一、方案背景
由于工业技术和信息技术的高速发展，加之我市输变电网络日益优化，致使市内工业负荷的种类与容量也得到了迅速的发展。在电气化铁道、大功率的电力拖动设备、电化工业（化工、冶金企业的整流）、炼钢电弧炉（交、直流）、电石炉，感应加热炉等干扰性负荷不断的接入到供电网的同时,供电质量也在不断恶化。
特别是大量非线性负荷用户的接入，公共连接点（PCC）谐波电流超标造成供电电压波形畸变，影响所有接在PCC上的用户；虽然有时针对用户回流的谐波电流未见超出标准，但这些谐波电流汇流至变电站、所供电母线，由于同相位相互叠加，电流幅值不仅超标，而且经常引起公共连接点（PCC）电压波形畸变并超出国家标准（《电能质量 公用电网谐波》[GB/T14594-93]）。从而影响所有接在PCC上的用户。
谐波管理工作及滤波补偿作为当前情况来说，建立一套客户谐波监测分析系统及滤波实施系统是在势在必行的主要手段，并把两者密切结合起来。
1.1、国家相关部门对电能质量相关内容的规定。
衡量电能质量的主要指标是电网频率和电压质量。频率质量指标为频率允许偏差；电压质量指标包括允许电压偏差、允许波形畸变率(谐波)、三相电压允许不平衡度以及允许电压波动和闪变。国家技术监督局已公布了上述电能质量的五个国家标准。
我国《电力法》明确规定供电企业应当保证供给用户的供电质量符合国家标准，对公用供电设施引起的供电质量问题，应当及时处理，在《供电营业规则》中也明确规定用户的非线性负荷、冲击负荷、波动负荷、非对称负荷对供电质量产生影响或对安全运行构成干扰和妨碍时，用户必须采取措施予以消除，如不采取措施或采取措施不力，达不到国家标准，供电企业可中止对其供电。在市场经济条件下，供电企业有依法向用户提供质量合格电能产品的责任，用户也有依法用电，不污染电网的义务。
电能质量的具体指标：
1．电网频率 我国电力系统的标称频率为50Hz ，GB／T15945-1995《电能质量一电力系统频率允许偏差》中规定：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可放宽到±0.5Hz，标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。实际运行中，从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。
2．电压偏差 GBl2325－90《电能质量一供电电压允许偏差》中规定：35kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％；10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的土7％；220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7％～10％。
标准中供电电压为供电部门与用户产权分界处的电压或由供用电协议所规定的电能计量点的电压。
确定允许电压偏差是一个综合的技术经济问题，允许的电压偏差小，有利于用电设备的安全、经济运行，但为此要在电网中增添更多的无功电源和调压设备，需要更多的投入。反过来如果扩大用电设备对电压的适应范围，提高设备在这方面的性能，往往也要增加设备投资。综合国外标准和我国国情制定的供电电压允许偏差的国家标准，能满足绝大部分用电设备的运行要求。
3．三相电压不平衡 GB／T15543-1995《电能质量一三相电压允许不平衡度》中规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。标准还规定对每个用户电压不平衡度的一般限值为1.3％。
但是国标规定的三相电压不平衡度的允许值及计算、测量和取值方法只适用于电力系统正常运行方式下在电网公共连接点由负序分量引起的电压不平衡。因此故障方式引起的不平衡(例如单相接地、两相短路故障等)和零序分量引起的不平衡均不在考虑之列。由于电网中较严重的不平衡往往是由于单相或三相不平衡负荷所引起的，因此标准衡量点选在电网的公共连接点，以便在保证其它用户正常用电的基础上，给干扰源用户以最大的限值。值得注意的是国标在确定三相电压不平衡度指标时用95％概率作为衡量值。也就是说，标准中规定的正常电压不平衡度允许值2％是在测量时间95％内的限值，而剩余5％时间可以超过2％，过大的非正常值时间虽短，也会对电网和用电设备造成有害的干扰，特别是对有负序起动元件的快速动作的继电保护和自动装置，容易引起误动。因此标准中对最大的允许值作了不得大于4％的规定。
