基于电流物理分量功率理论的电流质量评估体系研究

Along with the development of distributed power generation and coordinated flexible control technology, tremendous changes have been witnessed in the grid structure and the load integration, moreover, the nonlinearity and asymmetry of power system are also intensified, which has made power quality a hot research issue. Compared with voltage quality study, current quality assessment is more complex, but the relevant research is relatively few..In non-linear and unbalanced systems, the harmonics, inter-harmonics, unbalances as well as the effective phases between currents and voltages should be considered in current quality. A scientific and reasonable power theory is required as the basis of the current quality research. The current's physical components (CPC) power theory, which is put forward by Czarnecki, intends to divide and interpret power phenomena, and it is suitable to be applied to the current quality assessment..In this project, the difference and adaptability of CPC and other power theories will be verified. Based on the digital simulation, physical experiment and practical power system monitoring, the current quality assessment system will be established and the application research of CPC theory will also be carried out. Taken the physical meaning of indexes as fundamentals, the quantification of the power disturbance, direction and responsibility judge of the disturbance source, the efficiency of main equipment in power systems, evaluation index of the power supply efficiency and the reference variables for compensation control will be achieved.

随着分布式电源和电网协调柔性控制技术的发展，电网结构和负荷构成正发生巨大的变化，同时也加剧了系统的非线性和不对称性，这使得电能质量成为热点研究内容。相比于电压质量，电流质量评估更为复杂，但相关研究却更欠缺。.在非线性和不对称的电力系统中，除了谐波、间谐波和不对称外，电流质量还需考虑电流相对电压的有效相位问题。全面开展电流质量评估需要科学合理的功率理论基础，Czarnecki的电流物理分量（CPC）功率理论试图对功率进行全面的分解与阐释，适宜结合电流开展相应的质量评估。.本项目拟验证并对比CPC理论与其他功率理论的差异性和适应性；以数字仿真、物理实验和实际电网电能质量监测为依托，建立电流质量评估体系，实现CPC理论在电能质量评估中的应用研究；以各指标物理意义分析为基础，实现电力扰动大小的量化、扰动源方向与责任的判断，建立电力系统主设备的利用效率和电网的供电效率评估指标以及补偿波形参量。

随着分布式电源和柔性电力技术的发展、智能电网概念的提出，电源特性、电网络结构和负荷类型及其构成正在发生着巨大变化，电力系统安全优质经济运行显得更加重要；而同时也加剧了系统的非线性和不对称性，这使得电能质量成为热点研究，其中由电流引发的电能质量问题越来越突出。相比于电压质量，电流质量评估更为复杂，但相关研究却更欠缺，开展电流质量评估研究迫在眉睫。.任何电力扰动的产生都有能量的支撑，在非线性和不对称环境下，电流质量评估与功率定义密不可分。虽然仍存在争论，但由于电流物理分量理论（CPC）在物理概念上存在优势，其所定义的电流分量和功率分量物理意义明确，分别对应于不同的电力扰动现象，因此被本项目选择作为电流质量评估的基础。.本项目分析了电流质量评估的限定范围，提出了电流质量评估框架，将指标分为两类，一类是电流扰动的限制性指标，用以评估扰动的严重程度，反映电力系统运行的优质程度；另一类是经济类指标，用以评估电力系统运行效率与损耗，反映电力系统的经济运行。.基于CPC功率理论定义的有功、无功、不平衡、分散和发生电流分量，提出的电流限制性指标包括负序不平衡电流指标、分散电流指标和发生电流指标，补充了描述电流变动量的指标；对于电流经济类指标，包括运行效率、无功容占比和零序电流含有率指标。.考虑到CPC理论对系统对称的假设在实际系统中有时难以满足、计算复杂和建立的指标难以与现有国家电能质量标准限值对接等问题，本项目改进为以基波为主导的电流质量评估指标体系。所定义的指标建立在各电流物理分量的基础上，不仅与电流扰动现象一一对应，而且突出现象中主要因素，如有功、无功和不平衡电流中均只突出基波成分；对谐波电流，不再区分其谐波有功、无功和不平衡分量，而按谐波潮流方向，纳入到对应的系统或负荷主导的总谐波电流中。基于电流物理分量定义的指标和基于扰动潮流分析定义的系统或负荷主导性质，为电能质量治理提供了关键信息，为电流扰动责任划分提供了参考。.本项目还建立了电流质量评估模型，讨论了限制性指标的限值，给出了评估流程，基于LabVIEW研发了电流质量测量与分析系统，在实验室开展了不同电路属性的测试；结合工程应用案例，验证了提出的电流质量评估体系合理性和实用性。.在现有电能质量国家标准的基础上，结合本项目电流质量评估体系的研究，项目研究团队组织并完成了国家技术性指导文件《电能质量经济性评估》的编制工作。