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    电能质量题目本钱

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    电能质量题目本钱



     目次 

    择要

    弁言

    地区和国度层面

    细致的思索(留意事变)

    搅扰的特点

    • 断电(电压中缀)

    • 电压暂降和短时中缀

    • 谐波

    • 瞬变电流(或电压)

    • 别的征象(缘故原由)

    结论

    参考文献

    Leonardoenergy 资源


     择要 

    随着电力市场越来越存眷电价和电力羁系越来越存眷能效, 电能质量题目日益突出。假如无法包管供电的电能质量,大概给用户形成丧失, 利用电的总本钱成倍增长。  

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    供电中缀的本钱对整个社会都是昂贵的。另有一些产业部分如一连制造或IT财产则对电压暂降分外敏感。无论永劫或短时中缀、电压暂降、瞬态打击或其他电压扰动,终极的结果都是招致消费中缀。中缀的继续工夫与电能质量题目产生的频次都市对产业消费发生严峻的影响。


    固然在大少数状况下电能质量的本钱较低,但依据EPRI的陈诉,在极度状况下, 电能质量题目的本钱也大概到达百万美元,因而必要失掉充足的器重。电能质量题目的本钱具有差别性十分大的特点。只管看上去状况相似,但发生的本钱则大概千差万别。电能质量题目本钱的决议性要素在于设置装备摆设的免疫力和电力供给的扰动程度。


    因而,有须要深化理解电能质量题目的本钱组成,并举行响应的观察。条约会商、电能质量管理的投资决议计划、进步市场各到场方,包罗羁系机构对电能质量的认知都必要对电能质量题目的本钱举行量化。

     

    弁言

    传统电能的使用次要是提供动力和照明。但近几十多年来,电子行业的衰亡以及电力电子技能的开展,使得整个社会对电能的依赖性越来越强,电能曾经成为无可替换的动力。近来,电能进一步延伸到了都会供温和交通运输行业,成为了电能替换的紧张范畴。

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    随着动力市场化历程加速,电力市场自在化使得电能质量题目形成的危害越来越高,终极必需由电力羁系部分来保证电能供给的质量。


    古代社会人民生存和经济开展都依赖于一连牢靠的供电。在未来,储能技能在智能电网中的推行使用将有助于增加一连牢靠供电对会合发电情势的依赖。但同时也增长了体系对可再生动力高度随机性的依赖,从而增长在极度气候下体系停电的危害。


    一旦一连供电可以满意,电压质量题目就必需进入议题。一方面,电压质量题目受配电网中的浩繁事情影响(仍旧障、谐波搅扰、雷击等),因而寻求完善的电压质量是不行能的。另一方面,终端用户设置装备摆设对电压扰动的免疫程度有限,电压扰动大概会招致设置装备摆设妨碍或破坏。均衡电网扰动程度和设置装备摆设免疫水平的题目称为“兼容性”题目。找到符合的电网扰动程度与实践可行的设置装备摆设免疫度,是大少数尺度的高兴偏向。电网扰动程度由计划限值和设置装备摆设发射限值确定。设置装备摆设免疫水平则由包罗安置和运转的产品功能尺度确定。




    尺度化机构高兴订定愈加细致的IEC 61000系列尺度和EN 50160 尺度,这关于包管电网和用户设置装备摆设之间的兼容性是至关紧张。兼容性是电网和用户两边必要配合承当的责任。供电企业卖力包管电网运转程度,用户卖力在响应的电网运转程度下,确保其设置装备摆设能正常事情。尺度承当着正确界说电能质量程度的紧张脚色,以举行责任分别(responsibilitysharing)。


    当用户盼望电网承当电能质量题目责任时,最要害的是从全社会层面量化办理电能质量所需的投资,当技能步伐已知时,投资很容易预算,但电能质量题目的本钱却纷歧定能间接取得。

