用户电力技术及最新研究进展.pdfVIP

上 海 电力 2 0 0 6 年第 5 期 用户电力技术及最新研究进展 楼晓君 ， 李令 冬。 ( 1 上海市 电力公 司营销部 ， 上海2 0 0 1 2 2 ； 2 教育部 电能质量 工程研究 中心 ， 安徽2 3 0 0 3 9 ) 摘 要 ： 电力技 术包 括发 电技 术、 输配 电技术 和用 户电力技术 。用户 电力技术 突 表现为电能质量 问题 、 节约 用电问题 、 安全运行 等问题 。用户电力技术是用来解决用户 电力问题 的技术 。就用 户电力技 术的概念 、 范围 、 Ni i 估技术 、 电能质量控制技术 、 能量 转换 技术及固态开关技术 的晟新 研究情况作 了简述 ， 并对用 户电力技 术的实现方式提 出了建议 。 关键词 ： 用 户电力技术 ； 电能质量 ； 电力 电子技术 中图分 类号 ： T M7 6 1 ； TM9 2 文献标识码 ： B l 引言 在所有的能源 中， 电能是最清洁 、 方便 、 易于 控制 、 效率最高的能源 。近 1 0 0年来 ， 电能在终端 能源中的比例一直在上升， 电能的重要性使“ 电力 技术是通 向可持续 发展 的桥梁” 已逐渐成为人们 的共识 。电力技术包括发电技术 、 输配 电技术和 用户电力技术。用户电力技术是用来解决用户电 运行情况， 系统故障仅 1 次 ， 为低压出线 电缆桩头 松动导致保 险丝烧断 。控 制箱每 日开、 关灯 、 电 压、 电流、 亮灯率等情况汇报 正常 。通过 HC T城 市路灯照明节能控制管理系统对路灯现场设备的 无线遥测、 遥控 、 遥讯操作正常， 无故障 。 表 l 亭卫公路 l 6号路灯控制箱实测数据 A相电 B相电 C相电 A相电 B相电 C相电 状态 压 V 压 V 压 V 流 A 流 A 流 A 满功率 2 2 5 8 2 2 7 9 5 2 2 6 1 2 2 2 2 2 l 6 9 4 2 3 9 7 降功率 2 3 0 8 5 2 3 2 1 4 2 3 0 7 4 l 8 4 6 1 4 0 6 l 9 9 2 测量时间 2 l ： 0 0 2 2 ； 0 0 ( 满功率) 2 2 ； O O 2 3 ； 0 0 ( 降功率) 有功功率 1 2 8 6 6 W l O 5 4 5 W 表 2 亭卫公 路 l 7号路灯控制箱实测数 据 A相电 B相电 C相电 A相电 B相电 C相电 状态 压 V 压 V 流 A 流 A 流 A 满功率 2 2 7 3 2 2 7 7 3 2 2 6 2 3 l 9 8 2 1 5 6 7 2 4 9 5 降功率 2 3 1 1 7 2 3 1 6 2 3 O 3 1 1 6 3 1 l 3 2 8 2 O 8 测量时间 2 l ： o 0 2 2 ； 0 0 ( 满功率) 2 2 ： 0 O 2 3 ： 0 0 ( 降功率) 有功功率 l 2 7 9 8 W 1 O 4 7 7 W 4 结语 采用 2 5 0 w 1 8 0 W 双功率镇流器可实现道 路照明节能 l 8 9 6 ， 投资 回收期 7年左右。若采用 一 53 O一 一 力问题的技术。电能质量、 节约用电、 安全用电是 当前最突出的用户电力 问题 ， 为 了解 决用户 电力 问题 ， 用户配电系统测试评估技术、 电能质量调节 技术 、 电能转换技术和 固态开关技术等用户电力 技术 ， 近年来得到了广泛应用和快速发展。 