重要用户定制电力方法、重要用户定制电力系统及其用途与流程

本发明涉及电网技术领域，具体涉及一种重要用户定制电力方法、重要用户定制电力系统及其用途。

背景技术：

随着现代工业的高速发展，新型电力电子技术和微电子器件广泛应用，非线性、冲击性负荷设备大量接入电力系统，由此产生了较多电能质量问题。同时，基于微电子技术的敏感设备，如可编程逻辑控制器、交直流调速装置、计算机、精密仪器等，对电能质量提出了更高的要求。用电设备会因为电能质量的下降受到严重损害，短时电能质量扰动对于电源稳定性要求高的高新企业，可能造成巨大经济损失，因此定制电力技术的应用具有很强的必要性。

在这样的情况下，传统的电能质量控制技术已无法满足敏感重要用户的电力需求。

中国内外PPP的研究主要集中三个方面:电能质量等级的划分，拓扑结构的设计以及电能质量装置的协调。在电能质量等级的划分方面，普遍的方法是将供电质量划分为基本供电，优质供电和最优供电3个等级。但是，如何将不同重要用户划分到不同供电质量等级，还缺乏统一的方法，工程应用困难。在拓扑结构的设计方面，研究集中在通过改变供电电源的类型、供电方式、负荷类型以及电能质量装置的种类来实现不同电能质量等级供电和提高供电可靠性。电能质量等级的划分只是为拓扑结构的设计提供依据，而拓扑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，要达到优质供电的目的，供电电源和电能质量装置之间的有机协调至关重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种重要用户定制电力方法、重要用户定制电力系统及其用途，一方面可以减少用电设备的故障，提高供电服务水平，保证生产和生活的正常进行，另一方面能够减小电网内部因电能质量问题造成的损耗，从而提高电能的使用效率。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种重要用户定制电力方法，其特点是，包含以下步骤：

S1、分析待定制电力区域内所有重要用户的电能质量问题，根据不同重要用户对电能质量问题的需求确定对应的电能质量目标；

S2、根据不同重要用户的电能质量目标，对待定制电力区域内的各重要用户的负荷进行分类，并对待定制电力区域内的各重要用户的电能质量问题的需求进行分级；

S3、根据不同重要用户的电能质量问题的需求分级，确定对应的定制电力设备，并进行优化配置，完成重要用户定制电力。

所述的电能质量问题包含：电压突升与跌落、电压中断、电压波动与闪变、谐波造成的电压波形畸变及三相电压不平衡。

一种重要用户定制电力系统，其特点是，包含：

配电网，向重要用户负荷供电；

定制电力设备与重要用户负荷串联；或者

定制电力设备与重要用户负荷并联；其中

所述的定制电力设备包含依次电连接电力电子装置及储能装置。

所述的电力电子装置包含固态切换开关、静止同步补偿器、动态电压恢复器、静止无功补偿器及有源滤波器中的一种或多种。

所述的储能装置为物理储能装置、电磁储能装置及电化学储能装置中的一种。

一种重要用户定制电力系统的用途，其特点是，该重要用户定制电力系统用于负荷管理中，降低峰谷差。

一种重要用户定制电力系统的用途，其特点是，该重要用户定制电力系统用于应急发电中，缩短事故断电期间重要用户的停电时间。

一种重要用户定制电力系统的用途，其特点是，该重要用户定制电力系统用于低压配电网中，短时缓解杆变过载和三相不平衡，以降低低压线损。

本发明一种重要用户定制电力方法、重要用户定制电力系统及其用途与现有技术相比具有以下优点：针对配电网的供电可靠性和供电质量，将电力电子装置用于配电系统，提供重要用户所需可靠性水平和电能质量水平的电力；和传统电能质量控制技术相比，定制电力技术不但是对电力系统频率、 电压偏差和可靠性进行控制，而且要求控制和降低诸如谐波、电压波动与闪变、三相电压不平衡、电压暂升暂降和短时中断等电能质量扰动的危害；一方面可以减少用电设备的故障，提高供电服务水平，保证生产和生活的正常进行，另一方面能够减小电网内部因电能质量问题造成的损耗，从而提高电能的使用效率。

