了解國際前沿技術(shù)、擴展領(lǐng)域視野是行業(yè)進(jìn)步的思想源泉，日前，CIRED組委會(huì )圍繞今年6月在瑞典斯德哥爾摩召開(kāi)的國際供電會(huì )議（CIRED2013）在北京組織“2013國際供電會(huì )議專(zhuān)題報告會(huì )”，與供配電領(lǐng)域科技人員分享國際先進(jìn)配電技術(shù)。

諧波治理問(wèn)題成為重要議題

智能建筑中大量的電子設備及電氣設備產(chǎn)生的諧波對配電系統污染嚴重，原本運行正常的供配電系統效率下降、電氣火災、計算機無(wú)故重啟、電容器燒損、變壓器未過(guò)載超溫等“怪事故”的頻出無(wú)不與諧波有關(guān)，諧波的危害在建筑供配電系統中已到了不容忽視的程度，因此，2013年國際供電會(huì )議對低于2kHz和2kHz至150kHz之間的諧波問(wèn)題開(kāi)設專(zhuān)題討論，本次報告會(huì )對專(zhuān)題內容進(jìn)行了剖析，從諧波的生成和最新進(jìn)展視角入手，探討諧波治理問(wèn)題。中國電力科學(xué)研究院教授級高工張祖平介紹說(shuō)，白熾燈被有電子鎮流器的現代燈具所替代；基于逆變器的發(fā)電形式（如光伏發(fā)電逆變器）被越來(lái)越多地使用；未來(lái)配電網(wǎng)在用戶(hù)、分布式發(fā)電和配電網(wǎng)及其運行方面發(fā)生的根本性變化，都是諧波畸變的潛在來(lái)源。他總結概括諧波畸變產(chǎn)生的原因主要來(lái)自非線(xiàn)性阻抗產(chǎn)生的低頻畸變、開(kāi)關(guān)設備投切產(chǎn)生的畸變、短路功率的影響、頻率的變化以及新型設備產(chǎn)生的高頻畸變的影響越來(lái)越大等六個(gè)方面。

關(guān)于設備的諧波問(wèn)題，張祖平表示，典型的現代電子設備產(chǎn)生的諧波頻率較高，為使設備不受諧波影響，其諧波測量的方法和測量精度以及諧波建模和網(wǎng)絡(luò )諧波測量的結果及案例研究等都需要進(jìn)行研究。他具體地說(shuō)，額定電流小于16A的設備在按照A、B、C、D四級分類(lèi)的基礎上，要考察設備的市場(chǎng)滲透力、使用的同時(shí)率、產(chǎn)生的各種諧波畸變以及其使用的時(shí)間等。其中A類(lèi)包括平衡三相設備、白熾燈調光器、音響設備以及一切未被分類(lèi)為B、C或D類(lèi)的設備，B類(lèi)為便攜式工具、非專(zhuān)業(yè)的弧焊設備等，C類(lèi)為照明設備，D類(lèi)包括個(gè)人計算機和個(gè)人計算機監視器、電視接收機。對于這些設備的總諧波畸變的考察后，可通過(guò)無(wú)功率因數校正、無(wú)源功率因數校正、有源功率因數校正三種方式解決。

電子設備產(chǎn)生諧波畸變的影響會(huì )達到何種程度？張祖平說(shuō)，設備的諧波頻率越高，電路中并聯(lián)電容器的阻抗越低?？傮w來(lái)講，電源電壓引起的高頻畸變因不同設備的靈敏度不同而不同。在諧波頻率范圍內，會(huì )顯著(zhù)增加電流消耗。如果沒(méi)有瞬時(shí)故障，高頻分量的水平通常低于10%。電路元件（如直流母線(xiàn)上的電容器）的溫度上升可能會(huì )降低設備壽命。

小型光伏逆變器因其更高的能源產(chǎn)量、安全性以及組件級監控能力，在住宅建筑等小型項目中極具吸引力。截至2011年，德國大約安裝了25GW的光伏發(fā)電，其中約80%的光伏發(fā)電為低壓安裝，進(jìn)而擴大了小型光伏逆變器的應用規模，但小型光伏逆變器高低頻的諧波畸變問(wèn)題也隨之而來(lái)。張祖平說(shuō)，在實(shí)驗室測量三種不同型號的單相光伏逆變器，其較高頻率的諧波畸變，幅度有顯著(zhù)差異。分析其原因為諧波畸變取決于電源阻抗，因為所有逆變器有著(zhù)相同的工作點(diǎn)，但其電壓與電流有不一致的行為?？偨Y來(lái)講就是在正弦電源電壓的情況下，光伏逆變器存在較低的低頻諧波畸變；供電電壓畸變時(shí)，也會(huì )產(chǎn)生較大的低頻諧波電流；相位角和電壓畸變之間沒(méi)有線(xiàn)性關(guān)系；開(kāi)關(guān)操作會(huì )產(chǎn)生高頻諧波畸變。

