優質電力園區

優質電力園區(premium power park, PPP)是指綜合利用各種電能質量治理設備為用戶提供不同電能質量等級的電力服務，包括基本服務、附加服務和優質服務。它特別適合於負荷相對集中的大用戶或用電區域，它們對供電可靠性要求較高並具有不同電能質量等級需求。 目前，有關PPP的研究主要集中在3個方而電能質量等級的劃分、拓撲結構的設計以及供電喊源和電能質量裝置(power quality devices, PQD）的協調。

基本介紹

• 中文名：優質電力園區
• 外文名：premium  power park,  PPP
• 提出時間：1992年
• 提出者：西屋公司
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

作為一種對電能質量問題的總體解決方案，“定製電力”的概念首先由NARAIN U. HINU(}RANI在1988年提出，它是套用現代電力電子技術和控制技術實現電能質量控制，為用戶提供特定需要的電力供應技術。

從定製電力概念提出以來，定製電力無論是從裝置本身研究還是推廣套用方而都取得了極大進展，在工業、商業、製造業以及家庭用戶中均得到套用。

作為定製電力技術套用的一個重要方而，優質電力園區(premium power park, PPP)的概念在1992年由西屋公司提出，它是指綜合利用各種電能質量治理設備為用戶提供不同電能質量等級的電力服務，包括基本服務、附加服務和優質服務。它特別適合於負荷相對集中的大用戶或用電區域，它們對供電可靠性要求較高並具有不同電能質量等級需求。

在國外，從1999年世界上第一個PPP—德拉瓦PPP的套用，到現在的加州大學歐文分校的大學園區的建設，15年來，PPP的套用從工業、製造業等傳統領域逐漸拓展到信息技術、生物工程和新材料等高新技術行業。PPP中的供電電源不僅包括了傳統市電電源，而且還融合了可再生能源、燃料電池、微型燃氣輪機等本地電源。在我國，PPP的研究也逐漸引起關注，並己開展示範工程建設，2012年分別在北京大興區太陽能材料公司和廈門哀鴻科技公司開始示範工程的建設，預計均在2014年中期投入運行。另外，在貴州興仁、遼芍錦州等地方也正在積極開展PPP的建設。有鄉PPP建設的標準也在擬定中。

當前研究方向

目前，有關PPP的研究主要集中在3個方而電能質量等級的劃分、拓撲結構的設計以及供電喊源和電能質量裝置(power quality devices, PQDs的協調。在電能質量等級劃分方而，一般將供電歸量劃分為普通供電、優質供電和最優供電3個等級。在拓撲結構的設計方而，主要集中在實形不同電能質量等級供電和提高供電可靠性上，如過改變供電電源的類型、供電方式以及增加PQD種類或改善其功能。但是，電能質量等級的劃分只是為拓撲結構設計提供依據，而拓寸結構的設計只是為提高供電可靠性和實現不同電能質量等級的供電提供了一個框架，要達到優質供電目的，供電電源和PQD、之間的有機協調重要。

優質電力園區的作用

優質電力園區己成為綜合解決敏感用戶電能質量問題的趨勢，敏感用戶因優質電力園區可以提供優質電能而紛紛入駐。園區內的電能質量治理由配電網主導，配電網兼具電能質量治理所需技術基礎和經濟實力，可針對敏感用戶需求制訂優質供電規劃，保證治理措施的針對性和有效性;通過不同特性和有效範圍的治理設備在園區內的合理分布規劃，可最大限度將現有資源進行最佳化配置。既提高了優質電力園區的整體電能質量，又保證了對用戶的供電質量，減少了經濟損失。

優質電力園區優質供電方案規劃需要以用戶的電能質量需求為基礎，公用配電網針對用戶的用電負荷性質、生產方式、受電能質量擾動可能產生的技術經濟後果等信息，設計技術合理、經濟可行的電能質量治理方案。通常治理設備容量越大，有效範圍越廣，成本就越高。對園區內用戶進行電能質量需求等級劃分，把敏感負荷從不易受電能質量波動影響的普通負荷中隔離出來，採用定製電力技術進行特殊供電，可以大大節約治理成本，提高電能質量治理的經濟性和可行性。針對電力用戶按需、分級供電是提高園區內電能質量，減少電力用戶因電能質量承受的經濟損失的有效途徑，也是優質電力園區建設需要解決的重要問題。

