（电力系统及其自动化专业论文）计及电能质量因素的电能定价方法研究.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文计及电能质量因素的电能定价方 法研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：j 鱼墼 日 期 肘。，扣 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：塑垦 导师签名： e l 期：丝坚：! 三：乡 日期： 彦京吸 占r 时口矽 华北电力大学硕士学位论文 1 1电能质量问题概述 第一章绪论 电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，又是 一种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。随 着电力市场运营机制的不断发展和完善，电能作为一种特殊的商品，既具有为千百 万用户服务的公用事业性质，又具有以商品形式向用户出售的性质，因此，其质量 属性成为难以回避的问题。 改善电能质量对于电网和电气设备的安全稳定运行，保障人民正常的生产和生 活等均有重要意义，直接关系到国民经济的总体效益。人们并非近几年才开始重视 电能质量问题，只不过早期对此认识比较简单，主要局限在保持电网频率和电压水 平的静态或平均偏差不过大上。自2 0 世纪8 0 年代以来，随着新型电力负荷迅速发 展以及它们对电能质量的要求不断提高，更多的电能质量问题逐渐成为电力企业、 电力用户和电力设备制造厂商共同关心的问题。因此，电能质量问题引起了广大电 力工作者的高度重视，目前电能质量中某些问题已成为前沿性课题，吸引了许多高 等院校和科研院所的一大批电力科技工作者投入其中从事开拓性或开发性工作。国 际供电会议( c i r e d ) 一直把电能质量问题列为国际供电界关注的重要技术问题。 国际大电网会议( c i g r e ) 3 6 学术委员会( 电力系统电磁兼容) 把电能质量列入到 电磁兼容的范畴。国际电气与电子工程师协会( i e e e ) 也将其电力谐波国际学术会 议更名为电力谐波与电能质量国际学术会议。可见，电能质量已被提升到了一个新 的认识高度。 1 1 1 电能质量的定义、分类及标准 1 1 1 1 电能质量的基本定义 电能质量( p o w e rq u a l i t y ，p q ) 一词最早出现在1 9 6 8 年发表的一篇关于美国 海军电子设备备用电源规范要求的研究论文中，随后在关于工业用电源系统设计规 范中进一步提出，要提高电能质量和安全可靠供电、低费用运行等。与此同时，也 有不少国家使用电压质量( v o l t a g eq u a l i t y ) 来反映电压幅值的变动和频率的偏差。 直到近些年，电气工程界在关于电能质量问题应采用规范的技术名词上才趋向一 致，i e e e 标准化协调委员会也已正式通过采用“p o w e rq u a l i t y ”( 电能质量) 这一 术语。 从普遍意义讲，电能质量是指电能的优劣程度。但是迄今为止，e h 于看问题的 1 华北电力大学硕士学位论文 角度不同，人们对电能质量的技术含义仍存在着不同的认识，关注或表征电能质量 问题会有截然不同的观点：对供电部门，电能质量是指所供应电力的参数符合标准 和供电可靠性的程度：对用电设备生产商，电能质量是指对设备所要求的电能特性； 对电力用户，电能质量是指一切会引起用电设备异常运行、故障或停电的供电电压、 电流及频率的异常扰动。 i e e e 给出了电能质量的技术定义：合格的电能质量的概念是指，给敏感设备提 供的电力和设置的接地系统是均适合于该设备运行的。国际电工委员会( i e c ) 提 出使用“e m c ”( 电磁兼容) 这一术语，定义为：设备或系统在其所处的电磁环境 中能够不因干扰而正常工作，它们本身所发出的电磁能量不足以恶化环境和影响其 他设备或系统的正常工作。它强调和指出设备与设备之间，以及电源与设备之间的 相互作用和影响。还有许多专家主张采用如下的电能质量定义：表现为电压、电流 或频率的偏差，造成用户设备故障或错误动作的任何电力问题都是电能质量问题。 根据这一定义，电能质量除了保证额定电压和额定频率下的正弦波形外，还包括所 有的瞬变现象，如冲击脉冲、衰减振荡、瞬时间断、波形下陷和噪声等。 总之，上述定义都是将电能质量与用户的需求相联系，即解决电能质量问题， 就是保证系统设备安全运行并提供给用户所需要的质量水平的电能。 1 1 1 2 电能质量问题的分类及标准 对电能质量进行合理细致的分类，有利于系统地分析和研究电能质量现象，并 对测量结果进行分选识别，也是制定相关指标标准的基础。一般来说，电力系统中 各种扰动引起的电能质量问题可分稳态和暂态两大类。稳态电能质量问题以波形畸 变为主要特征，包括电压偏差、三相不平衡、闪变、谐波、间谐波、波形下陷及噪 声等：暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征，可分脉冲暂态和振 荡暂态两种类型，包括供电瞬时中断、电压骤降、电压骤升以及暂态过电压等。