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上海市电能质量经济性调查分析

2017-03-03 12:34:00 亚洲电能质量联盟 作者:钟庆 黄炜等

掌握电能质量造成的经济损失,对制定电能质量的相关政策和选择合适的治理方案具有重要意义。我国目前还没有全面开展过电能质量的经济性影响的调查工作。本文介绍了在上海市试点开展电能质量经济性调查工作的基本情况及调查分析结果。调查工作设计了两个阶段,分别对18个行业的500家企业开展了问卷调查和对7个行业的40家企业开展了面对面深度访谈。基于确定性方法,通过有效样本的统计分析,获得了目前上海市电力用户对电能质量的认知程度,并统计了电能质量给用户带来的经济损失。在此基础上,利用置信度评估方法,估计出2010年上海市全年因电能质量问题造成的经济损失。

本文转载自“亚洲电能质量联盟” ID:APQI20080919,作者:钟庆 黄炜等,转载请联系原作者授权。

1 引言

随着21世纪数字经济的发展,各种数字控制设备将在社会经济发展中占据更加重要的地位。而数字控制设备对电能质量问题更为敏感,因此用户对电能质量的要求也越来越高。与此同时,数字经济中由劣质电能带来的经济损失将会是巨大的,从而必将得到包括政府、电力企业、用户和设备制造方等多方面的关注。从宏观层面调查电能质量的经济性问题,包括电能质量造成的经济损失及其他经济性影响,对制定合适的电能质量政策和选取适当的电能质量问题解决策略具有重要的意义。

在1998年,标准IEEEstd1346-1998中给出了电能质量经济性调查方法的框架[3],电能质量经济性影响的研究开始起步。最初普遍比较关注谐波问题给用户带来的影响,包括设备过热和老化等。随着对供电连续性的要求越来越高,人们又开始关注由停电造成的经济影响。到今天,随着数字经济的发展,由电压暂降和短时中断给用户带来的经济损失则成为目前最受关注的热点问题。

电能质量经济性问题调查分析可以分为两种方法:一种是确定性分析方法,另一种是概率性分析方法。概率性分析方法从电能质量问题随机性的特点出发,利用概率统计的方法,获得电能质量经济性影响的概率分布,该方法所需样本量较小。而确定性方法是通过大量的样本调查,通过确定性计算获得电能质量的经济损失,该方法需要系统数据收集和大量的调查样本。基于上述两种方法,许多国家和地区已经针对电能质量的经济性影响问题开展了相应的调查工作。

2001年美国电科院(EPRI)在美国全国范围内的985家企业中开展了电能质量经济性调查。所有调查样本因停电造成的经济损失为457亿美元,因其他电能质量问题造成的经济损失为67亿美元。由此估计,美国全年因停电造成的经济损失约为1040-1640亿美元,因其他电能质量问题造成的经济损失约为150-240亿美元。

2008年,莱昂纳多电能质量联盟(LPQI)发布的调查报告中对欧洲8个国家中的62个样本开展了电能质量经济性调查,调查包括了7类电能质量问题和16个行业。调查结果显示欧洲因电能质量问题造成的年经济损失约为150亿欧元,其中工业部分的损失约为整个销售收入的4%,服务业的损失约为整个销售收入的0.142%,电压暂降和短时中断的成本占全部成本的57%。

2001年,台湾在284家高新技术其中开展了供电中断的经济性调查,并采用了中断成本的概念描述电能质量问题造成的经济损失。调查结果显示,高新技术企业中一次2s的供电中断成本约为$37.03/kW,远远大于传统工业。

韩国电力企业对不同行业、不同规模的660家工业企业开展了调查,通过评估生产损失、销售损失和劳工成本,得到了不同类型工业用户的停电成本。

我国目前尚未有大范围开展电能质量经济损失的报道,也缺少相应的统计数据。为从宏观层面获得我国电能质量的经济性影响,由国家发改委经济运行局牵头,亚洲电能质量联盟(APQI)中国工作组在2010年在上海市开展了电能质量经济性调查的试点工作。

调查工作从2010年4月开始,历时1年,在上海市18个重点行业中对147个样本进行了调查,并开展了40次面对面访谈。通过样本统计,得到上海市因电能质量问题带来的经济损失。通过调查工作,验证了调查方法的有效性,其中调查结果对我国了解电能质量问题的经济性影响具有重大的参考意义。

2 调查范围及执行情况

在调查设计的过程中,借鉴国外调查的经验,结合国内实际,确定如下7类电能质量问题为重点关注问题:

长时间供电中断(包括计划停电和非计划停电)、短时中断、电压暂降与暂升、谐波、电压三相不平衡、电压波动和闪变、瞬态和有序用电。

被调查对象包括银行业、食品加工业、半导体制造业等上海市重点发展18个行业。电能质量成本构成借鉴LPQI的调查报告,经济损失统计时,分为以下两大类进行统计:引起生产中断和未引起生产中断的。引起生产中断的电能质量成本包括:生产中断成本(WIP)、生产减缓成本、生产重启成本、设备损毁成本、其他成本和节约成本。未引起生产中断的电能质量问题在经济损失统计时,不计及生产中断成本。

本次经济性调查采用确定性分析方法。针对我国目前用户众多且对电能质量认知水平参差不齐的特点,将整个调查流程分为两个阶段:

第一阶段是通过调查问卷形式对调查样本的电能质量认知度及经济性影响进行定性调查,同时为第二阶段选取调查样本;

第二阶段是在第一阶段调查的基础上,对甄别出来的样本进行面对面深度访谈,获得电能质量经济损失的定量调查结果。采取两个阶段进行经济性调查,可减少大量样本开展深入调查的工作量,同时提高了定量调查结果的可用性。

