电能质量经济评估

1、电能质量经济评估楼书氢1，傅 裕 2，许化强1，鄢学锋1，李青锋1（1. 江西吉安供电公司 江西省 吉安市 3430092.江西省电力设计院 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：随着工业的发展与科技的进步，

4、电能质量问题逐步受到电力用户的重视，因电能质量问题引起的经济损失巨大，目前对电能质量还集中在监测和治理上，同时对电能质量的经济评估也在逐步开展，本文从工程项目的角度，分四个步骤就目前对电力系统电能质量的经济评估进行了分析和介绍，并集中对电压暂降及短时间中断问题详尽分析、总结，系统的提出了电能质量经济评估的全部内容，为今后电能质量市场的建立提供了一定的经济依据。关键词：电能质量；电压暂降；短时间中断；经济评估0引言随着电力电子设备等非线性负荷的增加，电网电能质量日趋恶化，而现代企业由于生产工艺和产品质量的要求，对电能质量的要求也日益提高，每年因为电能质量相关问题造成的经济损失非常巨大，因而越来越

5、受到人们的关注。目前，电能质量的研究还大都集中在电能质量的监测和治理上1，对电能质量的经济评估，特别是对电能质量问题造成的经济损失，以及采用各种技术措施改善电能质量而产生的效益的评估也在逐步开展23。本文从工程项目的角度，对电能质量的经济评估进行介绍，并对电压暂降与短时间中断问题详尽分析、总结，系统的提出了电能质量经济评估的全部内容，为今后电能质量市场的建立提供一定的经济依据。1对电能质量状况进行评估对电能质量进行经济评估，首先是要确定电力系统的电能质量状况，只有当电能质量状况分类统计并被正确评估后，才确定是否需要对电能质量进行改善，以使经济评估的下一步工作得以进行。电压暂降与短时间中断是重要

6、的电能质量问题之一，主要存在于配电系统中，随着敏感设备的日益广泛使用，它给用户造成的损失也不断增加，对电能质量问题，尤其是电压暂降的准确评估，在开放的电力市场环境下，对供电公司及电力用户都非常必要3。电压暂降与短时间中断并不是一个新问题，只是以往绝大多数用电设备对电压的短时突然变化不敏感，对电能质量敏感的用电设备的大量使用，才电能质量提出了更高的要求14。对电压暂降的评估方法主要有随机预测法5和实测法两种。实测法是对公共连接点进行电能质量的长期监测，依据事件统计数据估计电压暂降期望次数，方法简单直接。由于电压暂降是随机非经常发生事件，一般情况下，用实测方法对电压暂降评估至少需要获取一年时间的实

7、测值进行评估分析。经过统计分析后，能够得到整个系统的电压暂降发生概率和频率35。实测法的评估过程如图1所示。图1实测法的评估过程当获得整个系统的电压暂降问题的具体情况后，还需要通过相关标准判断，并进行统计分类。表征电压暂降的特征量主要有暂降幅值和暂降持续时间，IEEE1159标准关于电压暂降的分类如下表1所示。此外，结合实际情况，将持续时间超过1min的电压暂降定义为持续电压暂降。表1电压暂降的分类类别持续时间/s电压幅值瞬间0.00833-0.50.1-0.9p.u暂时0.5-30.1-0.9p.u短时3-600.1-0.9p.u对于电压暂降的监测统计，可以采用系统电压平均有效值变化率指标S

8、ARFIX(System Average RMS variation Frequency Index)，通过对被评估系统的所有用户在某一时间段内的持续监测，统计各节点感受到的电压暂降的次数，从而得出电压有效值低于阈值x的频度。针对持续时间的不同，对瞬间、暂时、短时电压暂降分别有SIARFIX，SMARFIX，STARFIX指标。 （1）其中，x为电压有效值阈值，取为90%、80%、70%、50%、10%的暂降幅值；Ni为第次监测过程中，暂降幅值低于阈值的用户数；NT为评估系统的总用户数。用户负荷因其类型、控制方式以及现场应用情况等，不同的设备对相同电压暂降的敏感度不同，SARFIX还可以和工业

9、设备特别是信息工业设备的兼容水平，即设备的敏感度曲线相结合的角度来进行电压暂降的评估36。用k表示电压暂降类别，即k=1为瞬间，k=2暂时，k=3短时，k=4持续，母线上的用户在一段时期内发生了nk次k类电压暂降，则第i次（i=1，2，nk）电压暂降造成用户的能量损失7为 （2）式中，分别表示第i次电压暂降的持续时间和暂降幅值。那么k类电压暂降在这段时间内造成的能量损失为 （3）而电力公司送出的电能为Es，这条母线上用户实际消费的总电能为E=Es-( E1 + E2 + E3 + E4)（4）综上所述，虽然SARFIX只反映电压暂降的次数，但能量损失能反映电压暂降的幅值和持续时间，这两个指标一