2 用户 电力突出问题 2 1 电能质 量 问题 2 5 0 W 1 5 0 W 的双功率镇 流器 ， 投 资 回收期更 短 ， 同时灯具及 电器设备可延长寿命 ， 采用 HC T 城市路灯照明节能控制管理系统能及时了解现场 路灯设备运行情况 ， 提高路灯 管理工作效率。是 适应不同道路状况的节能设置。 降功率单灯节能需要对每一盏灯的终端控制 器编号记录并输入控制系统 ， 每隔约 l 5盏灯设置 中继以确保单灯智能控制器与路灯控制箱通讯正 常， 在检修及抢修工作 中需要对抢修设备详 细记 录并更新服务器端设置， HC T城市路灯照明节能 控制管理系统可结合控制箱 门设 防盗、 电缆防盗、 路灯 台帐管理 系统 以完善功能 ， 进一步提高路灯 管理工作效率 ， 在现有 GS M 网络运行 正常 的基 础 上 ， 探索 与 GP RS网络 共 同运 行 的 可 能性 及 技 术条件 ， 可进一步提高系统运行 的稳定性。 收 稿 日期 ： 2 0 0 6 0 3 2 2 作者简介 ： 用生法( 1 9 6 4) ， 男， 上海人 ， 大专 ， 高级技 师， 从 事 线 路 运 行 、 带 电、 路 灯 工 作 ， 0 2 1 6 7 9 6 1 2 9 0 。姚 明 强 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 上海金 山人 ， 大专， 路 灯 专职 ， 长期从 事路灯 运 行 工作 。 ( 责任编辑 ： 尹端 士) 维普资讯 2 0 0 6 年第 5 期 上 海 电力 电能质量问题包括供电电压质量和用户对电 网干扰两方面的问题 ， 可用表 1概述。 表 1 电能质量 问题及 相关标 准 用户干扰 供 电电压质量 相关标准 表现形式 GB T 1 5 9 4 5 1 9 9 5电 能质 量 频 率偏差 有功冲击 电力系统频 率允许偏差 GB 1 2 3 2 5 一 l 9 9 5电能 质 量 供 电压偏差 无功 平衡 电电压 允许偏差 GB 1 2 3 2 6 2 0 0 0电能 质 量 电 电压波动和闪变 无功波动 压允 许波动和闪变 GB q 、 1 5 5 4 3 1 9 9 5电 能质 量 三相电压不平衡度 负序电流 三相 电压允许 不平衡度 OB i 1 4 5 4 9 1 9 9 3电 能 质 量 谐波电 睹波电流 公用电网谐波 ； GB Z 1 7 6 2 5 ， 4 2 0 0 0： I EEE( 1 9 9 3) 51 9 电压骤降 短路 电流 1 E C 6 1 o o 0 2 8 ( 2 0 0 2 1 1 ) I E EE S t d 4 4 6 1 9 8 0 I TC I曲 电压容限( 计算机 ) 线 ( 2 0 0 0舨 ) 电 压 容 限 S E M 1 F 4 7 S t a n d a r d c u r v e ( 半导体行业) 电 压 暂 忐、婀 期 变 l E E E S t d 1 1 5 9 1 9 9 5 ( R2 0 0 1 ) 化 、波动 、 中断、 畸变 以上电能质量问题 中， 用 电设备和电网的电 磁兼容问题越来越突出， 严重地影响 了电力系统 及电力用户的安全、 可靠 和经济运行。在 电能质 量 问题 中， 最 为 突 出 的 是 电 压 骤 降 ( Vo l t a g e Di p s ) 问题。持续时间 2 0 ms 、 2 0 的电压骤降会 使 轧 钢 厂 、 纺 织 厂 、 微 电子 厂停 产 ， 造 成 巨大 的经 济 损失 。 2 2 节约 用 电 问题 引起用户电能浪费的主要 因素有两个 ： 电压 不稳定使用户配电终端 电压过高， 用户低压侧运 行功率因数低 。 ( 1 )用 户配 电终 端 电压过 高的 问题 。对 于 电 阻负荷 ， 如自炽灯 ， 当超 过额定 电压 5 时 ， 照度 基本不变， 但是照明器具寿命大大缩短 ， 用电量也 增 加 1 O 2 5 。刈 于 配 电变 压 器 ， 大 多 运 行在 一 定程度的饱和状态下 ， 当进线电压降低时 ， 变压器 的励磁电流减小 ， 所 以现场测试经常发现 配电变 压器具 有较高 的无功 电压 灵敏 度 ( 当电压 降低 1 9 5 时 ， 无功功率相应减小 3 9 6 6 ) 。配电变压 器进线电压过高， 使线路无功电流增大 ， 线路有功 损耗 也 随之增 大 。 对于电动机负荷 ， 当电压在额定电压变化时 ， 有功输 出变化很小 ， 但 无功增 大很多； 高 电压供 电 ， 使电动机本身损耗 和线路损耗增 大。这可 以 用式( 1 ) 和数据说明。负荷 电压变化引起 负荷有 功和无功的变化 ， 可表示为指数形式 P _ P0 ，Q Qo ( 1 ) 式 巾 P 。 电压为 V 。时有功功率 ； P 一电压为 V时有功功率 ； P 有功功率 的电压灵敏度指数 ； Q 电压为 V。 时无功功率 ； Q 电压为 时无功功率 ； Q 无功功率 的电压灵 敏度指数 。 电机类 负荷 的 P 和 Q 值 如表 2所示 。 表 2 电机类负荷的 PV 、 QV值 负荷指 中央 室内 电风扇、 电厂 一 工业电 农用 数名称 空调类 空调类 洗衣机类 辅机类 动机类 水泵类 f J 0 1 0 0 2 0 0 0 8 O 0 8 O O 5 0 1 0 qv 2 5 2 5 l ， 6 1 6 O ， S 0 6 ( 2 )用 户低 r S -, 4 功 率 因数 低 。我 国电力 系统 对用户与供电网的电能计量点功率因数管理很严 格 ， 但用户不注意对 内部低压配电网的功率因数 监管 ， 致使用户低压侧功率因数低 ， 大量的无功电 流在高压侧才得到补偿， 致使线路电能损耗增大。 2 3 安全 运行 问题 对于电力系统 的安全问题 ， 各种继 电保护装 置 成功地 解决 了电力 系统 的安 全 运行 问题 ， 这 里 不 再赘述 。重 点谈 一下 关于开 关 过程对 配 电系统 安全运行的影 响。当出现短路故障时， 由于机械 开关切除短路线路时间长 ， 使 电压骤降的持续时 间长达 5 0 ms 以上 ， 致使许多电压敏感负荷不能 正常工作 ， 甚至 引发设备故 障。机械开关不能宴 现按相位控制其投切( 如过零投切) ， 会 引发投切 过程的过电压或过电流故障 3 用户 电力技术 3 1 用户电力技术的概念 现代电力系统中的用户 电力问题 ， 极大地推 动 了电力电子技术的研究。用 户电力技术( C u s t o m P o w e r ) 是 美 国 N O Hi n g o r a n i 博 士在 l 9 8 8 年提出的概念 ， 该技术应用大功率电力电子器 件解 决用 户电力 中 的 电能质 量 、 节 约用 电和 安 全 用 电等 问题 。 用 户 电力技 术 的核心 是能 够对 供应 的 电力进 行控制、 变换， 为用户或负荷提供满足电能质量指 一 53一 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 6 年第5 期 标及安全、 经济 、 可靠运行等要求的电能。而完成 这种控制与变换的关键是各具特色的电力电子器 件及其控制电路。 用户电力技术包括用户配电系统测试评估技 术、 电能质量控制技术、 电能转换技术、 同态开关 技术 。 