一、方案背景

由于工業技術和信息技術的高速發展，加之我市輸變電網絡日益優化，致使市內工業負荷的種類與容量也得到了迅速的發展。在電氣化鐵道、大功率的電力拖動設備、電化工業（化工、冶金企業的整流）、煉鋼電弧爐（交、直流）、電石爐，感應加熱爐等干擾性負荷不斷的接入到供電網的同時,供電質量也在不斷惡化。

特別是大量非線性負荷用戶的接入，公共連接點（PCC）諧波電流超標造成供電電壓波形畸變，影響所有接在PCC上的用戶；雖然有時針對用戶回流的諧波電流未見超出標準，但這些諧波電流匯流至變電站、所供電母線，由于同相位相互疊加，電流幅值不僅超標，而且經常引起公共連接點（PCC）電壓波形畸變并超出國家標準（《電能質量 公用電網諧波》[GB/T14594-93]）。從而影響所有接在PCC上的用戶。

諧波管理工作及濾波補償作為當前情況來說，建立一套客戶諧波監測分析系統及濾波實施系統是在勢在必行的主要手段，并把兩者密切結合起來。

1.1、國家相關部門對電能質量相關內容的規定。

衡量電能質量的主要指標是電網頻率和電壓質量。頻率質量指標為頻率允許偏差；電壓質量指標包括允許電壓偏差、允許波形畸變率(諧波)、三相電壓允許不平衡度以及允許電壓波動和閃變。國家技術監督局已公布了上述電能質量的五個國家標準。

我國《電力法》明確規定供電企業應當保證供給用戶的供電質量符合國家標準，對公用供電設施引起的供電質量問題，應當及時處理，在《供電營業規則》中也明確規定用戶的非線性負荷、沖擊負荷、波動負荷、非對稱負荷對供電質量產生影響或對安全運行構成干擾和妨礙時，用戶必須采取措施予以消除，如不采取措施或采取措施不力，達不到國家標準，供電企業可中止對其供電。在市場經濟條件下，供電企業有依法向用戶提供質量合格電能產品的責任，用戶也有依法用電，不污染電網的義務。

電能質量的具體指標：

1．電網頻率 我國電力系統的標稱頻率為50Hz ，GB／T15945-1995《電能質量一電力系統頻率允許偏差》中規定：電力系統正常頻率偏差允許值為±0.2Hz，當系統容量較小時，偏差值可放寬到±0.5Hz，標準中沒有說明系統容量大小的界限。在《全國供用電規則》中規定供電局供電頻率的允許偏差：電網容量在300萬千瓦及以上者為±0.2HZ；電網容量在300萬千瓦以下者，為±0.5HZ。實際運行中，從全國各大電力系統運行看都保持在不大于±0.1HZ范圍內。

2．電壓偏差 GBl2325－90《電能質量一供電電壓允許偏差》中規定：35kV及以上供電電壓正負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10％；10kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的土7％；220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的+7％～10％。

標準中供電電壓為供電部門與用戶產權分界處的電壓或由供用電協議所規定的電能計量點的電壓。

確定允許電壓偏差是一個綜合的技術經濟問題，允許的電壓偏差小，有利于用電設備的安全、經濟運行，但為此要在電網中增添更多的無功電源和調壓設備，需要更多的投入。反過來如果擴大用電設備對電壓的適應范圍，提高設備在這方面的性能，往往也要增加設備投資。綜合國外標準和我國國情制定的供電電壓允許偏差的國家標準，能滿足絕大部分用電設備的運行要求。

3．三相電壓不平衡 GB／T15543-1995《電能質量一三相電壓允許不平衡度》中規定：電力系統公共連接點正常電壓不平衡度允許值為2％，短時不得超過4％。標準還規定對每個用戶電壓不平衡度的一般限值為1.3％。

但是國標規定的三相電壓不平衡度的允許值及計算、測量和取值方法只適用于電力系統正常運行方式下在電網公共連接點由負序分量引起的電壓不平衡。因此故障方式引起的不平衡(例如單相接地、兩相短路故障等)和零序分量引起的不平衡均不在考慮之列。由于電網中較嚴重的不平衡往往是由于單相或三相不平衡負荷所引起的，因此標準衡量點選在電網的公共連接點，以便在保證其它用戶正常用電的基礎上，給干擾源用戶以最大的限值。值得注意的是國標在確定三相電壓不平衡度指標時用95％概率作為衡量值。也就是說，標準中規定的正常電壓不平衡度允許值2％是在測量時間95％內的限值，而剩余5％時間可以超過2％，過大的非正常值時間雖短，也會對電網和用電設備造成有害的干擾，特別是對有負序起動元件的快速動作的繼電保護和自動裝置，容易引起誤動。因此標準中對最大的允許值作了不得大于4％的規定。

