高电能质量

电能变换设备在智能配电网中广泛存在，但两者在“源-网-荷”各层级中交互不够友好的现象仍普遍存在。本报告首先指出电能变换设备与智能配电网实现友好交互亟待解决的关键技术问题，然后分析两者在“源-网-荷”三个层级交互作用的特征，围绕“安全、优质、智能”三个目标，建立了两者友好交互的技术体系，提出了“灵活互动的新能源友好接入技术、配电网高可靠供电的友好支撑技术、面向高电能质量的友好用电技术”等三大关键技术，研制了具备友好交互能力的五类电能变换设备，并对后续研究提出了展望。

采用同步编码开关技术进行过零投切电容器，应用于低压配电台区，通过补偿谐波、无功功率及调节三相平衡，实现降低线损和变压器损耗的目的，提高电能质量和供电质量。

阐述无功补偿方式对系统功率因数及电压的影响，通过无功补偿点的合理选择以及补偿容量的确定，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功功率的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。进行无功功率补偿，能投资少回报高。通常采用的方法是在配电变压器低压侧进行补偿，既可降低线路损耗，也能降低配电变压器损耗，电压质量也有较大的改善，达到提高电能质量、降低线损的目的。

智能电网是全球电力行业的新话题，不同的国家都在以自己的方式研究和实践智能电网，随着光纤技术的发展，当前国内基于光纤技术的电子式互感器在数字化变电站中广泛应用，并取得重大进展，IEC61850正在从变电站走向整个电力行业自动化领域，相关技术越来越成熟，它克服了传统互感器绝缘复杂、体积大且笨重、易饱和等缺点，为光纤技术在发电机保护进一步发展和应用创造了条件。基于光纤技术的数字化电厂的发展可以降低发电成本、提高电能质量、减少设备故障率，最终实现电厂的安全运行和节能增效。基于上述情况，本项目针对基于光纤技术的光学电流互感器的数字化发电机保护关键技术进行了深入的研究，并开展光纤回路的功能定义、接线技术、标识等方面设计及应用。 本项目创新点有：1）提出基于光学电流互感器的多种多重差动保护方案，提高了内部故障主保护整体性能，是光学电流互感器在发电机组上的首次应用。2）设计并研制了发电机专用光学电流互感器，克服了传统互感器绝缘复杂、体积大且笨重、易饱和等缺点，适用于发电机恶劣运行环境。3）基于介质黏带减振的光学互感器抗振动技术，从而实现了对传感光纤的振动缓冲，提高了传感环的抗振动能力。4）集成式光纤测温精度补偿技术，在温度循环试验中比差变化小于0.15%，角差变化小于1分，均远优于国标。5）新型光纤接线技术，解决光缆分理、接入等问题，实现光纤的在线维护。本项目成果从根本上解决了发电机继电保护技术现存的请多问题，是国内外唯一基于光纤技术应用光学互感器的发电机保护，它在主保护性能、变频相量算法精度等方面均优于常规发电机保护。与国内外现有光学互感器相比，项目研制的发电机专用光学互感器安装灵活、电流线性测县范围更广、具有更好的振动和温度特性。本项目成果，获得专利授权4项，发表论文2篇，成果鉴定报告1项。

日前，由深圳供电局电力科学研究院主持，四川大学、清华大学、上海交通大学和安徽大学共同参与研发的“数字化驱动的高电能质量与客户增值服务关键技术研究与示范”项目，成功完成系列关键装备的研制与测试。这是国内首次基于5G通讯和数据驱动的优质园区电能质量量测、分析和管控的南网重点科技项目。较传统优质园区电能质量提升技术，该项目具有智能化水平高、治理装备指标先进等优点。

本项目属电能质量分析控制与应用技术领域。 项目填补了国内在电网侧采用大容量动态电压恢复器开展区域性电压暂降治理的工程建设及实际运行的空白，为国内外城市电网电能质量综合治理提供了示范，成果在深圳、海南、四川、厦门等地城市电网成功应用，在海南文昌卫星发射中心等重要用户电能质量保障中发挥了重要作用。成果应用后，仅在深圳地区每年因电能质量改善产生的经济效益超过1亿元，对于保障国内城市高质量发展发挥重要作用。

配电网是联结电网各类用户和分布式能源的关键环节，全电网80%以上的故障、损耗都发生在配电网。随着分布式可再生能源高比例接入与电力电子负荷的增长，配电网运行不确定性和电能质量等问题日益严重。本项目定义的配电网高质量运行是“源-网-储”整体配电网高电能质量与高运行质量的统一，主要研究内容和技术路线。 依托本项目己建成“配电网智能技术与装备”江苏省协同创新中心、“配电网”江苏省重点实验室等省级科研平台。项目成果已获授权发明专利35件，国内外权威学术期刊发表33篇高水平论文，牵头发布了“新型城镇配电网典型供电模式技术导则”团体标准。中国电工技术学会组织的成果鉴定评价为：“研究成果创新性强，示范引领作用突出，处于国际领先水平。”项目研制的系列装备已通过国网电力科学研究院等权威机构检测，相关核心技术已在南京鼎牌电器有限公司、江苏天华电力技术有限公司等企业实现了成果转化并量产，已在江苏南通、连云港等地区配电网成功应用，产生了显著的经济和社会效益，近3年累计新增经济效益约3.7亿元。本项目有力促进了分布式能源高效消纳，显著提升了配电网的运行质量，推动了可再生能源、智能电网、节能减排等产业的技术升级。