3 2用户 配 电 系统 的测 试评 估技 术 用户配电系统测试评估的主要内容如下： 1 )网络阻抗计算 ； ( 2 )各母线短路电流 、 短 路容量计算 ； ( 3 )各供 电节点供 电电压质量限值 计算 ； ( 4 ) 各用电负荷对供 电系统干扰限值计算； ( 5 )各供电节点供电 电压质量测试评估 ； ( 6 )各 用电负荷对供 电系统 干扰 的测试评估 ； ( 7 )供用 电设备的电磁兼 容评估 ； ( 8 )节 电运行评估 ； ( 9 ) 安全运行评估 ； ( 1 O )用户 电力 技术 问题及解决 方 案 。 通过 以上评估找出用户电力技 术问题及其产 生根源， 并给出相应解决方案。 3 3 电能质 量控 制技 术 电能质量 控 制技术 主要 指基 于 电压源 或 电流 源逆变器 ， 对配电系统 的传输能力和供 电质量进 行连续、 快速、 精确 的有效控制 ， 使供 电质量提高 到一个 全新 水平 的有 效手段 。常见 电能 质量控 制 技术 如表 3所示 。 表 3 电能质量控制技 术 电能质量问题 电能质量控制技术 电压骤 降 动态 电 恢复器 D VR 谐波电压和谐渡 电流 I C滤波器 F C。 有源滤波器 AP F S VC ( F C十可控 电抗 器 TC R) 或 I S C ( 电容器 自动投 切装 置) 或 D S TAT 电压波动和闪变 ( ： ( ) M( 基于大 功率 电 力电 子装 置的无 功补偿 ) 电压短时中断 不间断电源 UP S 3 4能量 转换 技 术 风能 、 太阳能等各种新能源的开发利用 ， 大多 需要经电力 电子变换成同步的三相交流电能才能 并入电网使用 。 2 0世纪 7 0年代初 的能源危机大大促进了节 能技术的蓬勃发展 ， 其 中超导储能 ( S ME S ) 技 术 因其储能损耗低、 密度大， 适应于电力负荷峰谷调 节而备受青睐。S ME S技术研 究已有 3 0多年的 历史， 微小规模 S ME S技术 已趋于成熟并向多样 化 、 实用化 方 向发 展 。S ME S的 快 速 响 应 特 性 使 其可以用于提高电力系统 的暂态稳定性 ， 可 以在 53 2一 电压骤降或短期 中断时稳定用户电压 。随着高温 超导材料的出现和冷却技术 的进 步， S ME S应用 成本将进一步下降， 目前小型 S ME S已实现产品 化 ， 已在很多工业用户中投入应用 。 3 5固态开关技术 随着配 电容量增大 ， 对开关 的开断能力提 出 了更高的要求 ， 电压骤降敏感用 户对开关快速切 除短路电流的能力 也提出了更高要求 ， 现有 的机 械开关难 以满 足上述要求 。在这 种背景 下， 固态 断路器因其卓越的电流关断特性而备受关注 。目 前固态断路器 最快可在 7 O s内将 故障 电流 切 除 ， 有效地提高了固态断路器 的限流水平和电网 电压的恢复速度 ， 但其开断电压仍较低 。 美 国 西 屋 公 司 已 制 造 出 1 3 k V、 6 0 0 A、 由 GT O元件组成 的固态开关 ， 安装在新泽西州的变 电站 中使 用。GT O 开断时间可缩短到 0 3 ms ， 可以在电压或 电流的指定相位完成 开断 ， 基本上 可避免操作过电压 。这样 ， 由操作过 电压决定 的电力设备绝缘水平可大幅度 降低 ， 由于操作引 起的设备损坏也可以大大减少 。现在， 由固态开关 构成的电容器组的配电系统“ 软开关” 也已问世。 同态开关技术的进步将使配电系统 的安全运 行水 平大