電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)評(píng)估

1、電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)評(píng)估樓書(shū)氫1，傅 裕 2，許化強(qiáng)1，鄢學(xué)鋒1，李青鋒1（1. 江西吉安供電公司 江西省 吉安市 3430092.江西省電力設(shè)計(jì)院 江西省 南昌市 330096）Economic Evaluation of Power QualityLOU Shuqing1, Fu Yu2, XU Huaqiang1, YAN Xuefeng1, LI Qingfeng1(1. Jiangxi Jian power supply company, Jiangxi province jian, 3430092. Jiangxi electric power design institute, Jian

2、gxi province, nanchang, 330096)ABSTRACT: With the development of industry technology, the power quality problem becomes more important, as it brings with lots of economic problems, the current research only focus on the monitoring and treatment of power quality, while the economic evaluation is bein

3、g carried out. The economic evaluation of power quality is presented in this paper, with the voltage sag and moment interruption in great detail, and a economic basis of the power quality market is provided.KEY WORD: power quality；voltage sag；moment interruption；economic evaluation摘 要：隨著工業(yè)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，

4、電能質(zhì)量問(wèn)題逐步受到電力用戶(hù)的重視，因電能質(zhì)量問(wèn)題引起的經(jīng)濟(jì)損失巨大，目前對(duì)電能質(zhì)量還集中在監(jiān)測(cè)和治理上，同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)評(píng)估也在逐步開(kāi)展，本文從工程項(xiàng)目的角度，分四個(gè)步驟就目前對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)評(píng)估進(jìn)行了分析和介紹，并集中對(duì)電壓暫降及短時(shí)間中斷問(wèn)題詳盡分析、總結(jié)，系統(tǒng)的提出了電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)評(píng)估的全部?jī)?nèi)容，為今后電能質(zhì)量市場(chǎng)的建立提供了一定的經(jīng)濟(jì)依據(jù)。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；電壓暫降；短時(shí)間中斷；經(jīng)濟(jì)評(píng)估0引言隨著電力電子設(shè)備等非線(xiàn)性負(fù)荷的增加，電網(wǎng)電能質(zhì)量日趨惡化，而現(xiàn)代企業(yè)由于生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的要求，對(duì)電能質(zhì)量的要求也日益提高，每年因?yàn)殡娔苜|(zhì)量相關(guān)問(wèn)題造成的經(jīng)濟(jì)損失非常巨大，因而越來(lái)越

5、受到人們的關(guān)注。目前，電能質(zhì)量的研究還大都集中在電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和治理上1，對(duì)電能質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)評(píng)估，特別是對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題造成的經(jīng)濟(jì)損失，以及采用各種技術(shù)措施改善電能質(zhì)量而產(chǎn)生的效益的評(píng)估也在逐步開(kāi)展23。本文從工程項(xiàng)目的角度，對(duì)電能質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)評(píng)估進(jìn)行介紹，并對(duì)電壓暫降與短時(shí)間中斷問(wèn)題詳盡分析、總結(jié)，系統(tǒng)的提出了電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)評(píng)估的全部?jī)?nèi)容，為今后電能質(zhì)量市場(chǎng)的建立提供一定的經(jīng)濟(jì)依據(jù)。1對(duì)電能質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)估對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估，首先是要確定電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量狀況，只有當(dāng)電能質(zhì)量狀況分類(lèi)統(tǒng)計(jì)并被正確評(píng)估后，才確定是否需要對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行改善，以使經(jīng)濟(jì)評(píng)估的下一步工作得以進(jìn)行。電壓暫降與短時(shí)間中斷是重要

6、的電能質(zhì)量問(wèn)題之一，主要存在于配電系統(tǒng)中，隨著敏感設(shè)備的日益廣泛使用，它給用戶(hù)造成的損失也不斷增加，對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題，尤其是電壓暫降的準(zhǔn)確評(píng)估，在開(kāi)放的電力市場(chǎng)環(huán)境下，對(duì)供電公司及電力用戶(hù)都非常必要3。電壓暫降與短時(shí)間中斷并不是一個(gè)新問(wèn)題，只是以往絕大多數(shù)用電設(shè)備對(duì)電壓的短時(shí)突然變化不敏感，對(duì)電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備的大量使用，才電能質(zhì)量提出了更高的要求14。對(duì)電壓暫降的評(píng)估方法主要有隨機(jī)預(yù)測(cè)法5和實(shí)測(cè)法兩種。實(shí)測(cè)法是對(duì)公共連接點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，依據(jù)事件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估計(jì)電壓暫降期望次數(shù)，方法簡(jiǎn)單直接。由于電壓暫降是隨機(jī)非經(jīng)常發(fā)生事件，一般情況下，用實(shí)測(cè)方法對(duì)電壓暫降評(píng)估至少需要獲取一年時(shí)間的實(shí)

