水电站电能质量监管政策及标准体系建设研究

水电站电能质量监管政策及标准体系建设研究

何皓天

国家能源集团集团新疆开都河流域水电开发有限公司  新疆库尔勒市  841000

摘要：目前，开都河流域已投产察汗乌苏及柳树沟两座电站，两座电站为典型中型水电站。水电站作为一种重要的清洁能源发电形式，在满足电力需求的同时，如何确保其输出电能的质量成为了待解决的问题。为此，开都河公司作为发电企业，急需全面研究和梳理开都河流域电站的电能质量检测，开展电能质量检测研究。

关键词：流域电站；电能质量监管；体系建设；电压；频率

引言

随着我国新能源发电的快速发展，由此产生了一系列的电能质量问题，同时长期存在的问题也逐渐加剧。我国电力应用中常见的电能质量问题主要有：谐波、三相不对称、电压瞬变等。开都河流域两座电站目前存在的突出问题就是谐波及三相不对称。我国经济快速发展，居民生活水平的提高，各种“高精”设备的使用以及生产领域对产品质量的更加重视，使得电力用户对电能质量的要求进一步提高，电力的服务要求已经从“ 保电量”转向“保电质”。近年来，发电企业对电力系统电能质量的关注正在日益增加，电网公司对电能不合格率的考核日益严格。因此，研究水电站电能质量监管政策及标准体系的建设，确保水电站输出电能的高质量和稳定性，具有重要的现实意义和迫切性。

1水电站电能质量监管的作用

1.1确保供电稳定性和系统可靠性

首先，频率稳定性是电力系统稳定运行的重要指标。电力系统的频率需要保持在一个狭窄的范围内（如50 Hz±0.5 Hz），否则会影响电力设备的正常运行，甚至导致系统崩溃。通过电能质量监管系统，可以实时监测水电站的频率变化情况，及时调整发电机组的输出功率，保持系统频率的稳定。例如，在负荷突然增加时，通过快速启动备用机组或调节水轮机的输出，能够避免频率大幅波动，保障系统的稳定性。其次，电压稳定性同样至关重要。电压的稳定与否直接关系到用户端电气设备的安全和寿命。电压过高会损坏设备，电压过低则会导致设备无法正常工作。水电站电能质量监管可以通过实时监测电压水平，及时发现电压偏离标准值的情况，并通过调整无功补偿装置、调节变压器分接头等措施进行纠正。例如，当检测到电压过低时，可以启用并联电容器增加无功功率补偿，提升电压水平；当电压过高时，则可以投入电抗器吸收多余的无功功率，降低电压。此外，谐波是电力系统中的另一大问题，尤其是在现代电力系统中，由于广泛应用电力电子设备，谐波污染日益严重。谐波会导致电力设备发热、损耗增加，甚至引发设备故障。通过电能质量监管，可以监测水电站输出电流和电压中的谐波含量，并采取滤波措施来消除或减小谐波的影响。例如，通过安装有源滤波器，可以有效抑制高次谐波，提高电能质量，保障系统可靠性。

1.2提升能源利用效率和经济效益

首先，电能质量监管可以有效降低电力损耗。电力在传输过程中不可避免地会有一定的损耗，其中包括传输线路的电阻损耗和变压器的铁损、铜损等。如果电能质量不佳，如电压波动大、谐波含量高，都会增加电力损耗。例如，电压波动过大会导致传输线路上的电流波动，从而增加电阻损耗；谐波电流则会增加变压器和电动机的附加损耗。通过电能质量监管，可以实时监测和分析这些损耗因素，采取相应措施进行优化。例如，通过无功功率补偿，能够稳定电压，减少电流波动，从而降低线路损耗；通过安装谐波滤波器，能够有效抑制谐波电流，减少变压器和电动机的附加损耗。其次，电能质量监管有助于优化发电机组的运行效率。水电站的发电机组在不同的运行状态下，其效率也会有所不同。通过电能质量监管，可以实时监测发电机组的运行参数，如输出功率、频率、电压等，及时调整运行工况，使发电机组始终保持在高效运行状态。例如，当系统负荷较低时，可以通过调度减少部分机组的运行，避免低负荷下的低效运行；当系统负荷较高时，则可以合理分配各机组的负荷，避免过载运行，从而提高整体发电效率。此外，电能质量监管还可以降低用户的用电成本。电能质量问题如电压偏差、谐波污染等，不仅会增加电力设备的运行和维护成本，还会影响用户的生产效率。例如，电压波动会导致电机、电焊机等设备的效率下降，谐波则会引起计算机等精密设备的误操作。通过电能质量监管，能够及时发现和解决这些问题，保障用户端设备的正常运行，降低运行维护成本，提升生产效率。例如，通过无功功率补偿和谐波滤波，能够提供稳定的电压和纯净的电流，减少设备故障率和维修成本，从而降低用户的用电成本。

