電力用戶諧波超標精準控制管理典型應用

杜俊杰 梁俊偉

[摘 要] 主要介紹了研發諧波聯動預警及控制裝置的科技創新和應用，突破電網電能質量技術控制瓶頸的束縛，實現諧波源用戶諧波超標精準控制。

[關鍵詞] 諧波；精準控制；電力用戶

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 07. 038

[中圖分類號] F273 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）07- 0097- 02

1 問題分析

國網邢臺供電分公司所轄變電站相繼發生多起設備故障和異常情況：例如，110 kV王快站（以下簡稱王快站）10 kV系統下轄大量非線性工業用戶，導致王快站10 kV母線諧波總畸變率達到了7.45%，超出過國標86%，連續兩次造成站內10 kV母線PT爆炸，電容器組長期無法正常投運。

國網公司“誰污染，誰治理”政策執行難度大，執行效率較低，諧波源用戶對諧波污染治理主動性差，致使電網諧波污染日益加劇，供電部門面臨用戶對電能質量投訴的風險越來越大，目前，因為國內外供電企業對諧波超標用戶還沒有有效的技術管控手段，導致國網公司制定的“誰污染，誰治理”政策落實難度大，執行效率較低，諧波源用戶對諧波污染治理主動性差，電網諧波污染日益加劇，供電部門面臨用戶對電能質量投訴的數量越來越多。

依靠研發諧波聯動預警及控制裝置科技創新和應用，突破電網電能質量技術控制瓶頸的束縛，實現諧波源用戶諧波超標精準控制，對充分激發諧波源用戶主動治理諧波的積極性，完善電網電能質量技術監督管理體系，填補電能質量技術監督管理空白，提高電網安全經濟運行水平具有重大的現實意義和社會經濟效益，達到事半功倍效果。

2 技術方案

通過諧波聯動預警及控制裝置的研究，制定相關通訊、聯絡協議，提高設備計算精度，深入研究諧波超標聯動預警機制及線路跳閘策略，完成定值校核與誤動保護測試等關鍵技術。

以確保電網公共連接點（PCC點）諧波指標不超標為目標，通過研發的系統及裝置實時在線統計、分析、判斷，實現諧波超標的諧波源用戶超標量值由高到低、分階強制斷電，實現諧波超標的精準監測與控制，達到保護電網安全經濟運行目的。

2.1 用戶端諧波監控裝置

用戶監控裝置（DEWCS-U單元）是獨立的控制個體，它能根據當前監測線路的實際運行周期情況自我判斷諧波電壓和諧波電流是否越限，諧波越限用戶若連續兩個采樣周期（2小時）仍未采取有效減少諧波越限治理措施的，監控裝置強制斷電。

2.2 變電站出線諧波監控裝置

出線監控裝置（DEWCS-M單元），是用戶側和母線端設備的神經節點，對出線24小時周期的實測數據進行統計分析，當某項95%統計值超出定值時，判斷當前出線的該項實時監測數據是否超標，如果超標則跳開開關強制斷電。

2.3 母線諧波監控裝置

母線監控裝置（DEWCS-C單元），是其所轄用戶線路的管理中樞，根據每臺出線裝上傳的數據進行數據匯總分析，當母線監控裝置所測母線電壓總畸變率和某次諧波電流超標時，母線監控裝置根據各出線監控裝置上傳數據進行統計計算，并以對母線數據的影響按大小進行排序，然后執行以下邏輯：如果當前影響最大的出線監控裝置也超標，則對該出線監控裝置發出跳閘指令，將用戶線路斷電。在設定的延時后，剩余出線監控裝置繼續遵循以上邏輯進行處理。依此類推，直至母線諧波不再超標后終止斷電處理邏輯。

3 工程情況

110 kV王快站運行主變2臺。110 kV母線并列運行，10 kV母線分列運行。10 kV系統為軋輥、中頻爐、單晶硅、變頻等非線性負荷。

為保證110 kV王快站10 kV系統安全穩定運行，決定對工業Ⅰ線、工業Ⅱ線、曙光Ⅰ線、曙光Ⅱ線、晶龍Ⅰ線、晶龍Ⅱ線、晶藥線、江四線等八條線路加裝電網諧波超標聯動預警與控制系統（Dynamic Early Warning and Control System，DEWCS），投入跳閘。

