基于電費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）

基于電費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）

針對目前日趨惡化的電能質量，分析了排污許可權、諧波電價等基于電力市場機制下的電能質量管理模式。結合我國電力體制的現狀，借鑒了功率因數調整電費實施經驗，提出了基于電費懲罰的諧波管理新思路。從諧波標準出發，分析了諧波超標的判斷依據和諧波懲罰電費的計算方法，說明了建立網絡化諧波監控系統和安裝諧波電能計量表是諧波電費計收的重要技術手段，最后提出了對諧波源用戶實行電費懲罰的現實意義。

電力市場；電費懲罰；電能質量；網絡化諧波監控；諧波電能計量

近年來，一些具有大容量、非線性、沖擊性負荷設備，如：電力機車、電弧爐等并入電網系統，給“純凈”的電網帶來了嚴重的污染，諧波污染等電能質量問題引發的矛盾也日益突出。電能質量相對于電力客戶來說，實際上是電網提供的電磁環境。和自然環境資源一樣，電磁環境資源具有明顯的公共財產和公共權益特性，電能質量惡化就像是日常生活中的環境污染一樣，不僅影響電網的安全經濟運行，而且其質量的好壞直接影響著用戶側設備能否正常工作。電磁污染使電網中其他個體蒙受經濟損失。

目前限制和改善諧波污染的措施仍停留在政策層面，雖然已制定有關技術措施，比如：諧波污染源接入電網前，其治理裝置應遵從“同步設計、同步建設、同步投運”原則、劣質電能質量的治理遵從“誰污染，誰治理”的原則等，但仍缺少相應的激勵機制使產生“污染物”的用戶在決策時考慮對電能質量惡化造成的影響。用戶在治理污染源時考慮投入成本等因素，治理效果基本上能夠達到國家標準，但電網整體污染水平不斷上升，電網中諧波電流的絕對值不斷增大，對于電能質量要求較高的用戶，如：半導體、電子、高精密制造等企業，日趨惡化的電能質量已不能滿足這些用戶的要求，落實更為嚴厲的措施對“污染源”用戶產生的電磁污染進行管制勢在必行。

1 基于電力市場機制的電能質量管理

近年來，西方電力市場發達國家借鑒環境經濟學理論，探索合理調節經濟生產與電磁環境管理之間的關系，嘗試構建電能質量市場體系，以市場手段達到社會綜合效益的最大化。

文獻［1］、文獻［2］闡述建立電能質量市場的理論基礎和實現目標，將電磁環境看作一種有價環境資源，以電能質量來衡量電磁環境好壞的標準，引入電磁污染排放權的概念，將電磁環境的污染權推向市場，充分實現具有利益刺激功能、資源優化配置功能、市場導向功能、價值評估功能和獎優罰劣功能的機制，使電能質量問題產生的社會綜合損失最小。

文獻［3］探索如何建立電磁污染排放交易市場，基于公共連接點（PCC處）電能質量問題產生的生產損失和治理費用最低為原則，實行電磁污染最優總量管制，提出建立電磁排污許可證制度，通過排污許可容量申請、電磁排污費的定價、電磁排污權的拍賣等市場手段來實現電磁排污容量的最優分配。

文獻［4］分析了諧波對電力成本的影響以及對電能表計量影響，從諧波污染影響供電企業的成本和收入出發，依據懲罰性電價和成本核算定價標準，提出諧波電價的計算模型，并以∑UN·IN作為諧波收費標準限值，當諧波指標超標準時，在成本核算電價中加收懲罰性電價，激勵電力用戶進行諧波整治。

文獻［5］、文獻［6］從邊際價格出發，以價格信息向電力市場的參考者提供明確的行動信號，提出基于諧波電流注入的邊際電價市場機制可以達到效益最優的目的。文中引入諧波定價的目標函數，將系統受到諧波的總損害及用戶為減少諧波注入付出的代價總和設定為目標函數，在滿足諧波潮流、節點電壓、諧波畸變和支路過載等約束條件下，分析目標函數值達到最小來確定諧波邊際電價，并以算例反映諧波電價體現諧波注入的真實價值，從經濟利益上刺激諧波污染源進行整治。

