高可靠性、高品质的电力供应解决方案——FA66电力园区

1.概述

现代电力系统中用电负荷结构已经发生了重大变化，半导体整流器、晶闸管调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷迅速发展，由于这些负荷非线性、冲击性以及不平衡性的用电特性，使电网的波形畸变越来越严重，对电能质量造成的干扰或“污染”，也越来越严重。

优质电力工业园区是一种包含“用户至上”经营理念的新型电力技术，通过监测园区电网的电能质量，区分用户的不同电能质量需求；通过对园区配电网进行合理优化、改造和安装电能质量治理设备等多种方法，为用户提供基本服务、附加服务和优质服务等不同等级的电能质量服务水平。用户可根据自身的需要选择不同的服务等级。高于基本服务的等级，为在政策允许下实现“优质优价”提供技术条件。供电可靠性和电能质量有了改善，避免了停工的高昂代价和废弃产品的损失，同时节省了购买、运行、维护内部电力调理设备的费用。

优质电力园区解决方案研究和探索针对不同区域内的电力用户用电特点，如何采用不同的电能质量治理设备、治理技术、监测技术、通信技术等多种设备及技术的融合，制定适合该区域的优质电力园区系统方案，以满足区域内不同用户对用电可靠性和电能质量的生产需求，同时实现提高区域内电压合格率及降低区域内网损的目的。

2.解决方案的构成

优质电力园区高可靠性、高电能质量的解决方案，是从两个方面实现需求的。

从电网结构上（见图1），为保证高可靠性，至少要采用双电源点供电的方式，并且利用SSTS在多个电源之间实现主备电源间无缝切换，切换时间小于1/4周波，可实现故障自动切换；为保证高电能质量，在用户侧和电网侧同时进行电能质量治理，利用APF、TSF设备的配合实现用户侧电能质量治理，利用SVG设备实现电网侧电能质量治理和电压稳定性维护。

从运行管理上，优质电力园区主站系统作为电能质量监测、治理、控制网络平台的主站，一方面适应优质电力园区的电网架构，并为后续园区的进一步建设和未知电能质量问题提供足够的扩展接口、空间；充分考虑园区内用户的需求信息，适时响应园区内用户电能要求，实现园区优质电力供应与用户的互动，系统功能图如图2所示。

主要功能包括：

1）实时监测：提供园区电网的实时可视化界面、实时接收电能质量监控终端和电能质量治理设备上传的数据，动态刷新显示每次设备的实时运行参数和运行状态，对园区电网的电能质量和电能可靠性状况进行持续的监测。实时监视系统谐波含量，电压闪变、扰动，频率偏差，不平衡度，功率因数等电能质量问题。通过手动或自动触发波形捕捉，记录扰动时的波形，进行电能质量分析和故障分析。提供谐波分析、电压分析及告警等电能质量分析功能。

图1 电网结构图

2）实时控制：支持对电能质量治理设备的远程控制功能，实现四遥，综合协调控制智能有源无功及谐波补偿装置、智能滤波补偿电容器、智能高速切换开关等电能质量治理设备，具备改善功率因数、滤除谐波、调节电压、切换电源、降低网损等功能。

3）统计分析：提供谐波分析、电压分析及告警等电能质量分析功能；可以用数据、图表、动画等形式，进行集中、动态、实时、交互演示各种电能质量治理设备的功能；提供综合的电能和需量统计报表功能；包含不同馈线的不同费率时段的用电量；可以进行日、月、季节、年的统计与记录；能匹配电力公司账单结构进行峰谷平统计与记录，并可以进行显示、打印和查询；能够提供无功优化的电能损耗数据。

4）电能质量监视和分析：针对电能质量监测装置的采集数据进行监视分析，主要指标为，供电电压允许偏差、供电电压允许波动和闪变、供电三相电压允许不平衡度、公用电网谐波，以及供电频率允许偏差等的指标限制。

