清华大学科技成果——城市电网电能质量综合治理

电能质量综合治理系统仿真分析作者：张鹏飞来源：《科技风》2017年第10期摘要：随着现代科学技术的快速发展，非线性负荷的应用引起的谐波电压、谐波电流和电磁干扰电能质量迅速恶化。

基于这一背景，本文针对配电网电能质量谐波治理使用Matlab软件进行仿真分析。

关键词：Matlab软件；谐波治理；仿真模型1 仿真模型的建立根据电能质量综合治理系统方案，可以在Matlab中搭建其仿真模型，根据某工厂的谐波实测数据，在软件中利用理想谐波源来模拟系统中的谐波情况，负载分为感应负载与可变负载；有源电力滤波器采用并联型结构，其补偿电流通过滤波电感以及耦合变压器之后注入到电网。

为了模拟配电网中常见的冲击性负荷，将低压侧接感性负载与可变负载，且为了方便在某一时刻投入负载，将断路器与可变负载相连。

本文在Matlab/sinmulink仿真平台中搭建了一套工业配电网电能质量综合治理系统的仿真模并，如图1所示：锁相环的主要目的是用于频率和相位的控制，输入到控制系统中，以保持输出电流与电网电压同相，在MATLAB中建立了锁相环。

2 投入冲击性负荷时无功补偿效果为了更好地模拟负载突变，本文设置了两种不同类型的负载，分别为感应负载和可变负载。

采用这两种负载模拟工业配电网中负荷状况，并对该系统进行综合治理，验证了不同负荷下的无功补偿效果。

2.1 只投一组感性负载系统仿真时间为0.1s，在0.04s时投入有源电力滤波器后的系统网侧电压、电流、功率因数、无功及有功功率很明显出现极短时间内电流波形与电压波形实现了同相位，功率因数基本为1。

可以得知工业配电网高压侧的无功得到了很好的补偿，功率因数由0.88达到了补偿后的0.99以上。

分析结果表明，有源电力滤波器对工业配电网中的无功功率具有良好的动态补偿性能。

假设投入两组负载时，在0.04s时刻投入有源电力滤波器的无功补偿波形与电压波形实现了同相位。

类似于第一组负载下的补偿结果，在第二组负载运行时，该配电网系统的无功功率也达到了良好的补偿效果。

第十二卷　第三期 安徽电气工程职业技术学院学报 2007年9月Vo.l12,N o.3 J OURNAL OF AN HU I ELECTRI CAL ENG I NEERI NG PROFESS I ONAL TECHN I Q UE COLLEGE Sep te mber2007节能及电能质量综合治理装置的研制李淮海1,王　跃2*(1.淮北供电公司,安徽　淮北　235000;2.西安交通大学,陕西　西安　710049)摘　要:晶闸管控制电抗器(TCR)型静止无功补偿装置(SVC)被普遍应用于电力系统中,其具有反应时间快,分相、连续调节无功、节能等优点,但其本身也是一个谐波电流源。

本文提出了高压混合型电力滤波器(TCR+FC+APF)的拓扑结构,在国内是首次采用。

它创新地改进了传统的TCR型SVC补偿系统,不仅能够连续补偿系统无功功率、不平衡等问题,还能滤除由TCR本身与负载产生的谐波电流,提高系统的功率因数,减少系统的线损,提高变压器的出力,改善电能质量,同时也彻底避免了电容器与系统发生谐振的可能。

