基本情况
1、单位简介
深圳是我国最年轻的超大城市，是全球领先的重要的先进制造业中心和具有全球重要影响力的科技创新中心、消费中心、物流中心、金融中心，孕育出华为、比亚迪、大疆、招商银行等一大批具有国际竞争力的行业领军企业，拥有 11 家世界 500 强企业，境内外上市公司 561 家。2024 年，深圳市 GDP 达 3.68 万亿元，位居全国大中城市第 3、跻身全球城市前 10，同比增长 5.8%。深圳新能源汽车等产业领跑全球，拥有一批电化学储能领域龙头企业，计划打造世界一流新型储能产业中心、建设世界一流“超充之城”。
中国南方电网深圳供电局有限公司（以下简称深圳电网）供电面积达 2421km2，供电客户 405 万户。深圳电网是全国供电负荷密度最大、供电可靠性领先的超大型城市电网，全国第五个最高负荷突破 2000 万 kW 及供用电量双双突破 1000 亿 kWh 的城市电网；2024 年深圳电网最高负荷 2340 万 kW；全社会用电量1214 亿 kWh；负荷密度 1.16 万 kW/ km2，位居全国大中城市首位。客户停电时间连续两年小于 10min，2024 年仅 7.5min，保持全国领先，优于纽约、伦敦等国际先进城市，建成 10 个高品质供电引领区，实现区域用户平均停电时间小于 2.5min，电压合格率 100%。
2、案例背景
2023 年 12 月以来，国家发展和改革委员会、国家能源局等部委陆续发布《配电网高质量发展行动实施方案（2024—2027年）》《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》《办法》等重要文件，提出要发展高质量配网，持续提升电能质量。在国家打造新质生产力、建设新型电力系统和新型能源体系的背景下，电能质量得到国家层面的高度重视，重要性空前提高。国家能源局何洋副局长曾指示：“高精尖企业对电能质量要求很高，深圳作为可靠性先发城市，希望积极创新创先，贡献经验。”
随着深圳以半导体、精密加工、芯片研发制造等为代表的高端“20+8”产业快速发展，围绕现有的先进制造产业，打造新一代电子信息、智能制造、新能源、生命科学、物联网+、绿色低碳等多个未来产业创新集群，集群用户含有大量的变频器、PLC 等对电能质量敏感的设备，用户对电能质量提出更高要求。
主要做法与实践
深圳电网多年以来秉持“以电能质量科技创新支撑新质生产力高质量发展”的思路，依托重大项目实施，形成了 10 余种智能感知和防治相结合的电能质量治理装备，多项技术为用户解决了电压暂降等多种电能质量治理难题，建成了以深圳市龙岗区某偏光片高新技术产业园区、某多产业混合园区和盐田区某近零碳园区为代表的多个高电能质量示范园区，并结合国重 6.3 项目智能监控平台建设，形成了依托政府、供电企业、重要用户的电能质量多方联动机制。
（一）高新技术产业园区的电压暂降与稳态电能质量防治
某偏光片产业园区位于深圳市龙岗区坪地街道，主要产业为某光电科技公司，该公司是国家级高新技术企业，2017 年在深交所上市，主业为偏光片的研发、生产和销售，产品广泛应用于电视、显示器、笔记本电脑、手机、偏光太阳眼镜等领域。
1.园区电能质量问题
该园区是典型的高新技术产业园区，生产用电负荷为各类变频器设备，对电压暂降较为敏感。同时在生产厂房、办公大楼中含有大量单相、非线性设备，谐波电流含量较大，且存在三相不平衡问题。
2.防治方案
基于某偏光片产业园区的用电负荷特点及电能质量需求，深圳电网依托相关科研成果，经系统解决方案优化设计，实施如下防治方案。
