曹 磊

（上海電力設(shè)計院有限公司，上海 200025）

1 用電客戶需要提供優(yōu)質(zhì)電能

虹橋商務(wù)區(qū)是上海“十二五”期間重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，堅持規(guī)劃高起點(diǎn)、建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)，功能高融合、建設(shè)高效率，本著宜人、低碳、智慧的原則，于2010年二季度啟動開發(fā)，建筑體量達(dá)170萬m2，區(qū)域供能能源中心及配套工程項(xiàng)目總投資8.5億元，采用冷、熱、電三聯(lián)供模式，滿足區(qū)域內(nèi)所有客戶的冷熱負(fù)荷及部分電負(fù)荷。根據(jù)上海市電力公司遠(yuǎn)景配電變電站規(guī)劃，區(qū)域內(nèi)將建6個110 k V及1個35 k V變電站。

虹橋商務(wù)區(qū)依托虹橋綜合交通樞紐，建成上?，F(xiàn)代服務(wù)業(yè)的集聚區(qū)，上海國際貿(mào)易中心建設(shè)的新平臺，面向國內(nèi)外企業(yè)總部和貿(mào)易機(jī)構(gòu)的匯集地，是服務(wù)長三角地區(qū)，服務(wù)長江流域，服務(wù)全國的高端商務(wù)中心。其區(qū)域功能和特殊性，決定了電氣化鐵路、大型整流設(shè)備、數(shù)量眾多的小容量非線性負(fù)載會大量接入上海電網(wǎng)，這些非線性客戶電源會對電網(wǎng)的安全運(yùn)行和供電質(zhì)量造成影響，尤其是3次諧波、電壓閃變、頻率偏移等污染。而區(qū)域內(nèi)的金融業(yè)和高科技產(chǎn)業(yè)的用電客戶，對安全、可靠用電十分敏感，對電能質(zhì)量提出了更嚴(yán)的要求。因此，在虹橋商務(wù)區(qū)建設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。通過在線監(jiān)測、分析和評估，可以及時發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，采取治理措施，提供優(yōu)質(zhì)電能，為虹橋商務(wù)區(qū)的建設(shè)插上有力翅膀。

2 電能質(zhì)量監(jiān)測管理中心

“電能質(zhì)量監(jiān)測與綜合治理技術(shù)研究”項(xiàng)目是上海市電力公司承擔(dān)的國家電網(wǎng)公司重大科技項(xiàng)目，有三種類型電能質(zhì)量監(jiān)測終端在110 k V臨新、35 k V長樂等9個變電站掛網(wǎng)運(yùn)行；兩套電能質(zhì)量綜合治理裝置在奉賢35 k V馳華變電站掛網(wǎng)運(yùn)行，效果都十分顯著。尤其是從2007年6月至今，通過一期、二期和世博園區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和完善，已經(jīng)建成一個具有穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)電能質(zhì)量指標(biāo)采集、分析、存儲、展示、評估于一體的電能質(zhì)量監(jiān)測管理系統(tǒng)。

為了及時、全面地分析、評估虹橋商務(wù)區(qū)的電能質(zhì)量，根據(jù)《上海電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測管理系統(tǒng)建設(shè)》和《上海電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置原則》要求，將虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)的電能質(zhì)量監(jiān)測重點(diǎn)放在：地鐵或電氣化鐵路等非線性負(fù)荷的供電母線、涉及高質(zhì)量供電需求或?qū)﹄娔苜|(zhì)量敏感的供電客戶、對電能質(zhì)量投訴集中地區(qū)的重要母線3個方面。

上海電能質(zhì)量監(jiān)測管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。將虹橋商務(wù)區(qū)的電能質(zhì)量監(jiān)測信息接入上海市電能質(zhì)量監(jiān)測中心統(tǒng)一平臺，上海市南供電公司作為客戶端，采用WEB訪問的方式瀏覽虹橋商務(wù)區(qū)的電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖1 電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

