智能电网时代更需关注电能质量

随着国民经济的发展，我国用电负荷日趋复杂化和多样化，大量具有非线性、冲击性和不平衡性的负荷造成电网电能质量的恶化；同时，现代工商业大量使用的计算机系统、快速发展的高新技术产业对电能质量的要求却越来越高，尤其是一些电能质量敏感企业一旦发生问题，会产生很大的经济损失。

近几年，多国都在掀起智能电网的研究、建设浪潮，力求使电网变得可靠、安全、高效，并容纳大量分布式电源接入，特别是风电和太阳能的利用。对此，美国资深电能质量标准专家ALEX认为“智能电网只会使得电能质量更糟，不会更好”。

如今，我国智能电网也正在全面建设之中，由此将带来哪些电能质量问题？这将为我国电能质量产业带来怎样的商机？日前，本刊记者就这些热点问题采访了中国电力科学研究院输配电及节电技术国家工程研究中心高级技术顾问、教授级高工林海雪，林老为记者分析了智能电网建设和电能质量的关系，并谈了电能质量标准制订和产业发展方面的一些想法。

《电力系统装备》：您怎么看智能电网建设和电能质量问题之间的关系？

林海雪：智能电网是现代电网的发展方向和目标，但电网的任何发展都必须以保证电能质量为前提。现在我国提出建设坚强智能电网，需要提高供电可靠性、用电效率、改变电源结构、提高电网灵活性和用户用电选择性，实现用户与电网互动，这必然带来分布式电源的接入、电力电子技术和集成通信技术的应用以及用电智能化等，并由此产生更多电能质量问题。

第一，大量分布式电源的接入，主要是风电和太阳能发电，会引起电压偏差、电压波动和闪变、谐波和间谐波、供电短时暂降和中断以及可靠性、铁磁谐振、频率稳定性等问题。如，通过对上海1 MW世博太阳能示范区的测试，人们发现采用IGBT的光伏逆变器仍有约10%的谐波电流注入电网，且三相谐波电流明显不平衡，相差2倍以上，主要造成了2、3、4、5、6、7、8、9次谐波污染。

第二，智能电网的发展需要应用电力电子技术，如高压直流输电、灵活柔性交流输电系统、柔性直流输电、定制电力、智能高压设备等，以提高灵活性、可靠性。而大量电力电子设备的应用，涉及合理配置、互相影响、控制协调以及和继电保护配合等诸多复杂问题，均会使电网中电磁环境复杂化，带来一系列新的电能质量问题，必须仔细研究解决。

第三，作为智能电网基础技术之一，集成通信技术会产生大量数据、信息利用电力线传输，如宽带电力载波，对电力线来说，这是一种谐波或间谐波。

第四，需要解决一些特殊的电能质量问题，例如孤岛运行时电网的电压和频率控制、故障时可能引发的铁磁谐振等。

第五，用户处的分布式电源（包括储能设备）还可能参与调节，给电网电能质量控制带来更为复杂的影响。

另外，我国对电能质量敏感的负荷数量在不断增加，但提供优质电能质量的费率结构还没有形成。未来智能电网应根据用户需要的电能质量等级来收费，应该继续发展定制优质电力以满足不同的用电需求。

因此智能电网建设中应该将电能质量问题的解决嵌入进去，必须将保障供电可靠性和电能质量放在首位。

《电力系统装备》：当前市场形势下，您估计，电能质量治理产品有怎样的发展趋势？

林海雪：紧随智能电网的发展，电能质量的监测和治理产品将有广阔的市场。实际上，目前已有很多产品应用在这些领域，例如有源滤波器、静止无功补偿器（SVC）、静止无功电源（SVG）等。另外，为满足特殊敏感负荷供电要求，动态电压恢复器（DVR）、固态切换开关（SSTS）等定制电力（Custom Power）产品也已投入市场，正在逐步推广。总趋势是新技术不断涌现。

现在，很多技术处于新旧交替过渡、相持阶段，这一时期何时结束，取决于新技术何时能在价格、技术上压倒旧技术。例如SVG对SVC市场的逐渐蚕食。SVG公认技术比SVC好，因为其体积小、速度快，动态响应好。原来因价格高应用比较少，但现在随着半导体价格的下降、技术的提高，已经变得可以和SVC竞争，所以现在很多用户愿意采用。当然SVG的性能有待完善。有源滤波和无源滤波也是如此，前者占地小、性能好，只是价格贵。将来随着技术的发展，价格下降后有源滤波也将会得到更多应用，而有源和无源滤波器相结合的产品已在工程中得到应用，可以视为一种过渡形式产品。