装置投入运行后,大大减少了电容器开关动作次数。

仿真、实验及挂网结果都表明该电能质量综合治理装置能够很好地解决变电站的无功补偿与谐波治理问题,达到节能目的。

本文研究成果经国家电网公司评审作为第一批科技成果在全国范围内推广。

关键词:晶闸管控制电抗器;静止无功补偿器;无功功率;谐波;有源电力滤波器;节能;电能质量中图分类号:　T M761.1 文献标识码:　A 文章编号:1672-9706(2007)03-0001-07The D eve lopm ent of Energy-saving and Pow er Qualit y C o m prehensive Treat m ent D ev iceLI Hua i-hai1,WANG Yue2(1.Huai bei E l ectric Po wer Co m pany,Huaibei235000,China;2.X ian J iaoto ng University,X ian710049,Chi na)Abstract:TCR type SVC is generall y used in po we r syst e m w ith fast reacti o n,individual phase,continuous reactive po wer regu l a tion,ener gy-saving,but it is a har m onic current source.This passage pr oduces TCR+ FC+APF topo l o gy str uctur e w hich is first used i n Chi n a,and i m pr oves general SVC co m pensation syste m.It no t onl y solves t h e reactive po we r co mpensation and blance,but also filte rs har m onic curr en t produced by itself and load.By this m ethod it can incr ease po wer factor,tr ans m ission capacity and the po w er output of transfo r m e r,cut back on li n e l o ss,i m prove power qua lity.A t the sa m e ti m e it avo i d s capacit o r resonati n g w ith sy ste m t h o r oughly.W hen the device r uns,it has consu m ed l y decr eased nu m be r o f s w itching operations.Si m ula tion,experi m ent and t h ree years current practice all sho w t h at t h e dev ice can so l v e substation reactive po w er co mpensation and har m onic rec l a m ation nicely in order t o save ener gy.The research has been eva l u ated by Sta t e G rid,and app licated in all t h e country as the first scientific payoffs.K ey words:TCR;SVC;r eacti v e po w er;har m on ic;active po w er filter;ene r gy-saving;po w er quality 0　引言随着全球高新技术的发展,电力电子技术得到了更为广泛的应用。

一种针对冲击性负载的电能质量综合治理方案摘要：提高生产作业效率的一条有效途径是引入自动化设备和建造自动化生产线。

当前我国正处于经济高速发展的阶段，引用电力自动化设备替代简单的人工操作这是大趋势。

逆变器、点焊机、热熔炉和港口起重门机等电力自动化设备的引入可以提高生产作业效率，但是这些电力设备对公用电网的危害和对其他设备的干扰不容忽视，可以通过合理改造布线，选择适合的电能质量治理设备来治理谐波、补偿无功、解决三相不平衡和电压闪变等电网电能质量问题。

本文主要以点焊机冲击性负载为例，阐述冲击性快速变化负载场合的电能质量综合治理方案，并进行了实际现场应用，效果明显，得到了客户的高度认可。

关键词：冲击性负载；点焊机；电能质量综合治理An application of a power quality comprehensive treatment schemein the case of impact loadHONG Wendie 1 , ZHAO Jun 1,YU Rongjun 2(1、SHUEN CO.,LTD Shanghai 201614,China ;2、ANDELIDL CO.,LTDShanghai 201801,China)Abstract: An effective way to improve production efficiency is to introduce automation equipment and build automatic production line.China is in the period of rapid economic growth. Introducing the electrical automation equipment instead of the simple manual work is a big trend.The introduction of electrical automation equipment such as inverter, spot welding machine, hot melting furnace and port liftingmachine can greatly improve the production efficiency, but the harm to the public power grid and the interference to other equipment from these electrical equipment can also not be ignored.Based on this situation, the power quality problems of power grid such as harmonic, reactive power compensation, three-phase imbalance and voltage flicker can be solved through reasonable wiring transformation and selection of suitable power quality control equipment.This article mainly takes the impact load of spot welding machine as an example, expounds the comprehensive treatment scheme of power quality under the situation of rapidly changing impact load, and carries out the practical application, the effect is obvious, and has been highly recognized by customers.Key words: impact rectified load ；spot welding machine ；power quality comprehensive1引言随着我国经济快速发展，电力电子技术也得到了飞速发展，人们对用电需求增多，使得大量的非线性冲击负荷用于公用电网中，如港口码头的起重门机、冶炼行业的电弧炉和热熔焊接的点焊机等，这些设备的工作特点是工作周期短、投入切出频繁、功率变化剧烈，工作中会对电网产生有功和无功冲击、谐波污染、单相冲击设备很容易出现三相不平衡等问题，降低供电质量，影响用电安全性和可靠性。

科技成果——中央节能保护装置适用范围适用于各类政务中心、医院、学校、酒店等建筑。

技术原理中央节能保护装置是从电能质量改善和提高入手，采用移植创新法与整合创新法，将微磁场电工、电磁平衡、电感与电抗交互作用“三大原理”相融合，综合运用治理电能污染、提高功率因数、智能促进三相平衡、智能清洁电网、智能无功补偿、智能电磁储能、智能调流调压、远程监测和管理节能“九合”技术，从而研制成功的全面性、深刻性、原始创新性的集中节能与集中保护产品。

技术参数适用频率：50Hz或60Hz；抗震等级：<6级；安装位置：非阳光直射，非雨淋，最好安装在室内；电压范围：低压型200-480V，高压型6-35kV；空载输出电压偏差：±5%；空载输出电流偏差：<0.3%；空载损耗：<0.7%；负载损耗：<2%。