电网三相电压不平衡问题在东北电网66kV系统乃至全国电力行业都普遍存在。项目组对国网蒙东、辽宁、吉林电网和用户进行调研，其中存在三相电压不平衡问题的占比83%。以蒙东电网为例，不平衡的66kV系统约占85%，电压偏差最高可达7.00kV(企标要求不超过3.8kV).目前系统内普遍采用提高消弧线圈档位、增加系统补偿的的方法来缓解三相电压不平衡的问题，但无法从根本上解决。同时该方法次生灾害明显：单相接地时，由于系统补偿度过高、残流过大，接地点极易发生电弧重燃，扩大事故范围。行业内部缺少成熟技术来解决该问题。 本项目针对小电流接地系统三相电压不平衡原因进行研究，并研制出全国首台首套-一基于电压源的主动零序电压控制装置。该装置主要由接地选线消弧装置（具有三相不平衡有源调节与柔性熄弧功能）、柔性电压源构成。该装置主要针对东北电网66kV系统进行研发，但具有极强的普适性，可推广至所有小电流接地系统，对于5kV电压等级也同样适用。 经济效益方面，相电压长期不平衡较大，会击穿设备绝缘，损坏设备；单相接地时电弧过大导致相间跳闸，线路停电，增加电力设备运行维护成本，还会引起重要工业用户重大经济损失。装置可以解决上述问题，保证电网和用户经济效益。经过网站查询以及业内横向对比，尚无有效技术和装置能彻底解决此类问题。该装置能够解决生产实际问题，提高电能质量，降低系统损耗，填补了国内小电流接地系统相电压偏移治理领域的空白，推动了行业进步。

为实现西安公司持续精益改进，将大数据引入企业各级人员日常工作中，从企业运营的思维模式、组织机构、制度措施、技术应用、内外环境等方面改变传统的经验传导、被动响应、专业独立、单向流动的经营管理模式，促进专业融合，消减企业内耗，统筹管理公司生产经营活动，实现电网规划建设、调度、运维、服务等业务资源科学调配与协同管控：塑造科学、主动、互动、开放、共享环境，进一步指导企业高效运营、精细管理，不断基于大数据的供电企业精益化管理体系自2016年2月在国网陕西省电力公司西安供电公司实施应用，体系的应用辅助公司构建了大数据平台，建立了电网建设预测分析、用户投诉特征分析、用户用电行为分析、服务工单分析、配网抢修用时分析等几块大数提高电能质量和服务水平，推进企业科学化决策与可持续发展，全面提升企业经济效益与社会效益，形成现代企业精益化管理机制。 基于大数据的供电企业精益化管理体系自2016年2月在国网陕西省电力公司西安供电公司实施应用，体系的应用辅助公司构建了大数据平台，建立了电网建设预测分析、用户投诉特征分析、用户用电行为分析、服务工单分析、配网抢修用时分析等几块大数据分析场景，多维度实时分析数据，控掘电网现象隐含原因，实现了公司经济、社会效益双提升。

项目围绕“配电网运行质效提升”和“信息服务融通发展”两大目标，依托自主研制的具有多路采集计量、分路负荷控制、边缘计算等功能的新型智能终端，在客户侧全息感知、源网荷协调控制、信息增值服务等领域取得突破，提升了配用电服务水平，为用户大幅节省了用电成本。项目共发表核心论文 3 篇，申请发明专利 4 项，授权实用新型专利 3 项，授权外观专利 1项，取得软件著作权 2 项，经鉴定成果整体达到了国内领先水平，多源异构数据混合存储与分析处理、负荷的电能质量特征溯源识别技术达到国际领先水平。成果于 2018 年在丽水投入运行，试点范围覆盖分布式新能源、小水电、充电桩、居民、商业和工业等各类型中低压客户共29户，使用情况良好。通过配网运行质效提升，助力主动抢修，提高电能质量管理和源网荷调控水平，累计产生直接经济效益897.78万元；通过信息服务融通发展，推动数据融合共享和价值挖掘，实现电网与客户的价值共创，每年可创造上千万元的间接价值。成果的应用对提高分布式新能源的友好并网水平，提升客户智慧用电与供需互动的参与度和满意度，帮助实现配电网调控智能、运检精益、经营高效和服务优质等具有重要意义。