4．公共电网网谐波 GB／T14549--93《电能质量-公用电网谐波》中规定：6～220kV各级公用电网电压(相电压)总谐波畸变率是0.38kV为5.0％，6～10kV为4.0％，35～66kV为3.0％，110kV为2.0％；用户注入电网的谐波电流允许值应保证各级电网谐波电压在限值范围内，所以国标规定各级电网谐波源产生的电压总谐波畸变率是：0.38kV为2.6％ ， 6～10kV为2.2％，35~66kV为1.9％，110kV为1.5％。对220kV电网及其供电的用户参照本标准110kV执行。
5．波动和闪变 GBl2326--如《电能质量一电压允许波动和闪变》中规定：在公共供电点的电压波动允许值：10kV及以下为2.5%，35～110kV为2％，220kV及以上为1.6％；电压闪变值主要是表征人眼对灯闪主观感觉的参数。国标推荐的闪变干扰的允许值，对照明要求较高的白炽灯负荷为0.4％，对一般性照明负荷为0.6％。
6．国家发改委《电能质量技术监督规程》DL/T1053-2007中7.5谐波源的管理工作中指出对现有谐波源管理和新建及扩容变电站需进行电能质量项目测试；符合国家电网要求。
1.2、谐波管理模式介绍
作为大型的谐波测试分析与评估主要包括以下五个方面的内容：
1、公用电网公共供电点的电能质量监测；
2、干扰负荷测试与评估；
4、电能质量控制装置对电能质量改善效果的测试和评估。对于常规的电能质量测试主要是针对前面的两点，主要测试项目包括：频率偏差，谐波电压，谐波电流，电压偏差，三相不平衡度，电压波动与闪变、间谐波、电压波动和闪变等电能质量参数。
明确了测试内容和项目，我们可以初步得出以下的主要测试方法和步骤：
1、取得用户供电线路图资料，即详细线路接线图（包括电源点、高压进线和低压配电系统）；在目前的供电模式下，大量的工商业用户普遍是10kV接入系统，但是存在变电站一条出线上接入多个用户的现象，因此电能污染源有可能是自身引起，也有可能来自电源接入点的外界系统，因此详细的线路结构图有助于分析电能质量的污染源。
2、取得用户负载信息，包括负载容量和数量、负载类型以及负载运行、投切的时变规律；包括用户的无功补偿系统的信息。根据我们的实施经验，用户资料的详细程度直接影响后期的测量和分析，因此这两项工作需要用户的密切配合，尤其是针对一些特殊负载，要掌握其特定的用电曲线类型。我国对用户的电能质量分析主要基于实际的测量，而日本目前的做法是基于按照实际负载进行计算分析，它们把用户负载类型根据应用场合和电路种类分为九种类别十九种子类，每种子类负载对应各自的谐波含量，这样根据用户负载的类型和数量就可以得出该用户的电能质量情况。而不需进行实际的测量，该种方法对于新建用户尤其实用。由此可以看出，不管是基于哪种方法用户负载信息的详尽和准确是至关重要的。
3、获取用户在用电过程中遇到的供电问题汇总，这些汇总的供电问题可能是由于电能质量引起的，也可能是由于其他原因引起的；但是必须全面了解各方面可能存在的隐患，才有利于后期的综合分析。
4、根据以上资料，确定进行电能质量测试的测点位置。测点位置的选择首先基于电能污染源的来源方向。从谐波源来源于用电用户考虑，测点的选择一般按照以下原则进行，一是用户的进线处，因为该处是用户用电系统和外界电网的交汇处，可以将该处的电能质量作为参考点和其他处的进行比较，从而发现谐波源。二是特定负载处，这里所指的特定负载是指已确认为容量相对较大（一般取该线路总容量的20%衡量）的非线性负载。因为该类负载大多数会对整个供电系统的电能质量产生极大影响。从谐波源来源于整个外界电网来考虑，按照前面提到的国标当中，对于针对供电也就是电网的不同衡量指标，测点的选择也有所不同，对于供电电压允许偏差，衡量点为供用电产权分界处或电能计量点；对于电压波动和闪变，衡量点为电网公共连接点（PPC）；对于公用电网谐波，衡量点为PCC，并取实测的95%概率值最为测试结果。
5、根据以上资料，确定测试仪器和测试方法；目前主要的测试方法分为三种：