2 基于電費懲罰的諧波治理機制

2.1 提出背景

在電力市場健全、電價高度開放的電力市場體制下，推行諧波電價等市場機制，能夠有效降低電網諧波水平和抑制諧波注入。雖然我國電力體制改革持續推進，但是相比于西方國家高度發達的電力市場體系還沒有建立，電價由市場定價的機制還沒有形成，目前很難借鑒發達國家利用市場手段來解決日益尖銳的諧波污染問題。

目前接入電網的非線性、沖擊性用戶越來越多，除了造成諧波污染外，還產生三相不平衡、電壓波動和閃變等一系列電能質量問題。諧波有其特殊性，它完全可以借助專用的計量裝置準確計量諧波電量，通過對諧波電量的分析可以對諧波污染程度進行量化，而三相不平衡、電壓波動和閃變等其它電能質量問題造成的污染，目前很難采用技術手段進行量化，下文僅考慮對諧波污染出臺懲罰電費的措施進行討論。

自20世紀50年代開始，為提高電力系統的發、供用設備的利用率，最大限度地發揮發、供設備的生產能力，減少在供電線路上的損失電量和提高電壓的質量，提高用戶用電設備的工作效率和節約電能，國家出臺了功率因數調整電費辦法，在經濟杠桿和政策法規的推動下，用戶自覺就地合理配置無功補償設備，實現用戶自身節約電能、電網降低損耗、發供用設備利用率提高，達到了實施功率因數調整電費策略的目的。

基于諧波污染能夠量化的特性，用戶諧波治理與無功就地補償相類似，借鑒功率因數調整電費的成功經驗，通過對諧波源用戶實施諧波懲罰，將現行電力體系框架和電力市場經濟杠桿相結合，從安全、經濟角度出發，激發用戶治理諧波污染的積極性。

2.2 諧波源超標的判別

對諧波源用戶征收諧波懲罰電費，前提必須要確保公共電網的安全運行，如果當諧波電流超過國家標準限值時，必須責令諧波源用戶停產治理，如果諧波電流在國家標準限制范圍內，根據諧波污染程度向用戶加收懲罰電費。

根據電能質量國家標準《電能質量 公用電網諧波》（GB/T 14549—1993）規定，公共連接點（PCC）全部用戶向該點注入的諧波電流分量（方均根值）不應超過表1中規定的允許值。

有多個諧波源用戶共同接入公共連接點（PCC處），則該PCC處第h次的諧波電流按式（1）計算式中：Ih為公共連接點處第h次諧波電流值；Ih1為第一個用戶第h次諧波電流值；Ih2為第二個用戶第h次諧波電流值；Ih3為第三個用戶第h次諧波電流值。

根據國家標準規定，在公共連接點（PCC處），第i個用戶第h次諧波電流注入允許值按式（2）計算

式中：Ihi為公共連接點處第i個用戶第h次諧波電流允許值；Si為第i個用戶的用電協議容量；St為公共連接點的供電設備容量；α為相位迭加系數，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（PCC）的諧波電流允許值

按照國家標準中衡量諧波電流超標的規定，諧波測量的數據應取測量時段內各相實測量值的95%概率值中最大的一相值，作為判斷諧波電流是否超過允許值的依據。為了實用方便，95%概率值可按下列方法獲取：在一個計費周期內將諧波監測網絡所記錄的三相諧波實測值按從大到小次序排列，舍棄前面5%的大值，取剩余實測值中的最大值。

從實際運行經驗來看，2～19次諧波對電網影響較大，因此在判斷諧波源用戶諧波是否超標時，可視在一個電費計算周期內，該用戶2～19次諧波電流的各相95%概率值的最大值是否超過國標中規定的允許注入值。

2.3 諧波懲罰電費的計算

根據浙江省現行電價執行機制，供電企業按月向電力用戶收取當月電費。諧波監測和計量應該以月為單位，諧波懲罰電費的計收應該以月度電量為依據。

諧波源用戶從電網吸收“純凈”電能，排放“污染物”，在消耗基波電能的同時釋放出諧波電能，從諧波特性和電磁排污角度來看，諧波電量可以作為用戶注入電網的排污量的衡量標準，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。

