[科普中国]-优质电力园区

简介

作为一种对电能质量问题的总体解决方案，“定制电力”的概念首先由NARAIN U. HINU(}RANI在1988年提出，它是应用现代电力电子技术和控制技术实现电能质量控制，为用户提供特定需要的电力供应技术。

从定制电力概念提出以来，定制电力无论是从装置本身研究还是推广应用方而都取得了极大进展，在工业、商业、制造业以及家庭用户中均得到应用2。

作为定制电力技术应用的一个重要方而，优质电力园区(premium power park, PPP)的概念在1992年由西屋公司提出，它是指综合利用各种电能质量治理设备为用户提供不同电能质量等级的电力服务，包括基本服务、附加服务和优质服务。它特别适合于负荷相对集中的大用户或用电区域，它们对供电可靠性要求较高并具有不同电能质量等级需求。

在国外，从1999年世界上第一个PPP—特拉华PPP的应用，到现在的加州大学欧文分校的大学园区的建设，15年来，PPP的应用从工业、制造业等传统领域逐渐拓展到信息技术、生物工程和新材料等高新技术行业。PPP中的供电电源不仅包括了传统市电电源，而且还融合了可再生能源、燃料电池、微型燃气轮机等本地电源。在我国，PPP的研究也逐渐引起关注，并己开展示范工程建设，2012年分别在北京大兴区太阳能材料公司和厦门哀鸿科技公司开始示范工程的建设，预计均在2014年中期投入运行。另外，在贵州兴仁、辽芍锦州等地方也正在积极开展PPP的建设。有乡PPP建设的标准也在拟定中。

当前研究方向目前，有关PPP的研究主要集中在3个方而电能质量等级的划分、拓扑结构的设计以及供电喊源和电能质量装置(power quality devices, PQDs的协调。在电能质量等级划分方而，一般将供电归量划分为普通供电、优质供电和最优供电3个等级。在拓扑结构的设计方而，主要集中在实形不同电能质量等级供电和提高供电可靠性上，如过改变供电电源的类型、供电方式以及增加PQD种类或改善其功能。但是，电能质量等级的划分只是为拓扑结构设计提供依据，而拓寸结构的设计只是为提高供电可靠性和实现不同电能质量等级的供电提供了一个框架，要达到优质供电目的，供电电源和PQD、之间的有机协调重要。

优质电力园区的作用优质电力园区己成为综合解决敏感用户电能质量问题的趋势，敏感用户因优质电力园区可以提供优质电能而纷纷入驻。园区内的电能质量治理由配电网主导，配电网兼具电能质量治理所需技术基础和经济实力，可针对敏感用户需求制订优质供电规划，保证治理措施的针对性和有效性;通过不同特性和有效范围的治理设备在园区内的合理分布规划，可最大限度将现有资源进行优化配置。既提高了优质电力园区的整体电能质量，又保证了对用户的供电质量，减少了经济损失。

优质电力园区优质供电方案规划需要以用户的电能质量需求为基础，公用配电网针对用户的用电负荷性质、生产方式、受电能质量扰动可能产生的技术经济后果等信息，设计技术合理、经济可行的电能质量治理方案。通常治理设备容量越大，有效范围越广，成本就越高。对园区内用户进行电能质量需求等级划分，把敏感负荷从不易受电能质量波动影响的普通负荷中隔离出来，采用定制电力技术进行特殊供电，可以大大节约治理成本，提高电能质量治理的经济性和可行性。针对电力用户按需、分级供电是提高园区内电能质量，减少电力用户因电能质量承受的经济损失的有效途径，也是优质电力园区建设需要解决的重要问题。

电能是电力市场的主要商品，不同质量商品价值存在差异，电能按质定价己成为发展趋势。电能质量治理的最终目的是在提升电网电能质量水平的基础上，使供用电双方实现经济效益的最大化。配电网作为公共服务部门只需在公共连接点处满足优质园区的基本电能质量指标，没有向更高需求的用户提供优质供电的义务;作为电力市场的重要参与者，在为电力用户提供优质电能的同时也要获得合理的收益。配电网参与电能质量治理的收益可以通过电能质量附加电价的方式获得。电能质量附加电价应能够正确反映电能质量治理成本，同时具有调节功能即引导用户积极参与电能质量治理，从而提高园区整体电能质量水平。