一种是利用便携式仪器进行阶段性测试，主要针对负载变化率较小，并且供电情况比较稳定的场合，短期的测试就可以捕捉到存在的供电问题，类似的测试仪器包括EG4500，PQ-2000S，FLUKE434等；（但此种方式存在很大的局限性，由于大量用户在夜间负荷最大，从而加大了谐波管理工作人员的工作量）。
第二种是利用在线式测量终端仪器和计算机监控系统对电力系统输配电环节各电压等级、线路及用户站的出线进行长时间的（比如7*24）数据监测和分析，测点的记录可以根据负载的特性进行，一般分为定期式记录和触发式记录。定期式记录时间间隔一般定为1—15分钟，步长为1分钟。
第三种情况采用分散式电能质量监测终端和无线通讯技术，实现客户电能质量数据的长期监测，定期式记录时间间隔一般定为1—15分钟，步长为1分钟。
6、对获取的测试数据和图表进行分析，分析数据的标准主要参考两个方面，一方面结合国家对于供电电能质量的强制标准，国家的强制标准主要用来约束供电企业在供电质量和用电企业在用电方面的污染情况；另一方面结合用户实际的用电电能质量要求，用户的自身电能质量要求高于国家标准的主要是由于所采用的生产设备、工艺流程对供电质量要求较高，这类用户一般有改善电能质量的自发性需求，因此最有可能成为谐波治理项目的潜在用户。分析的结果一般以报表和棒图的形式体现，数据的内容一般包括实测结果和国标的对比或者是电能质量治理前后的数据比较。这样便于直观定性比较和定量分析。
7、根据分析的结果，确认存在的供电问题提出综合治理意见。对于用户自发提出的治理要求，需要先对用户用电系统和设备进行深入细致的评估调查与测试，充分了解生产工艺的具体要求、敏感设备的电气性能，将电能质量问题的范围缩到最小，提出切实可行、以最经济可行、成本最低的治理方案，进行专业和综合治理。
二、 建立电能质量市场的合理性和可行性
关于电能质量问题也还存在许多分歧和争论，主要表现在电能质量问题发生的原因与责任上，供用电双方从认识和看法上往往存在很大的不同。例如，配电系统普遍采用和经常遇到的电容器投切操作，有可能引起暂态过电压而损坏用户设备，也可能由此造成用户设备掉电此时用电方会简单的抱怨供电质量太差，以至于投诉。又如，当电网某处发生短路故障，很可能在一些负荷公共连接点出现不同程度的短时电压凹陷，其结果造成某工厂的变频驱动装置掉电。
建立电能质量市场的目的就是将电磁环境看作一种有价资源，将电磁环境的污染和治理推向市场，使得对电能质量的控制更加规模化、专业化，达到提高效率、降低成本的目的；同时利用市场的资源优化配置功能，充分利用电磁环境资源，合理分配高质量等级的电能，从而实现社会公正并使由电能质量问题所产生的社会综合损失最小。
电能质量市场运营和交易特点决定了电能质量市场体系是由电磁污染排放权交易市场、定制电力市场、备用电源交易市场、电能质量科技市场和电能质量市场监管部门组成。受电网结构的制约，电能质量市场体系将形成多层次，区域分明，以相对独立的配电网为基本单元结构。
为了保证电能质量市场公平、公正、公开和有效地动作，需在市（县）级以上行政区域设立电能质量监督管理机构，行使行政执法职能，依照法律、法规统一履行各级电网电能质量监管职能。在体制上，与电力监管集中与分级相结合的监管体系是吻合的，因此它可以作为电力监管委员会的一个职能部门，保证电力系统的优质经济运行，在发电侧和批发市场实行中央集中监管体制；在售电侧和零售市场实行统一规则下的地方监管为主的体制。
建立电能质量市场就是要提高社会生产效率、实现社会公正和资源优化配置。下面通过几类典型的110KV负荷进行投入、退出、调整等活动对建立电能质量市场的合理性进行分析。
三、方案的意义
谐波源用户非线性负荷造成电压波形的畸变 一方面使供电质量急剧下降，影响用电客户，同时用户回流的谐波电流冲击并联补偿电容，以致补偿部分有时无法投运且事故不断出现，造成线损增加、系统运行稳定性下降。因此根据电网现有实际情况，切实研究、设计、并制造一套可完成谐波的治理、无功功率的补偿、系统谐波的监测、保护等综合功能的装置，势必能够优化供电网的输电运行能力、提高供电质量、降低线路损耗、加强系统的稳定性。同时也在此方面做出有益的尝试，如顺利达到预期目标，此谐波监测、治理及无功综合补偿方案可做进一步的优化和推广。
面对以上类型负荷产生的谐波"泛滥"问题，我们常常束手无策的面对，怎样分析，怎样解决，怎样找出电网结构、参数与谐波的内在关系等等一系列问题。而这些正是我们建立这套客户谐波监测分析系统的目的所在。