4．公共電網網諧波 GB／T14549--93《電能質量-公用電網諧波》中規定：6～220kV各級公用電網電壓(相電壓)總諧波畸變率是0.38kV為5.0％，6～10kV為4.0％，35～66kV為3.0％，110kV為2.0％；用戶注入電網的諧波電流允許值應保證各級電網諧波電壓在限值范圍內，所以國標規定各級電網諧波源產生的電壓總諧波畸變率是：0.38kV為2.6％ ， 6～10kV為2.2％，35~66kV為1.9％，110kV為1.5％。對220kV電網及其供電的用戶參照本標準110kV執行。

5．波動和閃變 GBl2326--如《電能質量一電壓允許波動和閃變》中規定：在公共供電點的電壓波動允許值：10kV及以下為2.5%，35～110kV為2％，220kV及以上為1.6％；電壓閃變值主要是表征人眼對燈閃主觀感覺的參數。國標推薦的閃變干擾的允許值，對照明要求較高的白熾燈負荷為0.4％，對一般性照明負荷為0.6％。

6．國家發改委《電能質量技術監督規程》DL/T1053-2007中7.5諧波源的管理工作中指出對現有諧波源管理和新建及擴容變電站需進行電能質量項目測試；符合國家電網要求。

1.2、諧波管理模式介紹

作為大型的諧波測試分析與評估主要包括以下五個方面的內容：

1、公用電網公共供電點的電能質量監測；

2、干擾負荷測試與評估；

4、電能質量控制裝置對電能質量改善效果的測試和評估。對于常規的電能質量測試主要是針對前面的兩點，主要測試項目包括：頻率偏差，諧波電壓，諧波電流，電壓偏差，三相不平衡度，電壓波動與閃變、間諧波、電壓波動和閃變等電能質量參數。

明確了測試內容和項目，我們可以初步得出以下的主要測試方法和步驟：

1、取得用戶供電線路圖資料，即詳細線路接線圖（包括電源點、高壓進線和低壓配電系統）；在目前的供電模式下，大量的工商業用戶普遍是10kV接入系統，但是存在變電站一條出線上接入多個用戶的現象，因此電能污染源有可能是自身引起，也有可能來自電源接入點的外界系統，因此詳細的線路結構圖有助于分析電能質量的污染源。

2、取得用戶負載信息，包括負載容量和數量、負載類型以及負載運行、投切的時變規律；包括用戶的無功補償系統的信息。根據我們的實施經驗，用戶資料的詳細程度直接影響后期的測量和分析，因此這兩項工作需要用戶的密切配合，尤其是針對一些特殊負載，要掌握其特定的用電曲線類型。我國對用戶的電能質量分析主要基于實際的測量，而日本目前的做法是基于按照實際負載進行計算分析，它們把用戶負載類型根據應用場合和電路種類分為九種類別十九種子類，每種子類負載對應各自的諧波含量，這樣根據用戶負載的類型和數量就可以得出該用戶的電能質量情況。而不需進行實際的測量，該種方法對于新建用戶尤其實用。由此可以看出，不管是基于哪種方法用戶負載信息的詳盡和準確是至關重要的。

3、獲取用戶在用電過程中遇到的供電問題匯總，這些匯總的供電問題可能是由于電能質量引起的，也可能是由于其他原因引起的；但是必須全面了解各方面可能存在的隱患，才有利于后期的綜合分析。

4、根據以上資料，確定進行電能質量測試的測點位置。測點位置的選擇首先基于電能污染源的來源方向。從諧波源來源于用電用戶考慮，測點的選擇一般按照以下原則進行，一是用戶的進線處，因為該處是用戶用電系統和外界電網的交匯處，可以將該處的電能質量作為參考點和其他處的進行比較，從而發現諧波源。二是特定負載處，這里所指的特定負載是指已確認為容量相對較大（一般取該線路總容量的20%衡量）的非線性負載。因為該類負載大多數會對整個供電系統的電能質量產生極大影響。從諧波源來源于整個外界電網來考慮，按照前面提到的國標當中，對于針對供電也就是電網的不同衡量指標，測點的選擇也有所不同，對于供電電壓允許偏差，衡量點為供用電產權分界處或電能計量點；對于電壓波動和閃變，衡量點為電網公共連接點（PPC）；對于公用電網諧波，衡量點為PCC，并取實測的95%概率值最為測試結果。

5、根據以上資料，確定測試儀器和測試方法；目前主要的測試方法分為三種：

一種是利用便攜式儀器進行階段性測試，主要針對負載變化率較小，并且供電情況比較穩定的場合，短期的測試就可以捕捉到存在的供電問題，類似的測試儀器包括EG4500，PQ-2000S，FLUKE434等；（但此種方式存在很大的局限性，由于大量用戶在夜間負荷最大，從而加大了諧波管理工作人員的工作量）。