从 发生的频度以及对用电设备的危害程度来看，现代电能质量问题主要是电压骤降、 谐波、电压不平衡以及闪变。据统计和案例反映，造成用户用电设备异常运行或停 电的绝大部分因素是电压骤降问题。 i e e e 标准化协调委员会定义的电能质量的分类，包括以下几种： 长时间变动：过电压、欠电压、持续间断 短时间变动：电压间断( 中断) 、电压骤降( 凹陷) 、电压骤升( 凸起) 瞬变现象：冲击性瞬变、振荡瞬变 波形畸变：直流偏置、谐波、间谐波、波形下陷、噪声 三相电压不平衡 电压波动和闪变 频率偏差 2 华北电力大学硕士学位论文 此外，还有一种分类方法，将除去频率变化外的电能质量问题分为三个方面， 即供电电压的连续性，包括短时间断、暂时间断、瞬时间断等：供电电压的稳定性， 包括电压的骤降、骤升、波动和闪变等；供电电压的波形状况，包括谐波、波形下 陷、噪声、三相不平衡等。 目前，世界各国都已制定和颁布实施了符合本国情况的电能质量指标的国家标 准，并且随着工业经济国际化发展，各国制定的电能质量标准正向国际专业委员会 推荐标准，如i e c 的e m c 一6 1 0 0 0 系列标准和i e e e 的s t d 一标准靠拢。我国在参考 上述两项国际标准后，也已经对其中几种最基本的电能质量问题制定了相关的六项 标准，即：电能质量供电电压允许偏差( g b t1 2 3 2 5 2 0 0 3 ) 、电能质量电 力系统频率允许偏差( g b t1 5 9 4 5 1 9 9 5 ) 、电能质量公用电网谐波 ( g b t 1 4 5 4 9 1 9 9 3 ) 、电能质量电压波动和闪变( g b1 2 3 2 6 2 0 0 0 ) 、电能 质量三相电压允许不平衡度( g b t1 5 5 4 3 1 9 9 5 ) 和电能质量暂时过电压和瞬 态过电压( g b t1 8 4 8 1 - 2 0 0 1 ) 。这些标准成为评定系统电能质量的重要指标，也 是我国电力技术工作者选用补偿方法、改善控制装置和选择技术措施的依据。 1 1 2 电能质量问题产生的危害和影响 电能质量问题的危害和影响主要涉及电力系统、电力用户和相关行业等三个方 面 2 】： ( 1 ) 对电力系统的危害和影响 大多电能质量问题不是来自发、输、供电系统，而是来自电力用户，但电能质 量问题的出现对整个电力系统的影响却很大，直接影响到系统运行的安全性、稳定 性和经济性。电能质量问题对电力系统的危害主要表现在：a 增加线损：谐波电流 在输电线路上的流动，产生附加能耗，增大线损率。三相不对称运行时，特别是在 中性点接地系统中，线路的线损率也将大大增加。b 降低变压器寿命：谐波电流使 变压器的铜耗增加，引起变压器振动并使噪声增大：谐波电压使变压器的磁滞及涡 流损耗增加，使绝缘材料承受的电气应力增大；对三角形连接的绕组，零序性谐波 在绕组内形成环流，使绕组发热，温度过高，降低寿命。c 计量仪表出现误差：波 形畸变会影响电能表的计量精度。d 继电保护和自动控制装置的误动作：电网电能 质量指标恶化，如谐波、三相严重不对称等都会对保护装置产生干扰，引起误动。 e 对系统其他运行元件的影响：电能质量指标低，尤其是谐波含量高的情况下，对 电力线载波通信产生干扰，主要表现在：语音通信产生噪声，数据传输失真，降低 能量管理系统( e m s ) 、配电自动化系统( d a s ) 实时数据的真实可靠性，集中抄 表系统中产生坏数据等：降低断路器的开断能力；当谐波成分较大，发生接地故障 时，消弧线圈无法补偿谐波电流，灭弧作用失效，可能会引发系统的更大故障；低 1 华北电力大学硕士学位论文 压配电网中，零序电流和零序性谐波电流不仅会引起中性线过负荷发热，增加损耗， 而且产生压降，引起零电位漂移，降低供电质量。 ( 2 ) 对电力用户的危害和影响 少数电力用户是电能质量的主要污染源，这类用户在对系统污染的同时，也造 成自己内部的设备损坏。用户是电能质量污染的主要受害者，受电电能质量指标低 的电气设备也可能成为新的污染源，危害电力系统和其他用户设备。a 对用户电机 的影响：供电电能质量指标低，使电机产生附加损耗、发热和振动，发出较高的噪 声，承受过高的疲劳应力；当三相供电电压不对称时，负序基波电压与负序性谐波 电压分量在定子绕组上产生负序电流，增加铜耗；当产生电压波动的主要低频分量 与电机机械振动的固有频率一致时，诱发谐振，对电机造成毁灭性的破坏。b 对用 户补偿电容的影响：运行点电能质量指标低时，会造成诸如补偿装置投不上、电容 器使用寿命降低、电容器熔丝熔断，甚至发生串并联谐振，导致电容器爆炸等事故。 c 对用户自动控制装置的影响：干扰控制设备检测模块的正常分析计算，导致错误 的输出结果；对设备的硬件，如精密电机、开关电源等造成损坏；干扰负载的保护 回路，造成误动作。d 对居民日常生活的影响：电压波动和闪变会造成照明灯光和 电视画面的忽明忽暗，使电冰箱、空调的压缩机承受冲击应力，产生振动，降低使 用寿命。 ( 3 ) 对相关行业的危害和影响 a 对通信的干扰：城市中，电力网和电信网的架设距离一般较近，甚至同杆架 设，随着低压电网电能质量污染的日益加重，电能质量问题对通信的影响也日益严 重。谐波频率很高时，会产生发射杂音，在通信线路上引起音频干扰。随着数字通 信技术和光纤载体的广泛应用，电能质量污染对通信的影响已降到较低的水平。