《电能质量管理案例》251-257

浙江宁波梅山大型自动化港口电能质量治理实践一、基本情况（一）港口简介宁波梅山港拥有10个集装箱专用泊位，岸线总长3950m，前沿水深17.1m以上，是国际化深水良港。主营集装箱航线59条，覆盖全世界5大洲、6大洋。港区目前配有桥吊50台（其台）、集卡419台（其中无人驾驶智能集卡102台），形成《36+116+102”的全球最大规模自动化作业设备集群。（二）案例背景1.大型自动化港口电力系统复杂宁波梅山港电气化程度高，港口桥吊、龙门吊等大型设备电气化占比达到88%，岸电、无人驾驶智能集卡等100%依靠电力运行；自动化程度高，桥吊、龙门吊等由人员远程操控作业，智能集卡采用全自动无人作业，均大量采用四象限电力电子变频器驱动；内部潮流复杂，港口内部有31.25MW风电、1.78MW光伏、1MW/2MWh储能，50台桥吊设备还配有每台最多1.6MW的重力势能回收装置，整体电力潮流不可预测。2.港口电能质量事件原因多样宁波梅山港目前由20kV双电源供电，通过电力录波分析，2023年梅山港电压暂降比例大于7%的事件共有15起，其中6起电力跌落比例大于18%，持续时间均为70ms—100ms，使得港口设备跳机，影响港口运行。经供电变电站录波数据与梅山港内部录波数据比对得知：3起电压暂降主要原因是供电变电站同母线其他线路故障引起；另3起为梅山港内部电网潮流快速变化，短时出现感性与容性耦合引起的电压谐振。3.不同电压暂降对于港口用电的影响宁波梅山港电压暂降问题可分为三种情况：1）严重电压暂降，电压暂降幅度超过15%，电压暂降时间大于60ms，会引起设备跳闸；2）中等电压暂降，电压暂降幅度5%—15%，电压暂降时间不超过60ms，存在跳闸隐患；3）常态电压波动，电压幅值波动在5%以内，波动时间跟随负荷波动，基本不影响用电。电压暂降会造成电网侧和用户侧同时出现短时失压和过流，可能导致港口用电设备脱网停机，降低电力系统的稳定性。电压波动频繁会影响港口安全生产和用电设备寿命。（三）案例概要宁波梅山港码头已对变频器等设备的欠压整定值进行了调整，降低了欠压启动电压，延长了欠压保护启动时间，基本可以躲过中等电压暂降。但电压暂降一旦发生，仍会造成短时低电压和高电流，一定程度上减少了设备运行寿命，增加了安全隐患。为此，国网浙江省电力有限公司宁波供电公司、宁波舟山港集团有限公司、宁波梅东码头集装箱有限公司、国电南瑞科技股份有限公司共4家单位联合针对宁波梅山港码头的电压暂降等可实施性等因素的情况下，最终决定采用在码头10kV侧并联电压补偿装置进行治理。二、主要做法与实践并联电压补偿装置采用全控型电力电子器件组成的四象限变流器加储能元件的结构，具备虚拟阻尼控制，实现电压波动补偿及电压振荡抑制。主要特点是：快速准确检测。基于双序锁相环的三相不平衡电压暂降的双dq变换检测方法，实现快速准确地检测电压暂降；高效控制策略。采用类似针对LCL高频谐振的虚拟电阻法，在控制中引入电压暂降及电网振荡的虚拟电阻，增大电压阻尼来抑制电网电压暂降及电网振荡；快速功率响应。直流侧储能系统采用超级电容器，其快速充放电响应性和高充放电倍率的特性，可以满足区域性供电系统的响应特性及功率输出宁波梅山港现场供电系统有多个10kV配电子站，用电负荷相对分散。相比于20kV集中治理方式，在10kV供电子系统侧进行区域治理更加灵活。从操作性考虑，在设备安装维护时只需要进行局部的断电操作，不影响正常作业和现有安装设备，可操作性更强；从治理效果考虑，该方式的体积小、移动灵活、响应速度快，可以抑制不同程度的电压波动及振荡。三、成效与创新（一）实施效果经现场验证，对于常发生的电压暂降，并联电压补偿治理装置方案的补偿能力满足现场需求，装置能够快速检测到电压暂大大降低了设备跳闸与脱网停机的风险，保障了港口的安全生提升了港口带载能力，负载设备稳定运行时长大大提升。投入并联电压补偿装置后，严重或中等电压暂降通过补偿装置补偿为常态电压波动，满足了港口的正常运营需求。（二）经验启示在实现“双碳”目标和构建新型电力系统的大背景下，电力电子技术的发展和用户供电要求逐步提高，用户侧负荷逐步呈现出电力电子化的发展趋势，这种趋势增强了用户侧负荷的可控性、灵活性。但由于其跟网型控制结构导致电力系统惯量下降，已引体化解决方案是今后发展的重点方向，对于电能质量管理应该是全局的、完整的、系统的，可以支撑企业内部电网实现智能、稳定、安全地运行。四、总结与建议本案例对电压暂降问题的解决具有指导性意义，主要有三个特点：一是经济性，本次改造方案采用并联电压补偿装置，设备安装对于原有配电系统几乎不涉及改造，极大减少了设备改造成本。二是可操作性，由于原有配电系统改造不大，不需要长时间停电，可以在不影响港口总体运行的情况下，完成设备安装、调试和维护。同时考虑港口码头的扩建需求，新增治理设备可以独立增装。三是低可靠性要求，由于治理设备采用的是并联方式，即便治理设备故障，也不会直接引起港口用电受影响，有足够的时间完成设备的检修和维护。电能质量管理是一个复杂的系统工程，它涉及电力系统、电力电子、自动控制等多个方面。应在基础理论研究、发展用户电力技术、采用其他领域的新技术耦合等多个维度为电能质量控制带来新的活力。具体可从两个方面建设一体化解决方案。（一）实现系统层面调控建立企业级或园区级的能源调控系统，协调源、网、荷、储完善区域安全稳定控制、精准切负荷等功能的部署，在经济合理的成本下实现对