行方式，完善的控制策略使得微电网的可靠性得到提高，安全性得到保障；交互性：作为具备独立发电设备的微电网可以在必要时对主网提供有力支撑；同时主网也可以向微电网提供电能；独立性：微电网在一定条件下可以独立运行，在一定基础上保障了本地的用电需求。传统电网到智能电网的演变未来能源支撑－智能电网电能质量在智能电网和微电网技术中的应用十分广泛，不可缺少！三、改善电能质量的意义电能质量的优劣已成为电力系统运行与管理水平高低的重要指标控制和改善电能质量也是保证电力系统自身可持续发展的必要条件关系到电气环境工程保护第二节电能质量的概念、定义、分类一、电能质量术语电能质量：powerquality或voltagequality电压波动或晃电二、基本概念与定义从普遍意义上讲：电能质量是指优质供电。电力部门：电压、频率合格率和连续供电年小时数。电力用户：是否向设备提供电力设备生产者：电源特性应完全满足电气设备的正常工作需求。从工程角度出发电压质量：实际电压与理想电压的偏差电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压畸变、电压波动和闪变、电压暂降（升）与中断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压电流质量：用户汲取的电流时单一频率的正弦波，且与供电电压同相位。电流谐波、间谐波或次谐波，电流相位超前或滞后。供电质量技术含义：电压质量和可靠性非技术含量：服务质量用电质量技术含义：用电质量非技术含义：用户是否按时、如数交电费迄今为止电能质量定义定义一：合格的电能质量是指，提供给敏感设备的电力和为其设置的接地系统均适合于设备正常工作。定义二：造成用电设备故障或误动作的任何电力问题都是电能质量问题