5）报警和事件管理：系统可以设置在电能质量事件发生时、测量值越限、设备运行状态变化时触发报警。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面或触发必要的操作，同时可以将报警信息通过Email等方式通知相关人员。故障记录管理功能，有效管理故障的波形记录。告警方式应画面、音响、语音、文字等多种形式。所有告警信息均应含丰富细节，可以分类查询。

图2 系统功能图

6）历史数据管理。

7）报表管理。

8）用户权限管理。

9）第三方通信功能。

10）故障录波数据接收及显示波形，分析。

11）为其他应用软件提供应用程序接口、系统远程维护、丰富的通信规约功能。

3.系统功能（见图3）

（1）监测功能

1）系统运行监视和控制：在监控界面中，显示整个电能质量管理系统的网络图，动态刷新显示各主接线图上的实时运行参数和设备运行状态，并支持远程控制功能。系统画面可以根据实际需要进行组态。系统可对园区的配网结构管理。

2）电能质量监视和分析：可以对整个系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续的监测。实时监视系统谐波含量，电压闪变、扰动，频率偏差，不平衡度，功率因数等电能质量问题。通过手动或自动触发波形捕捉，记录扰动时的波形，进行电能质量分析和故障分析。提供谐波分析、电压分析及告警等电能质量分析功能；

图3 主站架构图

①电压偏差（voltage deviation）：是电压下跌（电压跌落）和电压上升（电压隆起）的总称。包括测量值、电压偏差、电压合格率。(www.xing528.com)

②频率偏差（frequency deviation）：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，各国对于该项偏差标准都有相关规定。包括测量值、电网频率、电网频率合格率。

③电压三相不平衡（unbalance）：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。包括正序分量、负序分量、零序分量、电压的负序不平衡度、电压的零序不平衡度、电流的负序不平衡度、电流的零序不平衡度。

④谐波和间谐波（harmonics&inter-harmonics）：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。包括基波电压、电压谐波（25次以内）、电压总谐波畸变率、基波电流、电流谐波（25次以内）、电流总谐波畸变率。

⑤电压波动和闪变（fluctuation&flicker）：电压波动是指在包络线内电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。包括电压变动、短时间闪变值、长时间闪变值。

⑥电能质量暂态分量：包括电压暂升、电压暂降、短时中断。

3）电能消耗统计和分析：系统提供综合的电能和需量统计报表功能，包含不同馈线的不同费率时段的用电量，可以进行日、月、季节、年的统计与记录，能匹配电力公司账单结构进行峰谷平统计与记录，并可以进行显示、打印和查询。能够提供无功优化的电能损耗数据。

4）报警和事件管理：系统可以设置在电能质量事件发生时、测量值越限、设备运行状态变化时触发报警。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面或触发必要的操作，同时可以将报警信息通过Email等方式通知相关人员。故障记录管理功能，有效管理故障的波形记录。

告警方式有画面、音响、语音、文字等多种形式。所有告警信息均应含丰富细节，可以分类查询。

（2）主站系统控制功能

1）无功电压协调控制：采用基于网络协调及优化监控的分层分布式电能质量监测和治理系统。通过对园区电能质量等方面的分析评估，对园区配网的运行状况采用优化算法，给出网络可调接设备的最优运行控制策略，避免园区中的设备盲目动作。

综合协调智能有源无功及谐波补偿装置和智能滤波补偿电容器的无功控制，对智能有源无功及谐波补偿装置和智能滤波补偿电容器的控制模式和控制设定值继续优化调度，避免两种无功电压设备配合的问题，例如智能有源无功及谐波补偿装置和智能滤波补偿电容器两类无功电压控制设备，不能都运行在恒压模式，否则会出现极大的环流而导致设备损坏。需要根据两类设备的详细技术参数，根据大量的分析，总结出各类优化控制策略，保证电压合格率，减少系统损耗。

