新能源快速發(fā)展的背景下，電力系統(tǒng)電源與負荷結(jié)構(gòu)正在發(fā)生質(zhì)的變化，高比例新能源并網(wǎng)、高比例電力電子裝置接入的“雙高”特征，導(dǎo)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(wǎng)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(wǎng)的電能質(zhì)量及電網(wǎng)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(biāo)，隨著電力系統(tǒng)建設(shè)高速推進，預(yù)期未來高比例電力電子設(shè)備會持續(xù)接入電網(wǎng)，給電網(wǎng)的電能質(zhì)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(yīng)提前謀劃，加強管控，研究諧波畸變等關(guān)鍵因素對系統(tǒng)的影響及治理措施等，以減小對電能質(zhì)量及系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的沖擊。

（一）電能質(zhì)量超標(biāo)的危害及南方電網(wǎng)電能質(zhì)量現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)電能質(zhì)量降低會引起廣泛的能效及安全影響，如降低電力設(shè)備的運行性能，增大電力系統(tǒng)損耗，降低生產(chǎn)工效和工件質(zhì)量，干擾繼電保護和自動裝置正常工作，增加和放大電網(wǎng)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(shè)備故障、新能源發(fā)電機組脫網(wǎng)、常規(guī)發(fā)電機組異常、電容器組設(shè)備燒損等電能質(zhì)量事件。

南方電網(wǎng)公司近年來組織開展了多次全網(wǎng)電能質(zhì)量普查，發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量超標(biāo)的問題在網(wǎng)、源、荷側(cè)均普遍存在。根據(jù)諧波普測，變電站諧波電壓超標(biāo)率約6.0%；開展了諧波源用戶排查，用戶諧波超標(biāo)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(biāo)。

隨著電網(wǎng)設(shè)備電力電子化增加，電網(wǎng)諧波引發(fā)的電能質(zhì)量事件也增加，如因5次諧波超限導(dǎo)致柔直單元停運，交流電網(wǎng)背景諧波含量較高引起直流濾波器等設(shè)備過負荷告警等，部分敏感用戶由于電壓暫降造成生產(chǎn)線停運也有發(fā)生。

（二）電力系統(tǒng)建設(shè)背景下電能質(zhì)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(shè)背景下電能質(zhì)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(jié)構(gòu)發(fā)生根本變化?！半p碳”目標(biāo)對能源行業(yè)提出了更高的要求，電源結(jié)構(gòu)也將發(fā)生根本性變革，新能源裝機占比逐年上升，預(yù)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?yún)^(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(wǎng)、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(cè)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(lǐng)域電力電子設(shè)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(cè)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(wǎng)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(yù)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(zhì)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(shè)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(chǎn)設(shè)備的應(yīng)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(chǎn)業(yè)集中化、設(shè)備重型化，高壓大功率用電設(shè)備運行時產(chǎn)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(wǎng)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(shè)備廣泛使用變頻器、直流傳動設(shè)備和直流通訊電源、UPS、空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備，同時隨著設(shè)備智能化水平的提升，全控型電力電子器件的應(yīng)用程度提高，用電設(shè)備的諧波呈現(xiàn)寬頻化、隨機波動等特征，設(shè)備之間的相互影響增強，對配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制提出新的挑戰(zhàn)。

（三）電力系統(tǒng)建設(shè)背景下強化電能質(zhì)量管控的建議

一是完善電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，擴大監(jiān)測范圍。目前電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，主要使用電能質(zhì)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(shè)的需要。建議擴大系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)深度分析應(yīng)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(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效利用，以較低的投入實現(xiàn)關(guān)鍵變電站、大用戶、新能源場站電能質(zhì)量監(jiān)測全覆蓋。

二是強化電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督。加強干擾性用戶的全過程管理，推進《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》修訂，指導(dǎo)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理工作。各級電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)建立健全干擾性用戶管理機制，規(guī)范開展用戶入網(wǎng)電能質(zhì)量評估，加強用戶監(jiān)測分析，保障技術(shù)監(jiān)督管理措施落實。建議構(gòu)建電能質(zhì)量監(jiān)管的技術(shù)支撐體系，組建各級電能質(zhì)量檢驗測試中心等。

三是加強電能質(zhì)量管理的頂層設(shè)計。建議優(yōu)化我國現(xiàn)有的電能質(zhì)量管理體系，完善法律法規(guī)電能質(zhì)量條款，明確市場各方責(zé)任與義務(wù)，完善行業(yè)監(jiān)管機制，建立糾紛鑒定調(diào)解機制。探索制定電能質(zhì)量污染獎懲政策，建立電能質(zhì)量改善的電價激勵機制，逐步實施“質(zhì)優(yōu)優(yōu)價”的電能治理市場機制。

四是健全電能質(zhì)量標(biāo)準化管理與支撐體系。完善電能質(zhì)量國家、行業(yè)標(biāo)準技術(shù)體系，組織修訂現(xiàn)行國標(biāo)GB/T 14549-93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》等關(guān)鍵標(biāo)準規(guī)范，完善干擾性用戶接入電網(wǎng)、電能質(zhì)量治理設(shè)備等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準，持續(xù)提升電能質(zhì)量標(biāo)準化水平。