电能质量要求升级 “用好电”还面临哪些挑战？
随着电力系统的变革推进和电力敏感型用户的增加，电力用户从“用上电”向“用好电”的诉求转变愈加明显，电能的高质量供应问题备受关注。伴随着供用电系统高度电力电子化的发展趋势，电力负荷用电设备已经发生了深刻的变化，电力用户为满足其对产品的个性化、多样性生产需求，更大规模地采用了以计算机和电力电子技术为核心的自动化生产线，对供电质量提出了更高的要求。化解不良电能质量的风险，也成为当前及未来电气行业面临的最大挑战之一。
（来源：微信公众号“电联新媒”作者：翁爽）
当前，我国正处于实现中国式现代化、高质量发展的关键时期，全球高新技术的竞争日趋激烈。而快速发展的高精尖工业需要强有力的优质能源电力的支撑。2022年4月，国家发改委发布《电力可靠性管理办法（暂行）》；2023年12月，《电能质量管理办法(暂行)》(以下简称《办法》)公布，今年3月，《配电网高质量发展的指导意见》公布。这一系列新政的出台紧扣中国式现代化全面推进和实现“双碳”战略的背景，推动高质量发展在电力系统中落地实践。“新政的密集出台显示出国家把电能质量和配电网发展放到了一个前所未有的高度，这与我国当前经济社会转型升级的形势深度契合，也是产业变革和推动新质生产力加快形成的迫切需求，具有十分重大的意义。”四川大学电气工程学院院长肖先勇表示，“随着电能在终端能源消费占比越来越大，以及对整个社会经济发展的影响越来越突出，电能高质量发展已迫在眉睫。”
“高品质”用电诉求强烈
电能质量是电力行业发展中的“传统课题”，但如今，正面临着全新的挑战。
在能源转型和“双碳”目标深入推进的形势下，新型电力系统建设进程不断加快，电力系统发输配用全环节的升级与重塑，对电力供应质量形成了新的冲击：新能源逐渐成为装机和电量主体，终端电力“产销者”大量涌现，电源与负荷的间歇性、波动性、非线性以及不平衡性显著增大，给电能质量管理工作带来重大变化和深远影响。
较之传统电力系统，新型电力系统具有可再生能源占比高、电力电子装备占比高的“双高”特性。“光伏、风电等新能源具有波动性、随机性、间歇性，易导致电压中断、暂态过电压、三相不平衡等问题；电力电子装备具有非线性特征，随着电力电子器件的开关频率不断提高，会导致系统产生谐波、甚至是超高次谐波。从这个角度来看，相比传统电力系统，新型电力系统电能质量面临的风险将更加突出。”南方电网深圳供电局资产管理部副总经理肖鸣表示。
当前，“双高”技术的应用正在发输配用各个环节中持续提升占有比例。“除了数量上的高比例，‘双高’应用还催生了不同类型、特性各异的电源、输配电装备，以及用户的耗能形式等，使得电力系统的形态、结构、动力学特性发生了巨大改变，而电能质量管理基本还是按照电力系统传统初始设计的特性来构建其质量体系，这使得新形势下的电能质量管理面临巨大考验。”华北电力大学电气与电子工程学院原常务副院长肖湘宁表示。
从电网形态的变化来看，大电网、微电网和孤网多形态共存，电网从单电源辐射型网络向多电源网络结构演变，交流和直流输电协同发展，电网结构与形态复杂化、主体多元化、运行方式多样化等特点愈发明显。尤其是配电系统中分布式电源渗透率日趋提升，系统的电源点数量剧增，原有的功率流从单向流动发展成为双向流动，对电网电压和频率稳定的影响大大增加。“当前，诸多地区已经出现配电网网架承载力不足以支撑新能源发电和新型负荷并网需求的情况，引发和加重了电压偏差、电压波动和闪变等电能质量问题。”安徽大学电气工程与自动化学院教授、博士生导师朱明星表示。
