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提高电能质量的经济机制
2017-09-28 08:13:13  作者:林海雪  来源:中国设计师网  
  •   本文介绍了国内外电能质量经济方面的规定以及一些相关机制,指出目前国内法规以及电能收费制度对促进电能质量改善明显不足;国外提出的用于谐波抑制的功率因数校正激励机制较为简单、合理,也便于实施,应深入研究使其实用化。供用电合同中包含电能质量条款的做法,应加以扩展,使其由内容更为完整、更为定制化的电能质量合同取代。

  中国电力科学研究院 林海雪

  1 引言

  为了适应电力市场发展,我国于1995年制定了《电力法》[1],并于1996年4月1日起实施。有关电能质量方面,《电力法》规定:“供电企业应当保证给用户的供电质量符合国家标准”(第二十八条),“上网电价实行同网同质同价”(第三十七条)。

  众所周知,电能质量既具有一般产品质量的基本特点,即可以用各种指标反映,可以度量等;也有其特殊性,这就是:(1)各种指标在空间上(电网中各点)、时间上(短至μs、ms级,长至几分钟、几小时)处在不断变化之中;(2)并不完全取决电能生产者(发电厂、电力企业),需要供、用电双方共同维护。有的指标(例如谐波、电压波动和闪变、三相不平衡)主要取决于用电特性。有的指标(例如电压和频率偏差)主要由电能生产和运行企业负责;有的指标(例如过电压、电压暂降等)和供用电双方均有关。

  迄今我国已制定了供电电压偏差、频率偏差、谐波、间谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降与短时中断等8项电能质量指标的国家标准。这些标准的切实执行,无疑有助于电能质量的提高。

  但电能质量的多指标性加上述特点,使其测量、分析、评估和监管变得十分复杂。要使电能质量不断提升,仅用标准显然是不够的,必须加上经济杠杆,也就是按《电力法》规定,做到“同质、同价”,这就意味着实现“优质优价”,“劣质罚款”,为此必须引入相应的机制。

  本文仅就国内外电能质量的经济方面规定及一些机制探讨做扼要的介绍,并提出一些建议,供有关专业和管理人员参考。

  2 国内有关法规规定

  自《电力法》颁布以后,我国相继颁布了《电力供应和使用条例》、《供电营业规则》、《居民用户家用电器损坏处理办法》等配套管理办法,这些条例、规则和办法均以电力工业部令发布,实际上是电力法的补充法规[2]。在《电力供应和使用条例》(1996年9月1日起实施)中规定,供电企业和用户应当在供电前签订供用电合同,合同中应有供电质量以及违约责任条款;在《供电营业规则》(1996年10月8日起实施)中明确:

  (1)由于供电企业电力运行事故造成用户停电时,供电企业应按用户在停电时间内可能用电量的电度电费的五倍(单一制电价为四倍)给予赔偿。用户在停电时间内可能用电量,按照停电前用户正常用电月份或正常用电一定天数内的每小时平均用电量乘以停电小时求得;

  (2)用户用电功率因数达到规定标准,而供电电压超出本规则规定的变动幅度(即国家标准规定的限值),给用户造成损失的,供电企业应按用户每月在电压不合格的累计时间内所用的电量,乘以用户当月用电的平均电价的百分之二十给予赔偿;

  (3)供电频率超出允许偏差,给用户造成损失的,供电企业应按用户每月在频率不合格的累计时间内所用的电量,乘以当月用电的平均电价的百分之二十给予赔偿;

  (4)因电力运行事故引起城乡居民用户家用电器损坏的,供电企业应按《居民用户家用电器损坏处理办法》(1996年9月1日起实施)进行处理。

  可以看出,以上规定主要着眼于电力事故的赔偿。也就是说,只要正常供电,用户未发生明显的异常或事故,就不存在赔付问题。从电能质量的影响和危害角度来评价,因为很多电能质量超标,对用电设备来讲是“慢性病”,例如公用电网中谐波水平过高,会使设备附加发热、损耗增大、振动和噪声加剧、使用寿命缩短等,这种情况一般不属于事故,不存在经济上赔付问题。另外,如电网发生电压暂降和短时中断,持续时间很短(大多数在1s以内),但对有些敏感性负荷,可能造成重大损失。例如半导体制造业就会出现生产线中断,产品报废,设备损坏,而要重新恢复生产,需要几个小时;一次电压暂降就可能造成几十万至数百万美元的经济损失。这种情况,对电网来讲,因为早就恢复正常供电,用户也无法索赔。