除此之外，还有一些新问题的解决处在研发阶段，如特高次谐波、间谐波问题、分布式电源并网、微电网技术等。从国内来看，电压暂降还是一个比较大的问题。我觉得，对电压暂降应予以更多关注。早在20世纪90年代初，一些发达国家（例如英国、美国）调研指出，用户对电力公司投诉中电压暂降问题占极大部分（80%以上），目前我国情况类似。只不过有时候问题出现了，有的用户还认识不到是这个问题。

《电力系统装备》：您怎么看电能质量治理产品的未来市场？

林海雪：从电能质量带来的损失能基本判断人们对电能质量治理的关注程度。据美国统计，其与电力相关的问题会导致每年损失超过1100亿～1600亿美元；2008年欧盟调查报告也指出，电能质量（包括供电可靠性）造成的经济损失每年高达1500亿欧元以上。而我国目前还没有较为全面的权威电能质量损失报告。

现在根据国家发改委的委托我们正在做国内电能质量损失的调查，遇到的最大难题就是，很多用户不能判断一些问题的发生是电能质量的问题还是产品质量等其他问题，是电压暂降造成的还是谐波造成的。这主要是因为现在我国电能质量专业知识不够普及，缺乏检测设备，检测环节不完善，数据拿不到，现象也发现不了。现在调查仍在进行中。

可以说，只要电力供应不中断，电能质量问题肯定都会存在，这是个永恒的话题。而随着敏感负荷用户、微电子技术应用越来越多，智能电网越发展，电能质量的问题也会越来越多，这几年我国对电能质量产品的需求将处于一种上升的状态。

《电力系统装备》：近几年，我国制修订不少电能质量方面的标准（国标、行标、企标均有），您怎么看待这些标准对电能质量产业的影响？

林海雪：标准是规范产业发展的准则，大量新标准在制订中均加强了可操作性方面的内容，总体上使标准更科学、更接近国际先进水平，同时也更符合国情。标准的重要性无需多言，在这里我想先谈谈电能质量的一个重要标准——谐波国标修订的问题。现行谐波标准是1993年颁布的，编号为GB/T14549-1993。2006年由国家标准化管理委员会正式下达修订任务，至今因在谐波电压限值等问题上仍未取得共识，尚未完成修订工作。

众所周知，谐波电压限值严一些，有利于减小谐波危害、降低损耗费用。但为此必须投入更多治理费用，后者当然也是一种社会资源的消耗。因此谐波限值的决定实际上取决于谐波的危害、损耗费和治理费用之间合理的折中，使其社会经济效益最佳。要看到现代电网中负荷非线性化越来越普遍，也就是电网中谐波源越来越多。电网谐波水平总体呈上升趋势。从最近调研结果看，各国谐波电压限值均不同程度上有所放宽。

目前许多国家都采用IEC（国际电工委员会）规划值作为谐波电压限值，最新（2005年）美国IEEE Std.519中谐波电压的规定大体上与此相近。本人在2011年中国电源学会第二届全国电能质量学术会议上发表的《电力系统谐波电压标准的研讨》可供参考。总之，我的看法是现行国标的谐波电压限值应适当放宽（IEC2008年出版的技术报告中推荐的规划值和我国现行国标谐波电压总畸变率THD的比较见表1）。

当然，如谐波电压标准放宽，对于从事谐波治理的产业会有一定影响。谐波容易达标了，自然治理费用相应会降低。但标准限值的确定必须以整体国民经济利益为出发点，必须向国际先进标准靠拢。另外，随着谐波源不断增加，谐波监管力度不断加大和用户对谐波危害的认识提高，谐波治理这个市场决不会缩小，而是有巨大的发展空间。

另一个问题是关于电压暂降，这是影响许多高新产业正常发展和大量敏感负荷用电的重要指标，我认为当务之急是制订相关标准（或技术导则）和开展该指标的监测。因为这个指标需要多年测量数据的积累才有说服力，而且受电网结构、气候和地理条件影响很大。为此应尽快开发出便于广泛应用的测量仪器（其基本要求应由标准规定），各电力公司和相关用户应积极开展此指标的监测，并仔细调查电压暂降（包括短时断电）带来的损失。