    在已往的十年中, 多项研讨试图剖析招致电能质量题目的缘故原由, 并评价相干本钱。本陈诉对上述研讨举行扼要的总结。


     地区要素 

    差别所在的电能质量题目本钱差别很大(LPQI的观察表现,电能质量题目本钱均值是中值的3倍,尺度差是均匀值的5倍),因而电能质量题目的经济影响必要当场剖析。这个征象是相称广泛的。比方,在意大利的观察中,产业用户的电压暂降本钱均匀值和中值相差六倍。在极度的状况下,在相反的所在和相反工夫段内,一些用户的电能质量题目本钱宏大,而另一些用户本钱很小。但是,假如接纳公道的聚合和推理办法,从总体上掌握电能质量题目本钱是可行且十分须要的,并能的失掉有参考几乎的结论。有局部研讨已将这种办法使用于整个国度层面的电能质量题目本钱。2001年,美国电科院(EPRI)上司支持数字社会的电力底子办法构造和Primen公司提交了一份美国关于电能质量本钱的观察陈诉。该陈诉(下称EPRI陈诉)估量停电和其他电能质量题目的本钱在1190亿美元1880亿美元之间,其他电能质量题目的本钱占比少于13%。


    2006年莱昂纳多电能质量构造(LPQI)给出了在欧洲的观察后果。这项观察对少量的用户展开了观察,分外是产业用户。观察后果标明电能质量题目对产业用户,尤其是一连制造业用户形成经济丧失。约30%对电能质量敏感用户的电能质量本钱约为4%的总业务额,此中约60%的电能质量题目本钱是由电压暂降和短时中缀惹起的。经过观察后果推算,欧洲的电能质量总本钱凌驾1500亿欧元。


    在挪威的观察表现,用户每年电压暂降和中缀的本钱介于8.05和11.25亿挪威克朗(1欧元为8挪威克朗),此中永劫停电的本钱为4.3亿挪威克朗,短时中缀的本钱为2.55亿挪威克朗,电压暂降的本钱介于1.2亿和4.4亿挪威克朗之间。

     

    本钱组成

    国际大电网集会和国际供电集会(CIGRE/CIRED)团结事情组发布了C4.107陈诉,对现在已有的电能质量经济影响方面的的知识举行了总结。陈诉中的一个次要结论是无论是哪品种型的电能质量题目,最次要的影响都在于形成了消费历程中缀,从而惹起经济丧失。固然,形成消费中缀的缘故原由大概差别,但间接结果是类似的——经济丧失取决于消费中缀的继续工夫和受影响的范畴。本钱组成可以尺度化为以下内容:

    • 消费丧失:原质料和休息力的糜费

    • 复工时期闲置职员的人力本钱

    • 重启动本钱

    • 设置装备摆设破坏

    • 其他直接本钱,如处分或补偿等

    别的,大概也会呈现非消费历程中缀的相干本钱:

    • 能量消耗 (由于谐波,电压低落惹起的电流增大或不屈衡)

    • 由设置装备摆设过热或不正常运转形成的提早老化

    • 无法完成全产能消费的服从低落本钱

     

     

    在思索电能质量题目本钱时,必要留意电网公司(在欧洲称为配电体系运营商DSO)也承当电能质量题目带来的结果,如:

    • 管理电能质量题目的本钱,如配电网中的种种技能步伐:分段、接地、绝缘、植物防护、防雷和疾速切换等

    • 进步牢靠性(非电能质量题目)的本钱,如重合闸方案、备用线路和环形供电等

    • 呼应电能质量题目的本钱,如呼唤中心,呼应职员,反省、监测、征询和管理等

    • 维护本钱,如巡视、剪枝和设置装备摆设维护等


    电能质量题目的特征

    永劫中缀

    永劫中缀是因内部要素(如电缆破坏)或外部设置装备摆设妨碍形成的电力供给中缀,无法经过扫除妨碍或倒闸操纵疾速规复供电。IEEE和Cenelec在电压阈值和区分永劫和短时中缀的继续工夫方面存在一些差别,但这些差别并不紧张。由于大少数非永世性短时中缀的继续工夫都少于1、2或3分钟,中缀的剩余电压要么为零,要么十分靠近零,而不是1%、5%或10%的标称值。永劫中缀偶然被称为停电(blackout)。blackout通常还表现继续工夫十分长,掩盖面十分广、危害十分大的大停电事情。对住民住宅而言,停电的结果大概只是增长了生存的方便,如限定了看电视等休闲运动或无法满意照明等根本功效要求。但偶然结果大概会更严峻。如永劫间停电且家里没有储能安装,冰箱里的食品就会蜕变,供暖也无法事情(即便不是电取暖和,但温度控制和热水循环仍旧必要用电)。当温度很低时,水大概会在管道中解冻,带来严峻的结果。家庭主动化体系也必要供电,永劫间停电大概招致家里的警报、火警或爆窃无法检测 (备用电源只能包管有限工夫的供电)。


