陳 理，吳 穎，糜曉波

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314000）

基于電費(fèi)懲罰的諧波治理初步探討

陳 理，吳 穎，糜曉波

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314000）

針對(duì)目前日趨惡化的電能質(zhì)量，分析了排污許可權(quán)、諧波電價(jià)等基于電力市場(chǎng)機(jī)制下的電能質(zhì)量管理模式。結(jié)合我國(guó)電力體制的現(xiàn)狀，借鑒了功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，提出了基于電費(fèi)懲罰的諧波管理新思路。從諧波標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，分析了諧波超標(biāo)的判斷依據(jù)和諧波懲罰電費(fèi)的計(jì)算方法，說(shuō)明了建立網(wǎng)絡(luò)化諧波監(jiān)控系統(tǒng)和安裝諧波電能計(jì)量表是諧波電費(fèi)計(jì)收的重要技術(shù)手段，最后提出了對(duì)諧波源用戶(hù)實(shí)行電費(fèi)懲罰的現(xiàn)實(shí)意義。

電力市場(chǎng)；電費(fèi)懲罰；電能質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)化諧波監(jiān)控；諧波電能計(jì)量

近年來(lái)，一些具有大容量、非線性、沖擊性負(fù)荷設(shè)備，如：電力機(jī)車(chē)、電弧爐等并入電網(wǎng)系統(tǒng)，給“純凈”的電網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的污染，諧波污染等電能質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)的矛盾也日益突出。電能質(zhì)量相對(duì)于電力客戶(hù)來(lái)說(shuō)，實(shí)際上是電網(wǎng)提供的電磁環(huán)境。和自然環(huán)境資源一樣，電磁環(huán)境資源具有明顯的公共財(cái)產(chǎn)和公共權(quán)益特性，電能質(zhì)量惡化就像是日常生活中的環(huán)境污染一樣，不僅影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且其質(zhì)量的好壞直接影響著用戶(hù)側(cè)設(shè)備能否正常工作。電磁污染使電網(wǎng)中其他個(gè)體蒙受經(jīng)濟(jì)損失。

目前限制和改善諧波污染的措施仍停留在政策層面，雖然已制定有關(guān)技術(shù)措施，比如：諧波污染源接入電網(wǎng)前，其治理裝置應(yīng)遵從“同步設(shè)計(jì)、同步建設(shè)、同步投運(yùn)”原則、劣質(zhì)電能質(zhì)量的治理遵從“誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”的原則等，但仍缺少相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制使產(chǎn)生“污染物”的用戶(hù)在決策時(shí)考慮對(duì)電能質(zhì)量惡化造成的影響。用戶(hù)在治理污染源時(shí)考慮投入成本等因素，治理效果基本上能夠達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但電網(wǎng)整體污染水平不斷上升，電網(wǎng)中諧波電流的絕對(duì)值不斷增大，對(duì)于電能質(zhì)量要求較高的用戶(hù)，如：半導(dǎo)體、電子、高精密制造等企業(yè)，日趨惡化的電能質(zhì)量已不能滿(mǎn)足這些用戶(hù)的要求，落實(shí)更為嚴(yán)厲的措施對(duì)“污染源”用戶(hù)產(chǎn)生的電磁污染進(jìn)行管制勢(shì)在必行。

1 基于電力市場(chǎng)機(jī)制的電能質(zhì)量管理

近年來(lái)，西方電力市場(chǎng)發(fā)達(dá)國(guó)家借鑒環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，探索合理調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)與電磁環(huán)境管理之間的關(guān)系，嘗試構(gòu)建電能質(zhì)量市場(chǎng)體系，以市場(chǎng)手段達(dá)到社會(huì)綜合效益的最大化。

文獻(xiàn)［1］、文獻(xiàn)［2］闡述建立電能質(zhì)量市場(chǎng)的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，將電磁環(huán)境看作一種有價(jià)環(huán)境資源，以電能質(zhì)量來(lái)衡量電磁環(huán)境好壞的標(biāo)準(zhǔn)，引入電磁污染排放權(quán)的概念，將電磁環(huán)境的污染權(quán)推向市場(chǎng)，充分實(shí)現(xiàn)具有利益刺激功能、資源優(yōu)化配置功能、市場(chǎng)導(dǎo)向功能、價(jià)值評(píng)估功能和獎(jiǎng)優(yōu)罰劣功能的機(jī)制，使電能質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的社會(huì)綜合損失最小。