7、測(cè)值進(jìn)行評(píng)估分析。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析后，能夠得到整個(gè)系統(tǒng)的電壓暫降發(fā)生概率和頻率35。實(shí)測(cè)法的評(píng)估過(guò)程如圖1所示。圖1實(shí)測(cè)法的評(píng)估過(guò)程當(dāng)獲得整個(gè)系統(tǒng)的電壓暫降問(wèn)題的具體情況后，還需要通過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判斷，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類(lèi)。表征電壓暫降的特征量主要有暫降幅值和暫降持續(xù)時(shí)間，IEEE1159標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于電壓暫降的分類(lèi)如下表1所示。此外，結(jié)合實(shí)際情況，將持續(xù)時(shí)間超過(guò)1min的電壓暫降定義為持續(xù)電壓暫降。表1電壓暫降的分類(lèi)類(lèi)別持續(xù)時(shí)間/s電壓幅值瞬間0.00833-0.50.1-0.9p.u暫時(shí)0.5-30.1-0.9p.u短時(shí)3-600.1-0.9p.u對(duì)于電壓暫降的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，可以采用系統(tǒng)電壓平均有效值變化率指標(biāo)S

8、ARFIX(System Average RMS variation Frequency Index)，通過(guò)對(duì)被評(píng)估系統(tǒng)的所有用戶(hù)在某一時(shí)間段內(nèi)的持續(xù)監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)各節(jié)點(diǎn)感受到的電壓暫降的次數(shù)，從而得出電壓有效值低于閾值x的頻度。針對(duì)持續(xù)時(shí)間的不同，對(duì)瞬間、暫時(shí)、短時(shí)電壓暫降分別有SIARFIX，SMARFIX，STARFIX指標(biāo)。 （1）其中，x為電壓有效值閾值，取為90%、80%、70%、50%、10%的暫降幅值；Ni為第次監(jiān)測(cè)過(guò)程中，暫降幅值低于閾值的用戶(hù)數(shù)；NT為評(píng)估系統(tǒng)的總用戶(hù)數(shù)。用戶(hù)負(fù)荷因其類(lèi)型、控制方式以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況等，不同的設(shè)備對(duì)相同電壓暫降的敏感度不同，SARFIX還可以和工業(yè)

9、設(shè)備特別是信息工業(yè)設(shè)備的兼容水平，即設(shè)備的敏感度曲線(xiàn)相結(jié)合的角度來(lái)進(jìn)行電壓暫降的評(píng)估36。用k表示電壓暫降類(lèi)別，即k=1為瞬間，k=2暫時(shí)，k=3短時(shí)，k=4持續(xù)，母線(xiàn)上的用戶(hù)在一段時(shí)期內(nèi)發(fā)生了nk次k類(lèi)電壓暫降，則第i次（i=1，2，nk）電壓暫降造成用戶(hù)的能量損失7為 （2）式中，分別表示第i次電壓暫降的持續(xù)時(shí)間和暫降幅值。那么k類(lèi)電壓暫降在這段時(shí)間內(nèi)造成的能量損失為 （3）而電力公司送出的電能為Es，這條母線(xiàn)上用戶(hù)實(shí)際消費(fèi)的總電能為E=Es-( E1 + E2 + E3 + E4)（4）綜上所述，雖然SARFIX只反映電壓暫降的次數(shù)，但能量損失能反映電壓暫降的幅值和持續(xù)時(shí)間，這兩個(gè)指標(biāo)一

10、起反映了電壓暫降的三個(gè)重要特征量，能夠較充分反映電壓暫降的嚴(yán)重程度。2與電能質(zhì)量問(wèn)題相關(guān)的費(fèi)用估計(jì)電能質(zhì)量問(wèn)題相關(guān)的費(fèi)用不僅與問(wèn)題本身有關(guān)，還受其它因素的影響，一般這些費(fèi)用會(huì)因?yàn)樾袠I(yè)和負(fù)荷性質(zhì)的不同而有所不同，同時(shí)還會(huì)受到市場(chǎng)因素的影響。電壓暫降引起的相關(guān)費(fèi)用的評(píng)估可以從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行25：與產(chǎn)品相關(guān)的損失，如產(chǎn)品及原材料的損失、生產(chǎn)量的損失、事故處理的費(fèi)用、增加存貨的需求等；與生產(chǎn)相關(guān)的損失，如工廠(chǎng)停產(chǎn)、工人加班或設(shè)備維修等；附加損失，如設(shè)備損壞、失去產(chǎn)品交易的機(jī)會(huì)成本等。從工程技術(shù)角度來(lái)看，對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的經(jīng)濟(jì)評(píng)估可以短時(shí)間中斷的損失為基準(zhǔn)，將其它電能質(zhì)量問(wèn)題的損失向這個(gè)基準(zhǔn)折算，得到