3.1 系統組成

110 kV王快變電站諧波超標聯動預警與控制系統（DEWCS）應用工程由2臺母線監控裝置、多臺出線監控裝置和多臺用戶端監控裝置組成。

3.2 管理措施

國網邢臺公司運檢部組織發展發策部、營銷部、調控中心、變電檢修室、變電運維室、計量室、營業及電費室、輸變電工程公司、邢臺縣供電公司及王快站10 kV專線用戶等相關人員，召開“110 kV王快站恢復正常供電協調會”。

確定了邢臺供電分公司發策部、營銷部、邢臺縣供電公司嚴格規范王快站的新增電力用戶管理，新增和在運非線性用戶加裝出線監控和用戶監控裝置。邢臺縣供電公司對王快站供電區內所有非線性電力用戶開展諧波專項檢查測試工作，所有測試諧波超標的用戶必須自行完成治理，提交驗收申請。驗收合格，納入正常運行監管，對諧波驗收不合格的用戶，重新督導治理直至驗收合格。諧波定值由公司電能質量監測站下達，變電檢修室負責裝置管理和整定，王快站內跳閘壓板由變電運維室根據諧波監控整定通知單要求投退。所有諧波源用戶在送電投運前，重新簽訂增補諧波違約條款供用電合同。

4 應用效果

4.1 110 kV王快站試點應用

國網邢臺公司以110 kV王快站進行了試點應用，現以邢臺曙光軋輥公司0559曙光I線和王快站10 kV 2號母線為參考點，所有裝置限值均按供電部門下達的諧波定值通知單整定。以下為工程實施前后的諧波數據變化對比分析。

4.1.1 用戶側治理效果

曙光10 kV站安裝諧波聯動預警及控制裝置DEWCS-U后，實測諧波電壓總畸變率和3次諧波電壓的95%值均超標，諧波電流3次、5次、7次、11次和17次諧波95%值超標嚴重。越限告警頻發，有四次跳閘告警及跳閘壓板動作記錄。前三次跳閘報警后該廠積極處理沒有引起開關跳閘，10日16時跳閘報警因沒有及時處理，導致0559曙光I線跳閘。曙光軋輥有限公司主動安裝了一套諧波治理裝置，表1是曙光站治理前后及王快站部分諧波源用戶加裝諧波聯動預警及控制裝置前后10kV 2號母線諧波的對比數據。

在諧波聯動預警及控制裝置投入后，用戶主動開展諧波治理。經過治理，該用戶各次諧波電流均未超標。王快站10 kV系統電能質量明顯提高，滿足國標要求。至今未出現諧波越限事件。

4.2 邢臺地區應用效果分析

通過開展電網諧波超標精準管控管理創新工作，電網供電能力和電能質量明顯提高，電力供應更加安全經濟可靠。

一是提高了諧波源用戶諧波治理主動意識，實現由被動處罰向主動參與電網諧波治理轉變，由于用戶諧波實現了就地吸收消化，大大降低了注入電網諧波量，不僅降低了電網線損和用戶本身用電損耗，而且提高了變電設備容量利用率和功率因數，由于生產成本降低，增強了企業產品市場競爭力，經測算，諧波源用戶諧波治理資金投入正常生產4年后的節電效益即可收回成本。

二是國家電網僅僅通過技術和管理創新以及少量資金投入，就達到了降低電網諧波污染水平和電網損耗目的，提升了供電能力和供電品質。由于損耗下降，從而提高了電力一次能源利用水平，降低了發電企業污染物排放量，促進了天更藍、生活環境更宜居的生態文明建設。

以110 kV王快站故障損失為例計算，事故直接經濟設備損失154萬元，停電損失216萬元，共計370萬元。諧波超標精準管控項目實施資金投入60萬，在未考慮110 kV王快站系統年度降損效益因素下，資金利用效率達6.2倍以上。以此類推，該成果已在邢臺供電28座站（包括王快試點變電站）共計56個諧波源用戶得到應用，避免電網直接經濟損失約9 990萬元。

主要參考文獻

[1]肖湘寧.電能質量分析與控制[M].北京：中國電力出版社.2004：12-15.

[2]徐永海.電力市場環境下的電能質量問題[J].電力技術2004，28（22）.