b 对其他相关行业的干扰：通过供电电源直接对其正常的生产运行造成危害，如精密 制造业，使其废品率上升，降低主设备的使用年限；干扰有线电视、广播的信号等。 1 2 本课题的研究意义 上文从电力系统、电力用户和相关行业等角度具体分析了电能质量问题的危害 和影响，但随着时代的进步和科技的飞速发展，当代电力系统赋予电能质量问题新 的内容。它已不仅关系到电力系统的安全稳定、电气环境的工程保护，而且被提升 到维系电力市场的正常运营以及整个国民经济的总体效益和发展战略的高度。 现代电力系统中用电负荷结构发生了重大变化，诸如半导体整流器、晶闸管调 压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷迅速发展，由于其 非线性、冲击性以及不平衡的用电特性，使电网的电压波形发生畸变，引起电压波 4 华北电力大学硕士学位论文 动、闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率波动等，对供电电能质量造成严重的 干扰或“污染”。而现代高新技术产业、工商业大量使用的计算机系统、控制系统 等对电能质量的要求却越来越高。为了提高劳动生产率和自动化水平，大量基于计 算机系统的控制设备和电子装置投入使用，这些装置对电能质量非常敏感。个计 算中心失去电压2 s 就可能破坏几十个小时的数据处理结果或者损失几十万美元的 产值。当今自动化设备的连续精加工生产，不论是变速拖动还是机器人，工作母机 还是自动化生产线，例如柔性制造系统( f m s ) 或计算机综合制造系统( c i m s ) ， 它们对配电系统中的干扰和异常非常敏感，甚至几分之一秒的不正常就可能在工厂 内部造成混乱，这些用户对不合格电力的容许度可严格到l 2 个周波。 同时，在激烈竞争的电力市场环境下，电能作为商品在发电侧不同的发电公司 包括独立电能生产者间实行竞争，输配电系统与发电分离独立经营管理，为发电公 司和用户提供转送电能服务，用户侧也可以作为独立实体参加价格控制。这样一个 开放和鼓励竞争的运行环境必然对电能质量提出越来越高的要求，而且市场中各用 户对电能质量问题的敏感度不同，对电能质量水平要求也不同。电能质量作为供电 公司和用户交易“产品”的属性，是决定输配电公司能否在竞争中生存下来的重要 因素。所以电能质量服务必须受到充分的重视，要求供电公司必须满足不同用户对 电能质量的不同要求。 将电能质量看作重要的电力服务内容，其必须在电力市场环境中得到完善的解 决，这已经超越了电力系统生产运行的技术问题，涉及到社会公正和资源配置等经 济问题，必须增加电能质量治理投资，并通过电价使投资得到回报。这就使得供电 公司与电力用户的结算电价除发电、输电和辅助服务成本外，还应充分考虑电能质 量服务成本，因此，需要找到一个有效的计及电能质量因素的电能定价方法，实现 电能的按质定价。只有这样，才能和供电公司追求利润最大化的目标趋于一致，而 且也可以激励供电公司改善电能质量，实现优质供电。对于供电公司来说，优质供 电需要更多的投资，更优秀的管理，因而也应该得到更多的回报。电力市场的实施， 电能作为普通商品进入市场，“多质量电能供应”和“按质定价”成为必然。 1 3 本课题的研究现状 1 3 1 现有的考虑质量因素的电能定价方法 电能定价中考虑质量因素，即电能的按质定价是实现电能质量服务多样化和市 场化的关键问题，而且近年来也成为国内外学者研究的热点。 文献 3 ，4 】以边际电价模型为基础，提出综合考虑各次谐波，并计及不同节点的 谐波畸变约束以及谐波可能导致的电压越限等约束条件的谐波注入边际电价模型， 5 华北电力大学硕士学位论文 采用内点法等方法求解。这种方法能使资源优化配置，促进谐波污染的治理。但文 中只考虑了谐波畸变注入的定价，对于其他电能质量问题没有涉及。文献【5 ，6 同样 是对基本的边际电价模型进行修正，加进限制电能质量的一些不等式条件。此类方 法都很难对各种电能质量问题面面俱到，不能适应用户对电能质量越来越细化的要 求。另外，此类模型的求解随着限制条件的增加将变得十分困难。 文献【7 ，8 将质量保险的思想引入电能的定价机制中，规定用户需要支付的电价 由基本电能价格和电能质量保险费叠加而成。用户对电能质量水平要求越高，所购 买的保险费越高，表现出来的电价也越高，实现了优质高价的目的，同时将电能质 量事故的经济赔偿转化为参与者的赔偿选择。但该方法制定的价格不能反映治理成 本。文献【9 同样是运用了保险理论，由保险人( 即供电公司) 确定每单位电能的保 险费，将保险费合理分解为以下四部分：为使电压质量合格率达到用户要求的投 资；设备运行及维护的成本：实际电能质量未达到用户要求电能质量时，需赔 偿用户的金额；综合考虑其利润以及用户的接受程度所制定的附加费。这种确定 方法需要对电能质量事故的发生概率做精确的评估，加大了供电公司的负担，难以 实行。 总之，电能按质定价的研究还不很深入，提出的各种方法和设想还存在一些问 题，而且与实际应用也有一定距离，需要进一步展开更细致的工作。 1 3 2 国内外电能质量管理现状 目前，电能质量问题已提到了一些经济发达国家( 或地区) 电力公司的议事日 程上，开始制定经济管理措施以期有效地解决电能质量问题。