提高虹桥商务区电能质量的方案及措施

曹 磊

（上海电力设计院有限公司，上海 200025）

1 用电客户需要提供优质电能

虹桥商务区是上海“十二五”期间重点发展区域，坚持规划高起点、建设高标准，功能高融合、建设高效率，本着宜人、低碳、智慧的原则，于2010年二季度启动开发，建筑体量达170万m2，区域供能能源中心及配套工程项目总投资8.5亿元，采用冷、热、电三联供模式，满足区域内所有客户的冷热负荷及部分电负荷。根据上海市电力公司远景配电变电站规划，区域内将建6个110 k V及1个35 k V变电站。

虹桥商务区依托虹桥综合交通枢纽，建成上海现代服务业的集聚区，上海国际贸易中心建设的新平台，面向国内外企业总部和贸易机构的汇集地，是服务长三角地区，服务长江流域，服务全国的高端商务中心。其区域功能和特殊性，决定了电气化铁路、大型整流设备、数量众多的小容量非线性负载会大量接入上海电网，这些非线性客户电源会对电网的安全运行和供电质量造成影响，尤其是3次谐波、电压闪变、频率偏移等污染。而区域内的金融业和高科技产业的用电客户，对安全、可靠用电十分敏感，对电能质量提出了更严的要求。因此，在虹桥商务区建设电能质量监测系统十分必要。通过在线监测、分析和评估，可以及时发现电能质量问题，采取治理措施，提供优质电能，为虹桥商务区的建设插上有力翅膀。

2 电能质量监测管理中心

“电能质量监测与综合治理技术研究”项目是上海市电力公司承担的国家电网公司重大科技项目，有三种类型电能质量监测终端在110 k V临新、35 k V长乐等9个变电站挂网运行；两套电能质量综合治理装置在奉贤35 k V驰华变电站挂网运行，效果都十分显著。尤其是从2007年6月至今，通过一期、二期和世博园区电能质量监测系统的建设和完善，已经建成一个具有稳态及暂态电能质量指标采集、分析、存储、展示、评估于一体的电能质量监测管理系统。

为了及时、全面地分析、评估虹桥商务区的电能质量，根据《上海电网电能质量监测管理系统建设》和《上海电网电能质量监测点设置原则》要求，将虹桥商务区内的电能质量监测重点放在：地铁或电气化铁路等非线性负荷的供电母线、涉及高质量供电需求或对电能质量敏感的供电客户、对电能质量投诉集中地区的重要母线3个方面。

上海电能质量监测管理系统的结构如图1所示。将虹桥商务区的电能质量监测信息接入上海市电能质量监测中心统一平台，上海市南供电公司作为客户端，采用WEB访问的方式浏览虹桥商务区的电能质量监测数据。

图1 电能质量监测系统的结构

目前，上海电能质量监测管理系统中终端与主站的通信，采用PQDIF通信规范。商务区新建的6所110 k V变电站为智能变电站，站内自动化系统采用IEC 61850通信体系，本期工程拟在电能质量监测系统采用IEC 61850，为今后上海电能质量监测管理提供经验。从交流输入信号角度看，采用IEC 61850的电能质量监测系统：一是，交流输入信号仍然是模拟信号，只是和主站的通信体系采样IEC 61850；二是，交流输入信号是从合并单元过来的数字信号，监测终端不需要AD采样，这也是电能质量监测的发展方向。

3 提高电能质量的方案及措施

根据IEC定义，电能质量问题是指导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流幅值或频率偏差。据报道［1］，欧盟25个成员国每年因电能质量（含停电）问题引起的年损失高达1 517亿欧元；美国每年因停电事故造成损失约1 390亿美元，因电能质量问题造成损失为150～240亿美元。我国为了深入了解电能质量对各工商业电力客户的经济性影响，提高对于电能质量和有序用电的管理水平，加深客户对电能质量问题的认识和了解，同时维护供电、用电和设备制造商三方的权益，降低社会经济总成本，于2011年4月12日，国家发改委等部门启动了《电能质量经济性调查分析》项目，虽然还没有公布数据，但是从实际工作分析，我国每年因电能质量问题造成的损失也不小，电能质量治理任务十分紧迫。

3.1 提高电能质量的方案

1）治理方案 目前，治理电能质量的设备，大多采用有源滤波器（APF）、静止无功补偿器（SVC）、静止无功发生器（SVG）和动态电压恢复器（DVR），治理方案比较如表1所示。