文獻(xiàn)［3］探索如何建立電磁污染排放交易市場(chǎng)，基于公共連接點(diǎn)（PCC處）電能質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的生產(chǎn)損失和治理費(fèi)用最低為原則，實(shí)行電磁污染最優(yōu)總量管制，提出建立電磁排污許可證制度，通過(guò)排污許可容量申請(qǐng)、電磁排污費(fèi)的定價(jià)、電磁排污權(quán)的拍賣(mài)等市場(chǎng)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁排污容量的最優(yōu)分配。

文獻(xiàn)［4］分析了諧波對(duì)電力成本的影響以及對(duì)電能表計(jì)量影響，從諧波污染影響供電企業(yè)的成本和收入出發(fā)，依據(jù)懲罰性電價(jià)和成本核算定價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提出諧波電價(jià)的計(jì)算模型，并以∑UN·IN作為諧波收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)限值，當(dāng)諧波指標(biāo)超標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在成本核算電價(jià)中加收懲罰性電價(jià)，激勵(lì)電力用戶(hù)進(jìn)行諧波整治。

文獻(xiàn)［5］、文獻(xiàn)［6］從邊際價(jià)格出發(fā)，以?xún)r(jià)格信息向電力市場(chǎng)的參考者提供明確的行動(dòng)信號(hào)，提出基于諧波電流注入的邊際電價(jià)市場(chǎng)機(jī)制可以達(dá)到效益最優(yōu)的目的。文中引入諧波定價(jià)的目標(biāo)函數(shù)，將系統(tǒng)受到諧波的總損害及用戶(hù)為減少諧波注入付出的代價(jià)總和設(shè)定為目標(biāo)函數(shù)，在滿(mǎn)足諧波潮流、節(jié)點(diǎn)電壓、諧波畸變和支路過(guò)載等約束條件下，分析目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最小來(lái)確定諧波邊際電價(jià)，并以算例反映諧波電價(jià)體現(xiàn)諧波注入的真實(shí)價(jià)值，從經(jīng)濟(jì)利益上刺激諧波污染源進(jìn)行整治。

2 基于電費(fèi)懲罰的諧波治理機(jī)制

2.1 提出背景

在電力市場(chǎng)健全、電價(jià)高度開(kāi)放的電力市場(chǎng)體制下，推行諧波電價(jià)等市場(chǎng)機(jī)制，能夠有效降低電網(wǎng)諧波水平和抑制諧波注入。雖然我國(guó)電力體制改革持續(xù)推進(jìn)，但是相比于西方國(guó)家高度發(fā)達(dá)的電力市場(chǎng)體系還沒(méi)有建立，電價(jià)由市場(chǎng)定價(jià)的機(jī)制還沒(méi)有形成，目前很難借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家利用市場(chǎng)手段來(lái)解決日益尖銳的諧波污染問(wèn)題。

目前接入電網(wǎng)的非線性、沖擊性用戶(hù)越來(lái)越多，除了造成諧波污染外，還產(chǎn)生三相不平衡、電壓波動(dòng)和閃變等一系列電能質(zhì)量問(wèn)題。諧波有其特殊性，它完全可以借助專(zhuān)用的計(jì)量裝置準(zhǔn)確計(jì)量諧波電量，通過(guò)對(duì)諧波電量的分析可以對(duì)諧波污染程度進(jìn)行量化，而三相不平衡、電壓波動(dòng)和閃變等其它電能質(zhì)量問(wèn)題造成的污染，目前很難采用技術(shù)手段進(jìn)行量化，下文僅考慮對(duì)諧波污染出臺(tái)懲罰電費(fèi)的措施進(jìn)行討論。