2）电能质量优化控制：根据监测点的电能质量数据，例如谐波、不平衡度、电能质量暂态分量等指标，综合协调控制智能有源无功及谐波补偿装置和智能滤波补偿电容器等电能质量治理设备的控制模式和设定值，优化提高功率因数、滤除谐波、解决电压暂降、瞬时断电等电能质量问题。

（3）电能质量分析及评估功能

优质电力园区主站系统具有提供完整的谐波监视、评估、治理设备的优化控制等功能；显示谐波潮流，定量研究定制电力设备投入前后对园区电能质量改善效果。

目前我国已经制定颁布的6项电能质量系列的国家标准，包括：公用电网谐波、三相电压允许不平衡度、电力系统频率允许偏差、电压波动和闪变、供电电压允许偏差、暂时过电压和瞬态过电压等。国标对各个单项指标的允许限制做了明确的规定，成为电能质量单项指标评估的参照基准。

由于电压暂降与短时间间断对一些重要负荷的影响较为严重，国外有专家认为电压暂降与短时间间断已上升为最重要的电能质量问题之一，尽管国内还未制定相应的国家标准，但也应将其列入评估电能质量的单项指标之中，并且国内外专家对电压暂降与短时间间断的评估也做了大量的工作。

（4）主站系统可视化功能

采用符合SVG准则的图形系统和遵守IEC-61970行业标准的建模规范，建模方式简单易用、界面友好、数据组织管理清晰，在绘制系统一次接线图的过程中即可建立电网模型，同时提供方便友好的参数录入界面，可录入电网设备的基本参数，还提供了远程实时修改电网模型功能。

1）控制过程可视化：当协调控制系统对SVG、TSF、智能高速切换开关的控制模式和控制值发生改变时，用三维的效果展示控制过程的动态过程，让人有身临其境的现场感。显示界面能够显示目前的控制模式，并显示相关模式的下的限定值。能够通过控制模式按钮实现不同控制模式下的人工转换。

2）电能质量数据可视化：利用二维或三维的表格、仪表、曲线等形式，动态展现电能质量的监测数据，并且展示电能质量分析的结果，增强用户的直观使用感，提高软件的操作亲和力。

4.结束语

优质电力园区解决方案旨在为用户提供高于基本服务等级的高可靠性、高电能质量的定制电力服务。通过监测园区电网的电能质量，区分用户的不同电能质量需求；通过对园区配电网进行合理优化、改造和安装电能质量治理设备等多种方法，为用户提供基本服务、附加服务和优质服务等不同等级的电能质量服务。用户可根据自身的需要选择不同的服务等级。高于基本服务的等级，为在政策允许下实现“优质优价”提供技术条件。供电可靠性和电能质量有了改善，避免了停工的高昂代价和废弃产品的损失，同时节省了购买、运行、维护内部电力调理设备的费用。

解决方案从以下两个方面入手：

一方面从网架结构入手，针对高可靠性要求，使用SSTS在多个电源之间实现电源故障情况下切换时间小于1/4周波的主备电源间无缝切换；针对高电能质量要求，在用户侧和电网侧同时进行电能质量治理，利用APF、TSF设备的配合实现用户侧电能质量治理，利用SVG设备实现电网侧电能质量治理和电压稳定性维护。

另一方面从管理平台入手，开发优质电力园区主站系统，对园区可靠性指标、电能质量指标、电压无功指标，损耗指标进行实时监测、分析、控制；通过计算机智能实现无功电压协调控制和电能质量协调控制；对电能质量指标进行分析评估，对分析评估结果给予可视化展示。

优质电力园区解决方案是针对一个普遍性的需求提出的，在方案的设计、研发和实施过程中，立足于实际需求的需要但不拘泥于具体问题，是充分考虑解决办法的普适性。整个方案立足于高可靠性、高电能质量两大目标，是解决定制电力需要的可复用方案。

（作者：南京软核科技有限公司 戚光平 王朝明）