11、一個(gè)經(jīng)濟(jì)分析比重系數(shù)以對(duì)其進(jìn)行評(píng)估23。如果暫降幅值為40%的電壓暫降造成的損失是短時(shí)間中斷損失的80%，則該電壓暫降的經(jīng)濟(jì)分析比重系數(shù)為0.8；同樣的，如果暫降幅值為75%的電壓暫降造成的損失是短時(shí)間中斷損失的10%，則該電壓暫降的經(jīng)濟(jì)分析比重系數(shù)為0.1。表2列出了不同電壓暫降幅值的經(jīng)濟(jì)分析比重系數(shù)。表2 經(jīng)濟(jì)分析比重系數(shù)示例事故類(lèi)別經(jīng)濟(jì)分析比重系數(shù)事故次數(shù)/年等同經(jīng)濟(jì)損失的中斷次數(shù)/年短時(shí)間中斷1.055電壓暫降幅值低于50%0.832.4電壓暫降幅值50%-70%0.4156電壓暫降幅值70%-90%0.1353.5合計(jì)16.9由表2可知，某用戶(hù)一年中因電壓暫降引起的總損失等效為短時(shí)間

12、中斷次數(shù)為16.9次，即該用戶(hù)一年中因電壓暫降引起的經(jīng)濟(jì)損失可等效為短時(shí)間中斷產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失額的16.9倍。文獻(xiàn)8中中斷成本的定義是，因電力供應(yīng)中斷或者電能質(zhì)量問(wèn)題使用戶(hù)經(jīng)受不同持續(xù)時(shí)間電壓暫降所產(chǎn)生的平均經(jīng)濟(jì)損失910。除將用戶(hù)分為住宅用戶(hù)、商業(yè)用戶(hù)、小型工業(yè)用戶(hù)、大型工業(yè)用戶(hù)四類(lèi)不同類(lèi)型，以及考慮各類(lèi)用戶(hù)的設(shè)備組成，還結(jié)合電壓暫降的類(lèi)型以及各類(lèi)負(fù)荷的電壓敏感曲線(xiàn)，較為詳細(xì)的分析了電壓暫降對(duì)各類(lèi)用電負(fù)荷的影響。圖2為按照用戶(hù)設(shè)備組成以及負(fù)荷電壓敏感曲線(xiàn)相結(jié)合形成的電壓暫降分析圖11。圖2電壓暫降分析圖（E：電子設(shè)備；M：電機(jī)；I：逆變?cè)O(shè)備）各類(lèi)用戶(hù)的典型設(shè)備通常為電子設(shè)備、逆變?cè)O(shè)備、電機(jī)以及

13、電抗，這四類(lèi)設(shè)備的敏感曲線(xiàn)如圖中所示，對(duì)于不敏感的設(shè)備電抗來(lái)說(shuō)，縱坐標(biāo)為-90的水平線(xiàn)表示如果電壓暫降幅值大于或等于90%的額定電壓，電抗設(shè)備就會(huì)停運(yùn)，因而該水平線(xiàn)即為電抗設(shè)備的敏感曲線(xiàn)。設(shè)備敏感曲線(xiàn)與電壓暫降類(lèi)型一起構(gòu)成了13個(gè)小區(qū)域，并統(tǒng)稱(chēng)為設(shè)備敏感區(qū)，每次電壓暫降事件都可以對(duì)應(yīng)它們其中的一個(gè)。用戶(hù)包含的設(shè)備類(lèi)型不同，對(duì)電壓暫降的敏感程度也不一樣，發(fā)生某種程度的電壓暫降，用戶(hù)中只有相應(yīng)的設(shè)備能感受到。例如，其中區(qū)域1是由表示瞬時(shí)事件的持續(xù)時(shí)間范圍的0.00833s和0.5s的兩條垂直線(xiàn)、電子設(shè)備敏感曲線(xiàn)、逆變?cè)O(shè)備敏感曲線(xiàn)、電機(jī)敏感曲線(xiàn)和電抗敏感曲線(xiàn)共六段線(xiàn)段圍成，這個(gè)區(qū)域說(shuō)明如果電壓暫降的