自20世紀(jì)50年代開(kāi)始，為提高電力系統(tǒng)的發(fā)、供用設(shè)備的利用率，最大限度地發(fā)揮發(fā)、供設(shè)備的生產(chǎn)能力，減少在供電線路上的損失電量和提高電壓的質(zhì)量，提高用戶(hù)用電設(shè)備的工作效率和節(jié)約電能，國(guó)家出臺(tái)了功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法，在經(jīng)濟(jì)杠桿和政策法規(guī)的推動(dòng)下，用戶(hù)自覺(jué)就地合理配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)自身節(jié)約電能、電網(wǎng)降低損耗、發(fā)供用設(shè)備利用率提高，達(dá)到了實(shí)施功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)策略的目的。

基于諧波污染能夠量化的特性，用戶(hù)諧波治理與無(wú)功就地補(bǔ)償相類(lèi)似，借鑒功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)諧波源用戶(hù)實(shí)施諧波懲罰，將現(xiàn)行電力體系框架和電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)杠桿相結(jié)合，從安全、經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，激發(fā)用戶(hù)治理諧波污染的積極性。

2.2 諧波源超標(biāo)的判別

對(duì)諧波源用戶(hù)征收諧波懲罰電費(fèi)，前提必須要確保公共電網(wǎng)的安全運(yùn)行，如果當(dāng)諧波電流超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，必須責(zé)令諧波源用戶(hù)停產(chǎn)治理，如果諧波電流在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制范圍內(nèi)，根據(jù)諧波污染程度向用戶(hù)加收懲罰電費(fèi)。

根據(jù)電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》（GB/T 14549—1993）規(guī)定，公共連接點(diǎn)（PCC）全部用戶(hù)向該點(diǎn)注入的諧波電流分量（方均根值）不應(yīng)超過(guò)表1中規(guī)定的允許值。

有多個(gè)諧波源用戶(hù)共同接入公共連接點(diǎn)（PCC處），則該P(yáng)CC處第h次的諧波電流按式（1）計(jì)算式中：Ih為公共連接點(diǎn)處第h次諧波電流值；Ih1為第一個(gè)用戶(hù)第h次諧波電流值；Ih2為第二個(gè)用戶(hù)第h次諧波電流值；Ih3為第三個(gè)用戶(hù)第h次諧波電流值。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在公共連接點(diǎn)（PCC處），第i個(gè)用戶(hù)第h次諧波電流注入允許值按式（2）計(jì)算

式中：Ihi為公共連接點(diǎn)處第i個(gè)用戶(hù)第h次諧波電流允許值；Si為第i個(gè)用戶(hù)的用電協(xié)議容量；St為公共連接點(diǎn)的供電設(shè)備容量；α為相位迭加系數(shù)，3次諧波α取1.1，5次取1.2，7次取1.4，11次取1.8，13次取1.9，9次及13次以上取2，偶次取2。

表1 注入公共連接點(diǎn)（PCC）的諧波電流允許值

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中衡量諧波電流超標(biāo)的規(guī)定，諧波測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)取測(cè)量時(shí)段內(nèi)各相實(shí)測(cè)量值的95%概率值中最大的一相值，作為判斷諧波電流是否超過(guò)允許值的依據(jù)。為了實(shí)用方便，95%概率值可按下列方法獲取：在一個(gè)計(jì)費(fèi)周期內(nèi)將諧波監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)所記錄的三相諧波實(shí)測(cè)值按從大到小次序排列，舍棄前面5%的大值，取剩余實(shí)測(cè)值中的最大值。

從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，2～19次諧波對(duì)電網(wǎng)影響較大，因此在判斷諧波源用戶(hù)諧波是否超標(biāo)時(shí)，可視在一個(gè)電費(fèi)計(jì)算周期內(nèi)，該用戶(hù)2～19次諧波電流的各相95%概率值的最大值是否超過(guò)國(guó)標(biāo)中規(guī)定的允許注入值。

2.3 諧波懲罰電費(fèi)的計(jì)算

根據(jù)浙江省現(xiàn)行電價(jià)執(zhí)行機(jī)制，供電企業(yè)按月向電力用戶(hù)收取當(dāng)月電費(fèi)。諧波監(jiān)測(cè)和計(jì)量應(yīng)該以月為單位，諧波懲罰電費(fèi)的計(jì)收應(yīng)該以月度電量為依據(jù)。