法国国家电力公司已 经开始向用户提供不同等级的电能，分别标明翠绿色、银白色、金色和绿色等，收 取不同的价格。法电将专业技术、金融运作及社会效益有机结合，兼顾经济效益和 社会公正。在开放电力市场的同时，成立了专门的工作组对电能质量问题进行监管， 规定了市场中各方在保证电网电能质量水平问题上的权利和义务，并相应地制定了 标准t 0 1 。 意大利也己颁布了相关法令，并系统地开展了电能质量监管工作，主要分为三 个阶段，”】：第一管制阶段( 2 0 0 0 2 0 0 3 ) ，该阶段为强制管制，通过一个与电能质 量相关的价格上限模型来按供电连续性定价；第二管制阶段( 2 0 0 4 - 2 0 0 7 ) ，该阶段 引入市场机制，采用签订电能质量合同的方式反映用户对电能质量的特殊需求；第 三管制阶段( 2 0 0 8 ) ，方法待定，但目标是更大程度上放松管制。在每个管制阶段 开始之前，均进行充分的电能质量调查研究，采用听证会、访谈等形式征求用户、 电力行业、政府和研究机构等各方对上一管制阶段的意见，以进行管制效果的评估 和下一阶段管制政策的制定。可以看出，意大利在电能质量管理的过程中进行了充 6 华北电力大学硕士学位论文 分的调研，逐步引入市场，放松管制，并取得了初步效果。 相比较而言，我国在电能质量问题的措施实践方面还存在差距，未开展细致的 电能质量管理工作。日常工作上，对电能质量问题的把握也不够全面，主要集中在 电压合格率及谐波方面，对电压骤降以及供电瞬时中断引起的电能质量问题、危害 及其治理认识不足。同时，现行单一的配电侧电能质量管理方法【l 列存在以下几个弊 端：缺乏提高电能质量的激励机制，电能质量事故的风险分配不合理，不能根据用 户的需要提供合理的电能质量，电能质量的价值不明确，不能指导供电方做出正确 的电能质量投资决策。在电力体制深化改革的同时，我国应当借鉴发达国家的先进 管理方法和技术，加强电能质量问题的研究与管理工作。 1 4 论文的主要工作 通过对电能质量问题背景的讨论，以及对现有电能按质定价方法的研究和各国 电能质量管理现状的分析中可以看出，计及电能质量因素的电能定价问题已经日益 受到人们的重视。本文在充分分析电力市场环境下实行电能按质定价所要求的市场 环境和技术条件基础上，提出一种基于差别定价的电能质量服务定价方法。该方法 充分考虑了电能质量问题的治理、损失以及用户响应，能够实现合理的优质高价。 论文的主要工作包括： ( 1 ) 讨论了电能按质定价的市场环境和技术背景。通过分析现有的电价体系 以及今后的改革方向，总结出按质定价的市场环境特点：通过对现有电能质量治理 技术发展状况的总结，得出实现电能按质定价必需的技术支持。 ( 2 ) 提出供电公司电能质量服务定价方法的基本设想。通过上述市场和技术 背景分析，引入经济学中差别定价的基本思想，论证了其在电能质量服务定价中应 用的合理性和可行性，并提出针对其中重要环节市场分割采用电能质量服务分 层，即按电能质量问题的治理措施和范围进行分割。 ( 3 ) 以差别定价理论为基础，引入信息甄别理论中的用户“自我选择约束”， 提出了电能质量服务定价的数学模型；进行了质量差异的经济分析从而推出用户的 意愿支付模型用以定价；采用i e e er b t s b u s3 配电系统进行了验证分析：对电能 质量事故的赔偿办法提出了初步设想。并从市场绩效的角度对定价方法的总体设想进 行了评价分析。 ( 4 ) 最后，总结全文，指出今后需要进一步开展的工作。 7 华北电力大学硕士学位论文 第二章电能按质定价的市场环境和技术背景 2 1市场环境 2 1 1 电价体系概述 随着电力工业改革的不断深入，电力市场逐渐形成，电力企业将成为电力市场 中的主体。在这种新的形势下，电价的制定必然会与现行的定价方式有很大的不同， 呈现出市场竞争、商业化运营的特点。电力企业具有公用事业、基础产业、地区性 设备产业的特点，这些特点决定其特有的对电力产品价格的经营与管理方式。在市 场经济条件下，任何企业都要给其生产或经营的产品制定适当的价格。价格是影响 市场需求和购买行为的主要决定因素，电力企业只有制定适当的价格，才能扩大销 售，提高市场占有率，增加赢利。 2 1 1 1 现行电价结构 电价水平、电价结构和电价监管是构成电价的三大内容i l 。电价结构是指按电 力用户不同的负荷特征、不同的地理位置、不同的时间、不同的供用电方式等因素， 即对电力生产经营成本造成的不同影响，将电价分成分类电价、分电压等级电价、 分时电价、两部制电价与单一制电价等类型。电价结构一般是指销售电价结构。进 入2 0 世纪9 0 年代以来，我国经济体制改革进程加快，但是从总的方面来看，电价结 构改革进展缓慢，与电价水平和电价监管相比，电价结构调整滞后于电价水平的提 高和电价监管的改善。现有的定价方式有如下几种： ( 1 ) 按销售方式制定电价。电力商品与其他商品一样，存在着批发、零售、 代销与特殊管理的经营方式，在电力的管理上分别称为直供、趸售、转供与开发区 供电管理，并形成相应的电价。 ( 2 ) 按使用条件制定电价。我国电力法规定，销售电价实行分类电价， 是指按照电力用户用电性质及用电特征而实行用户类型差别电价的制度。世界各国 大都采用分类电价制度，我国长期以来也实行分类电价，但各国分类的方法不同， 有的分类较粗，有的分类较细。