14、幅值在其中，由于它沒(méi)有超過(guò)逆變?cè)O(shè)備和電機(jī)的可承受電壓下限，那么用戶(hù)中的電子設(shè)備會(huì)因?yàn)樗查g電壓暫降而發(fā)生故障或者停運(yùn)。電壓暫降幅值在1，2，3，4區(qū)域，均低于電子設(shè)備可承受電壓下限，用戶(hù)中的電子設(shè)備會(huì)發(fā)生故障或者停運(yùn)，然而敏感曲線(xiàn)反映出在以上區(qū)域的電壓暫降幅值沒(méi)有達(dá)到逆變?cè)O(shè)備、電機(jī)和電抗可承受電壓的下限，因而這三類(lèi)設(shè)備不會(huì)受到影響。當(dāng)電壓暫降幅值超過(guò)90%即發(fā)生電壓中斷，電子設(shè)備、逆變?cè)O(shè)備、電機(jī)和電抗設(shè)備都會(huì)停運(yùn)，用戶(hù)所有的用電設(shè)備基本上都會(huì)受到影響。通常一個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)包括住宅用戶(hù)、商業(yè)用戶(hù)、小型工業(yè)用戶(hù)、大型工業(yè)用戶(hù)這四類(lèi)不同類(lèi)型的用戶(hù)，用電設(shè)備的類(lèi)型和組成比例都有所不同，整個(gè)用戶(hù)對(duì)電壓暫降的敏

15、感程度也不同。如果能夠通過(guò)調(diào)查分析，得到某負(fù)荷節(jié)點(diǎn)各類(lèi)用戶(hù)因?yàn)殡妷簳航狄鸬钠骄?jīng)濟(jì)損失，它們與上式（4）中的各自能量損失的乘積，即有住宅用戶(hù)、商業(yè)用戶(hù)、小型工業(yè)用戶(hù)、大型工業(yè)用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)損失分別為AjR，AjC，AjSI，AjLI，則當(dāng)發(fā)生電壓暫降時(shí)，該負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)損失Aj為，Aj=AjR+AjC+ AjSI + AjLI（5）電壓暫降造成的用戶(hù)經(jīng)濟(jì)損失為配電系統(tǒng)中所有用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)損失的和，那么具有m個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的配電系統(tǒng)的總損失為 （6）文獻(xiàn)12中給出了一個(gè)5節(jié)點(diǎn)算例，表3為電壓暫降引起的用戶(hù)平均經(jīng)濟(jì)損失及相應(yīng)的能量損失，可以得到其中某節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的住宅用戶(hù)、商業(yè)用戶(hù)、小型工業(yè)用戶(hù)、大型工業(yè)用戶(hù)的

16、經(jīng)濟(jì)損失分別為76.538，218.153，292.802，665.405，總的經(jīng)濟(jì)損失則為1252.898。表3 電壓暫降引起的用戶(hù)平均經(jīng)濟(jì)損失及相應(yīng)能量損失用戶(hù)類(lèi)型住宅用戶(hù)商業(yè)用戶(hù)小型工業(yè)用戶(hù)大型工業(yè)用戶(hù)平均經(jīng)濟(jì)損失（/ kWh）5.3912.6110.4218.85能量損失（kWh）14.217.328.135.3然而平均經(jīng)濟(jì)損失是一調(diào)查統(tǒng)計(jì)平均值，這種計(jì)算方法比較粗糙，但也提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)衡量用戶(hù)總體受由電壓暫降問(wèn)題影響的情況。3對(duì)電能質(zhì)量改善方案的費(fèi)用及效果的評(píng)估如果評(píng)估的結(jié)果表明電能質(zhì)量未達(dá)到相關(guān)要求，或者影響較大，那就需要對(duì)其進(jìn)行改善了。為減少因電壓暫降造成的損失，采用相應(yīng)技

17、術(shù)措施是解決用戶(hù)設(shè)備電壓暫降敏感問(wèn)題的根本方法。一般改善方案的費(fèi)用會(huì)隨著負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量水平要求的提高而提高，因而有必要對(duì)各種方案的投資和維護(hù)費(fèi)用以及改善效果進(jìn)行評(píng)估。如果能夠?qū)⒚舾胸?fù)荷從負(fù)荷中隔離出來(lái)，采取措施就近解決可以節(jié)約成本35。目前主要的改進(jìn)技術(shù)裝置包括鐵磁諧振變壓器（CVTs），串聯(lián)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR），不間斷供電電源（UPS），靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（SSTS），快速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（FTS）等。從用戶(hù)角度看，還需要對(duì)各種技術(shù)措施進(jìn)行可行性經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，確定各種措施的成本及有效性，分別如表4、表5所示，最終權(quán)衡無(wú)技術(shù)措施的經(jīng)濟(jì)損失和有技術(shù)措施的效果及成本，從而決定是否采取技術(shù)措施或具體采用哪種方法最