  至于电价,尽管涉及多种因素,也有不同类别划分,但基本上不包括“质量”因素,仍执行以电量计费,这是“电”作为产品十分独特之处。

  因此,目前国内有关法规的规定,对促进电能质量水平的改善是明显不足的。

  3 提高电能质量水平的一些经济机制

  本节介绍相关文献中提出的两个规范电能质量的经济机制:

  3.1 用于谐波抑制的功率因数校正激励机制

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  不难看出,在没有谐波污染时,谐波校正功率因数与相移功率因数(DPF)相同。在有畸变的电压和电流时,hPF的值几乎总是低于DPF。因此,通过征收支付功率因数罚金,可对谐波污染进行限制。这个方法较为简单、合理,也便于实施,但只针对谐波源用户。当然,关于权重因子的取法,计量仪表的改进等还需进一步探讨。

  3.2 基于经济影响的服务质量指标机制

  美国有的专家提出了服务质量指标[4]。服务质量指标利用了不同类型扰动对电力用户经济影响的概念,并将它们纳入电能质量综合指标。该理念的主旨是:对电能质量影响的最好度量是用户所承受的经济影响。如果可以估计不同扰动类型对用户的经济影响程度,这种影响也就可以作为不同扰动类型的加权系数。

  一般认为,一旦定义了停电(电压中断)损失,严重程度低于停电的电压质量变动和事件(例如电压暂降)的损失也就能够评估了。这些变动或事件相关的损失一般描述为停电损失的某一部分。每个电力公司基于经济性影响的加权系数可能不同,甚至同一系统内不同区域的系数也不相同。因此将这些损失描述为包括不同用户和不同条件下的概率分布可能更有意义。

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  只有当量化电力扰动的指标值大于允许的最大限值时,用户遭受的经济影响才计入SQI的计算中。显然针对不同用户类型(工业型、商业型和民用型)给出不同的单位损失是关键,cui的适用性必须得到认可,这方面存在大量有待探讨的问题。

  4 完善电能质量合同机制

  如上所述,我国电力法规已明确供用电合同中应有电能质量条款,但执行中往往只列出应执行的标准,缺乏完全的可操作性。考虑到电能质量的重要性和复杂性,宜用专门的电能质量合同。

  参考文献[5]的作者McGranghan认为,为确保规定水平的供电连续性和电压质量,竞争激烈的电力市场中不同运营商之间需要引入电能质量合同。在这篇文章中,作者列出了电能质量合同需要包括的要点:

  (1)可靠性/待评估的相关电能质量;

  (2)使用的性能指标;

  (3)期望性能水平;

  (4)性能超出期望水平时的处罚和/或性能优于期望水平时的奖励;

  (5)验证性能的测量和/或计算方法;

  (6)各方为达到期望性能应承担的责任;

  (7)各方在解决电能质量问题时应承担的责任。

  电能质量合同的特殊要求和关注点取决于合同所涉及的各方和系统的特性。以下是不同类型的电能质量合同:

  (1)输电公司和配电公司(或大的直供用户)间的合同。这类合同定义了连接两个系统的变电站的电能质量要求和责任。

  (2)配电公司和终端用户间的合同。这类合同定义了公共连接点的电能质量要求。在某些情况下,终端用户可以是配电公司的用户;在其他情况下,终端用户可以是能源服务公司的零售商。

  (3)零售商或能源服务公司和终端用户间的合同。这类合同比配电公司和用户间基本交互的合同更加富有创造性、更加复杂。能源服务公司可以提供改善电能质量、规定效率和生产率的全方面服务。

  (4)配电公司和小的独立发电商(IPPs)间的合同。这类电能质量合同定义了独立发电商期望的接口处电能质量(类似于与终端用户的合同)和对独立发电商所发出电能的质量要求。

  独立发电商要考虑的主要因素有电压波动、谐波、功率因数特性和不平衡。

  最后,参考文献[6]提出了考虑质量成本和止损保险的电能质量服务定价方法。

  产品(如电力)的特征可以用不同的质量水平来描述。用户为产品支付两种成本:随产品质量增加而增加的购买成本和随产品质量增加而减少的使用成本。使用成本直接影响产品的定价,因此会影响用户的购买成本。不同质量的产品,使用成本也不同;而且,对固定质量的产品,不同用户有不同的使用成本。用户的使用成本越高,劣质产品的潜在损失就越大;因此用户会选择质量更好的产品,尽管其初始购买成本高。所以,一些用户为了降低使用成本,而愿意以较高的价格购买优质的电力。

  我国于2011年发布国标指导性技术文件:《电特性的标准化》(GB/Z 26854-2011/IEC/TR 62510:2008)[7]。该文件明确了涉及电能质量问题的相关利益方(指电网运营商、电能用户和设备供应商)的责任和义务,可以作为签订电能质量合同的参考。