諧波源用戶(hù)從電網(wǎng)吸收“純凈”電能，排放“污染物”，在消耗基波電能的同時(shí)釋放出諧波電能，從諧波特性和電磁排污角度來(lái)看，諧波電量可以作為用戶(hù)注入電網(wǎng)的排污量的衡量標(biāo)準(zhǔn)，諧波電量與基波電量的比值作為諧波污染程度的參考依據(jù)。

諧波電量按式（3）計(jì)算

基波電量按式（4）計(jì)算

諧波污染程度按式（5）計(jì)算

從目前浙江的電價(jià)政策來(lái)說(shuō)，大工業(yè)用戶(hù)需要支付電度電費(fèi)、基本電費(fèi)、功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)，附加電費(fèi)。如果對(duì)諧波污染加收諧波懲罰電費(fèi)后，諧波源用戶(hù)每月還需要支付一部分諧波懲罰電費(fèi)。

諧波源用戶(hù)電費(fèi)按式（6）計(jì)算

式中：MW基波

為月度基波電費(fèi)；MB為月度基本電費(fèi)；l為月度功率因數(shù)電費(fèi)調(diào)整系數(shù)；k為月度諧波懲罰電費(fèi)系數(shù)，即諧波占比系數(shù)；MF為月度附加電費(fèi)。

根據(jù)式（5）、式（6），如果諧波源用戶(hù)不采取降低諧波電流注入值的措施，盡管諧波電流不超標(biāo)，但每月的諧波電量相對(duì)較大，造成諧波電費(fèi)占比系數(shù)大，諧波懲罰電費(fèi)的支出相應(yīng)增加，用戶(hù)有可能在經(jīng)濟(jì)利益趨使下，采取諧波治理措施以求減少每月的諧波懲罰電費(fèi)支出。

2.4 諧波源用戶(hù)的監(jiān)控和計(jì)量

2.4.1 諧波源用戶(hù)的監(jiān)控

要實(shí)時(shí)掌控諧波源用戶(hù)注入電網(wǎng)的諧波電流，必須建立功能強(qiáng)大的諧波監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，為諧波懲罰電費(fèi)的實(shí)施提供考核依據(jù)。文獻(xiàn)［7］、文獻(xiàn)［8］提出組建電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、RS485通信和電話撥號(hào)功能的廠站終端作為數(shù)據(jù)源，以SCADA系統(tǒng)、電能量采集、負(fù)荷控制等現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)傳送通道作為通信載體，利用具備強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、瀏覽、共享功能的系統(tǒng)主站為監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄用戶(hù)注入電網(wǎng)的諧波數(shù)據(jù)，確保在計(jì)費(fèi)周期內(nèi)獲取諧波數(shù)據(jù)信息，同時(shí)利用主站強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，為判斷諧波源用戶(hù)諧波電流是否超標(biāo)提供了技術(shù)支撐，同時(shí)在解決因諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題引起的電力糾紛中提供了可靠的證據(jù)。

2.4.2 諧波源用戶(hù)的電能計(jì)量

電能計(jì)量應(yīng)遵循“公平、公開(kāi)、公正”的原則，但在諧波工況下，目前現(xiàn)有的感應(yīng)式電能表和電子式電能表所計(jì)量的電能為基波電能與諧波電能的代數(shù)和，造成普通用戶(hù)多計(jì)量諧波電量，諧波源用戶(hù)在產(chǎn)生諧波危害電網(wǎng)及其它用戶(hù)的同時(shí)還少計(jì)電量。文獻(xiàn)［9］提出了三相多功能諧波電能表的設(shè)計(jì)方案，基于Hanning窗雙峰插值FFT的諧波電能計(jì)量方法能夠精確地計(jì)量基波電能、諧波電能，識(shí)別諧波功率的流向，同時(shí)具備電能表通信功能，并且實(shí)驗(yàn)表明計(jì)量誤差達(dá)到了A類(lèi)諧波計(jì)測(cè)量?jī)x器要求，文獻(xiàn)［10］中具有諧波計(jì)量功能的多功能三相電能表掛網(wǎng)試驗(yàn)達(dá)到了諧波源用戶(hù)的正確計(jì)量的要求。諧波電能表的投入使用，確保在計(jì)費(fèi)周期準(zhǔn)確計(jì)量基波電量和諧波電量，使得向諧波源用戶(hù)征收諧波懲罰電費(fèi)成為可能。

