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电能质量技术标准的现状及发展

 发布时间:2017-05-31

电能质量关系到电力系统及其电气设备的安全和效率,关系到节能降耗、生产和生活,以及国民经济的总体效益。实施对电能质量的科学监管是建设节约型社会的重要条件之一。电能质量标准是保障电能质量的基本技术依据。2000年以来,为适应电网的发展和电力市场的变化,国内外均加快了对电能质量标准的制订和修订步伐。

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   1 美国IEEE电能质量标准


  美国的国家标准主要由IEEE制定。IEEE在国际上是一个非常有影响的组织,每年组织举办300次左右的技术交流会。至今,全世界约30%的技术文献出自IEEE。IEEE已制定了900多项标准,另外还有700项左右的标准正在制定中。


  IEEE电能质量分委会成立于2002年,下设多个工作组,分别负责谐波、电压质量、电能质量监测、电能质量分析和治理措施,以及电能质量教育等标准化工作。在此之前,美国已制定了不少电能质量方面的标准。1990年以后出版的主要标准概况见表2。从此表可以看出,美国对电能质量领域标准化的工作起步较早,涉及面较广,和IEC 61000标准相比,虽然系统性方面欠缺一些,但内容上有一定的互补性,表现在:①针对敏感负荷供电,已发布多项标准(见表2中NO.4,8,10);②对于电能质量测量给予相当的关注(见NO.7,15,16,18);③对谐波标准补充了实施导则(见NO.9,14);④对于电能质量改善措施,制定了不少规程和导则(见NO.2,5,12,17);⑤涉及电能质量术语、分析和关键的理论问题也制定了一些导则或标准(见NO.1,13,20)。


  如上分析,从应用角度,美国IEEE标准提供了不少电能质量方面的实用技术和相关准则,是很有参考价值的。但美国标准不如IEC标准规范,内容较庞杂。

  


    2 IEC电能质量标准


  为了统一各国电气设备或系统的电磁环境,以促进电气和电子技术领域有关标准的国际化,IEC于1973年建立了第77技术委员会(IEC/TC 77),主要研究“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。IEC/TC 77下设三个分技术委员会,即IEC/SC 77A(低频现象)、IEC/SC 77B(高频现象)、IEC/SC 77C(瞬时高能现象)。IEC对低频和高频的划分界线是9kHz,即高于9kHz为“高频”,9kHz及以下为“低频”。显然,在电力系统中,主要涉及低频和高频传导电磁现象。IEC/TC 77的工作成果以IEC 61000系列电磁兼容(EMC)标准文件出版,EMC的范围既有低频也有高频,既包括传导性也包括空间电磁场干扰,该系列标准,目前包括7个部分,每个部分又可分若干项,以国际标准或技术报告形式出版。技术报告(TR)按其内容标明类型,共分三类,性质上有所不同。


  在上述框架内,IEC出版了大量与电能质量相关的标准,其中相当部分已被等同采用为国家标准,如表1所示。应注意的是,EMC水平是为了协调目的而定出的一个参考值,有了这一参考值,便可以采用适当的方法和裕度,确定干扰源发射限值以及电气设备抗扰限值。不能把EMC水平完全等同于电能质量的限值,两者既有密切联系,又有区别。对此限于篇幅,不在文中展开讨论。从表中可以看出:


  (1)IEC大多数和电能质量有关的标准文件已等同采用为国家标准文件;


  (2)已采用为国标文件的IEC标准文件,有的已修改,有了新版本,但相应的国标尚未修改,例如表中NO.3,4;


  (3)有些IEC国际标准尚未采用为国标,而实际上已在应用,如NO.19。一般新版本和老版本相比,均有实质性修改,所以等同的国家标准应及时跟上修改的步伐。特别是对IEC国际标准,应积极组织高水平的工作组予以消化吸收。


  无功补偿公司在这里须指出:IEC/TC 77是专注于EMC的标准化,而从2003年开始,IEC/TC 8工作范围由原来“电压、电流等级和频率标准化”扩展到电能质量领域,改名为“电能供应系统方面”(System Aspects of Electrical Energy Supply),其发布的标准框架中包括:术语、电力系统可靠性、连接规程、运行、电网职责、计量、通信、电能供应的特性(包括电压、电流、频率标称值及其变动范围,供电的连续性,电压暂降、过电压/欠电压,电压不平衡,电压波动以及谐波和间谐波等)。2004年9月TC8发表了第3特别工作组(AHG3)关于电能供应特性的活动方面的报告。2008年6月发表了一个“电力特性标准化”的技术报告,但至今尚未见到相关的标准正式文本发布。IEC/TC8和我国“全国电压电流等级和频率标准化技术委员会”(SAC/TC1)对口。


  


  3 我国电能质量标准制修订概况


  从上世纪80年代开始,改革开放促进了我国经济快速发展,电网负荷结构发生了很大的变化。随之,电能质量问题渐显突出,国家标准主管部门将制定电能质量系列标准列为重点项目之一,同时大量引进以IEC 61000系列为主的先进国际标准(均为等同采用,见表1)。至今由国内标准化技术委员会及相关行业标委会组织制定的电能质量方面标准主要有:


  (1)电能质量指标国家标准7项:①供电电压偏差(GB/T 12325—2008);②电压波动和闪变(GB/T 12326—2008);③公用电网谐波(GB/T 14549—1993);④三相电压不平衡(GB/T 15543—2008);⑤电力系统频率偏差(GB/T 15945—2008);⑥暂时过电压和瞬态过电压(GB/T 18481—2001);⑦公用电网间谐波(报批稿)。