在我国，不同的电网，分类的标准、形式、方法也 不尽相同。华北电网现行电价分类的方法是在综合行业、供电电压等级、用电设备 容量和用电量、用电负荷率、电能用途等几个方面的基础上进行分类，包括：居民 照明用电电价，非居民照明用电电价，普通工业、大工业和非工业用电客户中生产 照明和办公照明用电电价，普通工业用电电价，大工业用电电价，农业生产用电电 价，趸售用电电价，商业用电电价等。 8 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 按电力固定成本的分摊情况制定电价。电力的生产、输送、销售几乎是 同时完成的，与其他工业产业有很大区别，只要用电客户并网用电，不仅要使用电 能( 电量) ，而且要占用电力容量，直接影响电网迸一步扩大新用户并网的能力。 电网总的供电容量就叫电力固定成本，也叫容量成本。政策规定容量成本对不同用 电类别客户的分摊比例不同，从而形成了单一制电价和两部制电价。 ( 4 ) 根据特殊需要制定电价。由于电网生产运行的特殊性，电力需求的管理 除政策规定外，还要有相应的技术和经济手段，才能保证电网安全、稳定、合理地 运行，更大限度地满足社会用电的需要。此种方法制定的电价有：峰谷电价；丰枯 电价，也叫季节性电价：功率因数调整电价。 ( 5 ) 按其他因素制定电价，如调节电价。调节电价是指在国家政策允许下， 由于某种社会因素，在常规电价的基础上进行的一种加价。如电力建设资金、三峡 建设资金、地方附加费等。 现行电价体系中存在如下问题： ( 1 ) 过多地考虑政策因素，忽略了效率因素。在电价分类上，基本上按电力 用户类型、用电行业和用途划分，这便于国家制定政策。但许多用户，如非工业、 普通工业、农业等用户有多种用途用电，由于价格不同，尽管用电量不多，需分线 分表计量，造成人财物的极大浪费。 ( 2 ) 各种用电比价关系不尽合理。用电比价包括两个方面：一是不同类用户 之间比价：二是同类用户不同收费体系( 标准) 之间比价。用电比价不合理突出表 现在：两部制电价中基本电价比重太小，且实施范围偏窄；电压等级价差幅度偏小， 基本上只考虑线损，没有反映不同电压等级投资成本差额；居民生活、非普工业、 大工业等分类，电价间比价也不尽合理，没有按各类用电负荷特性和真实占用电力 成本来制定。 ( 3 ) 繁简不当。对用电量少、用户数多的中小用户电价结构较繁，对用电量 多、用户数较少的大用户电价结构相对较简，没能充分反映用户用电负荷特性的差 异性。同时，也缺乏根据电网发电负荷曲线鼓励或抑制用户用电的结构信息。 ( 4 ) 没能体现优质优价这一市场经济的重要定价原则。对电能质量和供电可 靠性要求较高的用户，与一般用户没有定价上的区别。 2 1 1 2 电价改革方向 综上所述，我国现行的电价形成机制复杂，定价模式尚不合理，全国共有几百 种电价。而合理的电价结构能正确引导电力用户合理用电和节约用电，有利于引导 各行业的合理布局和发展，使电能使用的社会效益最大。同时，便于电价监管行为 的规范化，也利于电价水平的有效形成。因此，应通过配套措施逐步改变电价形成 9 华北电力大学硕士学位论文 机制，发挥价格的资源配置作用。 我国将通过电价改革把电价划分为上网电价、输电电价、配电价格和终端销售 价格，发电、售电价格由市场竞争形成，输电、配电价格由政府制定。明晰管理规 则，建立规范、透明的管理制度。改革后的电价体系中各种电价的具体确定方式是： ( 1 ) 上网电价：引入竞争、市场定价。在厂网分开、网售分开的基础上，建 立完整的竞争性的电力市场，政府制定电力市场交易规则，发电的购售价格在竞争 中形成。 ( 2 ) 输配电价：政府监管、单独定价。根据输配电网络业务的自然垄断特性， 确立输配电价形成机制和有效监管方式，建立与输配电网络业务相适应的独立价格 形式。 ( 3 ) 销售电价：市场主导、政府监管。实行以市场为主导的定价模式。引入 竞争性零售商制度，让大部分用户拥有对供电方及电价的选择权。对没有获得选择 权，或有选择权而没有选择供电方的用户，政府对电网的专营销售电价实行监管。 针对电能质量服务的特点，在此电价体系改革的基础上，将电能质量服务从输 配电服务中分离，引入电能质量服务电价，对电力用户最终的销售电价还需叠加电 能质量服务电价，即将电能的按质定价问题细化为电能质量服务定价问题。这一分 离使得供电公司能够分别评估输配电投资和电能质量服务投资，从而实现各部分合 理定价。在选择电能质量服务定价方法时，首先要考虑电能质量服务所在的市场环 境特点。 2 1 2 电能质量服务定价的市场环境特点 电能质量服务电价水平的制定，不仅与电能质量治理的成本密切相关，还要充 分考虑治理技术的发展水平、地区差异、经济水平、用户类型及其对电价水平的承 受能力等因素。这些客观因素决定了电能按质定价的市场环境有如下特点： ( 1 ) 电能质量的改善以满足用户要求为目标，而且电能质量问题也大多由负荷 原因造成，所以电能质量服务主要是针对靠近用户端的中低压输配电网。因此，从 地域上看，电能质量服务属于输配电市场的范畴，受输配电网结构的制约，要以相 对独立的配电网为基本单元。 ( 2 ) 电价体制改革后，形成电力价格的力量发生了根本性变化，定价主体由政 府向企业转变，电力市场由行政垄断向市场垄断转变。