电力市场中电能质量给供电企业带来哪些挑战与困惑？

2003年Intel公司来中国投资建厂，选择了成都这个城市作为他们全球最大的封装生产基地及芯片封装测试中心。Intel之所以青睐成都，是因为找当地要了一份连续3年的供电质量监测数据，甄别后符合预期才选择了这座城市。同样的事也发生在韩国三星公司选择西安建厂之时，由于三星公司对电能质量要求极高，他们自己配置补偿设备来应对电压暂降。可见，电能质量是国外企业建厂择市的重要考量，而国内企业，对电能质量的要求目前已处于苏醒阶段。

（来源：微信公众号“中国电业”ID：zgdyzzs 作者：张翼 吴兴波）

分类及危害

电力系统是一个整体，其电能质量状况相互影响。由于电能不能存储，其生产、输送、分配和转化几乎都是同时进行，带来潮流本身不停变化，且大部分用户行为对于电力系统来说是随机的，这就决定了电能质量需要通过系统进行调节与平衡。

电能质量的定义可以简单分为两类：稳态电能质量，包括电压偏差、电压频率偏差、三相电压不平衡、电压波动与闪变等；暂态电能质量主要是电压暂降（暂升）与中断。电能质量问题造成的危害往往是不可逆转的。一旦发生，不仅可能会造成重大的政治影响，还可能会导致严重的经济损失及甚至人身安全事故。

近年来，一方面，随着自动化生产线、精密工艺、网络信息工程的发展，基于微处理器的数字型和电力电子型负荷在电网系统中所占比重不断增加。相对于只有停电才受影响的传统负荷，现代负荷对电压暂降等事件非常敏感。另一方面，各行各业其实意识到了电能质量扰动的问题，尤其传统行业处在生产设备的更新换代过程中，对电能质量的要求有过之而无不及，如陶瓷厂近两年来把他们的电机改成更加节能的变频电机后，一旦出现电压暂降，整个流水线出来的产品面临报废。随着机器代人趋势的出现，机器人生产会逐步成为潮流，对稳定的电压的要求更近乎严苛。

对于一般居民用户而言，电压暂降可能不会造成明显的影响。他们关注点在于供电连续性和电压偏差能否得到保障。

当然也有一些用电客户可能成为影响电能质量的污染源。比如地铁的牵引站、一些钢厂和五金厂的气阀开关等，都有可能影响电网设备，导致其他用户电能质量受影响。

电压暂降之殇

在电能质量问题中，电压暂降是最严重、也是造成经济损失最大的一类事件。国际GB/T30137将电压暂降定义为“供电电压有效值快速下降到额定值的90%~10%持续时间为10ms~1min后恢复正常的现象”。引起暂降发生的主要原因有短路故障、变压器激磁和大容量感应电动机直接启动等。这些因素可以使得系统内产生几十倍于额定电流的冲击电流，引起公共连接点（PCC点）电压下降。

据美国对商业建筑、交通运输、食品加工、塑料、印刷和化学加工等行业进行的主要电能质量问题调查，引起终端用户电能质量问题最主要的原因就是电压暂降或暂升。LPQI/欧盟25国的调查结果也表明，在欧洲，电压暂降和短时中断占工业样本总成本的60%。

电力系统中存在很多不可控的因素，导致供电电压出现波动。尽管供电企业采取了各种技术措施来抑制电压暂降，比如为了应对雷击跳闸而应用各种防雷措施，但仍然无法百分百避免电力设施不被雷击。市政施工可能对电缆产生外力破坏，导致电缆短路，进而引起电压暂降。而且电网是一个整体，在一个点发生电能质量问题都会影响一个较大的范围。西安交通大学教授、中国电源学会电能质量专委会秘书长卓放指出，“电压暂降对敏感性用户造成严重损失，已成为国内外最主要的电力投诉问题，电能供给侧与用户侧关于电压暂降原因的纠纷也逐渐增多。”

供电企业的困惑

那么在电能质量如此重要的态势下，究竟会给供电企业带来哪些挑战与困惑，抑或带来哪些经济性成本？

目前电网企业在普遍的用户服务方面已经做得非常到位。但是，因为现有的电力体制或者现有电网公司的运行机制和用电政策存在一定的局限性，电网企业在针对敏感用户进行优质供电的投入“师出无名”。部分用户对此有一定认识，但多数用户仍没有建立准确的认识。他们通常认为电压暂降来自电网侧，责任方应该是供电企业，不可能自己投资购置补偿设备来保护敏感设备。因此，用户面临着的问题为——是否可以进行选择！选择一个电价相对较高的优质电能，还是一个是电价相对较低的一般电能？一旦用户有了选择权，那么运行机制就建立起来了。对于用户和电网企业来说，这都是双重保护。

我国也仅仅在一些场合实行了可靠性收费，高电能质量的电价制度尚未建立，这还需假以时日，毕竟我国的供电企业要承担社会责任，而且电力市场也刚刚放开。这也意味着这一市场远未成熟，潜力无限。