一是基于真空开关的电压暂降快速切换装置。该装置融合了涡流驱动技术和高频强制过零技术，实现了中压 5ms 以内的快速切换。投运以来，偏光片产业园区用户因电压暂降引起的生产中断次数大幅度减少。与固态切换开关相比，运行损耗降低 80%以上，装置成本仅为其四分之一。
二是基于容错纠错技术和零序凹陷特征识别技术，在 10kV母线安装配电网主动干预型智能接地消弧系统，解决内网因单相短路故障引起的供电可靠性问题。
三是应用基于新型 SiC 功率器件的电能质量综合治理装置，解决低压系统稳态电能质量干扰问题。
四是在低压系统各关键监测点安装 17 台配备 5G 模块、具有数据自辨识和自修复能力的电能质量监测终端，对偏光片产业园区内电能质量数据进行监测。
（二）混合型工业园区的电能质量互扰防治
某生物、电子等多产业混合型园区位于深圳市坪山区龙田街道，园区内有生物、电子、服装、投资等多类型企业 20 余家，产业结构复杂，既有电能质量干扰源，又有电能质量敏感负荷，是个典型的混合型工业园区。
1.园区电能质量问题
园区内存在多种电能质量问题，且随生产工作时间呈现规律性变化，在生产高峰期电能质量明显恶化甚至超标，例如材料加工等工业生产企业内大型设备的启动和变频器引起谐波问题，服装加工类企业电动机等工业设备频繁启停导致电压不稳定问题，而这些电能质量问题会对园区内生物、电子等电能质量敏感产业用户造成影响。
2.防治方案
一是开发在线协同控制算法和边缘控制终端，通过在园区内合理配置规划电能质量治理设备，实现园区配电网内供电品质自适应优化提升，形成集“监测—评估—分析—优化—控制”为一体的智能配电网供电品质综合优化平台，实现了园区内电能质量的全面感知、薄弱环节的精准分析和优化方案的科学制定。
二是通过应用项目中的多节点电压质量全局治理方案，解决区域内多家企业、多条馈线的谐波电压超标问题。选取 6 个关键节点安装多功能电能质量治理装置，并接入智能配电网供电品质优化平台，基于多类型多功能电能质量治理设备方案及其性能提升方案，实现电能质量的综合优化。
（三）近零碳“双高”园区的电能质量治理
某近零碳园区位于深圳市盐田区，是深圳市第一批建筑节能及绿色建筑示范项目。园区应用多项绿色低碳技术，入选生态环境部 2022 年绿色低碳典型案例。在电源方面，园区安装了约8000m2的光伏板，年发电量约 72 万 kWh，配合储能可满足园区约 85%用电需求，总体绿电比例达 85%。园区配电网含有高比例可再生能源和电力电子设备，是一个典型的近零碳园区。
1.园区电能质量问题
园区主要用电负荷为单相和三相混合的办公楼用电负荷，且用电设备多为电力电子设备，存在谐波和三相不平衡问题，同时具有一定的无功补偿需求。机房等敏感设备区需要保证供电的连续性和可靠性，需将两路不同市电冗余使用，提供更可靠的电源保护。同时，部分关键设备（如乙二醇泵变频器）对电能质量提出了更高的要求，在出现电压暂降或短时中断时，需有效保证变频器的安全稳定运行。
2.防治方案
在上述分析基础上提出了针对性的治理方案：
一是在谐波和三相不平衡治理方面，由于#1、#2 专用变压器的额定容量为 630kVA，同时配置有 200kvar 的电容器补偿装置实现无功功率补偿，按照配电变压器额定电流的 20%进行计算，同时考虑一定的补偿裕量，选择安装额定补偿电流 200A 的稳态电能质量综合治理装置。
二是在保证敏感设备区供电的连续性和可靠性方面，选用SSTS 固态切换开关，两路输入电缆分别连接至#1 变压器低压供电母线和#2 变压器低压供电母线。当工作电源进线发生故障或外部电网发生电压暂降或中断时，静态切换开关及时起动，在5ms 内跳开进线开关，快速合上备用开关，实现母线所带负荷的连续供电。
