基于电费惩罚的谐波治理初步探讨

陈 理，吴 颖，糜晓波

（嘉兴电力局，浙江 嘉兴 314000）

基于电费惩罚的谐波治理初步探讨

陈 理，吴 颖，糜晓波

（嘉兴电力局，浙江 嘉兴 314000）

针对目前日趋恶化的电能质量，分析了排污许可权、谐波电价等基于电力市场机制下的电能质量管理模式。结合我国电力体制的现状，借鉴了功率因数调整电费实施经验，提出了基于电费惩罚的谐波管理新思路。从谐波标准出发，分析了谐波超标的判断依据和谐波惩罚电费的计算方法，说明了建立网络化谐波监控系统和安装谐波电能计量表是谐波电费计收的重要技术手段，最后提出了对谐波源用户实行电费惩罚的现实意义。

电力市场；电费惩罚；电能质量；网络化谐波监控；谐波电能计量

近年来，一些具有大容量、非线性、冲击性负荷设备，如：电力机车、电弧炉等并入电网系统，给“纯净”的电网带来了严重的污染，谐波污染等电能质量问题引发的矛盾也日益突出。电能质量相对于电力客户来说，实际上是电网提供的电磁环境。和自然环境资源一样，电磁环境资源具有明显的公共财产和公共权益特性，电能质量恶化就像是日常生活中的环境污染一样，不仅影响电网的安全经济运行，而且其质量的好坏直接影响着用户侧设备能否正常工作。电磁污染使电网中其他个体蒙受经济损失。

目前限制和改善谐波污染的措施仍停留在政策层面，虽然已制定有关技术措施，比如：谐波污染源接入电网前，其治理装置应遵从“同步设计、同步建设、同步投运”原则、劣质电能质量的治理遵从“谁污染，谁治理”的原则等，但仍缺少相应的激励机制使产生“污染物”的用户在决策时考虑对电能质量恶化造成的影响。用户在治理污染源时考虑投入成本等因素，治理效果基本上能够达到国家标准，但电网整体污染水平不断上升，电网中谐波电流的绝对值不断增大，对于电能质量要求较高的用户，如：半导体、电子、高精密制造等企业，日趋恶化的电能质量已不能满足这些用户的要求，落实更为严厉的措施对“污染源”用户产生的电磁污染进行管制势在必行。

1 基于电力市场机制的电能质量管理

近年来，西方电力市场发达国家借鉴环境经济学理论，探索合理调节经济生产与电磁环境管理之间的关系，尝试构建电能质量市场体系，以市场手段达到社会综合效益的最大化。

文献［1］、文献［2］阐述建立电能质量市场的理论基础和实现目标，将电磁环境看作一种有价环境资源，以电能质量来衡量电磁环境好坏的标准，引入电磁污染排放权的概念，将电磁环境的污染权推向市场，充分实现具有利益刺激功能、资源优化配置功能、市场导向功能、价值评估功能和奖优罚劣功能的机制，使电能质量问题产生的社会综合损失最小。

文献［3］探索如何建立电磁污染排放交易市场，基于公共连接点（PCC处）电能质量问题产生的生产损失和治理费用最低为原则，实行电磁污染最优总量管制，提出建立电磁排污许可证制度，通过排污许可容量申请、电磁排污费的定价、电磁排污权的拍卖等市场手段来实现电磁排污容量的最优分配。

文献［4］分析了谐波对电力成本的影响以及对电能表计量影响，从谐波污染影响供电企业的成本和收入出发，依据惩罚性电价和成本核算定价标准，提出谐波电价的计算模型，并以∑UN·IN作为谐波收费标准限值，当谐波指标超标准时，在成本核算电价中加收惩罚性电价，激励电力用户进行谐波整治。

文献［5］、文献［6］从边际价格出发，以价格信息向电力市场的参考者提供明确的行动信号，提出基于谐波电流注入的边际电价市场机制可以达到效益最优的目的。文中引入谐波定价的目标函数，将系统受到谐波的总损害及用户为减少谐波注入付出的代价总和设定为目标函数，在满足谐波潮流、节点电压、谐波畸变和支路过载等约束条件下，分析目标函数值达到最小来确定谐波边际电价，并以算例反映谐波电价体现谐波注入的真实价值，从经济利益上刺激谐波污染源进行整治。