電能是電力市場的主要商品，不同質量商品價值存在差異，電能按質定價己成為發展趨勢。電能質量治理的最終目的是在提升電網電能質量水平的基礎上，使供用電雙方實現經濟效益的最大化。配電網作為公共服務部門只需在公共連線點處滿足優質園區的基本電能質量指標，沒有向更高需求的用戶提供優質供電的義務;作為電力市場的重要參與者，在為電力用戶提供優質電能的同時也要獲得合理的收益。配電網參與電能質量治理的收益可以通過電能質量附加電價的方式獲得。電能質量附加電價應能夠正確反映電能質量治理成本，同時具有調節功能即引導用戶積極參與電能質量治理，從而提高園區整體電能質量水平。

德拉瓦PPP

德拉瓦PPP中安裝了3種PQDs: DVR、快速切換開關(fast transfer switch, FASTRAN)、先進固態無功補償裝置(advanced solid state var compensator, ASVC)。採用兩個變電站Delaware和Park給工業園區供電，其中Delaware為主供電電源，Park為備用電源，通過FASTRAN進行切換。DVR安裝在內部連線點(point of interaction, POI)與母線之間，用於維持母線1的電壓在正常範圍內，ASVC'連線在母線3上，提供無功支撐，用於防比FASTRAN動作時，母線3上出現電壓閃變。

3種PQD、之間的相互協調運行如下:

1）DVR和FASTRAN之間相互協調動作，主要解決電壓暫降與短時間/長時間供電中斷問題。在DVR開通條件下，電壓暫降幅值小於或等於6200，持續時間超過2ms，則FASTRAN動作。在DVR斷開條件下，如果暫降幅值小於或等於8000，持續時間超過2ms，則FASTRAN動作。當DVR能量耗完時，則FASTRAN立即進行切換。

② ASVC'採用獨立控制，與FASTRAN,DVR之間沒有協調運行。

仙台市多級電能質量供電系統示範基地

日本仙台市多級電能質量供電系統示範基地位於仙台市西北部的國見區困0 2003年經濟部、貿易部和工業部實行多級電能質量供電系統，2004年新能源工業技術發展部(NED())對該供電系統進行了研究和測試。測試地點是在東北福社大學園區和仙台市園區。

東北福社大學有許多類型的建築:大學禮堂、實驗室、門診部、基礎醫療設施、訓練中心以及宿舍。在仙台市園區主要有:一個高中學校和一個水處理設施。

展望

通過對優質電力園區實際套用和建設情況以及拓撲結構的分析，可知:

1 目前實際的優質電力園區主要在工業上，現在正發展成具有可再生能源、燃料電池供電，有IT行業、汽車製造商、金融業作為重要負荷的現代化優質電力園區。

2 在PPP的供電形式上，主要是採用在雙饋或三饋線路通過一條PC'C'母線來給3種電能質量等級的負荷供電。

3在裝置之間的協調上，研究較少。主要是DVR或DSTATCOM與STS，以及DVR或DSTATCOM與儲能裝置協調來保護關鍵用戶的供電質量。

4 目前，優質電力園區的電網正朝著既帶有交直流母線，又帶有定製電力裝置的能夠實現多級供電質量等級的方向發展。在定製電力裝置的選擇上，不僅會採用DVR, DSTATCOM等傳統的裝置，還會採用UPQC:等功能強大的複合型裝置。

優質電力園區電能質量等級劃分

電能質量是與電力系統運行的安全、優質和經濟性密切相關的電力市場輔助服務，劣質電能可能造成設備損壞、產生次品或廢品、產生額外電能損耗等，給電力用戶造成嚴重經濟損失。優質電力園區因提供良好質量的電能而吸引了大量敏感負荷用戶，對園區內用電負荷進行分級供電，以用戶各取所需的方式可以最大限度進行治理設備容量最佳化配置，實現經濟有效的提高園區內整體供電質量。現有的電能質量分級研究多數是基於電能質量現值或電能質量評估指標進行。IEC61000-2-4國際標準依據電磁干擾對用戶的影響將額定電壓35kV，頻率50Hz或60Hz的電磁環境分為三個等級，並規定了各等級的電能質量限值。第一級適用於受保護的敏感負荷，包括計算機、精密實驗器材及對受電能質量擾動影響嚴重的用戶生產設備等。第二級適用於公共連線點或工業用戶內部連線點，第三級適用於存在大型電機頻繁啟動、焊接設備、負荷快速變化等擾動的惡劣電磁環境。

合理劃分供電等級和有效利用各種電能質量治理裝置設計供電方案是優質電力園區建設中需要解決的兩個重要問題。德拉瓦優質電力園區安裝了三種定製電力裝置動態電壓恢復器(Dynamic Voltage Restorer DVR )、先進固態無功補償裝置(Advanced Solid State VAr Compensatory ASVC )、快速切換開關(Fast Transfer Switch FASTRAN)。