特拉华PPP特拉华PPP中安装了3种PQDs: DVR、快速切换开关(fast transfer switch, FASTRAN)、先进固态无功补偿装置(advanced solid state var compensator, ASVC)。采用两个变电站Delaware和Park给工业园区供电，其中Delaware为主供电电源，Park为备用电源，通过FASTRAN进行切换。DVR安装在内部连接点(point of interaction, POI)与母线之间，用于维持母线1的电压在正常范围内，ASVC'连接在母线3上，提供无功支撑，用于防比FASTRAN动作时，母线3上出现电压闪变。

3种PQD、之间的相互协调运行如下3:

1）DVR和FASTRAN之间相互协调动作，主要解决电压暂降与短时间/长时间供电中断问题。在DVR开通条件下，电压暂降幅值小于或等于6200，持续时间超过2ms，则FASTRAN动作。在DVR断开条件下，如果暂降幅值小于或等于8000，持续时间超过2ms，则FASTRAN动作。当DVR能量耗完时，则FASTRAN立即进行切换。

② ASVC'采用独立控制，与FASTRAN,DVR之间没有协调运行。

仙台市多级电能质量供电系统示范基地日本仙台市多级电能质量供电系统示范基地位于仙台市西北部的国见区困0 2003年经济部、贸易部和工业部实行多级电能质量供电系统，2004年新能源工业技术发展部(NED())对该供电系统进行了研究和测试。测试地点是在东北福社大学园区和仙台市园区4。

东北福社大学有许多类型的建筑:大学礼堂、实验室、门诊部、基础医疗设施、训练中心以及宿舍。在仙台市园区主要有:一个高中学校和一个水处理设施。

展望通过对优质电力园区实际应用和建设情况以及拓扑结构的分析，可知5:

1 目前实际的优质电力园区主要在工业上，现在正发展成具有可再生能源、燃料电池供电，有IT行业、汽车制造商、金融业作为重要负荷的现代化优质电力园区。

2 在PPP的供电形式上，主要是采用在双馈或三馈线路通过一条PC'C'母线来给3种电能质量等级的负荷供电。

3在装置之间的协调上，研究较少。主要是DVR或DSTATCOM与STS，以及DVR或DSTATCOM与储能装置协调来保护关键用户的供电质量。

4 目前，优质电力园区的电网正朝着既带有交直流母线，又带有定制电力装置的能够实现多级供电质量等级的方向发展。在定制电力装置的选择上，不仅会采用DVR, DSTATCOM等传统的装置，还会采用UPQC:等功能强大的复合型装置。

优质电力园区电能质量等级划分电能质量是与电力系统运行的安全、优质和经济性密切相关的电力市场辅助服务，劣质电能可能造成设备损坏、产生次品或废品、产生额外电能损耗等，给电力用户造成严重经济损失。优质电力园区因提供良好质量的电能而吸引了大量敏感负荷用户，对园区内用电负荷进行分级供电，以用户各取所需的方式可以最大限度进行治理设备容量优化配置，实现经济有效的提高园区内整体供电质量。现有的电能质量分级研究多数是基于电能质量现值或电能质量评估指标进行。IEC61000-2-4国际标准依据电磁干扰对用户的影响将额定电压35kV，频率50Hz或60Hz的电磁环境分为三个等级，并规定了各等级的电能质量限值。第一级适用于受保护的敏感负荷，包括计算机、精密实验器材及对受电能质量扰动影响严重的用户生产设备等。第二级适用于公共连接点或工业用户内部连接点，第三级适用于存在大型电机频繁启动、焊接设备、负荷快速变化等扰动的恶劣电磁环境6。

合理划分供电等级和有效利用各种电能质量治理装置设计供电方案是优质电力园区建设中需要解决的两个重要问题。特拉华优质电力园区安装了三种定制电力装置动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer DVR )、先进固态无功补偿装置(Advanced Solid State VAr Compensatory ASVC )、快速切换开关(Fast Transfer Switch FASTRAN)。