治理諧波 創(chuàng)新設(shè)備 推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展

了解國際前沿技術(shù)、擴(kuò)展領(lǐng)域視野是行業(yè)進(jìn)步的思想源泉，日前，CIRED組委會(huì)圍繞今年6月在瑞典斯德哥爾摩召開的國際供電會(huì)議（CIRED2013）在北京組織“2013國際供電會(huì)議專題報(bào)告會(huì)”，與供配電領(lǐng)域科技人員分享國際先進(jìn)配電技術(shù)。

諧波治理問題成為重要議題

智能建筑中大量的電子設(shè)備及電氣設(shè)備產(chǎn)生的諧波對(duì)配電系統(tǒng)污染嚴(yán)重，原本運(yùn)行正常的供配電系統(tǒng)效率下降、電氣火災(zāi)、計(jì)算機(jī)無故重啟、電容器燒損、變壓器未過載超溫等“怪事故”的頻出無不與諧波有關(guān)，諧波的危害在建筑供配電系統(tǒng)中已到了不容忽視的程度，因此，2013年國際供電會(huì)議對(duì)低于2kHz和2kHz至150kHz之間的諧波問題開設(shè)專題討論，本次報(bào)告會(huì)對(duì)專題內(nèi)容進(jìn)行了剖析，從諧波的生成和最新進(jìn)展視角入手，探討諧波治理問題。中國電力科學(xué)研究院教授級(jí)高工張祖平介紹說，白熾燈被有電子鎮(zhèn)流器的現(xiàn)代燈具所替代；基于逆變器的發(fā)電形式（如光伏發(fā)電逆變器）被越來越多地使用；未來配電網(wǎng)在用戶、分布式發(fā)電和配電網(wǎng)及其運(yùn)行方面發(fā)生的根本性變化，都是諧波畸變的潛在來源。他總結(jié)概括諧波畸變產(chǎn)生的原因主要來自非線性阻抗產(chǎn)生的低頻畸變、開關(guān)設(shè)備投切產(chǎn)生的畸變、短路功率的影響、頻率的變化以及新型設(shè)備產(chǎn)生的高頻畸變的影響越來越大等六個(gè)方面。

關(guān)于設(shè)備的諧波問題，張祖平表示，典型的現(xiàn)代電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波頻率較高，為使設(shè)備不受諧波影響，其諧波測(cè)量的方法和測(cè)量精度以及諧波建模和網(wǎng)絡(luò)諧波測(cè)量的結(jié)果及案例研究等都需要進(jìn)行研究。他具體地說，額定電流小于16A的設(shè)備在按照A、B、C、D四級(jí)分類的基礎(chǔ)上，要考察設(shè)備的市場(chǎng)滲透力、使用的同時(shí)率、產(chǎn)生的各種諧波畸變以及其使用的時(shí)間等。其中A類包括平衡三相設(shè)備、白熾燈調(diào)光器、音響設(shè)備以及一切未被分類為B、C或D類的設(shè)備，B類為便攜式工具、非專業(yè)的弧焊設(shè)備等，C類為照明設(shè)備，D類包括個(gè)人計(jì)算機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、電視接收機(jī)。對(duì)于這些設(shè)備的總諧波畸變的考察后，可通過無功率因數(shù)校正、無源功率因數(shù)校正、有源功率因數(shù)校正三種方式解決。

電子設(shè)備產(chǎn)生諧波畸變的影響會(huì)達(dá)到何種程度？張祖平說，設(shè)備的諧波頻率越高，電路中并聯(lián)電容器的阻抗越低?？傮w來講，電源電壓引起的高頻畸變因不同設(shè)備的靈敏度不同而不同。在諧波頻率范圍內(nèi)，會(huì)顯著增加電流消耗。如果沒有瞬時(shí)故障，高頻分量的水平通常低于10%。電路元件（如直流母線上的電容器）的溫度上升可能會(huì)降低設(shè)備壽命。