10、起反映了电压暂降的三个重要特征量，能够较充分反映电压暂降的严重程度。2与电能质量问题相关的费用估计电能质量问题相关的费用不仅与问题本身有关，还受其它因素的影响，一般这些费用会因为行业和负荷性质的不同而有所不同，同时还会受到市场因素的影响。电压暂降引起的相关费用的评估可以从以下几个方面来进行25：与产品相关的损失，如产品及原材料的损失、生产量的损失、事故处理的费用、增加存货的需求等；与生产相关的损失，如工厂停产、工人加班或设备维修等；附加损失，如设备损坏、失去产品交易的机会成本等。从工程技术角度来看，对电能质量问题的经济评估可以短时间中断的损失为基准，将其它电能质量问题的损失向这个基准折算，得到

11、一个经济分析比重系数以对其进行评估23。如果暂降幅值为40%的电压暂降造成的损失是短时间中断损失的80%，则该电压暂降的经济分析比重系数为0.8；同样的，如果暂降幅值为75%的电压暂降造成的损失是短时间中断损失的10%，则该电压暂降的经济分析比重系数为0.1。表2列出了不同电压暂降幅值的经济分析比重系数。表2 经济分析比重系数示例事故类别经济分析比重系数事故次数/年等同经济损失的中断次数/年短时间中断1.055电压暂降幅值低于50%0.832.4电压暂降幅值50%-70%0.4156电压暂降幅值70%-90%0.1353.5合计16.9由表2可知，某用户一年中因电压暂降引起的总损失等效为短时间

12、中断次数为16.9次，即该用户一年中因电压暂降引起的经济损失可等效为短时间中断产生的经济损失额的16.9倍。文献8中中断成本的定义是，因电力供应中断或者电能质量问题使用户经受不同持续时间电压暂降所产生的平均经济损失910。除将用户分为住宅用户、商业用户、小型工业用户、大型工业用户四类不同类型，以及考虑各类用户的设备组成，还结合电压暂降的类型以及各类负荷的电压敏感曲线，较为详细的分析了电压暂降对各类用电负荷的影响。图2为按照用户设备组成以及负荷电压敏感曲线相结合形成的电压暂降分析图11。图2电压暂降分析图（E：电子设备；M：电机；I：逆变设备）各类用户的典型设备通常为电子设备、逆变设备、电机以及

13、电抗，这四类设备的敏感曲线如图中所示，对于不敏感的设备电抗来说，纵坐标为-90的水平线表示如果电压暂降幅值大于或等于90%的额定电压，电抗设备就会停运，因而该水平线即为电抗设备的敏感曲线。设备敏感曲线与电压暂降类型一起构成了13个小区域，并统称为设备敏感区，每次电压暂降事件都可以对应它们其中的一个。用户包含的设备类型不同，对电压暂降的敏感程度也不一样，发生某种程度的电压暂降，用户中只有相应的设备能感受到。例如，其中区域1是由表示瞬时事件的持续时间范围的0.00833s和0.5s的两条垂直线、电子设备敏感曲线、逆变设备敏感曲线、电机敏感曲线和电抗敏感曲线共六段线段围成，这个区域说明如果电压暂降的

14、幅值在其中，由于它没有超过逆变设备和电机的可承受电压下限，那么用户中的电子设备会因为瞬间电压暂降而发生故障或者停运。电压暂降幅值在1，2，3，4区域，均低于电子设备可承受电压下限，用户中的电子设备会发生故障或者停运，然而敏感曲线反映出在以上区域的电压暂降幅值没有达到逆变设备、电机和电抗可承受电压的下限，因而这三类设备不会受到影响。当电压暂降幅值超过90%即发生电压中断，电子设备、逆变设备、电机和电抗设备都会停运，用户所有的用电设备基本上都会受到影响。通常一个配电网络包括住宅用户、商业用户、小型工业用户、大型工业用户这四类不同类型的用户，用电设备的类型和组成比例都有所不同，整个用户对电压暂降的敏

15、感程度也不同。如果能够通过调查分析，得到某负荷节点各类用户因为电压暂降引起的平均经济损失，它们与上式（4）中的各自能量损失的乘积，即有住宅用户、商业用户、小型工业用户、大型工业用户的经济损失分别为AjR，AjC，AjSI，AjLI，则当发生电压暂降时，该负荷节点的经济损失Aj为，Aj=AjR+AjC+ AjSI + AjLI（5）电压暂降造成的用户经济损失为配电系统中所有用户的经济损失的和，那么具有m个负荷节点的配电系统的总损失为 （6）文献12中给出了一个5节点算例，表3为电压暂降引起的用户平均经济损失及相应的能量损失，可以得到其中某节点负荷的住宅用户、商业用户、小型工业用户、大型工业用户的