目前，上海電能質(zhì)量監(jiān)測管理系統(tǒng)中終端與主站的通信，采用PQDIF通信規(guī)范。商務(wù)區(qū)新建的6所110 k V變電站為智能變電站，站內(nèi)自動化系統(tǒng)采用IEC 61850通信體系，本期工程擬在電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)采用IEC 61850，為今后上海電能質(zhì)量監(jiān)測管理提供經(jīng)驗(yàn)。從交流輸入信號角度看，采用IEC 61850的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)：一是，交流輸入信號仍然是模擬信號，只是和主站的通信體系采樣IEC 61850；二是，交流輸入信號是從合并單元過來的數(shù)字信號，監(jiān)測終端不需要AD采樣，這也是電能質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展方向。

3 提高電能質(zhì)量的方案及措施

根據(jù)IEC定義，電能質(zhì)量問題是指導(dǎo)致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流幅值或頻率偏差。據(jù)報道［1］，歐盟25個成員國每年因電能質(zhì)量（含停電）問題引起的年損失高達(dá)1 517億歐元；美國每年因停電事故造成損失約1 390億美元，因電能質(zhì)量問題造成損失為150～240億美元。我國為了深入了解電能質(zhì)量對各工商業(yè)電力客戶的經(jīng)濟(jì)性影響，提高對于電能質(zhì)量和有序用電的管理水平，加深客戶對電能質(zhì)量問題的認(rèn)識和了解，同時維護(hù)供電、用電和設(shè)備制造商三方的權(quán)益，降低社會經(jīng)濟(jì)總成本，于2011年4月12日，國家發(fā)改委等部門啟動了《電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性調(diào)查分析》項(xiàng)目，雖然還沒有公布數(shù)據(jù)，但是從實(shí)際工作分析，我國每年因電能質(zhì)量問題造成的損失也不小，電能質(zhì)量治理任務(wù)十分緊迫。

3.1 提高電能質(zhì)量的方案

1）治理方案 目前，治理電能質(zhì)量的設(shè)備，大多采用有源濾波器（APF）、靜止無功補(bǔ)償器（SVC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）和動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR），治理方案比較如表1所示。

表1 電能質(zhì)量治理方案比較

2）定制方案 為電能質(zhì)量敏感的用戶，提供滿足其要求的可靠和優(yōu)質(zhì)的電能。采用定制電力技術(shù)，可以改善配電網(wǎng)電壓驟降和驟升問題；通過儲能解決客戶電壓中斷問題；改善和消除線路暫態(tài)震蕩；改善配電網(wǎng)諧波畸變；抑制閃變。由于虹橋商務(wù)區(qū)及其供電系統(tǒng)是新建的，因此可以從整體上設(shè)計規(guī)劃區(qū)的電能質(zhì)量，這為定制電力創(chuàng)造了有利條件。

國內(nèi)對電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測和治理已經(jīng)成熟，電力部門可以實(shí)施定制電力。商務(wù)區(qū)的工業(yè)用電單一客戶負(fù)荷大，對高品質(zhì)電能質(zhì)量的需求指標(biāo)各不相同，如果實(shí)施定制電力，成本將較高；而商業(yè)用電的單一客戶用電量不會很大，客戶往往具有共性指標(biāo)的高品質(zhì)電能質(zhì)量需求，實(shí)施定制電力客戶可以分?jǐn)偝杀?，具有較高的性價比。

實(shí)施定制電力后，電力公司需要增加設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)維費(fèi)用，這部分成本勢必由客戶承擔(dān)。當(dāng)然，定制電力對客戶來說也是劃算的，以相對少的成本得到高質(zhì)量電力供應(yīng)。定制電力的基本原則是優(yōu)質(zhì)高價。電價等級可分為多層，由用戶選擇。而衡量電能質(zhì)量，一般采取“質(zhì)量指數(shù)”，對每個等級的電力作出具體的規(guī)定。對電壓驟降、電壓升高、電壓瞬變、電壓中斷、諧波等規(guī)定出加權(quán)系數(shù)，然后綜合成質(zhì)量指數(shù)。用戶選擇電力時要權(quán)衡電費(fèi)和質(zhì)量指數(shù)之間的得失，從而作出適當(dāng)?shù)倪x擇［3］。