技术效果节能效果：本节能技术目前己在国内近100家企事业单位使用，在公共机构领域，如医疗医院、网吧等进行了节能保护技术改造，节电率在12.6%-25.67%：在工业企业，如电子制造业、纺织业、机械制造业、玩具制造业等进行了节能技术改造，节电率在8.48%-15.28%：在通信基站进行了节能保护技术改造，节电率在7.84%-26.49%，均取得了良好的经济效益及社会效益。

测试方法：采用“四相同”验收法，即相同时间、相同环境、相同负荷、相同负载，与用户共同观察记录电表数据相结合，以实载方法验收。

同类产品比较：高效节能、高效保护；全面节能、全面保护；远程监测管理节能；高安全性高可靠性；改善电能品质、延长设备寿命；安装简单、使用习惯不变。

典型案例项目名称：广西南宁第二人民医院5号1250kVA变压器配电系统中央节能保护技改项目项目规模：广西南宁第二人民医院5号1250KVA变压器配电系统及其设备系统本主要用电设备有：喷淋泵（77.2kW）、消防泵（75kW）、空气源热泵及中央空调热水机组（214kW）、医院电梯（100kW）、自动扶梯（60kW）、电热水器（104kW）、消防炮（24.2kW）、生活水泵（35.3kW）、天面消防风机（32kW）、热泵热水机组（46.7kW）、景观照明（50kW）、弱电机组（40kW）、制氧机（120kW）、应急照明（107kW）、供应科用电（300kW）。

电能质量治理的措施分析及应用刘维城摘㊀要：在很多工业生产企业中，对电能质量要求较高，尤其是高新技术企业和精密加工类企业，如果电能质量不合格，则会导致其生产出的产品为废品，故加强供电系统中的电能质量治理具有较强的必要性㊂文章详细分析了电能质量治理措施，并介绍了电能质量治理措施的相关应用情况㊂关键词：电能质量；治理；措施一㊁引言在现代企业的生产制造中，自动化生产的程度逐步提高，很多生产线都采用了精密仪器和控制设备㊂如果在供电过程中出现了电压暂降或者频率偏差较大的情况，则会对生产制造企业带来严重的损失，故应采取必要的措施加强电能质量的治理，使得电能质量在合格的范围内，文章详细对电能质量的治理措施进行了介绍㊂二㊁电能质量治理先进制造业的半导体芯片行业中，用于制造芯片的各种高精尖的自动化设备对于供电的质量非常敏感，几个周波的电压暂降都将影响这些设备的正常工作以及产品的良率，如果情况较为严重的话，还会导致所生产出来的产品报废，从而带来较大的损失㊂在半导体生产企业中，对供电企业的谐波要求较高，需要给这种类型的生产企业提高谐波含量低的电力供应㊂电能质量的评判指标主要包括电压㊁频率和波形，如果上述几项指标出现了问题，则需要采取一定的措施对电能质量进行治理，以保证合格的电能质量㊂现有的电能质量治理控制系统主要是电压串联补偿器㊁有源电力滤波器㊁静止无功补偿器等，虽然这些电能质量治理措施已经得到了普及，但这些治理措施也存在着相应的不足之处，如只能分散式进行电能质量治理，不能集中综合治理连续性生产的大型先进制造业工厂的电压暂降㊁谐波㊁三相不平衡㊁无功补偿的问题㊂故在电能质量的治理问题方面，也应积极采用的新的电能质量治理技术，提高电能质量的治理效果㊂三㊁电能质量治理的措施分析对于电能质量治理的措施，以下分别对电压㊁频率和波形等方面进行介绍㊂对于电压质量的治理，一般可以采取无功补偿装置和电抗器㊂当电压偏高时，则说明系统中的无功功率较为充裕，此时可以投入电抗器，吸收一部分无功功率，使得电压恢复到正常水平㊂当电压过低时，说明系统中的无功功率不足，需要投入无功补偿装置，发出一定的容性无功，提高系统的电压水平㊂对于无功补偿容量的选择问题，应考虑到系统中的负荷情况㊁有功功率情况㊁用电特性等，合理在电网中的节点配置合理容量的无功补偿装置㊂当系统中的频率不在合格的范围内时，为了保证系统的安全稳定运行，也需要采取一定的措施加以应对，可以通过调节发电机所发出的有功功率来实现㊂当前电力网络中的谐波问题也较为严重，如何采取适当的措施降低谐波对电网电能质量的干扰，是目前电力企业需要解决的问题㊂如果采用有源滤波器进行谐波处理，其效果较好，并且适应性也较强，能够根据电网运行参数的变化而调整滤波器的工作状态㊂当系统中的波形不规范时，说明系统中存在着较大的谐波㊂一般谐波产生的原因，主要是系统中采用了较多的电力电子装置，故可以在系统中配置一定量的滤波器，使得系统的波形不受这些谐波的影响㊂随着电网中并网的新能源装机容量越来越高，故在谐波治理方面所面临的挑战也在不断加大，如果解决新能源并网之后的系统谐波问题，也是需要面临的基本课题之一㊂由于新能源并网逆变器中采用了很多电力电子装置，在运行的过程中会发出相应的谐波，故还应采取措施解决谐波问题㊂四㊁电能质量治理措施的应用随着电能质量技术的提高，可以构建电能质量综合治理系统㊂在该系统中，包括第一静态开关㊁第二静态开关㊁变换器㊁储能㊁检测单元等，这些都是电能质量综合治理系统的关键组成部分㊂静态开关㊁双向交直流变换器㊁双向直流变换器依次串接在交流输出端和储能介质之间，电流检测单元连接到交流输出端㊂双向交直流变换器包括谐波补偿控制单元，谐波补偿控制单元用于使系统以谐波补偿模式工作，且谐波补偿控制单元包括谐波计算子单元㊁谐波注入子单元以及第一充电子单元㊂应用这种电能质量综合治理系统，对供电质量要求严格的行业，尤其是先进制造行业，具有显著的经济效益㊂随着电能质量综合治理装置的应用日益增加，其功能也日益复杂与强大㊂但是，现有的各个厂家的综合治理装置，仍然大量采用灯光信号作为显示装置，只能指示装置运行㊁故障等简单状态，故在这方面的技术还应有所提高㊂随着电能质量治理方法的进步，今后对电能质量的治理效果将会取得更大的进步㊂五㊁结语电能质量是评判供电系统服务的重要指标，保证合格的电能质量，可以保证电力用户的基本权益㊂首先，分析了电能质量的基本评判指标，其次，阐述了具体的电能质量措施，这些措施可以在电能质量治理中加以应用㊂参考文献：［１］肖现华，秦长亭．关于建筑电气设计中谐波治理措施的探讨［Ｊ］．建筑与装饰，２０１９（１）：１４．［２］袁晓冬，林海雪，李圣清，等．电能质量治理若干问题探讨：工程师与制造商伙伴们的观点：配电网无功优化问题无功补偿措施［Ｊ］．电气应用，２０１７（３）：１４－１７．［３］邢威峰．多元化负荷接入的电能质量治理方法分析［Ｊ］．农家参谋，２０１９（４）：５４－５６．作者简介：刘维城，杭州水杉科技有限公司㊂４６１。

