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一汽集团电能质量专场培训会节约电能与电能质量治理华北电力大学肖湘宁2013年04月25日—北京九华山庄一汽集团电能质量专场培训会一、电能质量与节能的关系二、电能质量的基本问题三、劣质电能影响与经济损失调查四、电压暂降的标准、评估与治理节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。主要内容一汽集团电能质量专场培训会一、电能质量与节能的关系一汽集团电能质量专场培训会节约能源与节约电力广义节能：节约原材料消耗，提高产品质量，提高劳动生产率，减少人力消耗，通过能源利用率；狭义节能：节约煤炭、石油、天然气、（节煤、节水、节气、节油）和节约电力、热力（水、核、风、光以及加工、转换后的）等能源；通俗地讲：1.将能源（原材料）浪费（损失）降低到最小限度2.将能源加工转换和使用效率提高到最大限度节能的定义：加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可承受的措施，从能源市场到消耗的各个环节提高能源的利用效率。节能的基本工作是能源管理；一汽集团电能质量专场培训会从能源的供应方到需求方的使用链可以看到，各个环节都有各具特色的提高能源利用率和降低碳排放的方法和技术。一汽集团电能质量专场培训会一、生产过程节能减排技术•（成形技术，焊接节能技术，喷涂技术，烘干技术，传送技术等）二、汽车产品节能减排技术•传统汽车技术-通过先进内燃机、变速器与传动技术、轻量化技术和整车优化等节能技术，使燃料消耗量年均下降6%，2015年共计下降33%；•新能源汽车技术-插电式混合动力技术（PHEV）•新能源汽车技术-纯电动汽车技术•新能源汽车技术-增程式电动汽车三、汽车回收再用节能减排技术至2020年我国汽车产销量都将居世界第一汽车制造业的节能减排大有作为一汽集团电能质量专场培训会制造业成本构成管理费原材料工资能源环保费•提高员工的效能•降低工资（奖金）•裁员•更低的采购价格•提高成品率•替代材料•提高能源利用率•降低消耗•减少浪费•减少污染•达标排放•减少各种管理支出以上各项节约成本的要素中，能源与环保的节约空间最大！在一定条件下，成本控制能力可能是唯一保持企业存活的能力！一汽集团电能质量专场培训会节约电力资源，是我国实施“节能减排”、建设“资源节约型”社会的重要工作。改变发电结构，采用可再生能源发电热电联产采用高效能机组替代低效能机组等采用节能照明设备使用高效电机等节能产品使用具有变频调速功能的家用电器电力节能电力需求侧管理电能质量控制与管理合理的电网规划使用节能变压器电力节能技术涉及诸多方面，电能质量也是节能降损的一个重要手段。一汽集团电能质量专场培训会节约能源与节约电力•二次能源—经一次能源转化后的电力，是现代工业、农业、服务业以及民用能源消耗的主要类型（2015年电能占终端能源消费比重将达25%；该比重每上升1个百分点，全社会能源效率提高4个百分点）；因此通常而言，节能中占有很重要位置的就是节电。•对于电力终端用户来说，在利用电能进行生产（即电能消耗）的全过程中，将电力能源损失减到最小（使用最少的电，生产最多合格产品）；最大限度地提高电力使用效率（让一度电发挥出一度电应当产生的效益）是其重要内容。一汽集团电能质量专场培训会能源管理的重要方式—电力需求侧管理与电能质量管理•电力需求侧管理（DSM）是指，通过提高终端用电效率和优化用电方式，在完成同样用电功能的同时，减少电量消耗和电力需求，达到节约电源和保护环境，实现成本电力服务所进行的用电管理活动。•电能质量管理（PQM）是指，通过保证所提供电力的技术指标和供电连续性，在完成电力供应满足电力需求的同时，减少劣质电能对电力生产和电力消耗的不利影响，最终实现优质电力带来优质经济生产的系统活动。一汽集团电能质量专场培训会直接节能效益供电线路的线损下降电气设备的附加损耗下降间接经济效益提高用户的生产效率降低企业内部设备故障率，提高设备运行的可靠性，并减少生产性服务成本的支出。可为用户节省功率因数罚款间接社会效益非线性负荷周边用户及供电变电站的电气设备故障率下降，用户投诉下降。NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY就供应一定容量的负荷而言，劣质的电能传输需要消耗更大的电力供应；同时，劣质的电能将会引起工业生产周期的延长、或引起劣质产品，相当于一次能源的浪费；第三，劣质电能供应引起的事故经济损失，同样可折合为能源的巨大浪费——电能质量经济性调查。随着电力消耗的多样性需求和电能高效利用与实现，非线性设备迅速增加，电能质量问题日益严重。改善电能质量的节能效益电能质量问题可以归纳为广义的能源节约与浪费问题一汽集团电能质量专场培训会NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY无功补偿是提高用电负载的功率因数、降低电网线损的一种重要节电措施。上海宝钢在宝钢二原料变电站使用了无功补偿技术，使得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(含Ⅳ)段进线的功率因数从0.7安全补偿到0.92左右，项目实施后该原料变电室每年可节省电能42.82万度。案例1背景简介：上海宝钢二原料变电站是宝钢三期设计生产、投运至今的变电所，共设有3台10kV/3.15kV的变压器。改造前：3kV侧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段进线的功率因数明显低于宝钢要求的功率因数标准，分别为0.70、0.69、0.72(Ⅲ段和Ⅳ段)。另外，3kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段进线的特征谐波电流为3、5、7、11、13次，其中3次谐波电流较大。改造方案：为二原料变电站3kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ(含Ⅳ)段母线各新增一套无功补偿柜，补偿容量分别按1.00Mvar、1.20Mvar、1.20Mvar考虑，安装容量均按1.80Mvar考虑。并在二原料变电站配电系统新增的这三套无功补偿装置中分别串入6%的电抗器，以对配电线路中的3次谐波电流起到滤除作用。一汽集团电能质量专场培训会以某钢厂为例，治理前功率因数为0.75，炼钢时间为55min；治理后功率因数达到0.9以上，每月的功率因数罚款取消了，炼钢时间也平均缩短10min左右，在总能耗持平的基础上，平均每月产量增加9%，提高了企业利润。NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY改善电能质量可以降低损耗、提高设备使用寿命以及生产效率，对节能增效具有重要意义。某汽车制造厂冲压车间大量使用电焊机、激光焊机和大容量感性负荷（以电动机为主）等非线性负荷，导致了变压器负荷存在严重的谐波电流，400V低压母线的电压总畸变率达到5%以上，电流THD达到了40％左右，造成400V低压供配电系统电压THD严重超标，并导致了用电设备和变压器存在严重的谐波功率损耗。通过对该车间进行安全补偿加有源滤波治理，电压畸变率由原来的５％下降到１％，电流畸变率从20％下降到３％，功率因数由0.7上升到0.92，企业年节约电费14.04万元。案例2案例3一汽集团电能质量专场培训会1970年代，有了几项对电力质量的规定。1980年代，有了对部分负载感受的规定。1990年代，电能质量成为电力和负载之间兼容性的量度。一汽集团电能质量专场培训会一汽集团电能质量专场培训会一汽集团电能质量专场培训会NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY节能技术电能质量改善电能质量是节能增效的一个重要手段。同时，一些节能措施也会带来电能质量问题。节能技术与电能质量的关系需要注意，节能技术与电能质量控制在一定程度上是互相制约和相辅相成的。特别需要进行利弊分析，以及技术和经济比较。