三是在关键设备供电保障方面，为乙二醇泵变频器加装 1 套电能质量治理系统，变频器控制电源改为 UPS 供电，并对变频器直流侧回路加装直流保护电源，实现电压暂降或短时中断出现时，保证变频器的安全稳定运行。
（四）基于智能监控平台的电能质量多方联动机制
深圳电网依托国重 6.3 项目建设了基于全域物联网的云—边—端一体化电能质量智能监控平台。完成扰动溯源与反演、预测预警分析和协同治理三大高级应用开发，具备电能质量监测数据收集、数据分析、指标管理、台账管理、报表报告等功能，支持电能质量专业全过程管理业务开展，指导电能质量监督管理和辅助决策，为实现多方联动的电能质量协同治理、保障深圳电网电能质量水平提供有力支撑。
一是开发多尺度溯源与动态预警智能分析功能，基于多源量测数据的区—线—点多尺度溯源与扰动传播路径辨识方法，厘清电能质量治理权责界限，并借助云—边—端平台的海量算力和全景数据资源，实现日前—日内源/荷出力预测，解决电能质量跨域、跨尺度预测推演和动态预警难题。
二是开发电压暂降凹陷域地图技术模块，建立多方联动的电压暂降预警机制。基于电网拓扑结构的数字孪生模型，通过凹陷域方法分析特定扰动下电压暂降影响范围、传播规律并进行可视化展示。基于电能质量实时监测数据，实现电压暂降预警。获得用户许可后，可将电压暂降预警信息以短信形式发送给用户，用户可根据预警信息调整生产计划，降低因电压暂降造成的产线损失风险。
成效与创新
1、应用成效
某偏光片产业园区、某多产业混合园区、某近零碳园区分别代表了深圳市内高新技术产业基地、混合型工业园区和近零碳园区等 3 类典型场景，通过对 3 个示范点开展深入的调研分析，分别提出了针对性的电能质量改善治理方案，并对改善治理前后的电能质量监测数据进行了对比分析。结果显示，各园区电能质量监测数据均呈现了显著的改善提升，达到了预期的治理效果。
1.某偏光片产业园区治理成效
谐波治理方面：谐波电流含量的 95%概率值由 18.37A 降低到 1.57A，改善率达 91.44%，改善后畸变率小于 5%。功率因数治理方面：基波功率因数平均值由治理前的 0.92提升至 1.00。三相不平衡治理方面：负序电流含量改善率达到 93.84%，零序电流改善率达到 95.25%，改善后整体不平衡度小于 2%。
2.某多产业混合园区治理成效
谐波治理方面：谐波电流含量的 95%概率值由 12.47A 降低到 2.82A，改善率达到 77.37%，改善后畸变率小于 5%。功率因数治理方面：基波功率因数平均值由治理前的 0.687提升至 0.960。
三相不平衡治理方面：负序电流含量改善率达到 79.52%零序电流善率达到 81.43%，改善后整体不平衡度小于 2%。
电压暂降治理方面：以治理后的一次电压暂降过程为例，设备在一个电网周期内迅速完成了模态切换，切换过程中负载侧电压与频率没有出现波动，电流连续无冲击，保证了配电网中重要负荷不断电。当上级电网恢复后，并网过程平滑无冲击。
3.某近零碳园区治理成效
谐波治理方面：谐波电流含量的 95%概率值由 10.5A 降低到1.21A，改善率达 88.47%，改善后畸变率小于 5%。
功率因数治理方面：基波功率因数平均值由治理前的 0.93提升至 1.00。
三相不平衡治理方面：负序电流含量改善率达到 95.4%，零序电流改善率达到 96.62%，改善后整体不平衡度小于1%。
电压暂降治理方面：机房、电梯、变频器等部署了多层级暂态扰动防治技术和相关装备系统的敏感设备，该近零碳园区大楼一年间有效抵御电压暂降问题 30 余次。
2、综合效益
1.经济效益