總之，定制電力對電力公司和客戶是雙贏，也是互相約束的。對于客戶來說，以最小的成本實(shí)現(xiàn)最大的收益。對于電力公司來說，充分發(fā)揮公司的技術(shù)和設(shè)備資源，提供不同層次的電能質(zhì)量給客戶，同時獲取相應(yīng)的費(fèi)用。當(dāng)發(fā)生電能質(zhì)量事故時，電力公司提供的電能質(zhì)量沒有達(dá)到合同約定的規(guī)定，這時候電力公司將把客戶選擇的質(zhì)量層次和實(shí)際的質(zhì)量層級的差價返還給客戶，不存在出現(xiàn)事故后評估客戶損失的困難。

3.2 提高電能質(zhì)量的措施

根據(jù)虹橋商務(wù)區(qū)的負(fù)荷特點(diǎn)，可以從兩方面著手提高電能質(zhì)量。

1）諧波治理 虹橋商務(wù)區(qū)將建設(shè)高端金融、商貿(mào)樓宇。隨著樓宇智能化的不斷升級，數(shù)量眾多的電力電子器件及小容量非線性負(fù)載，如計算機(jī)、熒光燈、不間斷電源（UPS）、電梯扶梯以及空調(diào)等被廣泛應(yīng)用于樓宇，產(chǎn)生了大量的3次、5次、7次諧波，其中3次諧波含量最大。大量3次諧波使得中線上電流過大，甚至可能超過相線電流，引起導(dǎo)線過載、絕緣損壞，由短路引發(fā)火災(zāi)。另外，大量敏感設(shè)備，如計算機(jī)在諧波運(yùn)行環(huán)境中的運(yùn)行質(zhì)量也將大打折扣，花屏或死機(jī)現(xiàn)象時有發(fā)生。對于諧波治理，目前主要采用占地面積小、控制靈活的有源濾波器。

2）電壓暫降治理 虹橋商務(wù)區(qū)將是國際貿(mào)易中心和企業(yè)總部匯聚地，對電壓暫降十分敏感。治理電壓暫降可以采用UPS、DVR、飛輪儲能、超級電容儲能等裝置，其中以DVR性價比最高。在敏感負(fù)荷處，將DVR串聯(lián)于電源與負(fù)荷之間，正常運(yùn)行時DVR被旁路，由系統(tǒng)提供電壓；一旦系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落，DVR可在5 ms內(nèi)輸出補(bǔ)償電壓，不僅可以補(bǔ)償動態(tài)的電壓跌落或電壓突升，而且對穩(wěn)態(tài)過壓、欠壓、諧波、閃變等具有明顯的補(bǔ)償作用，參見圖2。由于DVR補(bǔ)償效率高，費(fèi)用低于UPS等裝置，具有良好的動態(tài)性能和很高的性價比，設(shè)計功率只有負(fù)荷全部容量的1／3，因此對于配電網(wǎng)中的大容量電壓敏感性負(fù)荷，應(yīng)用DVR是解決動態(tài)電壓質(zhì)量的最佳方案。

圖2 DVR基本原理

3）虹橋高鐵站屋頂光伏的治理 京滬高鐵上海虹橋客站太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目總裝機(jī)容量為6.5 MW。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能，再通過并網(wǎng)型逆變器，將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流，并入電網(wǎng)。在將直流電能經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換為交流電能的過程中，會產(chǎn)生高次諧波［2］。在京滬高鐵上海虹橋客站太陽能發(fā)電項(xiàng)目的公共連接點(diǎn)處，需加裝電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，檢測其是否滿足國家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，如果不滿足，需要采取加裝濾波器等相應(yīng)措施，避免對公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成污染。

［1］ 張?zhí)m.預(yù)防治理相結(jié)合改善電能質(zhì)量［N］.機(jī)電商報，2011-09-26.

［2］ 張巍巍，徐志軍.太陽能發(fā)電在工程中的應(yīng)用［J］.電氣時代，2010（4）：8-13.

［3］ 陳警眾.定制電力——高質(zhì)量供電的新技術(shù)（二）［J］.供用電，1997，15（6）：45-47.