電網特殊負荷的電能質量管理

鄭偉，周喜超，安哲，劉穎英，周勝軍，智勇，楊勇

(1.甘肅電力科學研究院，蘭州市，730050;2.中國電力科學研究院，北京市，100192)

0 引言

隨著國民經濟和現代工業的高速發展，電力系統中的負荷日趨復雜化和多樣化。電氣化鐵路、冶金等電網中大功率非線性、沖擊性及波動性特殊負荷的大量應用，使得電網產生諧波、三相不平衡、電壓波動與閃變等電能質量問題。特殊負荷對區域性電網甚至整個電力系統的影響已表現得十分明顯與突出。加強對全網特殊負荷電能質量的技術監督和管理，提高人們對電能質量危害的認識，積極采取防范措施以保證電網電能質量是刻不容緩的。

目前，隨著電能質量領域研究的開展和深入，越來越多的人們開始關注特殊負荷的電能質量問題。文獻［1-3］介紹了特殊負荷的用電特性及其對公用電網電能質量的影響和危害，并提出了分析特殊負荷時所采取的數學模型及其處理方式。文獻［4-6］針對特殊負荷電能質量的監測管理現狀進行分析，特殊負荷電能質量的綜合治理也是一個研究的熱點問題。文獻［7-12］詳細介紹了目前比較成熟且普遍采用的治理方案。通過這些研究成果，可以掌握特殊負荷的電能質量特性。針對特殊負荷的電能質量問題，電網公司如何對這些負荷進行有效的監督與管理，以減小其對電網的影響也是值得研究的。文獻［13-15］指出了我國電能質量管理方面存在的問題，提出了一些關于體制改革、標準改進和技術提高的建議，但沒有從管理的角度就電能質量的管理方式及流程環節進行系統研究。

本文首先對特殊負荷的含義及其電能質量特性進行了介紹，然后從電網公司的角度出發，對特殊負荷管理中應包含的關鍵要素進行了分析與探討，給出了關鍵環節詳細的管理流程，并對特殊負荷電能質量管理中的核心內容，即特殊負荷的監測、評估與治理，進行了分析，可為電網特殊負荷電能質量管理提供參考。

1 特殊負荷的含義及其電能質量特性

特殊負荷，是指可能對電網電能質量產生嚴重影響的負荷，具有非線性、沖擊性、波動性、不平衡等特點。典型的特殊負荷主要包括:功率可控硅整流裝置，如電氣化鐵路、電解裝置、直流輸電的換流閥和相控電抗器型無功補償裝置;工業冶煉負荷，如交流煉鋼電弧爐、軋機、高頻感應加熱爐等;大型變壓器、電抗器等鐵心設備;分布式電源，如風電場、光伏電站及電動汽車充電站等［16］。

特殊負荷的電能質量特性一般表現為因非線性特性而產生大量諧波污染。所有的特殊負荷都不同程度地會產生諧波，沖擊性負荷特別是電弧爐幾乎產生連續頻譜的諧波電流，甚至產生大量的分數次諧波;功率快速變化和沖擊性使其引起電網電壓波動及閃變問題;單相負荷或不平衡負荷使其產生負序電流注入電網，使電網三相電壓不平衡等。典型特殊負荷及其所屬行業和電能特性見表1。

表1 典型特殊負荷Tab.1 Typical special loads

2 特殊負荷電能質量管理的關鍵要素

2.1 關鍵要素

特殊負荷電能質量的管理應本著“安全第一、預防為主、超前防范”的方針進行全過程的監督與管理。從管理的目標及特殊負荷接入電網的過程角度考慮，特殊負荷電能質量管理應包含以下2個方面的關鍵要素:

(1)從管理制度上保證管理工作落實到位。以往的管理規定往往僅從技術角度做出規定，缺乏具體的職責與分工，使電能質量管理工作中存在互相推諉的現象。因此，有必要對各環節工作的職責與分工做出明確的規定，真正推進管理工作的進行。

