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行業資訊

電力市場中電能質量給供電企業帶來哪些挑戰與困惑?

來源: 北極星售電網    發布時間: 2020-03-01 16:46:02    點擊次數:

2003年Intel公司來中國投資建廠,選擇了成都這個城市作為他們全球最大的封裝生產基地及芯片封裝測試中心。Intel之所以青睞成都,是因為找當地要了一份連續3年的供電質量監測數據,甄別后符合預期才選擇了這座城市。同樣的事也發生在韓國三星公司選擇西安建廠之時,由于三星公司對電能質量要求極高,他們自己配置補償設備來應對電壓暫降??梢?,電能質量是國外企業建廠擇市的重要考量,而國內企業,對電能質量的要求目前已處于蘇醒階段。

分類及危害

電力系統是一個整體,其電能質量狀況相互影響。由于電能不能存儲,其生產、輸送、分配和轉化幾乎都是同時進行,帶來潮流本身不停變化,且大部分用戶行為對于電力系統來說是隨機的,這就決定了電能質量需要通過系統進行調節與平衡。

電能質量的定義可以簡單分為兩類:穩態電能質量,包括電壓偏差、電壓頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動與閃變等;暫態電能質量主要是電壓暫降(暫升)與中斷。電能質量問題造成的危害往往是不可逆轉的。一旦發生,不僅可能會造成重大的政治影響,還可能會導致嚴重的經濟損失及甚至人身安全事故。

近年來,一方面,隨著自動化生產線、精密工藝、網絡信息工程的發展,基于微處理器的數字型和電力電子型負荷在電網系統中所占比重不斷增加。相對于只有停電才受影響的傳統負荷,現代負荷對電壓暫降等事件非常敏感。另一方面,各行各業其實意識到了電能質量擾動的問題,尤其傳統行業處在生產設備的更新換代過程中,對電能質量的要求有過之而無不及,如陶瓷廠近兩年來把他們的電機改成更加節能的變頻電機后,一旦出現電壓暫降,整個流水線出來的產品面臨報廢。隨著機器代人趨勢的出現,機器人生產會逐步成為潮流,對穩定的電壓的要求更近乎嚴苛。

對于一般居民用戶而言,電壓暫降可能不會造成明顯的影響。他們關注點在于供電連續性和電壓偏差能否得到保障。

當然也有一些用電客戶可能成為影響電能質量的污染源。比如地鐵的牽引站、一些鋼廠和五金廠的氣閥開關等,都有可能影響電網設備,導致其他用戶電能質量受影響。

電壓暫降之殤

在電能質量問題中,電壓暫降是最嚴重、也是造成經濟損失最大的一類事件。國際GB/T30137將電壓暫降定義為“供電電壓有效值快速下降到額定值的90%~10%持續時間為10ms~1min后恢復正常的現象”。引起暫降發生的主要原因有短路故障、變壓器激磁和大容量感應電動機直接啟動等。這些因素可以使得系統內產生幾十倍于額定電流的沖擊電流,引起公共連接點(PCC點)電壓下降。

據美國對商業建筑、交通運輸、食品加工、塑料、印刷和化學加工等行業進行的主要電能質量問題調查,引起終端用戶電能質量問題最主要的原因就是電壓暫降或暫升。LPQI/歐盟25國的調查結果也表明,在歐洲,電壓暫降和短時中斷占工業樣本總成本的60%。

電力系統中存在很多不可控的因素,導致供電電壓出現波動。盡管供電企業采取了各種技術措施來抑制電壓暫降,比如為了應對雷擊跳閘而應用各種防雷措施,但仍然無法百分百避免電力設施不被雷擊。市政施工可能對電纜產生外力破壞,導致電纜短路,進而引起電壓暫降。而且電網是一個整體,在一個點發生電能質量問題都會影響一個較大的范圍。西安交通大學教授、中國電源學會電能質量專委會秘書長卓放指出,“電壓暫降對敏感性用戶造成嚴重損失,已成為國內外最主要的電力投訴問題,電能供給側與用戶側關于電壓暫降原因的糾紛也逐漸增多?!?/p>

供電企業的困惑

那么在電能質量如此重要的態勢下,究竟會給供電企業帶來哪些挑戰與困惑,抑或帶來哪些經濟性成本?

目前電網企業在普遍的用戶服務方面已經做得非常到位。但是,因為現有的電力體制或者現有電網公司的運行機制和用電政策存在一定的局限性,電網企業在針對敏感用戶進行優質供電的投入“師出無名”。部分用戶對此有一定認識,但多數用戶仍沒有建立準確的認識。他們通常認為電壓暫降來自電網側,責任方應該是供電企業,不可能自己投資購置補償設備來保護敏感設備。因此,用戶面臨著的問題為——是否可以進行選擇!選擇一個電價相對較高的優質電能,還是一個是電價相對較低的一般電能?一旦用戶有了選擇權,那么運行機制就建立起來了。對于用戶和電網企業來說,這都是雙重保護。

我國也僅僅在一些場合實行了可靠性收費,高電能質量的電價制度尚未建立,這還需假以時日,畢竟我國的供電企業要承擔社會責任,而且電力市場也剛剛放開。這也意味著這一市場遠未成熟,潛力無限。