  5 电能质量合同实例

  世界上第一份电能质量合同是在美国签署的[8]。该电能质量合同称为“特别制造业合同”(SMC),是底特律爱迪生公司和它的三个最大汽车制造业用户(克莱斯勒公司、福特汽车公司和通用汽车公司)在1994年签订的。

  底特律爱迪生公司与用户设计了一种补偿方法,用于电能质量事件超过年度允许水平时对用户进行补偿。“特别制造业合同”包括的电能质量事件有电压暂降和供电中断。以下我们将仅介绍电能质量合同中有关电压暂降的内容。

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  计算暂降评分时,只考虑残压值低于0.75p.u.的电压暂降。该指标的特点在于计算简便。然而,该指标没有考虑到能反映暂降对负荷影响的暂降事件持续时间。出现电压中断时,电压暂降评分指标设为零,避免与电压暂降的管理范围重叠。

  对于每个监测地点,通过累加全年的暂降评分值,可以得到年度暂降评分指标(总暂降评分)。

  如果总暂降评分超过年度允许暂降评分限值,依据“特别制造业合同”,底特律爱迪生公司需要向用户支付补偿金。暂降评分限值可通过一定周期的测量结果得到,并且每年年初需要重新确定暂降限值。

  总暂降评分超过暂降评分限值的部分乘以称为服务保证赔付金额(SGPA)的单位处罚,就是底特律爱迪生公司需要赔付的金额。合同规定,服务保证赔付金额(SGPA)是年度总暂降支付额的限值。

  紧接着一些欧洲国家,用户也开始和供电公司谈判,以保证规定水平的供电连续性和电压质量(即签订电能质量合同)。

  以法国为例,输电公司和配电公司可以为所有用户提供附加质量要求的合同[9]。在这种情况下,用户可以向运营商要求定制化的质量合同水平。为此用户必须支付一定金额,支付额取决于达到新的水平需要做的工作。特别是当用户希望达到合同中商定的水平时,运营商要向用户出具一份技术和经济报告。该报告说明,针对电网需要进行的改善工作和为达到用户要求的质量水平而产生的费用。用户如果接受了该报告,运营商就会开展以上工作,费用则由用户承担。

  6 总结

  本文介绍了国内外电能质量经济方面的规定以及一些相关机制,指出目前国内法规以及电能收费制度对促进电能质量改善明显不足;国外提出的用于谐波抑制的功率因数校正激励机制较为简单、合理,也便于实施,对抑制谐波“污染”有积极意义,应进一步深入研究,使其实用化。电力法规中规定供用电合同中包含电能质量条款的做法应加以扩展,使其由内容更为完善、更为定制化的电能质量合同取代;不断完善提高电能质量的经济机制,以促进电能质量水平切实提高,为国民经济节能、降耗、增效做贡献。

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  参考文献

  [1] 中华人民共和国《电力法》[S].中国电力出版社,1996,1.

  [2] 电力工业部安全监察及生产协调司编.电力供应与使用法规汇编[S].中国电力出版社,1996,12.

  [3] McEachern,A.,Grady,W.M.,Moncrief,W.A.,etc.Revenue and Harmonics:An Evaluation of Some Proposed Rate Structures [J] IEEE Transactions on Power Delivery,Vol.10,No.1,jan.1995:474-482.

  [4] [意]Caramia,P.,Carpinelli,G.,Verde,P.开放市场下电能质量指标[M].肖湘宁,等译,北京:中国电力出版社,2011,6.

  [5] McGranghan,M.,Kennedy,R.W.and Samotyj,M.Power Quality Contracts in a competitive Electric Utility Industry[J].Proceedings of 8th International Conference on Harmonics and Quality of Power,Athens(Greece),Oct.1998:170-175.

  [6] Su,M.,Li,zhou,M.and Yang,J.A Power Quality Service Pricing Approach Considering Treatment Expense and Stop Loss Insurance[C].Power Tech.Conference,Lausanne(Switzerland),July,2007.

  [7] GB/Z 26854-2011《电特性的标准化》(IEC/TR 62510:2008,IDT)[S].国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会,2011-07-29发布,2011-12-01实施.

  [8] Dettloff,A.and Sabin,D.Power Quality Performance Component of the Special Manufacturing Contracts between Power Provider and Customer[C].Proceedings of 9th International Conference on Harmonics and Quality of Power, Orlando(USA),Oct.2000:416-424.

  [9] 杨显军.法国电网电能质量承诺和电能质量评估[J].电能质量,2010(04):31-36.

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