第二種是利用在線式測量終端儀器和計算機監控系統對電力系統輸配電環節各電壓等級、線路及用戶站的出線進行長時間的（比如7*24）數據監測和分析，測點的記錄可以根據負載的特性進行，一般分為定期式記錄和觸發式記錄。定期式記錄時間間隔一般定為1—15分鐘，步長為1分鐘。

第三種情況采用分散式電能質量監測終端和無線通訊技術，實現客戶電能質量數據的長期監測，定期式記錄時間間隔一般定為1—15分鐘，步長為1分鐘。

6、對獲取的測試數據和圖表進行分析，分析數據的標準主要參考兩個方面，一方面結合國家對于供電電能質量的強制標準，國家的強制標準主要用來約束供電企業在供電質量和用電企業在用電方面的污染情況；另一方面結合用戶實際的用電電能質量要求，用戶的自身電能質量要求高于國家標準的主要是由于所采用的生產設備、工藝流程對供電質量要求較高，這類用戶一般有改善電能質量的自發性需求，因此最有可能成為諧波治理項目的潛在用戶。分析的結果一般以報表和棒圖的形式體現，數據的內容一般包括實測結果和國標的對比或者是電能質量治理前后的數據比較。這樣便于直觀定性比較和定量分析。

7、根據分析的結果，確認存在的供電問題提出綜合治理意見。對于用戶自發提出的治理要求，需要先對用戶用電系統和設備進行深入細致的評估調查與測試，充分了解生產工藝的具體要求、敏感設備的電氣性能，將電能質量問題的范圍縮到最小，提出切實可行、以最經濟可行、成本最低的治理方案，進行專業和綜合治理。

二、建立電能質量市場的合理性和可行性

關于電能質量問題也還存在許多分歧和爭論，主要表現在電能質量問題發生的原因與責任上，供用電雙方從認識和看法上往往存在很大的不同。例如，配電系統普遍采用和經常遇到的電容器投切操作，有可能引起暫態過電壓而損壞用戶設備，也可能由此造成用戶設備掉電此時用電方會簡單的抱怨供電質量太差，以至于投訴。又如，當電網某處發生短路故障，很可能在一些負荷公共連接點出現不同程度的短時電壓凹陷，其結果造成某工廠的變頻驅動裝置掉電。

建立電能質量市場的目的就是將電磁環境看作一種有價資源，將電磁環境的污染和治理推向市場，使得對電能質量的控制更加規模化、專業化，達到提高效率、降低成本的目的；同時利用市場的資源優化配置功能，充分利用電磁環境資源，合理分配高質量等級的電能，從而實現社會公正并使由電能質量問題所產生的社會綜合損失最小。

電能質量市場運營和交易特點決定了電能質量市場體系是由電磁污染排放權交易市場、定制電力市場、備用電源交易市場、電能質量科技市場和電能質量市場監管部門組成。受電網結構的制約，電能質量市場體系將形成多層次，區域分明，以相對獨立的配電網為基本單元結構。

為了保證電能質量市場公平、公正、公開和有效地動作，需在市（縣）級以上行政區域設立電能質量監督管理機構，行使行政執法職能，依照法律、法規統一履行各級電網電能質量監管職能。在體制上，與電力監管集中與分級相結合的監管體系是吻合的，因此它可以作為電力監管委員會的一個職能部門，保證電力系統的優質經濟運行，在發電側和批發市場實行中央集中監管體制；在售電側和零售市場實行統一規則下的地方監管為主的體制。

建立電能質量市場就是要提高社會生產效率、實現社會公正和資源優化配置。下面通過幾類典型的110KV負荷進行投入、退出、調整等活動對建立電能質量市場的合理性進行分析。

三、方案的意義

諧波源用戶非線性負荷造成電壓波形的畸變一方面使供電質量急劇下降，影響用電客戶，同時用戶回流的諧波電流沖擊并聯補償電容，以致補償部分有時無法投運且事故不斷出現，造成線損增加、系統運行穩定性下降。因此根據電網現有實際情況，切實研究、設計、并制造一套可完成諧波的治理、無功功率的補償、系統諧波的監測、保護等綜合功能的裝置，勢必能夠優化供電網的輸電運行能力、提高供電質量、降低線路損耗、加強系統的穩定性。同時也在此方面做出有益的嘗試，如順利達到預期目標，此諧波監測、治理及無功綜合補償方案可做進一步的優化和推廣。

面對以上類型負荷產生的諧波"泛濫"問題，我們常常束手無策的面對，怎樣分析，怎樣解決，怎樣找出電網結構、參數與諧波的內在關系等等一系列問題。而這些正是我們建立這套客戶諧波監測分析系統的目的所在。