还有一种解决方案是设计和建设完美的供电网，保证电力供应和负载用电之间的充分兼容，充分考虑到电网和用户两方面，需要在用户侧安装监控设备，确保用户故障不出门；同时还要保证所有用电设备能够兼容电能质量问题。当然，由于成本高昂，这从经济性角度讲可能不具备可行性。因此，建设完美的供电网只能在部分发达省份的个别试点区域实现，并不铺开列入计划日程。

期待国际标准

在标准上，建立完善的电能质量标准体系也非一日之功。

据悉，国际上有一些国家已经制定和颁布了针对本国电网的电压暂降标准，如德国、南非，但是还没有正式的国际标准。我国由福建电科院牵头，多家单位参加起草的电压暂降国家标准送审讨论稿经征求意见后，也已经于2012年7月在北京召开讨论会做了较大修改并通过类似手册类的简单指导意见。“由于在这方面工作基础薄弱，本标准并没有也不可能给出电压暂降的限定指标。”相关人士指出。

在暂降相关方上，与暂降相关的利害关系人主要包括监管者、标准制定者、电网运营商、工业用户、设备制造商、电能质量监测仪器制造商。

建议设备制造商，在设备开发的初始阶段就应当考虑电压暂降免疫水平，同时设备制造商应当给用户提供每一种设备的电压耐受曲线，从而方便用户了解设备的免疫水平。

建议工业用户，单独隔离出敏感设备或控制器加以保护；或加装治理设备，如采用UPS可以极大地提高暂降免疫水平，花费不大但可以避免大量的经济损失；在设计新的加工流程前也应当考虑电压暂降的影响。

而目前电网企业需要在危与机中劈路，开展电压暂降监测、暂降识别与定位、暂降治理研究。机遇如下：一是通过优质的差异化的电能质量服务提高能源服务企业的市场竞争力；二是电能质量服务对企业来讲并不单纯是成本支出，还可以为企业带来服务利润。随着市场化的推进，市场越来越规范，服务一定是能带来利润的，而且服务的附加利润占比会很高；三是对于有上下游行业的能源服务商来讲，可以为电能质量解决方案、设备等附加产业带来机遇。很多治理设备厂商也不断推陈出新，力求以新技术、新产品抢占这一市场。

大数据是否可救赎

大数据应用的越来越普及，电能质量的管理是否可用大数据进行预测分析？回顾了电网电能质量监测与分析技术的发展历程，随着电网规模的不断扩大和技术水平的不断提升经历了以下三个阶段：

第一、早期针对孤立节点或装置的监测。此时的监测工作往往关注于单一节点的电能质量数据，其数据量小、数据处理慢、基本依赖于人工现场识别，因此该阶段电能质量分析更多的是依靠现场工程师的个人经验进行简单梳理；

第二、随着数字监控装置的大规模应用以及通信技术的进步，对于有限节点的多项电能质量指标同时进行监测成为可能，数据的互联随着电网复杂程度的提升而日益膨胀，并逐渐形成当前各区域电网的电能质量监测系统。这使得简单电能质量问题的分析有了一定的数据支持，在此基础上，一些时域仿真、频域分析方法被引入，为电能质量问题的进一步识别与分析提供了必要手段；

第三、随着跨区域电网骨架的构建，各区域电网耦合度日益增强，电能质量相互影响日趋紧密；随着信息技术的发展，装备数据呈现出海量的数据规模（Volume）、多样的数据类型（Variety）和动态变化（Velocity）等大数据（Big Data）的特点。数据的管理的方式更加复杂多样，不再局限于存储在传统的关系数据库和文件系统。通过对海量数据的处理分析挖掘电力系统运行规律特征，不但可以反映过去一段时间电网的运行状况，更重要的是可以通过融合雷击、气象等环境数据，采用大数据分析方法对未来的电能状况进行分析和预测，为电力用户提供优质电力服务，将成为当前电网供电质量全面、智能化管控的主要发展方向。

出路在哪里

电能质量的救赎究竟在何方？供用各方都在呼吁将电能质量的监督正式纳入电力生产轨道，同时建立国家、省、地市3级电能质量管理体系。目前，作为电能质量指标的电压和频率偏差，基本上由各级电力调度部门进行日常监管，这方面已制定了一些规程、导则（例如调度规程、无功和电压管理导则）。谐波、电压波动和闪变以及三相不平衡同用电负荷的关系较密切，这三个指标难以做到实时监督，一般应由试验部门定期组织测量。建议现在有必要在国家质量监督部门领导下建立国家级电能质量检测中心，作为电能质量监管的技术归口单位。

业界同时也在呼吁将电能质量监测数据要多加运用于各场景，用起来会感受到监测到数据的魅力：电能质量符合性验证，是否满足电力监管部门和标准的要求；系统运行特性分析或基准确定，如分析电能质量水平及发展趋势，进行系统规划与资产管理；用户特性分析，如进行临时性的监测，以获得特定用户的需求；事件分析与解决纠纷，如调查特定用户的电能质量事件；或者其他高级应用，如实时或准实时的电能智能监测数据应用、除测量与事件分析外的应用和主动电能质量管理等。当然一旦电能质量及其监测被普遍重视和应用，未来“城市之光”将更柔和更可控！但这还有一段路要走。