(2)從管理流程上保證特殊負荷電能質量管理，明確新建、擴建或改建負荷以及新接入負荷的管理流程。特殊負荷的電能質量管理是一項系統的工程，不確定的管理流程將使工作中存在漏洞，并影響后續工作的順利開展，使管理工作存在隱患。因此，有必要詳細規定管理工作的流程，使特殊負荷電能質量管理工作有章可循。

從管理內容的角度考慮，一項特殊負荷電能質量管理規定應至少包括:管理的方針與原則;相關部門職責與分工;特殊負荷管理工作流程;電能質量評估工作流程;電能質量監測與治理方案等。通過建立1套完整的特殊負荷接入運行、監測、評估、治理管理辦法，規范特殊負荷電能質量管理，使電網電能質量指標符合國家標準，從而保證電網安全穩定、優質、經濟、可靠運行。

2.2 組織管理制度的保證

應按照“依法監督、分級管理”的原則，結合電網公司具體的職能設置，制定適合于本電網公司的組織管理制度、設備運行管理和技術培訓管理等措施，明確各級部門的責任和權利，以及各部門和各級人員的電能質量管理的崗位職責，并制定相應的各種管理規定和考核辦法，把電能質量的各項指標納入各級部門和相關人員的培訓計劃和經濟考核中，達到電能質量監督所要求的規劃、設計、基建、運行、用電全過程監督和管理。

2.3 管理流程的保證

對于新建、擴建或改建的特殊負荷項目，電網公司在用戶用電工程設計時應使用戶明確電能質量的重要性及影響，使用戶在進行設計的同時考慮改善電能質量的措施，如:抑制諧波、改善三相不平衡、電壓波動和閃變等抑制措施;用戶完成用電方案設計并進行接入系統申請后，電網公司相關部門應組織特殊負荷用電方案設計的審查工作，同時對用戶提交的電能質量評估結果進行審核，審核通過后方可與用戶簽署供電協議，并通知用戶開展后續工程;當電能質量評估結果不滿足要求時，電網公司則需及時通知客戶進行相關整改，提交改善的電能質量污染抑制或治理設計方案。供電協議作為明確電網公司和用戶雙方權利與義務的法律條文，應將涉及電能質量方面的內容納入其中，從而實現對特殊負荷用戶設備的有效管理。

特殊負荷客戶受電工程竣工后，電網公司應嚴格把關，對特殊負荷接入系統后的電能質量情況進行實測驗收。新建、擴建或改建負荷的電能質量管理流程如圖1所示。

圖1 新建、擴建或改建特殊負荷的電能質量管理流程Fig.1 Newly built，expanded and rebuilt power quality management procedure for special loads

對于現有的特殊負荷客戶，電網公司應加強其電能質量常態監督管理，對特殊負荷客戶進行電能質量在線監測，并定期跟蹤檢查用戶電能質量治理設備的投運情況，建立健全特殊負荷客戶基礎資料、電能質量事故及分析處理檔案，為特殊負荷類似的電能質量問題處理奠定基礎。對與在監測與評估過程中發現電能質量污染水平超過規定限值的用戶，電網公司應督促其制定治理措施并限期整改，在其重新投運時應進行電能質量驗收，從而加強電能質量指標超標的已入網用電客戶的電能質量的技術監督和管理。已入網特殊負荷的電能質量管理流程如圖2所示。

3 特殊負荷的電能質量管理中的核心內容

3.1 特殊負荷的電能質量監測

解決特殊負荷電能質量問題，首先需要對其電能質量狀況實施有效的監測。電能質量監測是評估數據的直接來源，是質量評估中的重要前提。因此，應重點監測特殊負荷電能質量情況。特殊負荷電能質量監測分為在線監測、不定期檢測和專項測試3種方式。

圖2 已入網特殊負荷的電能質量管理流程Fig.2 Power quality management procedure of special loads accessing power grid