2 基于电费惩罚的谐波治理机制

2.1 提出背景

在电力市场健全、电价高度开放的电力市场体制下，推行谐波电价等市场机制，能够有效降低电网谐波水平和抑制谐波注入。虽然我国电力体制改革持续推进，但是相比于西方国家高度发达的电力市场体系还没有建立，电价由市场定价的机制还没有形成，目前很难借鉴发达国家利用市场手段来解决日益尖锐的谐波污染问题。

目前接入电网的非线性、冲击性用户越来越多，除了造成谐波污染外，还产生三相不平衡、电压波动和闪变等一系列电能质量问题。谐波有其特殊性，它完全可以借助专用的计量装置准确计量谐波电量，通过对谐波电量的分析可以对谐波污染程度进行量化，而三相不平衡、电压波动和闪变等其它电能质量问题造成的污染，目前很难采用技术手段进行量化，下文仅考虑对谐波污染出台惩罚电费的措施进行讨论。

自20世纪50年代开始，为提高电力系统的发、供用设备的利用率，最大限度地发挥发、供设备的生产能力，减少在供电线路上的损失电量和提高电压的质量，提高用户用电设备的工作效率和节约电能，国家出台了功率因数调整电费办法，在经济杠杆和政策法规的推动下，用户自觉就地合理配置无功补偿设备，实现用户自身节约电能、电网降低损耗、发供用设备利用率提高，达到了实施功率因数调整电费策略的目的。

基于谐波污染能够量化的特性，用户谐波治理与无功就地补偿相类似，借鉴功率因数调整电费的成功经验，通过对谐波源用户实施谐波惩罚，将现行电力体系框架和电力市场经济杠杆相结合，从安全、经济角度出发，激发用户治理谐波污染的积极性。

2.2 谐波源超标的判别

对谐波源用户征收谐波惩罚电费，前提必须要确保公共电网的安全运行，如果当谐波电流超过国家标准限值时，必须责令谐波源用户停产治理，如果谐波电流在国家标准限制范围内，根据谐波污染程度向用户加收惩罚电费。

根据电能质量国家标准《电能质量 公用电网谐波》（GB/T 14549—1993）规定，公共连接点（PCC）全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过表1中规定的允许值。

有多个谐波源用户共同接入公共连接点（PCC处），则该PCC处第h次的谐波电流按式（1）计算式中：Ih为公共连接点处第h次谐波电流值；Ih1为第一个用户第h次谐波电流值；Ih2为第二个用户第h次谐波电流值；Ih3为第三个用户第h次谐波电流值。

根据国家标准规定，在公共连接点（PCC处），第i个用户第h次谐波电流注入允许值按式（2）计算

式中：Ihi为公共连接点处第i个用户第h次谐波电流允许值；Si为第i个用户的用电协议容量；St为公共连接点的供电设备容量；α为相位迭加系数，3次谐波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 注入公共连接点（PCC）的谐波电流允许值

按照国家标准中衡量谐波电流超标的规定，谐波测量的数据应取测量时段内各相实测量值的95%概率值中最大的一相值，作为判断谐波电流是否超过允许值的依据。为了实用方便，95%概率值可按下列方法获取：在一个计费周期内将谐波监测网络所记录的三相谐波实测值按从大到小次序排列，舍弃前面5%的大值，取剩余实测值中的最大值。

从实际运行经验来看，2～19次谐波对电网影响较大，因此在判断谐波源用户谐波是否超标时，可视在一个电费计算周期内，该用户2～19次谐波电流的各相95%概率值的最大值是否超过国标中规定的允许注入值。

2.3 谐波惩罚电费的计算

根据浙江省现行电价执行机制，供电企业按月向电力用户收取当月电费。谐波监测和计量应该以月为单位，谐波惩罚电费的计收应该以月度电量为依据。

谐波源用户从电网吸收“纯净”电能，排放“污染物”，在消耗基波电能的同时释放出谐波电能，从谐波特性和电磁排污角度来看，谐波电量可以作为用户注入电网的排污量的衡量标准，谐波电量与基波电量的比值作为谐波污染程度的参考依据。

谐波电量按式（3）计算

基波电量按式（4）计算

谐波污染程度按式（5）计算

从目前浙江的电价政策来说，大工业用户需要支付电度电费、基本电费、功率因数调整电费，附加电费。如果对谐波污染加收谐波惩罚电费后，谐波源用户每月还需要支付一部分谐波惩罚电费。