  (2)电能质量测量国家标准一项:电能质量监测设备通用要求(GB/T 19862—2005)。

  (3)相关设备的国家标准一项:半导体变流器与供电系统的兼容及干扰防护导则(GB/T 10236—2006)。


  (4)电能质量治理设备(装置)国家标准三项:①静止型无功功率补偿装置(SVC)现场试验(GB/T 20297—2006);②静止型无功功率补偿装置(SVC)功能特性(GB/T 20298—2006);③输配电系统静止无功补偿器用晶闸管阀的试验(报批稿)。


  (5)电能质量行业标准计有13项:高压静止无功补偿装置(DL/T 1010.1~1010.5—2006);电能质量测试分析仪检定规程(DL/T 1028—2006);电能质量技术监督规程(DL/T 1053—2007);电能质量术语(报批稿);电能质量监测装置运行规程(报批稿);电能质量监测装置技术规程(送审稿);串联电容器补偿装置一次设备预防性试验规程(送审稿);串联电容器补偿装置控制保护系统现场检验规程(送审稿);低压有源电力滤波装置(征求意见稿);链式STATCOM系列标准(制定中);电能质量评估技术导则(制定中);电压监测仪订货技术条件(DL500-92);低压晶闸管投切滤波装置技术规范(报批稿)。


  从上述统计中可以看出,有4项国标是2008年修订的,这次修订的宗旨是提高标准的科学性、实用性和可操作性,要做到既向国际先进标准靠拢、又符合国情。目前除谐波和间谐波标准外,其余4项标准均已于2008年批准、发布。间谐波标准(报批稿)已于2009年年初完成。谐波标准修订工作预计2009年底完成。


  行业标准是国家标准的必要补充和细化。从上述统计中可以看出,近年来,在电能质量领域,行业标准已受到关注,并有长足进展,这个趋势随着电能质量产业(监测和治理装置等方面)的崛起,必然有更快的进展。


电能质量技术标准的现状及发展

  4 关于完善我国电能质量标准体系的若干建议


  我国电能质量标准方面尚有大量工作要做。电能质量应遵循《电力法》的规定,制定相关的国家标准、行业标准(或地方标准)、企业标准等构成一个标准体系;从内容上讲应包括电网中电能质量指标、相关产品的制造、技术和运行规范以及电能的交换、电价等;有关电能质量问题应广泛渗透到电力规划、设计、安装、试验、运行和管理的规程中。


  现行《电力法》(1996年4月起实施)中关于电能质量的规定存在一定缺点,基本上只强调供电企业责任,这是不妥当的。维护公用电网的电能质量是供电企业和用户的共同责任,尽管供电企业应起主导作用。按《电力法》规定,上网电价应实行“同网同质同价”,至今未见颁布相应的行政规定。此条规定实际上是对电能长期执行“以量计价”的重要补充。实行“同质同价”,就是意味着“优质优价”、“劣质低价”,并必然导致“污染罚款”,这是促使电能质量提高的经济杠杆,具有十分重要意义。当然,由于电能质量问题的复杂性,“同质同价”难以一步到位,宜由简到繁分步骤分指标实施,并先做好试点工作。


  2004年,全国电压电流等级和频率标准化技术委员会秘书处主持完成了《电能质量标准体系完善化研究》,该项目是由国家发改委下达的。研究报告提出的电能质量标准框架如下:


  (1)无功补偿公司术语;


  (2)限值和基本要求系列标准,包括以下十个指标:①供电电压偏差;②电力系统频率偏差;③谐波(包括间谐波);④电压不平衡度;⑤电压波动和闪变;⑥电压暂升、暂降;⑦短时和长时断电;⑧暂时过电压和瞬态过电压;⑨电压波形缺口;⑩信号电压;


  (3)监视、测量、评估方法系列标准;


  (4)监视、测量、分析仪器设备系列标准;


  (5)电能质量控制装置及应用导则系列标准:包括用于吸收电网谐波、改善电网静态和动态电能质量特性的设备、装置及其应用的标准,例如:①静止无功补偿装置(SVC);②串联补偿装置(SC);③无源滤波兼无功补偿装置(PF);④晶闸管投切电容器或电抗器(TSC或TSR);⑤有源电力滤波器(APF);⑥静止无功发生器(SVG)等;

  (6)电能质量管理的系列标准,此系列标准需结合电力监管体制的改革和完善,在不断总结国内外电力市场运行经验的基础上逐渐形成。


  以上电能质量标准框架通过了专家组评审,得到认可,并将在标委会逐年工作计划中予以安排。


  5 结束语


  电能质量标准化工作随着电能质量重要性的提高,电能质量产业的崛起以及电力市场的发展,受到广泛的关注。文中论述了近年来国内外电能质量标准的一些新进展。国外标准介绍了IEC 61000系列标准和美国IEEE相关标准,指出我国应加大引进国外先进标准力度,及时跟踪其变化。国内标准近年来已明显加快了制定和修订的步伐,表现在:


  (1)电能质量指标的六项国家标准中五项已经完成(或正在)修订;


  (2)电能质量测量、相关电气设备以及治理设备(装置)的标准也已有少量问世;


  (3)一批行业标准已经完成(或正在)制定;


  (4)在国家发改委支持下,完成了《电能质量标准体系完善化研究》项目,提出了较完善的电能质量标准框架。


  文中着重指出,电能质量标准化工作尚有大量工作要做,现行《电力法》中关于电能质量的规定存在一定缺点,相关的“同网同质同价”行政规定应尽快制定发布。