以某偏光片产业园区为例，每年因谐波问题将产生额外电力损耗并影响生产质量，若在每个配电柜安装谐波监测装置或PMU，将额外增加约 80 万元的投入。通过谐波源准确定位并针对性开展治理工作，系统的监测装置数量需求降低一半，节约成本至少 40 万元。此外，某偏光片产业园区每年发生电压暂降造成 3—4 次损失，每次损失约 70 万元，则每年因电压暂降造成的经济损失约 210 万—280 万元。经电压暂降治理，系统 1 年运行效益评估至少节约成本至少达到 210 万元。为用户提供高品质供电服务后，在服务期 10 年内，用户年均净收益为 101 万元，设备商年均净收益为 36.8 万元。
2.间接经济效益
1）提高电能质量监测数据质量，节约人工成本，且有助于推动电能质量监测数据的高级应用与价值挖掘。
2）探索潜在增值业务，强化电网公司在高品质供电方面的支撑和服务能力，为电力用户提供多样化的治理服务方案，减少用户的一次性投资成本。
3）提高电能质量，避免用户因停电造成的产能损失，提升用户产品的成品率，增强企业的市场竞争力和经济效益。
3、经验启示
在我国当前产业升级和城镇化迅猛推进的关键时期，电力供应的稳定、优质是支撑各行各业和社会整体跃升的基础条件，特别是在深圳这样的前沿产业高度聚集的超大城市，电力用户面临着来自复杂多变的扰动源和不断提升的供电品质要求的严峻考验。同时，“双碳”目标下，建立新型电力系统是我国深化能源结构改革的重大战略方针。新型城市配电网扰动来源日益多元复杂，电网中扰动现象的多点散发引起电能质量治理“打地鼠”现象，增加了电能质量改进的难度。
1.高新技术产业基地
我国制造业持续转型升级，更多高端制造和精密设备将投入运行，对供电品质的要求将进一步提升。本案例以某偏光片产业园区为例所展示的多层级暂态扰动防治技术和多节点稳态电能质量协同治理方案，将在全国乃至全球范围内的各类产业园区得到广泛应用，有效防范供电故障，保障高精尖产业的高效稳定生产，降低因电力问题引发的经济损失，有力推动产业技术创新和高质量发展。
2.混合型工业园区
随着城镇老旧厂房、小区改造的深入推进，本案例以某多产业混合园区为例，提供的电能质量优化方案将在全国各地的混合型工业园区改造项目中发挥关键作用，提升区域供电可靠性和电能质量，解决密集单相负荷引起的电压偏低、不平衡度越限等问题，全面改善电能质量，为推进新型城镇化进程注入强劲动力。
3.近零碳园区与智慧城市综合体
随着城市化进程的加速，近零碳园区和大型商业综合体将成为主流。本案例以某近零碳园区为例，针对此类场景提供的稳定、高效供电保障技术，确保关键设施如电梯、消防系统等安全稳定运行，助力智慧城市的建设和运维，提升城市生活用电品质。
综上所述，案例展现了在多领域的强大适用性和优异效果，预示着其在未来的城市电网建设、产业转型升级、新能源发展等诸多方面具有广阔的应用前景，有助于我国电力行业的持续健康发展，为全社会创造更加可靠、优质的电力环境。
总结与建议
（一）建议完善电能质量责任主体，建立依法依规的治理体系与风险疏导机制
一是组织研究制定电能质量监管相关法规或指导意见，明确电网侧及用户侧治理责任主体及要求。二是研究电能质量指标影响程度综合评价方法，制定符合当前需求的高端产业敏感设备的电能质量标准，形成科学的、联防联治的、于法有据的电能质量综合治理体系。三是建立健全电能质量保险等风险疏导机制。
（二）建议加强宣传引导，降低电能质量治理成本
一是多渠道开展电能质量治理专题科普宣传，提升社会各界，特别是电能质量敏感用户的自主治理意识。二是国家有关部门多方面推动开展电能质量治理技术创新攻关，加快推动电能质量治理产业链的发展，提升国内电能质量治理技术经济水平，降低综合治理成本。三是管理上探索研究政府补贴对电能质量敏感企业开展电能质量治理的支持政策。四是各级电力管理部门根据需要，组织开展优质电力园区建设，鼓励受益用户以适当方式分摊成本。