    常用于量化上述题目的办法为用户付出志愿法(WTP),即用户为进步供电牢靠性乐意付出的金额,和用户补偿志愿法(WTA),即用户蒙受上述题目后可以承受的补偿金额。这些金额通常与用户的用电量有关。用户每每喜好更少的付出和更多的赔偿,因而接纳WTA和WTP的均匀值作为用户停电本钱比力符合。在意大利的观察表现,住民用户的停电本钱约为电价的100倍,因而必要保证住民用户的供电一连性。

    工贸易用户的WTP约为电价的100倍,但WTA高达400到600倍。这是由于经济的开展对电能的依赖性更大,停电本钱更高。停电会形成设置装备摆设破坏、原质料糜费和复工时期的产能丧失。极度状况下,停电大概严峻危及大众宁静。假如福岛核电站冷却水泵的驱动电机有充足备用容量,那么变乱的危害范畴就不会那么大。在比力WTA/WTP观察后果时可以发明,间接本钱略低,但观察后果和差别用户组中占比靠近。陈诉发起住民用户的停电本钱均匀值约为电价的50倍,非住民用户停电本钱的均匀值为电价的200倍。 偶然,停电本钱可以用丧失负荷与丧失金额之间的干系表现,即单元功率的丧失(€/kW或 $/kW)。这种方法比力公道和正确,分外是在停电本钱与继续工夫有关时。通常继续工夫与停电本钱之间干系并非是线性的(差别行业也差别),而是出现"S"型的,即停电本钱在继续工夫较短中缀是较小的,但当继续工夫凌驾肯定值后,停电本钱疾速增长,增长到肯定水平后又趋于饱和。因而单元功率丧失是一其中断继续工夫的函数。KEMA在荷兰举行的观察后果可以验证这一纪律。除此之外,接纳单元功率丧失表现停电本钱,接纳单元容量本钱表现备用电源的代价,可依据丧失功率对投资和本钱举行比力,取得备用电源的投资决议计划。


    电压暂降和短时中缀

    短时中缀和永劫中缀偶然会被划一看待,由于二者都呈现了动力供给的中缀。但这种处置方法无法表现短时中缀形成的经济丧失。如前所述,停电本钱与继续工夫二者之间是存在肯定联系关系干系。但在本节中的短时中缀本钱与继续工夫却不是一个间接的比例干系。比方1小时的停电形成的经济丧失大概是1分钟停电的2-4倍,乃至更大,但消费历程重启工夫所占的比重却相差很大。

    短时中缀实践上应该是一个电压质量题目。短时中缀最罕见的缘故原由是短路妨碍。在这种状况下,由于妨碍引发大电流从而疾速扫除,如树枝被炸开。紧接着一个乐成的主动重合闸操纵规复供电。因而,妨碍的卑鄙将履历一个短时中缀,而妨碍下游则履历一个电压暂降。

    电压暂降第二个罕见的缘故原由是大型负载的启动或投入(如无软启动的电机)。这个缘故原由惹起的电压暂降剩余电压较高,尤其在体系短路容量较小时更为分明。

    假如体系的免疫度无法抵抗电压暂降或短时中缀,将招致消费历程中缀。固然电性能够在其惯性作用下持续坚持运转,但假如遭遇十分严峻的电压暂降时,电机的转矩和转速将会低落,并大概无法规复。当有变频调速时,由于控制的作用,电机将会对电压暂降更为敏感。其他对电压暂降敏感的设置装备摆设还包罗继电器、打仗器、电机启动器和一切电子控制设置装备摆设,如盘算机和数字控制器等。白炽灯的光照度与电压值亲密相干,并会收到电压闪变的影响。气体放电灯,如罕见的高压钠灯,则对电压暂降十分敏感,假如其他放电灯中缀,只能等灯冷却后才干重新点亮。