配电网络电能质量综合治理设备优化配置策略摘要：随着配电网络的不断完善，传统的低压配电网运行模式已不能满足用户对电能质量指标的要求。

针对此情况，本文通过对配电网网络中电能质量综合治理设备参数的配置进行优化，并通过优化策略，提高了综合电能质量治理效率。

关键词：配电网络；综合能量管理；电能质量治理装置；优化配置引言随着经济、社会的快速发展，人们对供电服务提出了更高要求。

由于我国电力系统规模庞大，且地理位置分布不均衡，使得供电区域内出现了较多的电压、频率波动和电压畸变问题。

因此，电网设备的运行效率和性能对于配电网络而言十分重要。

在配网中，由于用户侧低压配电系统容量较大、设备功率较小以及负荷分布不均匀等原因，造成大量的谐波电流发生并逐渐扩散到用户侧设备中；另一方面，大量存在于用户终端设备上的高次谐波会给用户造成严重的电能质量问题。

在此背景下进行了对配网中配电网络能量管理系统优化配置方法进行研究。

一、配电网电能质量综合治理装置的性能①配网谐波综合治理装置（简称装置）是指在供电区域内通过电能质量综合治理，对用户侧电能质量指标进行治理，并形成有效的配电网电能质量管理体系，使区域内的客户用电得到保障；②装置配置的主要功能是对设备参数组合进行配置优化。

③配网运行期间装置主要功能是在配电网架设期间对系统进行优化配置；④设备的整体性能稳定，运行时间较长。

⑤该设备能充分满足当地供电区域内客户侧电能质量指标检测需求。

⑥可以结合配网运行方式、用户侧负荷类型等实际情况将设备的功能和参数进行灵活组合，满足客户多元化用电需求；⑦装置可以利用实时监测装置对用户侧电压波动、无功损耗和功率因数进行监测，并在设备发生异常时发出告警信号，方便工作人员提前处理事故。

