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電能質量技術标準的現狀及發展

 發布時間:2017-05-31

電能質量關系到電力系統及其電氣設備的安全和效率,關系到節能降耗、生産和生活,以及國民經濟的總體效益。實施對電能質量的科學監管是建設節約型社會的重要條件之一。電能質量标準是保障電能質量的基本技術依據。2000年以來,為适應電網的發展和電力市場的變化,國内外均加快了對電能質量标準的制訂和修訂步伐。

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   1 美國IEEE電能質量标準


  美國的國家标準主要由IEEE制定。IEEE在國際上是一個非常有影響的組織,每年組織舉辦300次左右的技術交流會。至今,全世界約30%的技術文獻出自IEEE。IEEE已制定了900多項标準,另外還有700項左右的标準正在制定中。


  IEEE電能質量分委會成立于2002年,下設多個工作組,分别負責諧波、電壓質量、電能質量監測、電能質量分析和治理措施,以及電能質量教育等标準化工作。在此之前,美國已制定了不少電能質量方面的标準。1990年以後出版的主要标準概況見表2。從此表可以看出,美國對電能質量領域标準化的工作起步較早,涉及面較廣,和IEC 61000标準相比,雖然系統性方面欠缺一些,但内容上有一定的互補性,表現在:①針對敏感負荷供電,已發布多項标準(見表2中NO.4,8,10);②對于電能質量測量給予相當的關注(見NO.7,15,16,18);③對諧波标準補充了實施導則(見NO.9,14);④對于電能質量改善措施,制定了不少規程和導則(見NO.2,5,12,17);⑤涉及電能質量術語、分析和關鍵的理論問題也制定了一些導則或标準(見NO.1,13,20)。


  如上分析,從應用角度,美國IEEE标準提供了不少電能質量方面的實用技術和相關準則,是很有參考價值的。但美國标準不如IEC标準規範,内容較龐雜。

  


    2 IEC電能質量标準


  為了統一各國電氣設備或系統的電磁環境,以促進電氣和電子技術領域有關标準的國際化,IEC于1973年建立了第77技術委員會(IEC/TC 77),主要研究“設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力”。IEC/TC 77下設三個分技術委員會,即IEC/SC 77A(低頻現象)、IEC/SC 77B(高頻現象)、IEC/SC 77C(瞬時高能現象)。IEC對低頻和高頻的劃分界線是9kHz,即高于9kHz為“高頻”,9kHz及以下為“低頻”。顯然,在電力系統中,主要涉及低頻和高頻傳導電磁現象。IEC/TC 77的工作成果以IEC 61000系列電磁兼容(EMC)标準文件出版,EMC的範圍既有低頻也有高頻,既包括傳導性也包括空間電磁場幹擾,該系列标準,目前包括7個部分,每個部分又可分若幹項,以國際标準或技術報告形式出版。技術報告(TR)按其内容标明類型,共分三類,性質上有所不同。


  在上述框架内,IEC出版了大量與電能質量相關的标準,其中相當部分已被等同采用為國家标準,如表1所示。應注意的是,EMC水平是為了協調目的而定出的一個參考值,有了這一參考值,便可以采用适當的方法和裕度,确定幹擾源發射限值以及電氣設備抗擾限值。不能把EMC水平完全等同于電能質量的限值,兩者既有密切聯系,又有區别。對此限于篇幅,不在文中展開讨論。從表中可以看出:


  (1)IEC大多數和電能質量有關的标準文件已等同采用為國家标準文件;


  (2)已采用為國标文件的IEC标準文件,有的已修改,有了新版本,但相應的國标尚未修改,例如表中NO.3,4;


  (3)有些IEC國際标準尚未采用為國标,而實際上已在應用,如NO.19。一般新版本和老版本相比,均有實質性修改,所以等同的國家标準應及時跟上修改的步伐。特别是對IEC國際标準,應積極組織高水平的工作組予以消化吸收。


  無功補償公司在這裡須指出:IEC/TC 77是專注于EMC的标準化,而從2003年開始,IEC/TC 8工作範圍由原來“電壓、電流等級和頻率标準化”擴展到電能質量領域,改名為“電能供應系統方面”(System Aspects of Electrical Energy Supply),其發布的标準框架中包括:術語、電力系統可靠性、連接規程、運行、電網職責、計量、通信、電能供應的特性(包括電壓、電流、頻率标稱值及其變動範圍,供電的連續性,電壓暫降、過電壓/欠電壓,電壓不平衡,電壓波動以及諧波和間諧波等)。2004年9月TC8發表了第3特别工作組(AHG3)關于電能供應特性的活動方面的報告。2008年6月發表了一個“電力特性标準化”的技術報告,但至今尚未見到相關的标準正式文本發布。IEC/TC8和我國“全國電壓電流等級和頻率标準化技術委員會”(SAC/TC1)對口。


  


  3 我國電能質量标準制修訂概況


  從上世紀80年代開始,改革開放促進了我國經濟快速發展,電網負荷結構發生了很大的變化。随之,電能質量問題漸顯突出,國家标準主管部門将制定電能質量系列标準列為重點項目之一,同時大量引進以IEC 61000系列為主的先進國際标準(均為等同采用,見表1)。至今由國内标準化技術委員會及相關行業标委會組織制定的電能質量方面标準主要有:


  (1)電能質量指标國家标準7項:①供電電壓偏差(GB/T 12325—2008);②電壓波動和閃變(GB/T 12326—2008);③公用電網諧波(GB/T 14549—1993);④三相電壓不平衡(GB/T 15543—2008);⑤電力系統頻率偏差(GB/T 15945—2008);⑥暫時過電壓和瞬态過電壓(GB/T 18481—2001);⑦公用電網間諧波(報批稿)。