2水电站电能质量监管政策及标准体系建设策略

2.1建立完善的电能质量监管体系

首先，制定全面的电能质量监管政策是建立监管体系的基础。以开都河水电站为例，该电站总容量为510MW，采用3台单机110MW和2台单机90MW的发电机组，电压等级为13.8kV，变压器出口电压为220kV。在这种复杂的电力系统中，制定详细的电能质量监管政策可以为水电站的运行提供明确的指导。具体而言，这些政策应包括电压、频率、谐波等关键电能质量指标的监管标准和限值。例如，规定电压偏差不得超过额定值的±5%，频率偏差控制在±0.5Hz以内，谐波电流总畸变率（THD）不超过5%。通过这些具体的标准，可以确保电力输出的稳定性和可靠性。其次，建立实时监测和数据分析系统是实施监管政策的重要手段。通过安装先进的电能质量监测设备，实时采集和分析电能质量数据，可以及时发现并处理电能质量问题。例如，某水电站通过在关键节点安装电能质量监测装置，对电压、频率、谐波等参数进行实时监测。当监测设备检测到电压波动超过设定的阈值时，系统会自动发出报警，并触发相应的调节措施，如调整发电机组的输出功率或启动备用电源，以恢复电压稳定性。通过这种实时监测和快速响应机制，可以有效避免电能质量问题对电力系统造成的不利影响。再者，定期开展电能质量审计和评估也是监管体系的重要组成部分。通过定期审计和评估，可以系统地检查电能质量监管政策的执行情况，识别潜在的问题和风险。例如，某水电站每年定期进行电能质量审计，评估各项电能质量指标的合规情况，并根据审计结果调整和优化监管政策。通过这种持续改进的方式，可以不断提高电能质量监管水平，确保电力系统的长期稳定运行。

2.2构建科学的电能质量标准体系

首先，明确电能质量的关键指标及其标准是构建标准体系的基础。以开都河水电站为例，该电站容量为510MW，采用3台单机110MW和2台单机90MW的发电机组，电压等级为13.8kV，变压器出口电压为220kV。在这种复杂的电力系统中，确定适用的电能质量指标及其标准至关重要。关键指标通常包括电压偏差、频率偏差、谐波含量、闪变等。例如，可以规定电压偏差的标准为±5%，频率偏差的标准为±0.5Hz，谐波电流总畸变率（THD）的标准为不超过5%，闪变的标准为不超过1.0%。这些具体的标准为电能质量管理提供了明确的依据和参考。其次，结合国际和国内先进标准，制定适合本地实际情况的电能质量标准。国际上，一些国家和地区在电能质量标准方面具有丰富的经验和先进的技术。例如，国际电工委员会（IEC）和欧洲电工标准化委员会（CENELEC）制定的电能质量标准在全球范围内具有较高的认可度。通过借鉴这些国际标准，并结合我国的实际情况，可以制定科学、合理的电能质量标准体系。例如，某水电站在制定电能质量标准时，参考了IEC 61000系列标准中的谐波和闪变标准，同时结合我国电力系统的特点，进行了适当的调整和优化，制定出符合本地实际的电能质量标准。

结语 

本文的研究表明，完善的电能质量监管政策和科学的标准体系是确保水电站电能质量的关键。这不仅有助于提高电力系统的运行效率和可靠性，还能保障用户的用电安全，推动电力行业的可持续发展。未来，随着技术的进步和电力系统的发展，电能质量管理将面临新的挑战和机遇。我们需要持续关注和研究电能质量管理的新动态，不断优化和完善监管政策和标准体系，为实现电力系统的安全、稳定和高效运行做出更大的贡献。

参考文献

[1] 邓红. 自动控制系统在中小型水电站中的应用[J]. 珠江水运,2022(21):12-14.

[2] 刘士明. 某水电站堤岸高陡边坡锚索施工技术应用[J]. 河南水利与南水北调,2022,51(2):31-33. DOI:10.3969/j.issn.1673-8853.2022.02.017.

[3] 范开明,曹宝英,廖永峰. 光照水电站光伏电源接入改造设计研究[J]. 中国水能及电气化,2023(10):1-6,12. DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2023.10.01.