電能質量在線監測裝置，通過局域和廣域網，逐步建立形成分布式、智能化電能質量監測、分析、評估與管理系統，實現電能質量監測的實時分層分級管理，從而對特殊負荷的用電情況和電能質量進行實時在線監測，充分發揮電能質量監測的作用。

針對特殊負荷用戶，應根據其危害程度和產生電能質量問題的嚴重程度采取不定期檢測方式。

專項測試主要用于特殊負荷設備接入電網，或反映電能質量出現異常，需要對比前后變化情況的場合，以確定電網電能質量指標的背景狀況和負荷變動與干擾發生的實際參量，或驗證技術措施效果等。

對監測過程中發現的、存在電能質量指標嚴重超標的用電設備，電網公司應及時跟蹤監測記錄電能質量變化情況，并采取相關措施，為治理提供依據。同時對于電能質量監測設備應進行入網檢驗，保證性能和精度符合國家標準和當前電網的要求。

3.2 特殊負荷的電能質量評估

特殊負荷電能質量評估是電能質量監督管理的關鍵環節，是明確電能質量治理責任、保證電力系統良好供電質量的必要手段，有助于改變供用電雙方互相推卸責任、無人治理的被動局面。

根據“堵新治舊”的原則，在新建、擴建及改建特殊負荷用戶接入系統前，要對其進行科學、正確的電能質量評估，即入網前根據新報裝特殊負荷用戶設備相關電氣參數特點，進行電能質量評估，實現對入網用戶的檢查以及對污染源和污染程度的預測和分析，對下一步監測和治理污染提供依據。對已入網的特殊負荷用戶，則采取將實際測量數據與評估指標限值比較的方式，對各項電能質量指標進行評估，并采取相應的治理措施，以保證電網的安全運行。

電能質量的評估涉及國標、導則、系統方面知識以及相應的計算、分析和經驗推算法則，這些在特殊負荷電能質量管理和技術監督中起著重要作用。

3.3 特殊負荷的電能質量治理

特殊負荷電能質量治理應從用戶側和電網側綜合考慮。

對于用戶側治理，可采取靜止無功補償器、靜止無功發生器、濾波器等技術措施和裝備減小用戶注入電網的諧波和負序電流，抑制用戶側功率波動所引起的電網電壓波動與閃變。電網公司各級電能質量監督管理機構應參與到治理方案的設計審定、設備的招標和制造、安裝調試、竣工驗收的全過程。因特殊負荷用戶接入及運行造成的電能質量污染，用戶應負責其防治和治理工程的管理，并承擔投資所發生的費用，最終技術裝備的產權歸用戶所有。當用戶接入系統電壓等級較高(110 kV及以上)或容量較大時(電氣化鐵路負荷、大型鋼廠等)的電網時，其治理裝備可考慮與電網公司協商接于電網側(系統變電站內)。此時，防止和治理工程的管理可由電網公司負責，技術裝備歸電網公司所有，所發生的費用由用戶和電網公司共同承擔，有時也可采取費用由電網公司承擔，用戶通過高電價在后期對費用進行補償的方法。

對于電網側治理，電網公司應根據各級電網電能質量污染源用戶的電能質量情況，調整有關運行方式和采取相應防范對策，保證電能質量指標符合有關規定的要求。例如:采用△/Y0接線的變壓器取代Y/Y0接線的變壓器，以降低配電向高一級電壓等級電網的諧波傳遞;在系統變電站加裝靜止無功補償器、靜止無功發生器、濾波器等技術裝備對電能質量問題進行治理。此時，電網公司應承擔項目的工程管理和投資管理，產權歸電網公司所有。

4 結語

特殊負荷對電網的電能質量污染日益嚴重，應加強對全網特殊負荷電能質量的管理監督，維護電網廣大電力用戶的安全運行。建立完善的管理體系是改善供電品質的重要手段。應從管理制度及管理流程2個方面保證和推進特殊負荷電能質量工作的順利開展。特殊負荷電能質量管理中的核心內容包括監測、評估與治理，應分別對其內容制定詳細的規定。

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