小型光伏逆變器因其更高的能源產(chǎn)量、安全性以及組件級(jí)監(jiān)控能力，在住宅建筑等小型項(xiàng)目中極具吸引力。截至2011年，德國大約安裝了25GW的光伏發(fā)電，其中約80%的光伏發(fā)電為低壓安裝，進(jìn)而擴(kuò)大了小型光伏逆變器的應(yīng)用規(guī)模，但小型光伏逆變器高低頻的諧波畸變問題也隨之而來。張祖平說，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量三種不同型號(hào)的單相光伏逆變器，其較高頻率的諧波畸變，幅度有顯著差異。分析其原因?yàn)橹C波畸變?nèi)Q于電源阻抗，因?yàn)樗心孀兤饔兄嗤墓ぷ鼽c(diǎn)，但其電壓與電流有不一致的行為?？偨Y(jié)來講就是在正弦電源電壓的情況下，光伏逆變器存在較低的低頻諧波畸變；供電電壓畸變時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生較大的低頻諧波電流；相位角和電壓畸變之間沒有線性關(guān)系；開關(guān)操作會(huì)產(chǎn)生高頻諧波畸變。

設(shè)備元件呈多樣化創(chuàng)新發(fā)展

設(shè)備元件是配電系統(tǒng)的“細(xì)胞”，配電網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)壯運(yùn)作需要元件的牢固支撐。2013年國際供電會(huì)議對(duì)配電網(wǎng)元件相關(guān)的電纜、變壓器、開關(guān)設(shè)備及控制、保護(hù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和新型有源電力電子設(shè)備等元件進(jìn)行了研究交流。福建電力公司副總工程師李天友在報(bào)告會(huì)上總結(jié)了各國在大會(huì)上提出的智能傳感器、變壓器等設(shè)備的創(chuàng)新性成果。

智能傳感器的成熟應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)智能化的基礎(chǔ)。李天友表示，國際上一些新的特性電壓和電流傳感器，在測(cè)量精度上有很好的性能，比之前使用的元件尺寸小、成本低。同時(shí)依附在中壓電纜的終端附件上，這種電纜附件的安裝過程與目前的類似，不會(huì)影響中壓開關(guān)的結(jié)構(gòu)。他舉例說，芬蘭在現(xiàn)有的電纜接頭處（翻新改造）或在套管里，使用嵌入式智能電壓和電流傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電流、電壓互感器，這種新的傳感器用了Rogowski線圈或分壓器，沒有使用任何鐵磁核心，因此傳感器的性能不受滯回曲線非線性等影響。意大利將高精度的傳感器集成在中壓電纜終端頭中，將一個(gè)可預(yù)校準(zhǔn)、高精度的無源電流、電壓傳感器嵌入到室內(nèi)終端，這種即插即用的電纜附件無需現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，適合絕大多數(shù)類型的電纜，可用于現(xiàn)有開關(guān)柜的改造而無需改裝開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)。

“可再生能源發(fā)電接入配電網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)了能源的循環(huán)利用，緩解了電力緊張問題，但可再生能源發(fā)電接入配電網(wǎng)還需要解決系統(tǒng)因外來電源插入帶來的電壓調(diào)節(jié)的技術(shù)問題。李天友介紹說，2011年德國決定通過實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型來重新定義其能源供應(yīng)，包括逐步淘汰核能，減少煤炭的使用，在2050年實(shí)現(xiàn)基于可再生能源的發(fā)電占到電力總體發(fā)電的80%，2020年的目標(biāo)是占到35%。對(duì)于分布式電源大量接入中低壓電網(wǎng)的挑戰(zhàn)，德國用德國理念回答了2050年的挑戰(zhàn)，即提出了生產(chǎn)資源整合的作用及“智能市場(chǎng)”的理念，他們新開發(fā)出的iNES系統(tǒng)可以在出現(xiàn)電壓問題或過載時(shí)自動(dòng)反應(yīng)來解決能源接入問題。該系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用在法蘭克福農(nóng)村和城市電網(wǎng)中。在相同問題的處理上，英國采用配電變壓器有載分接頭集成到真空滅弧室里調(diào)節(jié)電壓。日本應(yīng)用新型的配電網(wǎng)靜止無功補(bǔ)償裝置，緩解在配電網(wǎng)中因分布式電源而造成的電壓波動(dòng)。巴西開發(fā)了低壓電網(wǎng)的便攜式電壓調(diào)節(jié)器，其無論是單相、兩相、三相都能被方便地安裝在LV網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵點(diǎn)上；在低壓電網(wǎng)中，標(biāo)記了超出電壓水平限度的值；調(diào)節(jié)器電力控制允許輸出電壓當(dāng)電壓過低時(shí)增加電壓，電壓過高時(shí)減小電壓，電壓在合適范圍時(shí)無反應(yīng)；可通過GPRS監(jiān)控的測(cè)量數(shù)據(jù)。