表1 电能质量治理方案比较

2）定制方案 为电能质量敏感的用户，提供满足其要求的可靠和优质的电能。采用定制电力技术，可以改善配电网电压骤降和骤升问题；通过储能解决客户电压中断问题；改善和消除线路暂态震荡；改善配电网谐波畸变；抑制闪变。由于虹桥商务区及其供电系统是新建的，因此可以从整体上设计规划区的电能质量，这为定制电力创造了有利条件。

国内对电能质量进行监测和治理已经成熟，电力部门可以实施定制电力。商务区的工业用电单一客户负荷大，对高品质电能质量的需求指标各不相同，如果实施定制电力，成本将较高；而商业用电的单一客户用电量不会很大，客户往往具有共性指标的高品质电能质量需求，实施定制电力客户可以分摊成本，具有较高的性价比。

实施定制电力后，电力公司需要增加设备费用和运维费用，这部分成本势必由客户承担。当然，定制电力对客户来说也是划算的，以相对少的成本得到高质量电力供应。定制电力的基本原则是优质高价。电价等级可分为多层，由用户选择。而衡量电能质量，一般采取“质量指数”，对每个等级的电力作出具体的规定。对电压骤降、电压升高、电压瞬变、电压中断、谐波等规定出加权系数，然后综合成质量指数。用户选择电力时要权衡电费和质量指数之间的得失，从而作出适当的选择［3］。

总之，定制电力对电力公司和客户是双赢，也是互相约束的。对于客户来说，以最小的成本实现最大的收益。对于电力公司来说，充分发挥公司的技术和设备资源，提供不同层次的电能质量给客户，同时获取相应的费用。当发生电能质量事故时，电力公司提供的电能质量没有达到合同约定的规定，这时候电力公司将把客户选择的质量层次和实际的质量层级的差价返还给客户，不存在出现事故后评估客户损失的困难。

3.2 提高电能质量的措施

根据虹桥商务区的负荷特点，可以从两方面着手提高电能质量。

1）谐波治理 虹桥商务区将建设高端金融、商贸楼宇。随着楼宇智能化的不断升级，数量众多的电力电子器件及小容量非线性负载，如计算机、荧光灯、不间断电源（UPS）、电梯扶梯以及空调等被广泛应用于楼宇，产生了大量的3次、5次、7次谐波，其中3次谐波含量最大。大量3次谐波使得中线上电流过大，甚至可能超过相线电流，引起导线过载、绝缘损坏，由短路引发火灾。另外，大量敏感设备，如计算机在谐波运行环境中的运行质量也将大打折扣，花屏或死机现象时有发生。对于谐波治理，目前主要采用占地面积小、控制灵活的有源滤波器。

2）电压暂降治理 虹桥商务区将是国际贸易中心和企业总部汇聚地，对电压暂降十分敏感。治理电压暂降可以采用UPS、DVR、飞轮储能、超级电容储能等装置，其中以DVR性价比最高。在敏感负荷处，将DVR串联于电源与负荷之间，正常运行时DVR被旁路，由系统提供电压；一旦系统发生电压跌落，DVR可在5 ms内输出补偿电压，不仅可以补偿动态的电压跌落或电压突升，而且对稳态过压、欠压、谐波、闪变等具有明显的补偿作用，参见图2。由于DVR补偿效率高，费用低于UPS等装置，具有良好的动态性能和很高的性价比，设计功率只有负荷全部容量的1／3，因此对于配电网中的大容量电压敏感性负荷，应用DVR是解决动态电压质量的最佳方案。

图2 DVR基本原理

3）虹桥高铁站屋顶光伏的治理 京沪高铁上海虹桥客站太阳能光伏发电项目总装机容量为6.5 MW。太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过并网型逆变器，将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，并入电网。在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中，会产生高次谐波［2］。在京沪高铁上海虹桥客站太阳能发电项目的公共连接点处，需加装电能质量监测装置，检测其是否满足国家电能质量标准的相关规定，如果不满足，需要采取加装滤波器等相应措施，避免对公用电网的电能质量造成污染。

［1］ 张兰.预防治理相结合改善电能质量［N］.机电商报，2011-09-26.

［2］ 张巍巍，徐志军.太阳能发电在工程中的应用［J］.电气时代，2010（4）：8-13.

［3］ 陈警众.定制电力——高质量供电的新技术（二）［J］.供用电，1997，15（6）：45-47.