电能质量服务定价的主体应 为管辖输配电网的供电公司。 ( 3 ) 市场发展的最理想阶段是当电力市场发展到零售竞争运营模式时，输配电 市场出现“百家争鸣”的局面，配电网向用户完全开放，电力用户拥有了完全的用 l o 华北电力大学硕士学位论文 电选择权，电能质量服务成为用户选择的重要因素。 2 2 电能质量问题治理技术的发展 2 2 1 电能质量调节装置的发展 随着电能质量的深入研究，越来越多的先进技术被用于改善电能质量，出现了 许多电能质量调节装置，主要分为静态开关设备和静态补偿设备【1 ，1 5 叫9 1 。典型的静 态开关设备有固态断路器s s c b 、固态转换开关s s t s 。静态补偿设备可按串并联方 式分为三类：串联型补偿器，如动态电压恢复器d v r 、不间断电源u p s 、动态不间 断电源d u p s 、蓄电池储能系统b e s s 、超导磁能存储系统s m e s 等；并联型补偿器， 如静止无功发生器s v g 、静止同步补偿器s t a t c o m 、配电静止同步补偿器 d s t a t c o m 、有源滤波器a p f 、无源滤波器p p f 等；串并联混合型补偿器，如统一 电能质量调节器u p q c 等。此外，还包括晶闸管投切电容器组t s c 和避雷器s a 等。 不同的装置具有不同的控制功能和控制程度，设备的投资及维护费用也各不相同。 而且上述装置并非互相孤立，它们之间的结合可以扩展彼此的功能。表2 1 列出了 部分治理设备的功能。 表2 - 1 各种电能质量治理设备的主要功能 2 2 2 电能质量控制技术的发展 上述这些装置单独作用或互相结合，可以控制、抑制、减缓或消除几乎全部的 华北电力大学硕士学位论文 电能质量问题。而且更重要的是，先进的控制技术使得达到用户各种质量水平要求 成为可能，目前主要的综合控制技术有用户电力技术和f r i e n d s 技术【1 扣1 9 j 。 用户电力技术( c u s t o mp o w e r ，c p ) 是美国e p r i 学者n g h i n g o r a n i 于1 9 9 5 年 首先提出的，它是把一些先进的电能质量调节装置及其组合应用于配电系统中，根 据用户对电能质量和供电可靠性的不同要求为用户配置所需要的电力。c p 将现代电 力电子技术、现代控制技术、数字信号处理技术、现代通讯技术、微处理器技术、 储能技术和配电自动化技术等诸多高新技术运用于中低压配电系统，以减小谐波畸 变，消除电压波动和闪变、各相电压的不对称和供电的短时中断，从而提高电能质 量和供电可靠性，是一项经济、有效的综合技术。与f a c t s 相比，其控制器原理及 结构均相同，只是电气标称值较小，因此有人称其为配电网中的f a c t s 技术或 d f a c t s 技术。 19 9 6 年，日本学者提出了f r i e n d s ( f l e x i b l e ，r e l i a b l ea n di n t e l l i g e n te l e c t r i c a l e n e r g y d e l i v e r ys y s t e m ) 技术，它的主要思想是在不同的供电层次加入不同的电能 质量控制环节，或称质量控制中心( q u a l i t y c o n t r o l c e n t e r ，q c c ) ，分为变电站型 q c c 、用户型q c c 及负荷型q c c 。通过不同级另j q c c 的作用，就能够实现对电能质 量控制的高度灵活性、可靠性、信息化和智能化。 对于供电公司来讲，实现c p 或f r i e n d s ，成立各级q c c ，将成为电能按质定价 的有力技术支持。 2 3 电能质量评估及监测 要对电能质量的优劣有一个清楚的了解，就必须有一套相对完善的电能质量监 测评估体系，对电能质量进行科学的评价，作为全面考核供电质量、按质定价的依 据以及为用户选择供电服务提供参考。 2 3 1 电能质量评估的作用及主要方法 进行电能质量评估有以下几个作用2 0 ：( 1 ) 评价某个电网或某个供电点电能质 量的优劣；( 2 ) 是进行电能质量治理的先决条件；( 3 ) 是调查干扰源的发射干扰和 敏感用户所承受干扰的手段；( 4 ) 是供用电双方制定供电合同及明确电能质量责任 的重要依据：( 5 ) 是电能商品按质定价的重要参考。 电能质量评估分为单项指标评估和综合评估2 卜2 4 ： 单项指标评估是针对确定的评估指标，根据监测所获得的数据以及当地负荷类 型特点作指标计算和统计分析，或根据当地电网的结构参数及负荷模型作仿真计 算，最后得出指标值和评估结论。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 综合评估是将电能质量看作个整体，综合各种电能质量问题。由于电网中不 同电能质量问题对不同设备均有不同的影响，特别是当多个电能质量问题同时存在 时，不同的组合对设备的影响是十分复杂的问题，这使得电能质量的综合评估难以 总结出一种准确、有效的方法。然而当对供电部门电能质量考核、评价用户对供电 质量满意度以及给电能合理定价时，电能质量的综合评估却十分有必要。