在用户侧，随着电气化进程的持续推进，我国终端用能电气化水平快速提升，新型负荷中的用电设备既是电能质量干扰源，又是电能质量敏感源，电能质量治理难度不断加大。“比如，充电设施的规模化快速增长冲击着传统的用电秩序。其中电动汽车和充电桩是典型代表。上海作为全国充电设施最密集的地区，充电桩保有量近80万根，2023年最大充电负荷占比达到143万千瓦，占全网负荷的6.24%。相较于传统负荷，充电负荷的随机波动性更强，给电压稳定和配电网运行带来了新的挑战。此外，大容量的直流快充技术目前发展迅速，例如蔚来最新的快充桩功率可达500千瓦，随之而来的电压冲击和谐波问题也不容忽视。”国网上海市电力公司设备管理部副主任纪坤华表示。
“一些过去并未引起人们重视的电气特性现象，如今却成为突出问题。比如电压暂降，短时中断等等。由于过去用电设备多以机械特性的设备为主，负荷惯性较大，这类设备对电能质量扰动的耐受能力较强，不会因电能质量扰动造成大的影响。但从全球范围来看，自上世纪90年代中后期至今，随着越来越多的用户采用更先进的技术，发展高新技术并通过高新技术改造传统产业，在提高了生产力水平的同时，对电压暂降、短时中断等更加敏感，由此导致的影响和危害已经越来越突出。”肖先勇表示。
半导体行业是面临电能质量问题的典型代表。据了解，我国半导体行业在晶圆制造厂家对电压起伏不定、暂时跌落和短时间中断等电能质量问题十分敏感。“我曾经去相关厂家考察过，造成的残次品损失很严重，问题发生后，用户厂家通过加装电压抑制恢复装置消除了干扰；再如，西部高压直流送电上海，谐波注入到配用电引起谐振，造成一些用户家用电器损坏，上海有关部门和国网公司组织开展了专题研究，查明了原因，并予以解决。这反映出电力系统谐波的传播性和潜在性影响需要深入把握和有效治理。”肖湘宁表示。
纪坤华告诉记者，在上海，敏感用户高品质用电诉求十分突出。以集成电路产业为例，上海目前聚集了超1200家行业重点企业、汇聚了全国40%的产业人才，超50%的行业创新资源，“十四五”期间年均增速超20%，产业集群效应显著。“但群聚的高端制造业用户对于电压暂降敏感程度极高，近年来，中芯国际、台积电、特斯拉等用户均向电力公司和政府主管部门表达过受到电压暂降问题的困扰。”纪坤华说。
高新技术产业发达的深圳市也面临着同样的电能质量风险挑战。2022年，深圳市政府印发《关于发展壮大战略性新兴产业集群和培育发展未来产业的意见》，提出培育发展壮大“20+8”战略性新兴产业集群，常规标准供电质量已无法满足用户用电需求，毫秒级的电压暂降及短时中断都可能造成用户的巨大损失。“2023年，深圳用电量排名前15的用户中有11家为电子信息、半导体相关行业，用户平均单次电压暂降带来的经济损失就可能达到几十万元以上，每年要承受数次不同严重程度的电压暂降冲击。”肖鸣表示，“目前，深圳用户电能质量敏感设备占比已超过40%，是国内高电能质量需求最强烈的城市之一，因此需要各方积极携手，寻求电能质量问题新的解决办法，满足‘高精尖’用户高品质用电需求。”
新《办法》强调电能质量多方共治
电能质量面临的新挑战，迫切需要新的管理制度的引导、管理模式的创新，形成适应当前形势需求的规划设计标准，突破原有投资约束条件，寻求电能高质量发展之道。
“从全球实践来看，欧美、新加坡、香港等国家和地区已基本形成一套政府、电网企业、用户电能质量问题共防共治的机制及技术体系，其高端产业用户也高度重视电压暂降问题的防治，针对半导体制造、计算机设备等敏感用电设备耐受度水平，制定了明确的SEMI F47半导体标准。”肖鸣表示，“而我国差异化高电能质量供电目前还缺乏统一规划、投资及建设标准，同时重要用户电能质量需求未与规划、建设等环节协同开展，迫切需要国家主管部门加强电能质量管理顶层设计,针对高质量电能发展开展系统规划，明确各方责任与义务,推动各责任主体共同参与电能质量管理,营造良好的供用电环境。”