諧波電量按式（3）計算

基波電量按式（4）計算

諧波污染程度按式（5）計算

從目前浙江的電價政策來說，大工業用戶需要支付電度電費、基本電費、功率因數調整電費，附加電費。如果對諧波污染加收諧波懲罰電費后，諧波源用戶每月還需要支付一部分諧波懲罰電費。

諧波源用戶電費按式（6）計算

式中：MW基波

為月度基波電費；MB為月度基本電費；l為月度功率因數電費調整系數；k為月度諧波懲罰電費系數，即諧波占比系數；MF為月度附加電費。

根據式（5）、式（6），如果諧波源用戶不采取降低諧波電流注入值的措施，盡管諧波電流不超標，但每月的諧波電量相對較大，造成諧波電費占比系數大，諧波懲罰電費的支出相應增加，用戶有可能在經濟利益趨使下，采取諧波治理措施以求減少每月的諧波懲罰電費支出。

2.4 諧波源用戶的監控和計量

2.4.1 諧波源用戶的監控

要實時掌控諧波源用戶注入電網的諧波電流，必須建立功能強大的諧波監測網絡，為諧波懲罰電費的實施提供考核依據。文獻［7］、文獻［8］提出組建電能質量實時監測網絡，以數據采集和存儲、RS485通信和電話撥號功能的廠站終端作為數據源，以SCADA系統、電能量采集、負荷控制等現有電力數據傳送通道作為通信載體，利用具備強大數據分析、存儲、瀏覽、共享功能的系統主站為監控平臺，實現實時監控和記錄用戶注入電網的諧波數據，確保在計費周期內獲取諧波數據信息，同時利用主站強大的數據處理功能，為判斷諧波源用戶諧波電流是否超標提供了技術支撐，同時在解決因諧波等電能質量問題引起的電力糾紛中提供了可靠的證據。

2.4.2 諧波源用戶的電能計量

電能計量應遵循“公平、公開、公正”的原則，但在諧波工況下，目前現有的感應式電能表和電子式電能表所計量的電能為基波電能與諧波電能的代數和，造成普通用戶多計量諧波電量，諧波源用戶在產生諧波危害電網及其它用戶的同時還少計電量。文獻［9］提出了三相多功能諧波電能表的設計方案，基于Hanning窗雙峰插值FFT的諧波電能計量方法能夠精確地計量基波電能、諧波電能，識別諧波功率的流向，同時具備電能表通信功能，并且實驗表明計量誤差達到了A類諧波計測量儀器要求，文獻［10］中具有諧波計量功能的多功能三相電能表掛網試驗達到了諧波源用戶的正確計量的要求。諧波電能表的投入使用，確保在計費周期準確計量基波電量和諧波電量，使得向諧波源用戶征收諧波懲罰電費成為可能。

3 結論

在現有電力體制模式下，雖然在法律法規上、技術標準上都對抑制電網的諧波水平和用戶諧波污染提出要求和標準，但是隨著諧波源用戶的不斷增多，敏感用戶大量使用高新技術設備，對電網“純凈”程度有了更高的要求，為降低電網的諧波水平，有必要對諧波源用戶征收諧波懲罰電費，從經濟利益上刺激用戶自覺、主動地進行諧波整治，最終實現電網“純潔“的目標。諧波懲罰電費的實施，需要電力管理部門和電價決策部門本著確保電網純凈、用戶安全用電的目的，出臺相關的政策和管理措施，并納入到現行電價體系當中。

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［1］GB/T 14549—1993，電能質量 公用電網諧波［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.電力市場環境下的電能質量問題［J］，電網技術，2004，28（22）：48-52.

［4］金廣厚，李庚銀，周明.電能質量市場中電磁污染排放權分配的研究［J］.電工技術學報，2005，20（7）：63-69，75.

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

［6］占勇，丁屹峰，程浩忠，等.電力系統諧波邊際電價研究

［J］.電力系統自動化，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.電能質量在線監測系統的設計和實現［J］.繼電器，2004，32（17）：60-63.

［9］陳理，袁力.網絡化電能質量監測系統［J］.農村電氣化，2007（8）：34-35.

［10］高云鵬，滕召勝.三相多功能諧波電能表設計［J］.湖南大學學報，2008，35（9）：53-57.

［11］盧世為，蔣紫松，陳莉，等.具有諧波計量功能的多功能三相電能表掛網試驗結果與分析［J］.電測與儀表，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