    电压暂降免疫度是一个十分庞大的题目。由UPS掩护整个工场能包管免疫度,但投资宏大。准确的办法是找到那些对消费历程至关紧张的组件,比方对电压暂降敏感的可编步伐控制器电源和打仗器等。


    电压暂降的本钱通常低于短时或永劫中缀,但电压暂降的产生频率更高。中缀将影响一切无掩护的消费历程,但电压暂降只影响最敏感的消费历程。假如消费历程接纳并行设计,那些未被影响的消费历程仍能持续运转。


    电压暂降在产业消费中尤为突出。差别的观察都标明一连制造业和IT业是最敏感的。半导体行业的电压暂降本钱在一切行业中最高,其他的观察也有相反的后果。

    LPQI的观察结论是最敏感的行业约占全欧洲产值的20%和产业产值的30%。,其电能质量题目本钱约为产值的4%。24%的电能质量题目本钱是由于电压暂降惹起的,19%是由于短时中缀惹起的。每次电压暂降事情本钱介于2.120 和4.682€。产业的短时中缀本钱是电压暂降本钱的3倍,产业的短时中缀本钱是电压暂降本钱的9倍。一切用户均匀每年担当13起电压暂降和6起短时中缀。


    2007年的一项意大利观察表现,产业用户的均匀丧失为746€/千瓦,而丧失中值 (被以为更切合实践的影响剖析)为21.3 €/千瓦。最敏感的行业是金属加产业和电机制造业。单一电压暂降事情丧失中值为1.1 €/千瓦,一年内约产生20次。

    迄今为止,中缀和电压暂降形成的经济丧失曾经展开了较多的研讨,并有肯定的量化后果。EPRI观察标明,除中缀事情外,电压暂降在整个电能质量题目的占比为48%。


    在以下局部将会扼要地形貌其他电能质量题目的本钱。


    谐波

    谐波是一种由于非线性负荷增多,尤其是电力电子设置装备摆设增多,形成的一种电能质量题目。设置装备摆设容许发射程度遭到尺度的限定。设置装备摆设制造商必需想措施低落设置装备摆设发生的谐波,如增长三相设置装备摆设中的脉动数,在单相供电设置装备摆设中接纳功率因数赔偿技能等。谐波管理技能现在比力廉价且无效。但种种电子设置装备摆设的利用增多使得谐波题目仍旧存在。电压畸变,更多状况下,电流畸变大概招致供电中缀从而形成丧失。谐波会形成变压器或电力电缆过热,从而惹起供电中缀。谐波的影响包罗以下几个方面:


    谐波电流:

    • 断路器因谐波形成电流峰值增大而误动

    • 三相四线中的中性线过热

    • 变压器涡流消耗增长而招致变压器过热

    • 形成电容器过流


    谐波电压:

    • 感到电念头消耗增大

    • 发生谐振,招致无功赔偿电容器过应力

    • 基于过零点控制的混乱


    设置装备摆设过热将招致了设置装备摆设利用寿命严峻延长。

     

    LPQI观察表现,谐波的本钱占一切电能质量题目本钱的5.4%。但是,受访者很难区分因谐波题目形成的消费中缀,而次要是思索谐波招致消费减缓的本钱,如精度变差、复杂的误操纵、失步和废品增长等。25%的谐波本钱与设置装备摆设有关,如设置装备摆设破坏或维护增长。固然已知谐波会发生分外的消耗,但受访者无法提供有关这些消耗的信息,因而这一本钱要素仍旧难以量化。


    EPRI观察表现,谐波本钱站一切电能质量题目本钱的22%(不含中缀)。


    近来,超等谐波(supra-harmonics,2kHz~150kHz)日益遭到存眷。这些谐波由差别范例的电子器件发生的,会对配网主动化中的电力线路通讯信号发生搅扰。


    瞬态电能质量题目

    瞬态电能质量题目指是工夫十分短(最多为几毫秒)、幅值十分高(可达几kV)和上升速率快的电压扰动题目。瞬态电能质量题目中包括有高频重量,在电网中很难传达,通常研讨其就近的影响,而疏忽其他地方的影响。