谐波源用户电费按式（6）计算

式中：MW基波

为月度基波电费；MB为月度基本电费；l为月度功率因数电费调整系数；k为月度谐波惩罚电费系数，即谐波占比系数；MF为月度附加电费。

根据式（5）、式（6），如果谐波源用户不采取降低谐波电流注入值的措施，尽管谐波电流不超标，但每月的谐波电量相对较大，造成谐波电费占比系数大，谐波惩罚电费的支出相应增加，用户有可能在经济利益趋使下，采取谐波治理措施以求减少每月的谐波惩罚电费支出。

2.4 谐波源用户的监控和计量

2.4.1 谐波源用户的监控

要实时掌控谐波源用户注入电网的谐波电流，必须建立功能强大的谐波监测网络，为谐波惩罚电费的实施提供考核依据。文献［7］、文献［8］提出组建电能质量实时监测网络，以数据采集和存储、RS485通信和电话拨号功能的厂站终端作为数据源，以SCADA系统、电能量采集、负荷控制等现有电力数据传送通道作为通信载体，利用具备强大数据分析、存储、浏览、共享功能的系统主站为监控平台，实现实时监控和记录用户注入电网的谐波数据，确保在计费周期内获取谐波数据信息，同时利用主站强大的数据处理功能，为判断谐波源用户谐波电流是否超标提供了技术支撑，同时在解决因谐波等电能质量问题引起的电力纠纷中提供了可靠的证据。

2.4.2 谐波源用户的电能计量

电能计量应遵循“公平、公开、公正”的原则，但在谐波工况下，目前现有的感应式电能表和电子式电能表所计量的电能为基波电能与谐波电能的代数和，造成普通用户多计量谐波电量，谐波源用户在产生谐波危害电网及其它用户的同时还少计电量。文献［9］提出了三相多功能谐波电能表的设计方案，基于Hanning窗双峰插值FFT的谐波电能计量方法能够精确地计量基波电能、谐波电能，识别谐波功率的流向，同时具备电能表通信功能，并且实验表明计量误差达到了A类谐波计测量仪器要求，文献［10］中具有谐波计量功能的多功能三相电能表挂网试验达到了谐波源用户的正确计量的要求。谐波电能表的投入使用，确保在计费周期准确计量基波电量和谐波电量，使得向谐波源用户征收谐波惩罚电费成为可能。

3 结论

在现有电力体制模式下，虽然在法律法规上、技术标准上都对抑制电网的谐波水平和用户谐波污染提出要求和标准，但是随着谐波源用户的不断增多，敏感用户大量使用高新技术设备，对电网“纯净”程度有了更高的要求，为降低电网的谐波水平，有必要对谐波源用户征收谐波惩罚电费，从经济利益上刺激用户自觉、主动地进行谐波整治，最终实现电网“纯洁“的目标。谐波惩罚电费的实施，需要电力管理部门和电价决策部门本着确保电网纯净、用户安全用电的目的，出台相关的政策和管理措施，并纳入到现行电价体系当中。

：

［1］GB/T 14549—1993，电能质量 公用电网谐波［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，肖湘宁.电力市场环境下的电能质量问题［J］，电网技术，2004，28（22）：48-52.

［4］金广厚，李庚银，周明.电能质量市场中电磁污染排放权分配的研究［J］.电工技术学报，2005，20（7）：63-69，75.

［5］王勇军，岳超源.谐波对电力成本的影响及谐波电价研究［J］.东北电力技术，2001（8）：1-6.

［6］占勇，丁屹峰，程浩忠，等.电力系统谐波边际电价研究

［J］.电力系统自动化，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］孙毅，唐良瑞，龚钢军.电能质量在线监测系统的设计和实现［J］.继电器，2004，32（17）：60-63.

［9］陈理，袁力.网络化电能质量监测系统［J］.农村电气化，2007（8）：34-35.

［10］高云鹏，滕召胜.三相多功能谐波电能表设计［J］.湖南大学学报，2008，35（9）：53-57.

［11］卢世为，蒋紫松，陈莉，等.具有谐波计量功能的多功能三相电能表挂网试验结果与分析［J］.电测与仪表，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