1、装置的配置可以满足供电区域内的检测需求随着社会经济的不断发展，人们的生活水平逐渐提高，居民对电能质量的要求也越来越高，而配电系统在为人们提供电力服务的同时也会带来一定的电能质量问题，如：电压不稳定、谐波含量超标等。

SCI-TECH INNOVATIONS创新成果AND BRANDS创新成果ACHIEVEMENTS装置上电试验全年弃水电量515亿千瓦时，水能利用率在96%左右；弃风电量419亿千瓦时，弃风率12%，同比下降5.2个百分点。

这已经是在各方努力下有所改观的数据。

“弃水弃风弃光”问题伴随可再生能源的大规模开发而出现，已成为对清洁能源投资的极大浪费。

大规模可再生能源的可靠消纳，已是我国能源行业将长期面临的重大挑战。

实验室在这方面开展了深入的基础理论与关键技术研究。

在灵活性资源挖掘方面，提出需求侧灵活资源不确定性分析理论，为大规模灵活性资源参与电网调控提供了理论基础。

提出灵活性资源市场交易理论，解决了电力市场信息不对称环境下灵活性资源的精准定价难题。

在电网调度控制方面，提出新能源电力系统工程博弈论，为电力系统不确定性优化控制提供了统一研究框架。

提出自律协同有功调度和电压控制技术，解决了可再生能源高比例接入下的电网运行控制难题。

市场技术支持系统和有功调控系统在东北大区电网和11个省级电网应用，东北电网年均减少弃风电量14亿度。

电压控制技术应用于国内全部13个大型风光基地，闭环控制了全国一半以上的集中并网风光发电，三北风电基地电压波动率平均下降31%，开端良好。

如果能源电力行业的提质增效是一架马车，可再生能源消纳和传统电力的清洁转型就是马车的两个车轮。

煤电作为我国电力的主体能源，在接下来很长一段时间很难改变。

如何帮助传统电力实现提质增效、清洁生产，同样重要。

他们将目标锁定在了循环流化床技术。

这项近20年才发展起来的洁净煤燃烧技术，在燃用低热值燃料和低成本污染控制上有独到之处，是近年传统煤电行业的重大技术需求之一。

提高循环流化床发电效率的重要途径之一，就是大型化及高参数化，但面临不少技术挑战。

为此，实验室开展了深入细致的研究，最终建立了全工况超临界循环流化床动态数学模型，研发出为运行优化提供关键参数的测量技术，及基于电站机理数学模型及运行大数据的性能监测与优化模型，解决了现实所需。

电力科技创新成果精选一、智能电网技术智能电网技术是近年来电力科技创新的重要成果之一。

智能电网通过引入先进的传感器、通信技术和控制算法，实现了对电力系统的实时监测和智能控制。

智能电网技术可以提高电力系统的稳定性、可靠性和安全性，降低能源消耗和环境污染，提高能源利用效率。

二、高效能发电技术高效能发电技术是电力科技创新的另一个重要成果。

高效能发电技术包括太阳能、风能、水能等可再生能源发电技术，以及核能、燃气等传统能源发电技术。

高效能发电技术可以提高电力系统的发电效率和可靠性，降低能源消耗和环境污染，促进能源结构的优化和升级。

三、电力储能技术电力储能技术是电力科技创新的重要成果之一。

电力储能技术包括电池储能、超级电容器储能、飞轮储能等。

电力储能技术可以提高电力系统的稳定性和可靠性，解决可再生能源发电的不稳定性问题，同时还可以降低电力系统的运营成本和能耗。

四、分布式能源技术分布式能源技术是电力科技创新的重要成果之一。

分布式能源技术包括微电网、分布式光伏、分布式风电等。

分布式能源技术可以提高电力系统的可再生能源利用率，降低能源消耗和环境污染，同时还可以提高电力系统的可靠性和稳定性。

五、电力物联网技术电力物联网技术是电力科技创新的重要成果之一。

电力物联网技术通过引入先进的传感器、通信技术和数据处理技术，实现了对电力设备的实时监测和智能控制。

电力物联网技术可以提高电力系统的智能化水平，降低运营成本和能耗，提高能源利用效率。

六、电力人工智能应用电力人工智能应用是电力科技创新的重要成果之一。

电力人工智能应用通过引入先进的人工智能算法和技术，实现了对电力设备的故障诊断和预测维护。

电力人工智能应用可以提高电力设备的运行效率和可靠性，降低维修成本和停机时间，提高电力系统的运营效益。

七、电力机器人技术电力机器人技术是电力科技创新的重要成果之一。

电力机器人技术通过引入先进的机器人技术和传感器技术，实现了对电力设备的自动化巡检和维护。