    形成瞬态电能质量题目的缘故原由包罗电网中的开关操纵或雷击,以及用户理性负荷的投入。瞬态电能质量题目有几kV的幅值,会对四周的设置装备摆设形成严峻的破坏。电网企业和电信企业都接纳了响应的步伐,以包管设置装备摆设不会遭到瞬态电能质量题目的影响,且不会传达到用户处。只管云云,瞬态电能质量题目会毁坏数据,因而照旧会惹起消费中缀。


    令人有些受惊的是,在LPQI观察中,瞬态电能质量题目的存眷度十分高。固然瞬态电能质量题目不常产生,但一旦产生,结果十分严峻。EPRI陈诉也标明,瞬态电能质量题目的用户存眷度排在第二位。


    别的题目

    电压暂升比电压暂降产生次数上,但当电压暂升幅值较大时,也大概形成设置装备摆设破坏。电压暂升带来的设置装备摆设破坏要比电压暂降少得多。三相不屈衡会形成线路和变压器过热、消耗增长和利用寿命延长等结果。电压闪变会形成病态修建综合症(sick building syndrome)。固然白炽灯(对闪变最敏感)的利用量越来越少,但电子换流器中的开关发抖也会形成紧凑型荧光灯(CFL)和LED灯的闪耀,带来异样的题目。固然,上述电能质量本钱较低。LPQI观察标明,其他电能质量题目本钱不到整个电能质量题目本钱的5%,其次要结果是消费减和缓失灵。


    结论

    天下范畴内的差别观察表现,劣质电能的本钱宏大,乃至可以和电费支出相称。在敏感行业中,电能质量题目的本钱会大大影响企业的产能。LPQI观察表现,电能质量管理设置装备摆设的容量与已管理电能质量题目本钱存在较大的相干性。同时,电能质量管理设置装备摆设的投资用度与未管理电能质量题目本钱存在较大的差别,所占比重约为10%。

    固然统计值和种种指示对该题目的剖析是有协助的,但即便在统一行业,也没任何两家企业的电能质量题目本钱相反,因而电能质量题目本钱必要独自举行校核。


    参考文献

     1. Regulatory Control of Quality of Service Leads to Balanced Risk Based Decision Making, Arjen Jongepier et al, KEMA, EPQU magazine Vol I, No. 2, 2005.

    2. Test and evaluation of voltage dip immunity, T. Andersson and D. Nilsson, STRI AB and Vatenfall AB 27 November 2002

    3. Power interruption costs to industrial and commercial consumers of electricity, M. J. Sullivan, T. Vardell, and M. Johnson, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 33, pp. 1448 >###nbsp;

    4. ECONOMIC FRAMEWORK FOR POWER QUALITY, JWG CIGRE-CIRED C4.107, September 2010

    5. Primen, “The cost of power disturbances to industrial & digital economy companies,” EPRI - CEIDS, June 2001.

    6. M. Delfanti, E. Fumagalli, P. Garrone, L. Grilli, and L. L. Schiavo, “Towards voltage quality, regulation in Italy”. Submitted to IEEE Transactions on Power Delivery.

    7. Study on Estimation of Costs due to Electricity Interruptions and Voltage Disturbances, Matthias Hofmann, Helge Seljeseth, Gro Holst Volden, Gerd H. Kjolle, SINTEF Energi AS, SINTEF Energy Research, December 2010

     

    LEONARDO ENERGY 资源

    1. Quality of supply and market regulation: survey within Europe, KEMA 2007: http://www.leonardoenergy.org/quality-supply-and-market-regulation-survey-within-europe-1  

    2. Training on electricity market regulation: http://www.leonardo-energy.org/training-moduleelectricity-market-regulation 

    3. European Power Quality Survey Report, ECI, 2008: http://www.leonardo-energy.org/europeanpower-quality-survey-report 

    4. Collecting economic data in power quality survey, ECI, 2009: http://www.leonardoenergy.org/collecting-economic-data-power-quality-survey 

    5. Power Quality Survey – conclusions for industry: http://www.leonardo-energy.org/european-powerquality-survey-results



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