新能源快速發(fā)展的背景下，電力系統(tǒng)電源與負荷結構正在發(fā)生質的變化，高比例新能源并網、高比例電力電子裝置接入的“雙高”特征，導致電力系統(tǒng)電源與負荷的非線性、波動性、以及不平衡性增大，使得電網電壓波形發(fā)生畸變，引起諧波畸變、電壓波動以及三相不平衡等問題越來越嚴重，給電網的電能質量及電網控制保護的穩(wěn)定性造成影響。
2020年我國提出了“碳達峰、碳中和”的目標，隨著電力系統(tǒng)建設高速推進，預期未來高比例電力電子設備會持續(xù)接入電網，給電網的電能質量帶來的“污染”愈加嚴重，成為電力系統(tǒng)未來面臨的新問題。對此，應提前謀劃，加強管控，研究諧波畸變等關鍵因素對系統(tǒng)的影響及治理措施等，以減小對電能質量及系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的沖擊。
（一）電能質量超標的危害及南方電網電能質量現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)電能質量降低會引起廣泛的能效及安全影響，如降低電力設備的運行性能，增大電力系統(tǒng)損耗，降低生產工效和工件質量，干擾繼電保護和自動裝置正常工作，增加和放大電網諧振，誘發(fā)諧波過電壓或過電流的危害。嚴重時可能影響引起敏感制造業(yè)設備故障、新能源發(fā)電機組脫網、常規(guī)發(fā)電機組異常、電容器組設備燒損等電能質量事件。
南方電網公司近年來組織開展了多次全網電能質量普查，發(fā)現(xiàn)電能質量超標的問題在網、源、荷側均普遍存在。根據諧波普測，變電站諧波電壓超標率約6.0%；開展了諧波源用戶排查，用戶諧波超標率約19.9%；開展了174個新能源場站排查，共發(fā)現(xiàn)18個站諧波超標。
隨著電網設備電力電子化增加，電網諧波引發(fā)的電能質量事件也增加，如因5次諧波超限導致柔直單元停運，交流電網背景諧波含量較高引起直流濾波器等設備過負荷告警等，部分敏感用戶由于電壓暫降造成生產線停運也有發(fā)生。
（二）電力系統(tǒng)建設背景下電能質量面臨的形勢
隨著傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向電力系統(tǒng)發(fā)展，“雙高”特性，電力系統(tǒng)建設背景下電能質量面臨的形勢主要有兩方面：
一是新能源發(fā)電的快速發(fā)展使得電源結構發(fā)生根本變化?！半p碳”目標對能源行業(yè)提出了更高的要求，電源結構也將發(fā)生根本性變革，新能源裝機占比逐年上升，預計到2030年，新能源發(fā)電裝機容量將達到15億千瓦。新能源發(fā)電出力隨機性、波動性，規(guī)模接入區(qū)域可能出現(xiàn)次同步或超同步功率振蕩、諧波放大或諧波諧振、電壓越限等問題，造成臨近新能源場站和分布式光伏脫網、臨近用戶電動機跳閘、發(fā)電機軸系扭振等影響。
二是電力系統(tǒng)負荷側呈現(xiàn)電力電子化趨勢。交通行業(yè)、冶煉化工、高端制造等行業(yè)領域電力電子設備大量接入，負荷形態(tài)更加多樣化，負荷特性發(fā)生較大變化，負荷側有源化發(fā)展趨勢。
交通行業(yè)方面，電氣化水平持續(xù)提升，鐵路網規(guī)模到2025年將達到17.5萬公里，電氣化率將達到89%；城市軌道交通，“十四五”期間總里程達1.3萬公里；新能源汽車，2030年預測我國新能源汽車銷售將占比40%~50%，“十四五”末，全社會新能源汽車的年充電量將達到1029億千瓦時。電氣化鐵路對電能質量的挑戰(zhàn)主要是負序、諧波等問題，軌道交通則主要是諧波問題，曾引發(fā)高次諧波放大，造成變電站保護誤動，影響臨近用戶供電。新能源汽車用戶集中充電造成供電設備重載或過載、電壓越下限等問題。
冶煉化工行業(yè)方面，冶金化工等高耗能行業(yè)將重點推進電能替代工作，提高電能在終端用能的占比，未來直流電弧爐、精煉爐、中頻爐、軋鋼機、電解整流裝置、電石爐等電力電子化生產設備的應用規(guī)模將持續(xù)增長。冶金化工行業(yè)未來主要特征是產業(yè)集中化、設備重型化，高壓大功率用電設備運行時產生較大的功率沖擊，引起電壓波動、諧波等問題，并向下一級電網傳播，影響范圍大。
高端制造等行業(yè)方面，呈現(xiàn)快速電力電子化趨勢。為提高用電能效，加工制造、信息通信、商業(yè)用電設備廣泛使用變頻器、直流傳動設備和直流通訊電源、UPS、空調系統(tǒng)等設備，同時隨著設備智能化水平的提升，全控型電力電子器件的應用程度提高，用電設備的諧波呈現(xiàn)寬頻化、隨機波動等特征，設備之間的相互影響增強，對配電網電能質量控制提出新的挑戰(zhàn)。
（三）電力系統(tǒng)建設背景下強化電能質量管控的建議
一是完善電能質量監(jiān)測系統(tǒng)，擴大監(jiān)測范圍。目前電能質量監(jiān)測技術領域，主要使用電能質量在線監(jiān)測終端開展變電站、新能源場站實時監(jiān)控，受投資規(guī)模限制，目前覆蓋面較低，難以滿足電力系統(tǒng)建設的需要。建議擴大系統(tǒng)數(shù)據來源及數(shù)據深度分析應用，研究接入用戶專變負荷控制終端、變電站智能錄波器、PMU裝置等現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據，實現(xiàn)數(shù)據的高效利用，以較低的投入實現(xiàn)關鍵變電站、大用戶、新能源場站電能質量監(jiān)測全覆蓋。
二是強化電能質量技術監(jiān)督。加強干擾性用戶的全過程管理，推進《電網電能質量技術監(jiān)督管理規(guī)定》修訂，指導電能質量技術監(jiān)督管理工作。各級電網企業(yè)應建立健全干擾性用戶管理機制，規(guī)范開展用戶入網電能質量評估，加強用戶監(jiān)測分析，保障技術監(jiān)督管理措施落實。建議構建電能質量監(jiān)管的技術支撐體系，組建各級電能質量檢驗測試中心等。
三是加強電能質量管理的頂層設計。建議優(yōu)化我國現(xiàn)有的電能質量管理體系，完善法律法規(guī)電能質量條款，明確市場各方責任與義務，完善行業(yè)監(jiān)管機制，建立糾紛鑒定調解機制。探索制定電能質量污染獎懲政策，建立電能質量改善的電價激勵機制，逐步實施“質優(yōu)優(yōu)價”的電能治理市場機制。
四是健全電能質量標準化管理與支撐體系。完善電能質量國家、行業(yè)標準技術體系，組織修訂現(xiàn)行國標GB/T 14549-93《電能質量 公用電網諧波》等關鍵標準規(guī)范，完善干擾性用戶接入電網、電能質量治理設備等相關技術標準，持續(xù)提升電能質量標準化水平。