16、经济损失分别为76.538，218.153，292.802，665.405，总的经济损失则为1252.898。表3 电压暂降引起的用户平均经济损失及相应能量损失用户类型住宅用户商业用户小型工业用户大型工业用户平均经济损失（/ kWh）5.3912.6110.4218.85能量损失（kWh）14.217.328.135.3然而平均经济损失是一调查统计平均值，这种计算方法比较粗糙，但也提供了一个经济指标来衡量用户总体受由电压暂降问题影响的情况。3对电能质量改善方案的费用及效果的评估如果评估的结果表明电能质量未达到相关要求，或者影响较大，那就需要对其进行改善了。为减少因电压暂降造成的损失，采用相应技

17、术措施是解决用户设备电压暂降敏感问题的根本方法。一般改善方案的费用会随着负荷对电能质量水平要求的提高而提高，因而有必要对各种方案的投资和维护费用以及改善效果进行评估。如果能够将敏感负荷从负荷中隔离出来，采取措施就近解决可以节约成本35。目前主要的改进技术装置包括铁磁谐振变压器（CVTs），串联动态电压恢复器（DVR），不间断供电电源（UPS），静态转换开关（SSTS），快速转换开关（FTS）等。从用户角度看，还需要对各种技术措施进行可行性经济评价，确定各种措施的成本及有效性，分别如表4、表5所示，最终权衡无技术措施的经济损失和有技术措施的效果及成本，从而决定是否采取技术措施或具体采用哪种方法最

18、经济5。表4示例缓解电压暂降措施的成本方法CVTsUPSDVRSSTSFTS成本A1,000500250B500200C500250600，000150，000运行维护费用A10255B155C15555表中，A为控制装置的保护（<5kVA），B为机器或机床保护（10-300 kVA），C为厂房级保护（2-10MVA）；CVTs，UPS，DVR成本单位为/kVA；SSTS及FTS容量为10MVA；运行维护费用为占原始成本的百分比/每年。表5示例保护方法的有效性可选方法短时间中断暂降幅值低于50%暂降幅值在50%-70%暂降幅值70%-90%CVTs02070100DVR02090100U

19、PS100100100100SSTS100807050FTS80706040表中为各方法的有效性示例，数字表示的是在发生电压暂降或短时间中断情况下，不会对用户负荷造成影响的百分比。4 改善方案的成本效益分析及确定技术措施的选定除确定该措施的技术成本，甚至包括该方案不能完全消除电压暂降与短时间中断而与之相关的损失和方案中各种保护设备的固定资产折旧，最终选择成本（电压暂降及短时间中断损失+技术措施成本）最小的技术措施。理解和计算一个技术方案的总投入以及所获得的总收益一般可以从该技术方案的寿命周期的角度来考虑。通常情况下，一个技术措施的优劣既取决于其技术效率，又取决于其经济效率，只有在技术上和经济上

20、都合理的技术措施才有可能被采纳。而成本效益分析就是能够在技术效率和经济效率之间提供最佳的配合，从而选出最合适的方案，同时为合理的电能质量投资，促进今后电能质量市场的健康发展，为电能质量问题高效合理的解决提供新的思路13。5 结语本文从工程角度将电力系统电能质量经济评估分为四个部分，分别是对电能质量状况进行评估；与电能质量问题相关的费用的估计；对电能质量改善方案的费用和效果的评估以及电能质量改善方案的成本效益分析及确定，并集中对电压暂降及短时间中断问题详尽分析、总结，系统的提出了电能质量经济评估的全部内容，为今后电能质量市场的建立提供了一定的经济依据。参考文献：1 肖湘宁. 电能质量分析与控制，

21、中国电力出版社，2004，中国 北京2 Mark McGranaghan, Bill Roettger. Economic evaluation of power qualityJ. IEEE Power Engineering Review, February, 20023 杨振宇，赵剑锋，唐国庆. 成本效益分析在电能质量经济评估中的应用J . 现代电力，2005，22（3）：80-844 陶顺，肖湘宁. 短路故障引起的电压暂降与短时间中断问题的研究（一）事件特征和设备敏感度C . 第二届全国电能质量研讨会论文集，2004，08，云南 昆明5 陶顺，肖湘宁. 短路故障引起的电压暂降与短时间中断问题的研究（二）技术评估与经济评价C . 第二届全国电能质量研讨会论文集，2004，08，云南 昆明6 张志刚，殷科生. 基于负荷敏感性及能量损失的电压凹陷的评价J .西北电力技术，2005，（4）：1-27 Math H J, Bollen D, Sabin D et al. Voltage-sag indicesr