在调查的执行过程中,第一节阶段调查共随机发放调查问卷500余份,回收有效问卷147份。调查样本的分布情况如图1-图3所示。有效调查样本分布在15个行业中,如图1所示。用户产值分布如图2所示,包括大型用户和各种中小型用户。供电电压等级分别分布在6kV-220kV,如图3所示。调查用户分布具有普遍性,其调查结果具有参考意义。第二阶段共选取了7个行业中的40家企业开展面对面访谈,回收有效调查统计表格29份,如表1所示。

3 电能质量认知分析

基于第一阶段调查回收的147份有效样本,对目前我国用户对电能质量的认知度进行分析,得到我国目前整个社会对电能质量的认知情况。所有样本的统计结果看,目前电力用户对电能质量问题的认识程度如图4所示。认知度共分成5个等级:可以准确判断电能质量问题与生产过程中断或事故的关系;可以识别不同的电能质量事件及其特性;了解不同的电能质量事件;听说过电能质量和基本不了解。其中可以准确判断电能质量问题与生产过程中断或事故的关系的用户占所有调查样本的27.3%,了解不同的电能质量事件占所有调查样本的25.8%,样本中只有9.1%的用户对电能质量问题基本不了解。由此可知,全社会对电能质量问题的认知程度较好。

图4 全社会对电能质量的认知程度

在所有被调查的电能质量问题中,影响用户正常工作的电能质量事件分布如图5所示,其中短时电压中断被感知的概率最高,样本中68.9%的用户都能感知该类电能质量。其次分别为电压波动与闪变(59.8%)和电压暂降/暂升(50.8%)。由于目前我国用户对电压暂降的认知并不深入,因此该类电能质量问题感知程度比国外低。

图5 影响用户正常工作的电能质量事件发生频率

调查样本中受电能质量事件影响的敏感设备排序如图6所示。其中计算机\服务器是所有用户受电能质量事件影响最为严重的敏感设备,样本中76.9%的用户认为计算机\服务器会受电能质量事件的影响,其次分别为变频调速设备(46.2%)和通信设备(46.2%)。

图6 受电能质量影响的敏感设备

图7 样本选择的电能质量治理措施

为改善用电的电能质量,用户可以针对不同的电能质量问题选择不同的治理措施。调查样本中56.3%的样本选择安装UPS为电能质量的治理措施。其次是安装SVC(40.6%)和增加自备发电机(31.3%)。样本中也有14.8%的用户选择什么都不做,如图7所示。尽管安装电能质量治理设备需要增加用户的额外投资,但是大部分用户还是选择加装该类设备。

 

图8 样本采用电能质量治理措施后的效果

但并非所有的电能质量措施都能取得良好的治理效果。在调查样本觉得效果非常好的样本有5.5%,效果好的用户有53.6%,效果一般的用户有31.8%,仍有9.1%的用户安装电能质量治理措施后感觉无效果,如图8所示。可知,电能质量治理措施能够起到一定的治理效果。由于电能质量治理措施是一个综合监测、分析和治理的系统工程,而且不同的电能质量问题有不同的治理措施,问题分析不正确或者选择措施不当,将会造成治理设备无法达到预期的效果,因此需要有一个正确的指导原则帮助用户解决电能质量问题,减少电能质量问题带来的经济损失。

4 调查结果分析

4.1 经济损失统计

通过统计调查样本的单次电能质量损失和年电能质量问题发生次数,可以获得电能质量问题引起的年经济损失。基于第二阶段调查的29个有效样本统计,由电能质量问题造成的直接经济损失如表2所示,间接经济损失如表3所示。由此可获得电能质量问题造成的年经济损失如表4所示。已调查的29个样本,电能质量年直接经济损失达5606万元,电能质量间接成本年为4579万元,因而,因电能质量承受的经济成本总值约为1.04亿元。其中非计划停电的年经济成本总值最大,约为3424万元。各行业样本中,钢铁制造业承受的年经济成本总值最大,约为6440万元。

4.2 经济损失置信估计

分别将电能质量年经济损失和国民生产总值及年全社会用电量进行线性相关分析,其分析结果见图9和图10。通过假设检验,可以电能质量经济成本和国民经济生产总值及全社会用电量之间存在非常显著的线性相关统计。在95%的置信度水平下,电能质量经济损失与国民生产总值线性相关系数的置信区间为[22.18,64.78]元/万元,即每万元产值将有22.18元-64.78元间的损失。同理,在95%的置信度水平下,电能质量经济损失与全社会用电量线性相关系数的置信区间为[280.29,546.94]元/万kWh。

根据上海市2010年的国民生产总值统计和全社会用电量统计,可以根据国民生产总值估计出2010年上海市因电能质量问题带来的经济损失95%置信区间为[37.42,109.29]亿元,根据全社会用电量估计的置信区间为[37.54,73.27]亿元,如表5所示。

5 结论

针对电能质量在我国造成的经济性影响,在国家发改委经济运行局领导下,亚洲电能质量联盟中国工作组组织成立的项目组,在上海市开展了电能质量经济性调查的试点工作。项目组针对上海市重点发展的18个行业,分两个阶段分别对147家企业开展了问卷调查和29家企业开展了面对面深入访谈。通过确定性方法,得到电能质量对该29家企业造成的经济损失总和约为1.04亿元。利用线性相关分析,确定电能质量造成的经济损失与国民生产总值及全社会用电之间有显著的线性相关性,并确定线性相关系数的95%置信区间。利用二者的统计数据,得到上海市2010年由电能质量造成经济损失的估计值。

延伸阅读:

上海电网电能质量监测系统介绍

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