18、經(jīng)濟(jì)5。表4示例緩解電壓暫降措施的成本方法CVTsUPSDVRSSTSFTS成本A1,000500250B500200C500250600，000150，000運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用A10255B155C15555表中，A為控制裝置的保護(hù)（<5kVA），B為機(jī)器或機(jī)床保護(hù)（10-300 kVA），C為廠(chǎng)房級(jí)保護(hù)（2-10MVA）；CVTs，UPS，DVR成本單位為/kVA；SSTS及FTS容量為10MVA；運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為占原始成本的百分比/每年。表5示例保護(hù)方法的有效性可選方法短時(shí)間中斷暫降幅值低于50%暫降幅值在50%-70%暫降幅值70%-90%CVTs02070100DVR02090100U

19、PS100100100100SSTS100807050FTS80706040表中為各方法的有效性示例，數(shù)字表示的是在發(fā)生電壓暫降或短時(shí)間中斷情況下，不會(huì)對(duì)用戶(hù)負(fù)荷造成影響的百分比。4 改善方案的成本效益分析及確定技術(shù)措施的選定除確定該措施的技術(shù)成本，甚至包括該方案不能完全消除電壓暫降與短時(shí)間中斷而與之相關(guān)的損失和方案中各種保護(hù)設(shè)備的固定資產(chǎn)折舊，最終選擇成本（電壓暫降及短時(shí)間中斷損失+技術(shù)措施成本）最小的技術(shù)措施。理解和計(jì)算一個(gè)技術(shù)方案的總投入以及所獲得的總收益一般可以從該技術(shù)方案的壽命周期的角度來(lái)考慮。通常情況下，一個(gè)技術(shù)措施的優(yōu)劣既取決于其技術(shù)效率，又取決于其經(jīng)濟(jì)效率，只有在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上

20、都合理的技術(shù)措施才有可能被采納。而成本效益分析就是能夠在技術(shù)效率和經(jīng)濟(jì)效率之間提供最佳的配合，從而選出最合適的方案，同時(shí)為合理的電能質(zhì)量投資，促進(jìn)今后電能質(zhì)量市場(chǎng)的健康發(fā)展，為電能質(zhì)量問(wèn)題高效合理的解決提供新的思路13。5 結(jié)語(yǔ)本文從工程角度將電力系統(tǒng)電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)評(píng)估分為四個(gè)部分，分別是對(duì)電能質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)估；與電能質(zhì)量問(wèn)題相關(guān)的費(fèi)用的估計(jì)；對(duì)電能質(zhì)量改善方案的費(fèi)用和效果的評(píng)估以及電能質(zhì)量改善方案的成本效益分析及確定，并集中對(duì)電壓暫降及短時(shí)間中斷問(wèn)題詳盡分析、總結(jié)，系統(tǒng)的提出了電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)評(píng)估的全部?jī)?nèi)容，為今后電能質(zhì)量市場(chǎng)的建立提供了一定的經(jīng)濟(jì)依據(jù)。參考文獻(xiàn)：1 肖湘寧. 電能質(zhì)量分析與控制，

21、中國(guó)電力出版社，2004，中國(guó) 北京2 Mark McGranaghan, Bill Roettger. Economic evaluation of power qualityJ. IEEE Power Engineering Review, February, 20023 楊振宇，趙劍鋒，唐國(guó)慶. 成本效益分析在電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)評(píng)估中的應(yīng)用J . 現(xiàn)代電力，2005，22（3）：80-844 陶順，肖湘寧. 短路故障引起的電壓暫降與短時(shí)間中斷問(wèn)題的研究（一）事件特征和設(shè)備敏感度C . 第二屆全國(guó)電能質(zhì)量研討會(huì)論文集，2004，08，云南 昆明5 陶順，肖湘寧. 短路故障引起的電壓暫降與短時(shí)間中斷問(wèn)題的研究（二）技術(shù)評(píng)估與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)C . 第二屆全國(guó)電能質(zhì)量研討會(huì)論文集，2004，08，云南 昆明6 張志剛，殷科生. 基于負(fù)荷敏感性及能量損失的電壓凹陷的評(píng)價(jià)J .西北電力技術(shù)，2005，（4）：1-27 Math H J, Bollen D, Sabin D et al. Voltage-sag indicesr