一汽集团电能质量专场培训会二、电能质量的基本问题一汽集团电能质量专场培训会我国电网的发展特点◆随着工业生产的持续发展和国民经济的稳步增长，面对能源赋存和需求的逆向分布格局，当前和今后一段时间我国电网发展有以下特点：1）集中式大型机组群协调运行水平成熟2）超特高压、大规模互联电网已经形成3）远距离、大功率、交直流混合及柔性化输电模式快速发展4）可再生新能源发电迅速增长（分布式电源也开始引起关注）5）各种功率特性的电力变换装置大量进入6）大容量电网储能技术已在热议之中◆但是，日益复杂的人造巨大系统的安全稳定、优质高效运行问题变得更加突出，系统的可靠性、稳定性，可控性问题也越来越困难，电力科技工作者面临着前所未有的机遇与挑战。已经形成正在形成华北电网南方电网台湾陕北煤电华中电网济南徐州雅龙江梯级南阳上海华东电网荆门恩施乐山蒙西煤电唐山青岛南京沿海核电连云港沿海核电重庆沿海核电温州西北电网准东吐鲁番变乌北变玛纳斯呼盟高岭背靠背泉州赣州海南新疆分区电网西藏地方电网川渝电网三峡/葛洲坝晋东南煤电灵宝背靠背昆西北罗平天生桥安顺平果贺州金安桥水电茂名江门北郊广州深圳博罗罗洞沿海核电图例500千伏以上交流±500千伏直流±800千伏直流±1100千伏直流±660千伏直流±400千伏直流东北电网蒙东煤电5端HVDCVSC-HVDC320kV,1000MWPage.23/4的煤炭、水能、风能、太阳能资源分布在北部、西部和西南地区2/3以上的能源需求集中在东中部主要负荷中心与大型能源基地距离800～3000公里,必然形成大范围、远距离大容量输电格局格尔木拉萨1100kV,10000MW2600km800kV,7200MW2059km•到2012年底，全国电力装机容量达到11.4亿千瓦，这标志着我国已经成为世界第一电力能源生产大国。其中，•水电装机容量达到2.49亿千瓦，居世界第一。•风电装机容量迅速增加到6300万千瓦，成为风电装机容量和装机增幅双居世界第一，年发电量超过1000亿千瓦时。2020年将达到1.2亿千瓦。•光伏发电装机容量由基本空白增加到700万千瓦。•核电在建机组30台，共3273万千瓦，在建规模居世界第一。我国已经成为世界第一电力能源生产大国一汽集团电能质量专场培训会能源加工、转换效率电能质量背景水平一、燃料利用率：•火力（燃煤）发电效率为40-42%（日本48.5%，目前世界最高水平；采用洁净煤燃烧技术2025年可望达到65%）•锅炉效率为91-94%•机组效率为89-91%•光伏发电转换效率为10-15%•光伏逆变器的效率为70-80%•风力发电效率小于59%二、公用电网电能质量背景水平电压等级越高，电能质量纯洁度越好。发电机生产的电能基本是恒定电压、恒定频率的纯正弦波形交流电。非线性设备的大量接入，中电压公共连接点（PCC）处的背景污染已很严重；一汽集团电能质量专场培训会电力电子器件、功率变换、控制理论与方法FACTS灵活交流输电技术运行参数调节与控制HVDC高压直流输电技术解耦与输电功率控制信息流广域测量互联网络管理流电力经济高级调度与决策Cus-Pow定制用户电力技术电能质量可靠供电SMARTGRID智能电网发电系统传统能源和新能源转换，规模化集群发电，分布式电源未来智能电网的要素：新能源发电与储能，新能源互联网，电能利用信息管理网络线性，非线性负荷有源负荷一汽集团电能质量专场培训会电力电子技术在智能电网中发挥着不可替代的重要作用电力电子技术在电力系统中的三个重要表现形式1）电路的无触点快速通断2）改变系统的等值电气参数3）实现电能形态的转换与发生电能能量形式转换消耗电能形态转换及功率控制与处理实现电能的高效控制和利用，就目前的技术手段而言，在很大程度上和相当范围内都要充分利用电力电子技术与新型装置来实现。可以看到，几乎所有提及到的设备都利用电力电子接口接入电网并加以控制，这使得电网更加非线性化。电力电子技术的核心作用-实现对电能（功率）的控制与处理无论是主网输电联络，亦或配电自动化无一不与电力电子技术紧密联系一汽集团电能质量专场培训会•国外学者和工程技术专家特别提出，电能的合理使用对环境和经济都极其重要…，过多地利用电力电子装置存在着产生电能质量扰动和设备高敏感性两方面问题。•有专家担忧，在智能电网建设中必须充分考虑电能质量问题是十分重要的。不能再走“先污染，后治理”的缺少智慧的老路。•电力电子学中的电磁兼容理论和方法、电力电子装置的可靠性问题依然是困扰其经济应用的瓶颈；它对智能电网的实现