  (2)電能質量測量國家标準一項:電能質量監測設備通用要求(GB/T 19862—2005)。

  (3)相關設備的國家标準一項:半導體變流器與供電系統的兼容及幹擾防護導則(GB/T 10236—2006)。


  (4)電能質量治理設備(裝置)國家标準三項:①靜止型無功功率補償裝置(SVC)現場試驗(GB/T 20297—2006);②靜止型無功功率補償裝置(SVC)功能特性(GB/T 20298—2006);③輸配電系統靜止無功補償器用晶閘管閥的試驗(報批稿)。


  (5)電能質量行業标準計有13項:高壓靜止無功補償裝置(DL/T 1010.1~1010.5—2006);電能質量測試分析儀檢定規程(DL/T 1028—2006);電能質量技術監督規程(DL/T 1053—2007);電能質量術語(報批稿);電能質量監測裝置運行規程(報批稿);電能質量監測裝置技術規程(送審稿);串聯電容器補償裝置一次設備預防性試驗規程(送審稿);串聯電容器補償裝置控制保護系統現場檢驗規程(送審稿);低壓有源電力濾波裝置(征求意見稿);鍊式STATCOM系列标準(制定中);電能質量評估技術導則(制定中);電壓監測儀訂貨技術條件(DL500-92);低壓晶閘管投切濾波裝置技術規範(報批稿)。


  從上述統計中可以看出,有4項國标是2008年修訂的,這次修訂的宗旨是提高标準的科學性、實用性和可操作性,要做到既向國際先進标準靠攏、又符合國情。目前除諧波和間諧波标準外,其餘4項标準均已于2008年批準、發布。間諧波标準(報批稿)已于2009年年初完成。諧波标準修訂工作預計2009年底完成。


  行業标準是國家标準的必要補充和細化。從上述統計中可以看出,近年來,在電能質量領域,行業标準已受到關注,并有長足進展,這個趨勢随着電能質量産業(監測和治理裝置等方面)的崛起,必然有更快的進展。


電能質量技術标準的現狀及發展

  4 關于完善我國電能質量标準體系的若幹建議


  我國電能質量标準方面尚有大量工作要做。電能質量應遵循《電力法》的規定,制定相關的國家标準、行業标準(或地方标準)、企業标準等構成一個标準體系;從内容上講應包括電網中電能質量指标、相關産品的制造、技術和運行規範以及電能的交換、電價等;有關電能質量問題應廣泛滲透到電力規劃、設計、安裝、試驗、運行和管理的規程中。


  現行《電力法》(1996年4月起實施)中關于電能質量的規定存在一定缺點,基本上隻強調供電企業責任,這是不妥當的。維護公用電網的電能質量是供電企業和用戶的共同責任,盡管供電企業應起主導作用。按《電力法》規定,上網電價應實行“同網同質同價”,至今未見頒布相應的行政規定。此條規定實際上是對電能長期執行“以量計價”的重要補充。實行“同質同價”,就是意味着“優質優價”、“劣質低價”,并必然導緻“污染罰款”,這是促使電能質量提高的經濟杠杆,具有十分重要意義。當然,由于電能質量問題的複雜性,“同質同價”難以一步到位,宜由簡到繁分步驟分指标實施,并先做好試點工作。


  2004年,全國電壓電流等級和頻率标準化技術委員會秘書處主持完成了《電能質量标準體系完善化研究》,該項目是由國家發改委下達的。研究報告提出的電能質量标準框架如下:


  (1)無功補償公司術語;


  (2)限值和基本要求系列标準,包括以下十個指标:①供電電壓偏差;②電力系統頻率偏差;③諧波(包括間諧波);④電壓不平衡度;⑤電壓波動和閃變;⑥電壓暫升、暫降;⑦短時和長時斷電;⑧暫時過電壓和瞬态過電壓;⑨電壓波形缺口;⑩信号電壓;


  (3)監視、測量、評估方法系列标準;


  (4)監視、測量、分析儀器設備系列标準;


  (5)電能質量控制裝置及應用導則系列标準:包括用于吸收電網諧波、改善電網靜态和動态電能質量特性的設備、裝置及其應用的标準,例如:①靜止無功補償裝置(SVC);②串聯補償裝置(SC);③無源濾波兼無功補償裝置(PF);④晶閘管投切電容器或電抗器(TSC或TSR);⑤有源電力濾波器(APF);⑥靜止無功發生器(SVG)等;

  (6)電能質量管理的系列标準,此系列标準需結合電力監管體制的改革和完善,在不斷總結國内外電力市場運行經驗的基礎上逐漸形成。


  以上電能質量标準框架通過了專家組評審,得到認可,并将在标委會逐年工作計劃中予以安排。


  5 結束語


  電能質量标準化工作随着電能質量重要性的提高,電能質量産業的崛起以及電力市場的發展,受到廣泛的關注。文中論述了近年來國内外電能質量标準的一些新進展。國外标準介紹了IEC 61000系列标準和美國IEEE相關标準,指出我國應加大引進國外先進标準力度,及時跟蹤其變化。國内标準近年來已明顯加快了制定和修訂的步伐,表現在:


  (1)電能質量指标的六項國家标準中五項已經完成(或正在)修訂;


  (2)電能質量測量、相關電氣設備以及治理設備(裝置)的标準也已有少量問世;


  (3)一批行業标準已經完成(或正在)制定;


  (4)在國家發改委支持下,完成了《電能質量标準體系完善化研究》項目,提出了較完善的電能質量标準框架。


  文中着重指出,電能質量标準化工作尚有大量工作要做,現行《電力法》中關于電能質量的規定存在一定缺點,相關的“同網同質同價”行政規定應盡快制定發布。