還有一種解決方案是設計和建設完美的供電網,保證電力供應和負載用電之間的充分兼容,充分考慮到電網和用戶兩方面,需要在用戶側安裝監控設備,確保用戶故障不出門;同時還要保證所有用電設備能夠兼容電能質量問題。當然,由于成本高昂,這從經濟性角度講可能不具備可行性。因此,建設完美的供電網只能在部分發達省份的個別試點區域實現,并不鋪開列入計劃日程。

期待國際標準

在標準上,建立完善的電能質量標準體系也非一日之功。

據悉,國際上有一些國家已經制定和頒布了針對本國電網的電壓暫降標準,如德國、南非,但是還沒有正式的國際標準。我國由福建電科院牽頭,多家單位參加起草的電壓暫降國家標準送審討論稿經征求意見后,也已經于2012年7月在北京召開討論會做了較大修改并通過類似手冊類的簡單指導意見?!坝捎谠谶@方面工作基礎薄弱,本標準并沒有也不可能給出電壓暫降的限定指標?!毕嚓P人士指出。

在暫降相關方上,與暫降相關的利害關系人主要包括監管者、標準制定者、電網運營商、工業用戶、設備制造商、電能質量監測儀器制造商。

建議設備制造商,在設備開發的初始階段就應當考慮電壓暫降免疫水平,同時設備制造商應當給用戶提供每一種設備的電壓耐受曲線,從而方便用戶了解設備的免疫水平。

建議工業用戶,單獨隔離出敏感設備或控制器加以保護;或加裝治理設備,如采用UPS可以極大地提高暫降免疫水平,花費不大但可以避免大量的經濟損失;在設計新的加工流程前也應當考慮電壓暫降的影響。

而目前電網企業需要在危與機中劈路,開展電壓暫降監測、暫降識別與定位、暫降治理研究。機遇如下:一是通過優質的差異化的電能質量服務提高能源服務企業的市場競爭力;二是電能質量服務對企業來講并不單純是成本支出,還可以為企業帶來服務利潤。隨著市場化的推進,市場越來越規范,服務一定是能帶來利潤的,而且服務的附加利潤占比會很高;三是對于有上下游行業的能源服務商來講,可以為電能質量解決方案、設備等附加產業帶來機遇。很多治理設備廠商也不斷推陳出新,力求以新技術、新產品搶占這一市場。

大數據是否可救贖

大數據應用的越來越普及,電能質量的管理是否可用大數據進行預測分析?回顧了電網電能質量監測與分析技術的發展歷程,隨著電網規模的不斷擴大和技術水平的不斷提升經歷了以下三個階段:

第一、早期針對孤立節點或裝置的監測。此時的監測工作往往關注于單一節點的電能質量數據,其數據量小、數據處理慢、基本依賴于人工現場識別,因此該階段電能質量分析更多的是依靠現場工程師的個人經驗進行簡單梳理;

第二、隨著數字監控裝置的大規模應用以及通信技術的進步,對于有限節點的多項電能質量指標同時進行監測成為可能,數據的互聯隨著電網復雜程度的提升而日益膨脹,并逐漸形成當前各區域電網的電能質量監測系統。這使得簡單電能質量問題的分析有了一定的數據支持,在此基礎上,一些時域仿真、頻域分析方法被引入,為電能質量問題的進一步識別與分析提供了必要手段;

第三、隨著跨區域電網骨架的構建,各區域電網耦合度日益增強,電能質量相互影響日趨緊密;隨著信息技術的發展,裝備數據呈現出海量的數據規模(Volume)、多樣的數據類型(Variety)和動態變化(Velocity)等大數據(Big Data)的特點。數據的管理的方式更加復雜多樣,不再局限于存儲在傳統的關系數據庫和文件系統。通過對海量數據的處理分析挖掘電力系統運行規律特征,不但可以反映過去一段時間電網的運行狀況,更重要的是可以通過融合雷擊、氣象等環境數據,采用大數據分析方法對未來的電能狀況進行分析和預測,為電力用戶提供優質電力服務,將成為當前電網供電質量全面、智能化管控的主要發展方向。

出路在哪里

電能質量的救贖究竟在何方?供用各方都在呼吁將電能質量的監督正式納入電力生產軌道,同時建立國家、省、地市3級電能質量管理體系。目前,作為電能質量指標的電壓和頻率偏差,基本上由各級電力調度部門進行日常監管,這方面已制定了一些規程、導則(例如調度規程、無功和電壓管理導則)。諧波、電壓波動和閃變以及三相不平衡同用電負荷的關系較密切,這三個指標難以做到實時監督,一般應由試驗部門定期組織測量。建議現在有必要在國家質量監督部門領導下建立國家級電能質量檢測中心,作為電能質量監管的技術歸口單位。

業界同時也在呼吁將電能質量監測數據要多加運用于各場景,用起來會感受到監測到數據的魅力:電能質量符合性驗證,是否滿足電力監管部門和標準的要求;系統運行特性分析或基準確定,如分析電能質量水平及發展趨勢,進行系統規劃與資產管理;用戶特性分析,如進行臨時性的監測,以獲得特定用戶的需求;事件分析與解決糾紛,如調查特定用戶的電能質量事件;或者其他高級應用,如實時或準實時的電能智能監測數據應用、除測量與事件分析外的應用和主動電能質量管理等。當然一旦電能質量及其監測被普遍重視和應用,未來“城市之光”將更柔和更可控!但這還有一段路要走。


轉自:北極星售電網

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