附图说明

图1为本发明一种重要用户定制电力方法的流程图；

图2A为并联型重要用户定制电力系统；

图2B为串联型重要用户定制电力系统。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种重要用户定制电力方法，包含以下步骤：

S1、分析待定制电力区域内所有重要用户的电能质量问题，根据不同重要用户对电能质量问题的需求确定对应的电能质量目标。

重要用户需要解决的电能质量问题，包括电压突升与跌落、电压中断、电压波动与闪变、谐波造成的电压波形畸变、三相电压不平衡等多种问题。本发明中首先分析待定制电力区域内所有重要用户的电能质量情况，梳理待定制电力区域内有定制电力需求的重要用户及其需要解决的电能质量问题，接着针对不同电能质量问题确定相应的电能质量指标，定量衡量重要用户电能质量需求。

S2、根据不同重要用户的电能质量目标，对待定制电力区域内的各重要用户的负荷进行分类，并对待定制电力区域内的各重要用户的电能质量问题的需求进行分级。

对电能质量敏感的重要用户一般包括某些数控生产线、变频调速设备、数据处理中心、集成电路生产车间、医院等。针对重要用户设备对不同电能质量指标的敏感程度对重要用户负荷进行分类，并根据重要用户对电能质量的需求高低进行电能质量需求分级。

S3、根据不同重要用户的电能质量问题的需求分级，确定对应的定制电力设备，并进行优化配置，完成重要用户定制电力。

各类定制电力设备可以解决的电能质量问题不同，例如：串联补偿主要针对源自配电系统的电压骤降和突升；并联补偿则通过电压调节或无功补偿针对波动负荷、非线性负荷或大负荷的切合；并联补偿再配以储能系统和静态断路器，可在完全断电的情况下，向重要的负荷供电。因此，本发明根据重要用户电能质量需求等级以及重要用户愿意承担的费用，选择适当的定制电力设备类型，并在优化配置时确定各类设备台数及其容量，在保证电能质量满足重要用户需求的前提下使建设、维护、运行等投资成本最少，求解出最优方案后，经过仿真验证再投入实际应用。

如图2A及图2B所示，本发明还公开了一种重要用户定制电力系统，包含：配电网100，向重要用户负荷200供电；定制电力设备300与重要用户负荷200串联；或者，定制电力设备300与重要用户负荷200并联；其中，图2A为并联型，图2B为串联型；定制电力设备300安装在重要负荷附近；其中，所述的定制电力设备300包含依次电连接电力电子装置301及储能装置302，储能装置302主要针对电压突升或跌落以及电压中断问题，在电能充裕时将能量储存起来，当电能紧急缺乏或突然停电时再将能量返送回配电网100。电力电子装置301一方面作为独立的定制电力设备改善相应的电能质量问题，另一方面，配合储能装置302使用，监视重要用户母线电压，根据电压的实际情况控制储能装置的状态。

本发明中的重要用户定制电力系统分为固定式系统和移动式系统两种类型。其中，固定式系统在站点内或者重要用户侧固定安装，在体积满足现场安装要求的前提下容量尽可能大；移动式系统按需临时安装，系统小型化，接口标准化，具备较强抗震能力，便于运输和快速安装。

本发明中的重要用户定制电力系统选用统一电能质量控制器,用于定制电力的典型电力电子装置包括:固态切换开关(SSTS)、静止同步补偿器(DSTATCOM)、动态电压恢复器(DVR)、静止无功补偿器(SVC)、有源 滤波器(APF)等，其能改善的电能质量问题如表1所示。本发明选用的统一电能质量控制器(UPQC)集串、并联型补偿装置的多重功能于一体，其并联单元具有DSTATCOM、APF等功能，其串联单元具有DVR、动态不间断电源(UPS)等功能，其直流储能单元具有蓄电池能量存储系统(BESS)等功能，能够通过多目标协调控制实现电压调节(电压跌落、电压突升、电压畸变补偿等)、有功、无功动态调节、有源滤波、平衡化补偿、动态不间断电源、储能、直流电源等综合功能。

