电力用户谐波超标精准控制管理典型应用

杜俊杰 梁俊伟

[摘 要] 主要介绍了研发谐波联动预警及控制装置的科技创新和应用，突破电网电能质量技术控制瓶颈的束缚，实现谐波源用户谐波超标精准控制。

[关键词] 谐波；精准控制；电力用户

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 07. 038

[中图分类号] F273 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2019）07- 0097- 02

1 问题分析

国网邢台供电分公司所辖变电站相继发生多起设备故障和异常情况：例如，110 kV王快站（以下简称王快站）10 kV系统下辖大量非线性工业用户，导致王快站10 kV母线谐波总畸变率达到了7.45%，超出过国标86%，连续两次造成站内10 kV母线PT爆炸，电容器组长期无法正常投运。

国网公司“谁污染，谁治理”政策执行难度大，执行效率较低，谐波源用户对谐波污染治理主动性差，致使电网谐波污染日益加剧，供电部门面临用户对电能质量投诉的风险越来越大，目前，因为国内外供电企业对谐波超标用户还没有有效的技术管控手段，导致国网公司制定的“谁污染，谁治理”政策落实难度大，执行效率较低，谐波源用户对谐波污染治理主动性差，电网谐波污染日益加剧，供电部门面临用户对电能质量投诉的数量越来越多。

依靠研发谐波联动预警及控制装置科技创新和应用，突破电网电能质量技术控制瓶颈的束缚，实现谐波源用户谐波超标精准控制，对充分激发谐波源用户主动治理谐波的积极性，完善电网电能质量技术监督管理体系，填补电能质量技术监督管理空白，提高电网安全经济运行水平具有重大的现实意义和社会经济效益，达到事半功倍效果。

2 技术方案

通过谐波联动预警及控制装置的研究，制定相关通讯、联络协议，提高设备计算精度，深入研究谐波超标联动预警机制及线路跳闸策略，完成定值校核与误动保护测试等关键技术。

以确保电网公共连接点（PCC点）谐波指标不超标为目标，通过研发的系统及装置实时在线统计、分析、判断，实现谐波超标的谐波源用户超标量值由高到低、分阶强制断电，实现谐波超标的精准监测与控制，达到保护电网安全经济运行目的。

2.1 用户端谐波监控装置

用户监控装置（DEWCS-U单元）是独立的控制个体，它能根据当前监测线路的实际运行周期情况自我判断谐波电压和谐波电流是否越限，谐波越限用户若连续两个采样周期（2小时）仍未采取有效减少谐波越限治理措施的，监控装置强制断电。

2.2 變电站出线谐波监控装置

出线监控装置（DEWCS-M单元），是用户侧和母线端设备的神经节点，对出线24小时周期的实测数据进行统计分析，当某项95%统计值超出定值时，判断当前出线的该项实时监测数据是否超标，如果超标则跳开开关强制断电。

2.3 母线谐波监控装置

母线监控装置（DEWCS-C单元），是其所辖用户线路的管理中枢，根据每台出线装上传的数据进行数据汇总分析，当母线监控装置所测母线电压总畸变率和某次谐波电流超标时，母线监控装置根据各出线监控装置上传数据进行统计计算，并以对母线数据的影响按大小进行排序，然后执行以下逻辑：如果当前影响最大的出线监控装置也超标，则对该出线监控装置发出跳闸指令，将用户线路断电。在设定的延时后，剩余出线监控装置继续遵循以上逻辑进行处理。依此类推，直至母线谐波不再超标后终止断电处理逻辑。

3 工程情况

110 kV王快站运行主变2台。110 kV母线并列运行，10 kV母线分列运行。10 kV系统为轧辊、中频炉、单晶硅、变频等非线性负荷。

为保证110 kV王快站10 kV系统安全稳定运行，决定对工业Ⅰ线、工业Ⅱ线、曙光Ⅰ线、曙光Ⅱ线、晶龙Ⅰ线、晶龙Ⅱ线、晶药线、江四线等八条线路加装电网谐波超标联动预警与控制系统（Dynamic Early Warning and Control System，DEWCS），投入跳闸。