过去二十多年，我国电能质量管理依据1998年原电力工业部出台的《电网电能质量技术监督管理规定》（以下简称“原《规定》”）开展工作。彼时，供电企业工作重心是保障电力可靠供应，原《规定》主要对频率、电压偏差、谐波等稳态指标进行了规范。经过二十多年的发展，原《规定》在管理主体、范围和内容方法、依据标准等方面均无法适应新形势下电能质量管理需求。“原规定主要是以电网供电企业为主体进行电能质量技术监督和管理，这必然会遇到多方面的制约，电网企业不能既是‘运动员’又是‘裁判员’。电能质量管理需要能源行业行政机构的参与，才能建立高效的多方沟通协作机制。”朱明星表示。
在业内的急切期盼之中，国家发改委出台《电能质量管理办法（暂行）》（以下简称“新《办法》”）。和原《规定》相比，新规主要有哪些较大的亮点和变化？
纪坤华认为，新《办法》的变化与亮点主要体现在三个方面。在监督机制方面，明确国家能源局负责全国电能质量管理和监督工作。实行政企联动，建立健全政府监督管理、行业自律和企业履责的机制，强化和落实发电企业、电网企业、电力用户的主体责任，共同维护电力系统电能质量水平；在职责划分方面，源网荷三方企业作为电能质量环境的主要责任体，采用“标准指引、预防为主、综合治理”方针，细化其在规划设计、建设施工、运行监测、追踪治理、闭环检查等全过程的具体需求，贯彻电能质量主动防治的理念，共同维护优质电能质量环境；在信息管理方面，建立了电能质量信息管理和监督管理制度，电网企业等相关企业应当按规定准确、及时、完整地向国家能源局、地方各级电力管理部门报送电能质量信息。国家能源局及其派出机构、地方各级电力管理部门根据职责及时受理发电企业、电网企业、电力用户对电能质量问题的诉求，必要时可开展监督检查。
从以上三方面的变化可看出，新《办法》强调保障电力系统电能质量是发电企业、电网企业、电力用户的共同责任，需要通过多方工作协作实现共治。
“过去，电能质量的管理多着力于电网和用户侧，在传统电力系统的设计下，业内认为燃煤发电，或水利发电，其生产的电能都是符合质量标准的，所以一段时间以来形成了电能质量和发电无关的固定认知，或者仅关注因受到劣质电能的影响而造成发电设备损坏或发电损失。但如今，发电侧电源结构向多元化发展，电源接入电网存在许多新问题，因此这次新《办法》特别提出在新能源发电并网前后要有评估与运行测试，合格后方能接入电网。”肖湘宁表示。
新《办法》将电能质量管理的适用范围扩展至整个电力系统，覆盖发电、输配电及电力用户等各个环节，并提出电能质量管理应当遵循“标准指引、预防为主、综合治理”的方针，发电、供电和用电各方应在工程项目规划、设计、建设、运行的“全过程贯彻电能质量主动防治”的理念。业内人士认为，新《办法》的方针和理念契合电能质量技术发展规律。
“针对新能源发电、高压直流输电工程等近年来电能质量问题相对突出的场景，新《办法》提出治理设备、在线监测装置应当与主体工程同时设计、同时施工、同时验收、同时投运，这是对新能源发电和高压直流输电工程进行电能质量管理的切实举措，避免电能质量陷入‘先污染，后治理’的被动局面。”朱明星表示。
