【讨论】电能质量问题成本
摘要:随着电力市场越来越关注电价和电力监管越来越关注能效,电能质量问题日益突出。如果无法保证供电的电能质量，可能给用户造成损失,使用电的总成本成倍增加。
供电中断的成本对整个社会都是昂贵的。还有一些工业部门如连续制造或IT产业则对电压暂降特别敏感。无论长时或短时中断、电压暂降、瞬态冲击或其他电压扰动，最终的后果都是导致生产中断。中断的持续时间与电能质量问题发生的频次都会对工业生产产生严重的影响。
虽然在大多数情况下电能质量的成本较低,但根据EPRI的报告，在极端情况下,电能质量问题的成本也可能达到百万美元，因此需要得到足够的重视。电能质量问题的成本具有差异性非常大的特点。尽管看上去情况类似，但产生的成本则可能千差万别。电能质量问题成本的决定性因素在于设备的免疫力和电力供应的扰动水平。
因此，有必要深入了解电能质量问题的成本构成，并进行相应的调查。合同谈判、电能质量治理的投资决策、提高市场各参与方，包括监管机构对电能质量的认知都需要对电能质量问题的成本进行量化。
引言
传统电能的应用主要是提供动力和照明。但近几十多年来，电子行业的兴起以及电力电子技术的发展，使得整个社会对电能的依赖性越来越强，电能已经成为无可替代的能源。最近,电能进一步延伸到了城市供暖和交通运输行业，成为了电能替代的重要领域。
随着能源市场化进程加快，电力市场自由化使得电能质量问题造成的风险越来越高，最终必须由电力监管部门来保障电能供应的质量。
现代社会人民生活和经济发展都依赖于连续可靠的供电。在将来，储能技术在智能电网中的推广应用将有助于减少连续可靠供电对集中发电形式的依赖。但同时也增加了系统对可再生能源高度随机性的依赖，从而增加在极端天气下系统停电的风险。
一旦连续供电可以满足，电压质量问题就必须进入议题。一方面，电压质量问题受配电网中的众多事件影响（如故障、谐波干扰、雷击等），因此追求完美的电压质量是不可能的。另一方面，终端用户设备对电压扰动的免疫水平有限，电压扰动可能会导致设备故障或损坏。平衡电网扰动水平和设备免疫程度的问题称为“兼容性”问题。找到合适的电网扰动水平与实际可行的设备免疫度，是大多数标准的努力方向。电网扰动水平由规划限值和设备发射限值确定。设备免疫程度则由包括安装和运行的产品性能标准确定。图1给出了二者之间的关系。
图1IEC61000-2-12给出的兼容性、免疫度和规划与发射限值之间的关系
标准化机构努力制定更加详细的IEC61000系列标准和EN50160标准，这对于保证电网和用户设备之间的兼容性是至关重要。兼容性是电网和用户双方需要共同承担的责任。供电企业负责保证电网运行水平，用户负责在相应的电网运行水平下，确保其设备能正常工作。标准承担着准确定义电能质量水平的重要角色，以进行责任划分（responsibilitysharing）。
当用户希望电网承担电能质量问题责任时，最关键的是从全社会层面量化解决电能质量所需的投资，如图2所示。当技术措施已知时，投资很容易估算，但电能质量问题的成本却不一定能直接获得。
图2电网成本与电能质量问题成本之间的协调关系
在过去的十年中,多项研究试图分析导致电能质量问题的原因,并评估相关成本。本报告对上述研究进行简要的总结。
区域因素
不同地点的电能质量问题成本差异很大（LPQI的调查显示，电能质量问题成本均值是中值的3倍，标准差是平均值的5倍），因此电能质量问题的经济影响需要就地分析。这个现象是相当普遍的。例如，在意大利的调查中，工业用户的电压暂降成本平均值和中值相差六倍。在极端的情况下，在相同的地点和相同时间段内，一些用户的电能质量问题成本巨大，而另一些用户成本很小。然而，如果采用合理的聚合和推理方法，从总体上掌握电能质量问题成本是可行且非常必要的，并能的得到有参考简直的结论。有部分研究已将这种方法应用于整个国家层面的电能质量问题成本。
2001年，美国电科院(EPRI)下属支持数字社会的电力基础设施组织和Primen公司提交了一份美国关于电能质量成本的调查报告。该报告(下称EPRI报告)估计停电和其他电能质量问题的成本在1190亿美元1880亿美元之间，其他电能质量问题的成本占比少于13%。
2006年莱昂纳多电能质量组织(LPQI)给出了在欧洲的调查结果。这项调查对大量的用户开展了调查，特别是工业用户。调查结果表明电能质量问题对工业用户，尤其是连续制造业用户造成经济损失。约30%对电能质量敏感用户的电能质量成本约为4%的总营业额，其中约60%的电能质量问题成本是由电压暂降和短时中断引起的。通过调查结果推算，欧洲的电能质量总成本超过1500亿欧元。
在挪威的调查显示，用户每年电压暂降和中断的成本介于8.05和11.25亿挪威克朗（1欧元为8挪威克朗），其中长时停电的成本为4.3亿挪威克朗，短时中断的成本为2.55亿挪威克朗，电压暂降的成本介于1.2亿和4.4亿挪威克朗之间。
成本构成
国际大电网会议和国际供电会议（CIGRE/CIRED）联合工作组公布了C4.107报告，对目前已有的电能质量经济影响方面的的知识进行了总结。报告中的一个主要结论是无论是哪种类型的电能质量问题，最主要的影响都在于造成了生产过程中断，从而引起经济损失。当然，造成生产中断的原因可能不同，但直接后果是相似的——经济损失取决于生产中断的持续时间和受影响的范围。成本构成可以标准化为以下内容：
生产损失：原材料和劳动力的浪费
停工期间闲置人员的人力成本
重启动成本
设备损坏
其他间接成本，如处罚或赔偿等
此外，可能也会出现非生产过程中断的相关成本：
能量损耗(由于谐波，电压降低引起的电流增大或不平衡)
由设备过热或不正常运行造成的提前老化
无法实现全产能生产的效率降低成本
在考虑电能质量问题成本时，需要注意电网公司(在欧洲称为配电系统运营商DSO)也承担电能质量问题带来的后果，如：
治理电能质量问题的成本，如配电网中的各种技术措施：分段、接地、绝缘、动物防护、防雷和快速切换等
提高可靠性（非电能质量问题）的成本，如重合闸方案、备用线路和环形供电等
响应电能质量问题的成本，如呼叫中心，响应人员，检查、监测、咨询和治理等
维护成本，如巡视、剪枝和设备维护等