3.1 系统组成

110 kV王快变电站谐波超标联动预警与控制系统（DEWCS）应用工程由2台母线监控装置、多台出线监控装置和多台用户端监控装置组成。

3.2 管理措施

国网邢台公司运检部组织发展发策部、营销部、调控中心、变电检修室、变电运维室、计量室、营业及电费室、输变电工程公司、邢台县供电公司及王快站10 kV专线用户等相关人员，召开“110 kV王快站恢复正常供电协调会”。

确定了邢台供电分公司发策部、营销部、邢台县供电公司严格规范王快站的新增电力用户管理，新增和在运非线性用户加装出线监控和用户监控装置。邢台县供电公司对王快站供电区内所有非线性电力用户开展谐波专项检查测试工作，所有测试谐波超标的用户必须自行完成治理，提交验收申请。验收合格，纳入正常运行监管，对谐波验收不合格的用户，重新督导治理直至验收合格。谐波定值由公司电能质量监测站下达，变电检修室负责装置管理和整定，王快站内跳闸压板由变电运维室根据谐波监控整定通知单要求投退。所有谐波源用户在送电投运前，重新签订增补谐波违约条款供用电合同。

4 应用效果

4.1 110 kV王快站试点应用

国网邢台公司以110 kV王快站进行了试点应用，现以邢台曙光轧辊公司0559曙光I线和王快站10 kV 2号母线为参考点，所有装置限值均按供电部门下达的谐波定值通知单整定。以下为工程实施前后的谐波数据变化对比分析。

4.1.1 用户侧治理效果

曙光10 kV站安装谐波联动预警及控制装置DEWCS-U后，实测谐波电压总畸变率和3次谐波电压的95%值均超标，谐波电流3次、5次、7次、11次和17次谐波95%值超标严重。越限告警频发，有四次跳闸告警及跳闸压板动作记录。前三次跳闸报警后该厂积极处理没有引起开关跳闸，10日16时跳闸报警因没有及时处理，导致0559曙光I线跳闸。曙光轧辊有限公司主动安装了一套谐波治理装置，表1是曙光站治理前后及王快站部分谐波源用户加装谐波联动预警及控制装置前后10kV 2号母线谐波的对比数据。

在谐波联动预警及控制装置投入后，用户主动开展谐波治理。经过治理，该用户各次谐波电流均未超标。王快站10 kV系统电能质量明显提高，满足国标要求。至今未出现谐波越限事件。

4.2 邢台地区应用效果分析

通过开展电网谐波超标精准管控管理创新工作，电网供电能力和电能质量明显提高，电力供应更加安全经济可靠。

一是提高了谐波源用户谐波治理主动意识，实现由被动处罚向主动参与电网谐波治理转变，由于用户谐波实现了就地吸收消化，大大降低了注入电网谐波量，不仅降低了电网线损和用户本身用电损耗，而且提高了变电设备容量利用率和功率因数，由于生产成本降低，增强了企业产品市场竞争力，经测算，谐波源用户谐波治理资金投入正常生产4年后的节电效益即可收回成本。

二是国家电网仅仅通过技术和管理创新以及少量资金投入，就达到了降低电网谐波污染水平和电网损耗目的，提升了供电能力和供电品质。由于损耗下降，从而提高了电力一次能源利用水平，降低了发电企业污染物排放量，促进了天更蓝、生活环境更宜居的生态文明建设。

以110 kV王快站故障损失为例计算，事故直接经济设备损失154万元，停电损失216万元，共计370万元。谐波超标精准管控项目实施资金投入60万，在未考虑110 kV王快站系统年度降损效益因素下，资金利用效率达6.2倍以上。以此类推，该成果已在邢台供电28座站（包括王快试点变电站）共计56个谐波源用户得到应用，避免电网直接经济损失约9 990万元。

主要参考文献

[1]肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社.2004：12-15.

[2]徐永海.电力市场环境下的电能质量问题[J].电力技术2004，28（22）.