此外，为适应新型负荷发展对高电能质量供电的需求，新《办法》明确提出敏感用户“应当自行开展电能质量需求分析，采用耐受水平与电能质量需求相匹配的用电设备，以及配置合适的电能质量控制设备，确保电能质量满足自身需求。”“新《办法》通过构建健全有效的监督体系，将政府、协会、企业等相关利益方都纳入到电能质量监督体系中，压实责任主体，电网企业负责所属电网电能质量管理工作，发电企业负责所属厂（场）站电能质量管理工作，电力用户负责所属厂站（房）或设备（设施）电能质量管理工作，做到了职责明确，便于电能质量管理工作高质量开展。”纪坤华表示。
电能“污染”责任认定难题待解
新《办法》于4月1日实施。在制度的执行与落地中，还存在哪些具体的难点有待进一步解决？
记者在采访中了解到，在电能质量管理中，一个普遍且典型的难点是电能污染责任的判定与划分。由于电力系统各方看待电能质量问题的角度不同，在引起电能质量问题的原因和责任上，供用电双方存在一些分歧。“长期以来，电力用户对电网电能质量的污染未与其购电成本形成关联，用户治理电能质量问题意愿不强，供用电双方不易达成理性共识。”中国电力企业联合会电能质量专委会秘书长王鹏告诉记者。
根据国际上开展的“引起电能质量问题的原因调查”显示，电力企业和用户双方都认为影响电能质量的自然因素占比超6成，是引起电能质量问题的第一大因素；但电力企业和电力用户双方对彼此责任认知差异较大，电力企业认为是电力用户的影响因素占到33%，电力用户认为是电力企业的影响因素占到17%，用户自身因素占12%；但电力企业与电力用户认为影响因素是相邻用户的比例都占到8%，可以看出从电力企业及用户自己的角度认为用户（电力用户+相邻用户）的影响因素分别占到33%、20%，是影响电能质量问题的第二大因素。
朱明星建议，应加强用户侧电能质量监测，比如大容量干扰源用户，应与电网侧同步安装电能质量在线监测装置，避免遇到电能质量问题时出现“扯皮”的现象。“大容量干扰源用户兼具电能质量干扰源和敏感用户的双重角色，新《办法》只是强调了此类用户在试运行阶段开展电能质量监测，但并未要求开展长期监测，也未规定具体由谁来开展监测。我个人认为用户侧应该长期进行电能质量监测，设置电能质量在线监测装置，监测数据既可用于电能质量解决方案的制定，又可以用于用户侧和电网侧的责任摊定。”朱明星表示。
随着电力市场化改革加速推进，过去市场仅体现电能量提供的单一价值，逐渐转向灵活性价值、容量价值、绿色价值等多元价值体系。在这样的变化趋势之下，未来电能质量的价值是否能够通过更加市场化的方式加以体现？对于这一点，新《办法》首次正式提出“鼓励各方为对电能质量有特殊要求的用户提供有偿增值服务”，通过调动和发挥市场配置机制作用，探索将提高电能质量和增值效益挂钩。“根据不同质量需求对电价进行合理划分有利于电能质量综合治理和用户安全稳定生产，同时，由供电方统筹规划设计、分等级提高电能质量水平是一种高效做法。这一做法在国外已经有尝试，如日本在高新区开发时，就按照供电质量划分不同价位的区域，可由用户根据需要选择。将供电质量与电价机制挂钩，才可能从经济上驱动广大市场主体对电能质量的高度重视。”肖湘宁表示。
肖湘宁进一步指出，当前，世界各国电力供应和交易并没有统一优质优价的标准，多数是采用供电公司和用户在供电协议上双方商定的质量指标和质量成本谈价钱，一事一议，有偿服务。但由于普遍缺少具有电能质量第三方检测评估的机构，这使得责任评定和分担上不断产生矛盾，干扰与治理问题难以得到妥善解决。“因此，在新《办法》出台后，还需要在国家主管部门的主导下，建立公共的基础性平台和评价机构，结合不同行业的电能质量主体责任发布技术管理细则，在原则性要求与管理体制已形成的基础上，进一步开展相关标准制定、细化技术要求，推动《办法》有效落地。”
本文系《中国电力企业管理》独家稿件，作者系本刊记者。