表1定制电力设备及其能够改善的电能质量问题

本发明中的重要用户定制电力系统中的储能装置将飞轮储能、超级电容器储能以及铅炭电池、锂离子电池等电化学电池储能联合使用。本发明从安全性、经济性、储能容量、响应速度、设备体积、使用寿命、安装方式、抗震性能、平稳性等多角度衡量储能装置的选择。

目前，储能方式主要分为三类：物理储能、电磁储能、电化学储能。其中，物理储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等，电磁储能如超导电磁储能、超级电容器储能等，化学储能有铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池、铅炭电池等。飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能属于功率型储能，响应速度快，但容量小，适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等。抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能属于能量型储能，容量大，但响应速度慢，适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模应用场合。因此，本发明将功率型储能和能量型储能相结合。

功率型储能中，本发明选择飞轮储能和超级电容器储能，飞轮储能主要用于在时间和容量方面介于短时储能应用和长时间储能应用之间的应用场合，超级电容器作为电化学电池的辅助，用于对容量要求较低但对电压恢复速度要求较高的领域。这是因为：超导电磁储能成本高昂；飞轮储能系统能量输入、输出快捷，可以就地分散放置，不污染环境，几乎不需要运行维护，设备寿命长，但能量密度不够高，自放电率高，抗震性能和平稳性差；超级 电容器循环使用寿命长，响应速度极快，功率密度高，无污染无噪声，安装简单，温度特性好，且双电层超级电容器技术较为成熟，在市场上已经逐步推广，但能量密度很低，续航能力不佳。

能量型储能中，本发明选用铅炭电池和锂离子电池，并从经济性和环保性考虑，通过退役电池储能降低成本，减少污染。这是因为：抽水储能严格受到地理条件限制；压缩空气储能需要大的洞穴存储压缩空气，且需要与燃气轮机配合使用；铅酸电池能量密度低，使用寿命短；液流电池能量密度低，响应速度不快；钠硫电池液态纳在高温下容易燃烧，存在运行风险；铅炭电池是对铅酸电池的改进，将具有超级活性的炭材料添加到铅酸电池的负极板上，提高了功率密度和循环使用寿命，同时成本也不高；锂离子电池能量密度很高，效率可达95％以上，使用寿命可达5000次或更多，响应快速，但价格相对偏高，需要过充电保护以防充电导致发热燃烧。

本发明中的重要用户定制电力系统除了可以应用于定制电力领域，还可以在削峰填谷、应急发电、降低低压线损等方面推广使用。其中固定式的定制电力系统主要用于定制电力和削峰填谷，移动式的定制电力系统主要用于应急发电和降低线损。

电力系统削峰填谷是负荷管理的重要方面。降低峰谷差有利于推迟设备容量升级，提高设备利用率，节省设备更新的费用，降低供电成本。本发明中的重要用户定制电力系统包含储能装置，闲置时可以在削峰填谷方面发挥作用，谷时将电能储存起来，峰时再将电能返送回电网。

应急发电多用于设备检修、供电保障、野外作业等场合，能够保障重要用户及重要活动备用供电，缩短事故断电期间重要用户的停电时间，避免电力设备计划性检修给重要用户造成的断电。但应急发电车尚未在重要电力用户中得到普遍应用，各地供电公司应急发电车购置数量有限，一旦遇突发状况，难以满足重要用户应急救援的需要。本发明中的重要用户定制电力系统可以改造为移动电源车，在闲置的时候支援应急发电。

在低压配电网中，杆变过载运行不仅会缩短设备使用寿命，还会导致台区线损增加。此外，部分杆变供电台区重要用户较为分散，线路较长，而且存在单相负荷，导致杆变三相电流不平衡情况严重，也直接增加了低压线损。杆变过载、杆变三相不平衡现象在迎峰度夏期间尤为显著。对于过载杆变， 通常采用新立杆变(分割电网)或增容调换的方式处理；对于杆变三相不平衡问题，需要进行负荷转移处理。但是，有时杆变过载和三相不平衡仅为短时现象，采用上述处理方法不经济。本发明中的重要用户定制电力系统可以用于短时缓解杆变过载和三相不平衡问题，从而降低低压线损。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。