现有的综 合评价方法主要可分为两类，第一类综合评估方法是以各项的评估为基础，综合多 项指标得出综合指标对电能质量加以评估：第二类是从能量角度对电能质量加以评 估。 2 3 2 电能质量监测的作用及主要方法 电能质量的评估是以测量数据为基础，对其进行计算和统计分析而得出评估结 论的。电能质量的监测是在调查研究的基础上，监视、检测代表电能质量的各种数 据的全过程。它是电能质量监督管理的重要手段，是所有分析、判断和决策的基础， 是评估数据的直接来源，是电能质量评估的重要前提。通过测量描述出一段时间内， 给定系统监测点电能质量变化的情况、原因和特征，找出解决办法【2 置”】。 电能质量监测按测量时间长短分为连续监测和短期监测。连续监测是将监测仪 器安装在电网中的固定监测点上，对电能质量长期监测，以统计超标情况和变化趋 势。监测点一般选取各变电所的母线、电网公共连接点、干扰负荷和敏感负荷的进 线端等。而短期监测则多用于电网电能质量的定期普查评估和比较各种干扰负荷或 补偿设备投入前后电网电能质量的变化等。 电能质量监测仪的采样速率要求足够高，能够记录稳态及瞬变的电压电流波 形，测量精度要高，并能对所测得的数据作必要的数据处理和计算，如快速傅立叶 变换、序分量计算等。对各项电能质量的测量条件和数据处理方法，也要符合国标 的规定。 电能质量的监测和评估一定程度上是以电能质量分析方法为基础的。随着对电 能质量现象研究的深入，电能质量分析方法得到了不断的创新和发展，这又促进了 电能质量监测方法和评估方法的改进。近年来，许多学者利用数学方法，如傅立叶 变换、小波变换、分形理论；以及人工智能方法，如人工神经网络等来分析电能质 量现象，并将这些方法应用于电能质量监测和评估中，已取得了不少的成果【2 7 28 1 。 2 4 本章小结 本章从我国现行电价体制和今后电价改革的方向分析了电能按质定价的市场 背景，总结了现有的电能质量装置和控制技术的发展水平，并简单介绍了电能质量 1 3 华北电力大学硕士学位论文 监测和评估的作用和方法。这些条件决定了考虑电能质量因素的电能定价有如下几 点要求： ( 1 ) 由电价改革的三段体系，把电能的按质定价细化为电能质量服务定价， 这一体系使得电能质量服务定价问题的解决顺应电价改革的实际，易于实施，后文 定价方法的提出也都是在这一基础上。 ( 2 ) 电能质量服务是从输配电服务中分离出来的，因此也具有输配电市场的 垄断性质，必须明确市场定价主体，即管辖输配电网的供电公司。 ( 3 ) 能够实现合理的优质高价，从而激励供电公司改善电能质量，同时也促 进新的更有效和先进的电能质量控制装置的研制和生产。 ( 4 ) 市场环境下，市场主体的目标是利润最大化，因此，必须充分考虑用户 的电能质量服务需求，电力消费者不再是被动接收，而是可以主动提出要求，即赋 予用户个人选择的权利。供电公司应以管辖范围内用户的要求为基础，有针对性地 进行电能质量问题的治理和改善。 ( 5 ) 不同于其他的市场定价问题，电能的按质定价不可避免地要考虑具体的 地域问题。在满足尽可能多的用户要求的基础上，以管辖范围为单位优化配置资源， 选择最经济的治理措施，以提高供电公司和整个市场的资源配置效率。 ( 6 ) 符合市场公平原则。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 3 1引言 第三章供电公司电能质量服务定价方法 上文对电能质量服务定价的市场环境和技术背景进行了分析，从而得出电能按 质定价的几点要求。以此为依据，本章提出针对市场主体一一供电公司的基于差别 定价的电能质量服务定价方法。 在完全竞争的市场中，无数的厂商和购买者形成了市场的供给和需求，他们都 是价格的接受者，任何单个的供求者都不能影响价格，于是，厂商在价格等于边际 成本的条件下实现了利润最大化。由于各市场要素的充分流动，竞争市场实现均衡， 并达到帕累托最优，即实现了社会福利的最大化。然而，在不完全竞争市场上，由 于边际收益曲线并不与需求曲线重合，并在需求曲线的下方，这意味着厂商的产量 水平低于社会最优的产量水平，消费者为购买同一单位商品要支付更高的价格。因 此，厂商在对产品进行定价的过程中，将具有更大自主性，其决策将影响到市场的 供求关系。尽管如此，厂商对产品的定价也并非随心所欲，即使在完全垄断市场上， 也要根据市场的需求变化作出相应的调整。而在企业实现其目标最大化的过程中， 对不同的消费者实行有区别的对待( 即差别定价) 是其主要策略之一。 电价体制改革后，电能定价主体由政府向生产企业转变，电力市场由行政垄断 向市场垄断转变，这两个巨大转变意味着形成电能价格的力量发生了根本性变化。 电力经营者作为定价的主体必然会导致电力市场上的差别定价行为越来越普遍。 本章介绍了差别定价的基本理论，分析了其在电能定价中的应用及对电能质量 服务定价应用的合理性。在此基础上，提出了供电公司电能质量服务定价方法的基 本设想，并就其中的关键环节一一市场分割的方法进行了详细讨论。 