3 結(jié)論

在現(xiàn)有電力體制模式下，雖然在法律法規(guī)上、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上都對(duì)抑制電網(wǎng)的諧波水平和用戶(hù)諧波污染提出要求和標(biāo)準(zhǔn)，但是隨著諧波源用戶(hù)的不斷增多，敏感用戶(hù)大量使用高新技術(shù)設(shè)備，對(duì)電網(wǎng)“純凈”程度有了更高的要求，為降低電網(wǎng)的諧波水平，有必要對(duì)諧波源用戶(hù)征收諧波懲罰電費(fèi)，從經(jīng)濟(jì)利益上刺激用戶(hù)自覺(jué)、主動(dòng)地進(jìn)行諧波整治，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)“純潔“的目標(biāo)。諧波懲罰電費(fèi)的實(shí)施，需要電力管理部門(mén)和電價(jià)決策部門(mén)本著確保電網(wǎng)純凈、用戶(hù)安全用電的目的，出臺(tái)相關(guān)的政策和管理措施，并納入到現(xiàn)行電價(jià)體系當(dāng)中。

：

［1］GB/T 14549—1993，電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波［S］.

［2］Driesen J，Green T，Van Craenenbroeck T，et al.The de?velopment of power quality markets［C］.New York：Pro?ceedings of IEEE PES 2002 Winter Meeting，2002：262-267.

［3］徐永海，肖湘寧.電力市場(chǎng)環(huán)境下的電能質(zhì)量問(wèn)題［J］，電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（22）：48-52.

［4］金廣厚，李庚銀，周明.電能質(zhì)量市場(chǎng)中電磁污染排放權(quán)分配的研究［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2005，20（7）：63-69，75.

［5］王勇軍，岳超源.諧波對(duì)電力成本的影響及諧波電價(jià)研究［J］.東北電力技術(shù)，2001（8）：1-6.

［6］占勇，丁屹峰，程浩忠，等.電力系統(tǒng)諧波邊際電價(jià)研究

［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（14）：14-17.

［7］Philip J，Talacek，Neville R，et al.Marginal pricing of harmonic injections：an analysis of the resulting payments［J］.IEEE Trans on Power Systems，2002，17（3）：640-645.

［8］孫毅，唐良瑞，龔鋼軍.電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］.繼電器，2004，32（17）：60-63.

［9］陳理，袁力.網(wǎng)絡(luò)化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.農(nóng)村電氣化，2007（8）：34-35.

［10］高云鵬，滕召勝.三相多功能諧波電能表設(shè)計(jì)［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，35（9）：53-57.

［11］盧世為，蔣紫松，陳莉，等.具有諧波計(jì)量功能的多功能三相電能表掛網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果與分析［J］.電測(cè)與儀表，2007，44（6）：20-23.

Preliminary study of the harmonic controlling based on penalty tariff

CHEN Li，WU Ying，MI Xiao?bo
（Jiaxing Electric Power Bureau，Jiaxing 314000，China）

Viewing the deterioration of power quality，such as the harmonic pollution，the paper analyzed power quality man?agement models such as the emission rights and the harmonic elec?trovalence.Combining with the status of national electric power sys?tem，the paper drew on experience in implementing of power factor adjustment tariff，put forward a new idea of harmonic pollution management based on penalty tariff.At the same time，viewing from the harmonic standards，it put forward the judging basis of the harmonic current exceeded and the calculating method of penal?ty tariffs.Establishing a network monitoring system and adopting harmonic power meter is the important technical means.The paper concluded the practical significance of implementing the penalty tariff.

electricity market；penalty tariff；power quality；harmonic monitoring network；harmonic energy measurement

F407.61

B

1009-1831（2010）04-0052-04

2009-12-23；修回日期：2010-05-28