設備元件呈多樣化創(chuàng )新發(fā)展

設備元件是配電系統的“細胞”，配電網(wǎng)絡(luò )的強壯運作需要元件的牢固支撐。2013年國際供電會(huì )議對配電網(wǎng)元件相關(guān)的電纜、變壓器、開(kāi)關(guān)設備及控制、保護和監測系統和新型有源電力電子設備等元件進(jìn)行了研究交流。福建電力公司副總工程師李天友在報告會(huì )上總結了各國在大會(huì )上提出的智能傳感器、變壓器等設備的創(chuàng )新性成果。

智能傳感器的成熟應用是實(shí)現配電網(wǎng)智能化的基礎。李天友表示，國際上一些新的特性電壓和電流傳感器，在測量精度上有很好的性能，比之前使用的元件尺寸小、成本低。同時(shí)依附在中壓電纜的終端附件上，這種電纜附件的安裝過(guò)程與目前的類(lèi)似，不會(huì )影響中壓開(kāi)關(guān)的結構。他舉例說(shuō)，芬蘭在現有的電纜接頭處（翻新改造）或在套管里，使用嵌入式智能電壓和電流傳感器代替傳統的電流、電壓互感器，這種新的傳感器用了Rogowski線(xiàn)圈或分壓器，沒(méi)有使用任何鐵磁核心，因此傳感器的性能不受滯回曲線(xiàn)非線(xiàn)性等影響。意大利將高精度的傳感器集成在中壓電纜終端頭中，將一個(gè)可預校準、高精度的無(wú)源電流、電壓傳感器嵌入到室內終端，這種即插即用的電纜附件無(wú)需現場(chǎng)校準，適合絕大多數類(lèi)型的電纜，可用于現有開(kāi)關(guān)柜的改造而無(wú)需改裝開(kāi)關(guān)柜的結構。

“可再生能源發(fā)電接入配電網(wǎng)”實(shí)現了能源的循環(huán)利用，緩解了電力緊張問(wèn)題，但可再生能源發(fā)電接入配電網(wǎng)還需要解決系統因外來(lái)電源插入帶來(lái)的電壓調節的技術(shù)問(wèn)題。李天友介紹說(shuō)，2011年德國決定通過(guò)實(shí)現能源轉型來(lái)重新定義其能源供應，包括逐步淘汰核能，減少煤炭的使用，在2050年實(shí)現基于可再生能源的發(fā)電占到電力總體發(fā)電的80%，2020年的目標是占到35%。對于分布式電源大量接入中低壓電網(wǎng)的挑戰，德國用德國理念回答了2050年的挑戰，即提出了生產(chǎn)資源整合的作用及“智能市場(chǎng)”的理念，他們新開(kāi)發(fā)出的iNES系統可以在出現電壓?jiǎn)?wèn)題或過(guò)載時(shí)自動(dòng)反應來(lái)解決能源接入問(wèn)題。該系統目前已成功應用在法蘭克福農村和城市電網(wǎng)中。在相同問(wèn)題的處理上，英國采用配電變壓器有載分接頭集成到真空滅弧室里調節電壓。日本應用新型的配電網(wǎng)靜止無(wú)功補償裝置，緩解在配電網(wǎng)中因分布式電源而造成的電壓波動(dòng)。巴西開(kāi)發(fā)了低壓電網(wǎng)的便攜式電壓調節器，其無(wú)論是單相、兩相、三相都能被方便地安裝在LV網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵點(diǎn)上；在低壓電網(wǎng)中，標記了超出電壓水平限度的值；調節器電力控制允許輸出電壓當電壓過(guò)低時(shí)增加電壓，電壓過(guò)高時(shí)減小電壓，電壓在合適范圍時(shí)無(wú)反應；可通過(guò)GPRS監控的測量數據。