治理谐波 创新设备 推动行业可持续发展

了解国际前沿技术、扩展领域视野是行业进步的思想源泉，日前，CIRED组委会围绕今年6月在瑞典斯德哥尔摩召开的国际供电会议（CIRED2013）在北京组织“2013国际供电会议专题报告会”，与供配电领域科技人员分享国际先进配电技术。

谐波治理问题成为重要议题

智能建筑中大量的电子设备及电气设备产生的谐波对配电系统污染严重，原本运行正常的供配电系统效率下降、电气火灾、计算机无故重启、电容器烧损、变压器未过载超温等“怪事故”的频出无不与谐波有关，谐波的危害在建筑供配电系统中已到了不容忽视的程度，因此，2013年国际供电会议对低于2kHz和2kHz至150kHz之间的谐波问题开设专题讨论，本次报告会对专题内容进行了剖析，从谐波的生成和最新进展视角入手，探讨谐波治理问题。中国电力科学研究院教授级高工张祖平介绍说，白炽灯被有电子镇流器的现代灯具所替代；基于逆变器的发电形式（如光伏发电逆变器）被越来越多地使用；未来配电网在用户、分布式发电和配电网及其运行方面发生的根本性变化，都是谐波畸变的潜在来源。他总结概括谐波畸变产生的原因主要来自非线性阻抗产生的低频畸变、开关设备投切产生的畸变、短路功率的影响、频率的变化以及新型设备产生的高频畸变的影响越来越大等六个方面。

关于设备的谐波问题，张祖平表示，典型的现代电子设备产生的谐波频率较高，为使设备不受谐波影响，其谐波测量的方法和测量精度以及谐波建模和网络谐波测量的结果及案例研究等都需要进行研究。他具体地说，额定电流小于16A的设备在按照A、B、C、D四级分类的基础上，要考察设备的市场渗透力、使用的同时率、产生的各种谐波畸变以及其使用的时间等。其中A类包括平衡三相设备、白炽灯调光器、音响设备以及一切未被分类为B、C或D类的设备，B类为便携式工具、非专业的弧焊设备等，C类为照明设备，D类包括个人计算机和个人计算机监视器、电视接收机。对于这些设备的总谐波畸变的考察后，可通过无功率因数校正、无源功率因数校正、有源功率因数校正三种方式解决。

电子设备产生谐波畸变的影响会达到何种程度？张祖平说，设备的谐波频率越高，电路中并联电容器的阻抗越低。总体来讲，电源电压引起的高频畸变因不同设备的灵敏度不同而不同。在谐波频率范围内，会显著增加电流消耗。如果没有瞬时故障，高频分量的水平通常低于10%。电路元件（如直流母线上的电容器）的温度上升可能会降低设备寿命。

小型光伏逆变器因其更高的能源产量、安全性以及组件级监控能力，在住宅建筑等小型项目中极具吸引力。截至2011年，德国大约安装了25GW的光伏发电，其中约80%的光伏发电为低压安装，进而扩大了小型光伏逆变器的应用规模，但小型光伏逆变器高低频的谐波畸变问题也随之而来。张祖平说，在实验室测量三种不同型号的单相光伏逆变器，其较高频率的谐波畸变，幅度有显著差异。分析其原因为谐波畸变取决于电源阻抗，因为所有逆变器有着相同的工作点，但其电压与电流有不一致的行为。总结来讲就是在正弦电源电压的情况下，光伏逆变器存在较低的低频谐波畸变；供电电压畸变时，也会产生较大的低频谐波电流；相位角和电压畸变之间没有线性关系；开关操作会产生高频谐波畸变。

设备元件呈多样化创新发展

设备元件是配电系统的“细胞”，配电网络的强壮运作需要元件的牢固支撑。2013年国际供电会议对配电网元件相关的电缆、变压器、开关设备及控制、保护和监测系统和新型有源电力电子设备等元件进行了研究交流。福建电力公司副总工程师李天友在报告会上总结了各国在大会上提出的智能传感器、变压器等设备的创新性成果。

智能传感器的成熟应用是实现配电网智能化的基础。李天友表示，国际上一些新的特性电压和电流传感器，在测量精度上有很好的性能，比之前使用的元件尺寸小、成本低。同时依附在中压电缆的终端附件上，这种电缆附件的安装过程与目前的类似，不会影响中压开关的结构。他举例说，芬兰在现有的电缆接头处（翻新改造）或在套管里，使用嵌入式智能电压和电流传感器代替传统的电流、电压互感器，这种新的传感器用了Rogowski线圈或分压器，没有使用任何铁磁核心，因此传感器的性能不受滞回曲线非线性等影响。意大利将高精度的传感器集成在中压电缆终端头中，将一个可预校准、高精度的无源电流、电压传感器嵌入到室内终端，这种即插即用的电缆附件无需现场校准，适合绝大多数类型的电缆，可用于现有开关柜的改造而无需改装开关柜的结构。

“可再生能源发电接入配电网”实现了能源的循环利用，缓解了电力紧张问题，但可再生能源发电接入配电网还需要解决系统因外来电源插入带来的电压调节的技术问题。李天友介绍说，2011年德国决定通过实现能源转型来重新定义其能源供应，包括逐步淘汰核能，减少煤炭的使用，在2050年实现基于可再生能源的发电占到电力总体发电的80%，2020年的目标是占到35%。对于分布式电源大量接入中低压电网的挑战，德国用德国理念回答了2050年的挑战，即提出了生产资源整合的作用及“智能市场”的理念，他们新开发出的iNES系统可以在出现电压问题或过载时自动反应来解决能源接入问题。该系统目前已成功应用在法兰克福农村和城市电网中。在相同问题的处理上，英国采用配电变压器有载分接头集成到真空灭弧室里调节电压。日本应用新型的配电网静止无功补偿装置，缓解在配电网中因分布式电源而造成的电压波动。巴西开发了低压电网的便携式电压调节器，其无论是单相、两相、三相都能被方便地安装在LV网络的关键点上；在低压电网中，标记了超出电压水平限度的值；调节器电力控制允许输出电压当电压过低时增加电压，电压过高时减小电压，电压在合适范围时无反应；可通过GPRS监控的测量数据。