3 - 2电能质量服务实施差别定价的理论基础 3 2 1 差别定价概述 3 _ 2 1 1 差别定价的定义 差别定价( d i f f e r e n t i a lp r i c i n g ) 是实际应用中较典型的定价策略之一，也称价 格歧视( p r i c ed i s c r i m i n a t i o n ) ( 这里的“歧视”并不具有完全贬义的内涵，而是“有 所区别对待”的中性意义) ，是对企业生产的同一种产品根据市场的不同而采用不 同的价格，或是经营多种产品的企业对各种产品所定的价格差别同它们的生产成本 1 5 华北电力大学硕士学位论文 的差别不成比例时，就可以说企业采用了差别定价【2 9 】。比如工业用电和生活用电每 度电的生产成本是一样的，而价格却不同。与采用统一价格相比，差别价格不仅更 接近一个特定顾客愿意支付的最高价格( 即“保留价格”) ，也可能服务于不能按 统一价格购买的顾客，或者促使他们消费得更多，从而能获取较大的利润。一般来 说，产品以不同价格出售，取决于购买者的收入水平、消费偏好、地理位置、消费 的时间、取得替代品的难易程度以及厂商提供的服务情况等因素。 3 2 1 2 差别定价的目的 对于厂商来说，实行差别定价的主要目的是侵占消费者剩余并将它转化为利 润。所谓消费者剩余( c o n s u m e rs u r p l u s ) ，是指消费者购买某种商品或服务的保留 价格与实际支付的价格之间的差额。在现实生活中，不同消费者的收入水平及消费 偏好不同，对相同商品或服务的效用评价也不相同。因此，不同消费者对相同商品 或服务所愿支付的最高价格也大不相同。如果经营者对同种商品都制定统一的价 格，那么，具有较高保留价格的消费者就会获得较多的消费者剩余，而具有较低保 留价格的消费者，则由于经营者定价高于其保留价格而不进行购买。可见，既要获 得保留价格较高顾客的消费者剩余，同时又能获得保留价格较低顾客的消费者剩 余，就必须对前者制定一个较高的价格，而对后者制定一个较低的价格。这也体现 了差别定价的基本原理，即对不同的顾客制定不同的价格，以此来侵占消费者剩余 并把它转化为厂商的利润。 3 _ 2 1 3 差别定价的类型 常见的差别定价策略有三种类型【2 9 1 ： ( 1 ) 一级差别定价( f i r s t d e g r e ed i f f e r e n t i a lp r i c i n g ) ，即厂商向每个顾客索要 其保留价格，从而侵占消费者的所有剩余。它又称为完全差别定价，是一种理想状 态，要求厂商非常清楚地了解市场需求曲线，了解每一个消费者的最高买价。即便 了解每一个消费者的最高买价，也难以防范消费者的逆向选择。因此，一级差别定 价给垄断者造成了很多的信息负担，在传统实物市场上很难实现。在现实生活中， 由于厂商不可能了解每一个消费者的最大支付意愿，同时消费者也不会如实回答他 们的支付意愿，因而完全的差别定价是不可能的。 ( 2 ) 二级差别定价( s e c o n d d e g r e ed i f f e r e n t i a lp r i c i n g ) ，也叫数量折扣定价策 略，就是通过对相同货物或服务的不同消费量制定不同的价格。买者根据其购买量 被划分成h 个组，并且每组只有一个价格。垄断者选择一个有效的价格计划，提供 激励，使得消费者根据自己意愿支付的价格自动归类。这样的计划包括数量折扣、 最小购买要求或“保证金”收费与配售等。这种形式只能在没有套利机会时或者进 行套利成本很高时才是可行的。最广泛的一种定价表的形式是线性两部分价目表， 1 6 华北电力大学硕士学位论文 根据这个价目表，消费者必须为消费某种商品的权利支付一笔固定的费用并且为消 费的每单位产品支付统一的价格。二级差别定价较多地应用于社会公用事业中。与 传统实物市场比较起来，电力公司在销售电力时可以更容易地实现二级差别定价。 ( 3 ) 三级差别定价( t h i r d d e g r e ed i f f e r e n t i a lp r i c i n g ) ，是将消费者分为具有 不同需求曲线的两组或更多组，向不同组的消费者索取不同的价格。它是最常见的 差别定价，也可称作买者差别定价，是厂商根据消费者的各种特征( 如年龄、职业、 收入等) 把他们分为不同的类别，根据不同的类别索要不同的价格。简单地说，即 对需求价格弹性大的消费者索取低价，而对需求价格弹性小的消费者索取高价。如 航空公司对商务出差者收取高价，对旅游度假者收取低价，就是典型例证。 3 2 2 引入差别定价的理论基础 电能质量服务引入差别定价，能够改变现有的不考虑质量的单一定价体制，而 且不是简单地按照治理成本进行定价，而是将不同用户的电能质量要求和出现电能 质量事故后的经济损失考虑进去。 3 2 2 1 差别定价的适用条件 实施差别定价必须满足如下条件【”，3 0 ： ( 1 ) 首先，企业具有很强的市场力量，对生产的产品有一定的控制力，这样 它就不会接受市场统一定价，而存在觅价行为，自行决定价格。 ( 2 ) 其次，市场必须能够细分，而且这些细分出的子市场要显示不同的需求 程度，即厂商能够准确识别消费者的不同支付意愿，能按支付意愿进行分割。不同 子市场的需求价格弹性差异较大，细分市场，就是为了利用这一差异，采用不同的 价格：对价格弹性大的需求，采取较低价格；而对价格弹性小的需求，则采取较高 价格，以取得更大的利润。比如工业用户一般不会因电价的变化而相应增减用电量， 而居民用电量的多少则与电价的关系密