四、方案的特點及技術措施

本方案最大的特點是把電能質量監測和治理有機的協調在一起，給供電公司帶來最大的經濟效益。

客戶諧波監測分析管理系統

電能質量問題實際上已成為一個經濟問題，是電力生產及工業制造水平發展到一定程度的必然產物，并在當前開放型的經濟體系中日益表現為一個突出問題。電能質量問題嚴重地制約吸引外資政策的實施，治理電網污染、提高電能質量是電力新興技術研究的迫切需要。電網電能質量的實時動態監測，是電能質量綜合治理的前提和基礎。目前，單一的電能質量監測工作已遠遠不能滿足現代電力工業管理的需要，由此，建立一種覆蓋面廣、運行穩定可靠的電能質量監控網已迫在眉睫。

普通分散式電能質量監測系統存在以下幾點缺陷：

實時性不強：由于監測手段落后，造成數據時效性差，上級部門無法及時了解各地區各電壓等級的電能質量水平，從而無法及時采取相應措施改善電能質量。

造成電能質量低的成因，也難進一步提出改善電能質量的有效措施。

工作量大：一方面，需要花費很多的人力物力去收集數據，另一方面還要對收集的數據進行統計分析。

效率低：從發現電能質量的問題到解決該問題，往往需要很長的時間，不利于管理工作的開展，無法形成一個高效率的電能質量管理體系。

因此研究和開發區域性電網電能電能質量實時數據網絡管理系統技術報告，建立統一的、開放的監控和管理平臺，實現對電網電能質量五項指標的全天候監控具有重大的現實意義及技術管理前瞻性，對電網的安全、經濟運行是有積極意義的。

電能質量網絡平臺的應用將為未來的專家系統提供基礎。未來的專家系統綜合了國內外諧波界知名專家的研究成果，采用智能模糊分析方法，對自動存儲于數據庫中的數據進行分析，找出污染源、發現諧振點，并對電網整體電能質量進行評估，仿真分析，提出整治建議，使得日后的治理工作更有針對性和有效性，對節省治理投資有重大的現實意義。

1、該系統的研發能實現電網對電能質量七項項指標（電壓偏差、頻率偏差、諧波、間諧波、三相不平衡，電壓波動和閃變、電壓驟升、驟降和短時中斷）的全天侯網絡化監控，系統分析和有效控制的要求得以實現，全面提升電力系統自動化管理水平，加強公用電網電能質量的監督管理，保證了電網安全運行。

2、通過系統監測數據，可及時準確定位系統的潛在故障源，污染源，分析出源的特性，類型及分布規律，給出整改方案預防電力事故的發生，可從電能質量的視角驗證電力網結構是否合理、設備參數設備是否合理，從電能質量的視角分析電力事故發生的原因

3、電能質量實時數據網絡管理系統使電能質量管理工作實現了全局一體化，提高了管理水平，使專職人員擺脫了用人工記錄的落后面貌。

4、電能質量實時數據網絡管理系統對設備安裝地點各級電網的電能質量狀態進行長期在線監測，資料的長期累積和分析為進一步的諧波治理提供了必要的基礎

5、電能質量實時數據網絡管理系統具有強大的數據處理和分析功能，提供歷史數據和實時數據查看功能、報表曲線分析功能，數據統計95%，最大值、最小值和平均值，握實時數據、進行數據分析管理等操作，提高了辦公效率。

6、電能質量實時數據網絡管理系統監測的系統數據給電能質量綜合治理提供了可靠依據。

7、電能質量實時數據網絡管理系統減少了運行管理人員的工作量。

8、該系統研發最終目的是提高電網運行的安全可靠性，提供用戶優質的電能，是面向開放的電力市場，適應競爭機制的強有力的手段。

五、方案設備規格及技術數據

1、供電公司子系統

供電公司電能質量監測分析軟件實現系統內變電站層和大客戶公共連接點的電能質量監測，用戶變的出線監測數據分析供大用戶進行電能質量數據分析監測，軟件提供實時數據、歷史數據、波形、頻譜和曲線分析報表輸出功能。

2、變電站層監測

2.1 變電站集中式電能質量監測

該設備可以集中監測八條線路的三相電壓、三相電流電能質量數據，滿足大多數變電站母線的電能質量七項國標監測數據，設備通過通道擴展組屏，最大可以監測到24組線路，數據通過網絡通訊光線方式和供電公司子系統通訊。

2.2客戶電能質量監測終端

設備采用DSP數據處理技術，實現三相電壓、三相電流的電能質量數據測量，通過無線通訊方式（GPRS）與供電公司子系統聯系。

2.3用戶變電站層監測

設備可以監測多組出線和進線的電能質量測試數據，其中儀器提供多種通訊方式實現與當地后臺和供電公司子系統聯系。