四、方案的特点及技术措施
本方案最大的特点是把电能质量监测和治理有机的协调在一起，给供电公司带来最大的经济效益。
客户谐波监测分析管理系统
电能质量问题实际上已成为一个经济问题，是电力生产及工业制造水平发展到一定程度的必然产物，并在当前开放型的经济体系中日益表现为一个突出问题。电能质量问题严重地制约吸引外资政策的实施，治理电网污染、提高电能质量是电力新兴技术研究的迫切需要。电网电能质量的实时动态监测，是电能质量综合治理的前提和基础。目前，单一的电能质量监测工作已远远不能满足现代电力工业管理的需要，由此，建立一种覆盖面广、运行稳定可靠的电能质量监控网已迫在眉睫。
普通分散式电能质量监测系统存在以下几点缺陷：
实时性不强：由于监测手段落后，造成数据时效性差，上级部门无法及时了解各地区各电压等级的电能质量水平，从而无法及时采取相应措施改善电能质量。
造成电能质量低的成因，也难进一步提出改善电能质量的有效措施。
工作量大：一方面，需要花费很多的人力物力去收集数据，另一方面还要对收集的数据进行统计分析。
效率低：从发现电能质量的问题到解决该问题，往往需要很长的时间，不利于管理工作的开展，无法形成一个高效率的电能质量管理体系。
因此研究和开发区域性电网电能电能质量实时数据网络管理系统技术报告，建立统一的、开放的监控和管理平台，实现对电网电能质量五项指标的全天候监控具有重大的现实意义及技术管理前瞻性，对电网的安全、经济运行是有积极意义的。
电能质量网络平台的应用将为未来的专家系统提供基础。未来的专家系统综合了国内外谐波界知名专家的研究成果，采用智能模糊分析方法，对自动存储于数据库中的数据进行分析，找出污染源、发现谐振点，并对电网整体电能质量进行评估，仿真分析，提出整治建议，使得日后的治理工作更有针对性和有效性，对节省治理投资有重大的现实意义。
1、该系统的研发能实现电网对电能质量七项项指标（电压偏差、频率偏差、谐波、间谐波、三相不平衡，电压波动和闪变、电压骤升、骤降和短时中断）的全天侯网络化监控，系统分析和有效控制的要求得以实现，全面提升电力系统自动化管理水平，加强公用电网电能质量的监督管理，保证了电网安全运行。
2、通过系统监测数据，可及时准确定位系统的潜在故障源，污染源，分析出源的特性，类型及分布规律，给出整改方案预防电力事故的发生，可从电能质量的视角验证电力网结构是否合理、设备参数设备是否合理，从电能质量的视角分析电力事故发生的原因
3、电能质量实时数据网络管理系统使电能质量管理工作实现了全局一体化，提高了管理水平，使专职人员摆脱了用人工记录的落后面貌。
4、电能质量实时数据网络管理系统对设备安装地点各级电网的电能质量状态进行长期在线监测，资料的长期累积和分析为进一步的谐波治理提供了必要的基础
5、电能质量实时数据网络管理系统具有强大的数据处理和分析功能，提供历史数据和实时数据查看功能、报表曲线分析功能，数据统计95%，最大值、最小值和平均值，握实时数据、进行数据分析管理等操作，提高了办公效率。
6、电能质量实时数据网络管理系统监测的系统数据给电能质量综合治理提供了可靠依据。
7、电能质量实时数据网络管理系统减少了运行管理人员的工作量。
8、该系统研发最终目的是提高电网运行的安全可靠性，提供用户优质的电能，是面向开放的电力市场，适应竞争机制的强有力的手段。
五、方案设备规格及技术数据
1、供电公司子系统
供电公司电能质量监测分析软件实现系统内变电站层和大客户公共连接点的电能质量监测，用户变的出线监测数据分析供大用户进行电能质量数据分析监测，软件提供实时数据、历史数据、波形、频谱和曲线分析报表输出功能。
2、变电站层监测
2.1 变电站集中式电能质量监测
该设备可以集中监测八条线路的三相电压、三相电流电能质量数据，满足大多数变电站母线的电能质量七项国标监测数据，设备通过通道扩展组屏，最大可以监测到24组线路，数据通过网络通讯光线方式和供电公司子系统通讯。
2.2客户电能质量监测终端
设备采用DSP数据处理技术，实现三相电压、三相电流的电能质量数据测量，通过无线通讯方式（GPRS）与供电公司子系统联系。
2.3用户变电站层监测
设备可以监测多组出线和进线的电能质量测试数据，其中仪器提供多种通讯方式实现与当地后台和供电公司子系统联系。
