基于負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別的有序用電管理

李　琳，杜　穎，劉勇超，程婷婷，李軍田

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南　250003）

基于負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別的有序用電管理

李琳，杜穎，劉勇超，程婷婷，李軍田

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電需求不斷增長，電網(wǎng)建設(shè)也隨之大力發(fā)展，但仍存在局部性、季節(jié)性電力缺口。有序用電是各級電力部門應(yīng)對電力缺口的重要手段。通過深度分析客戶用電行為，綜合考慮用戶負(fù)荷特性和生產(chǎn)效益等因素構(gòu)建用戶負(fù)荷可調(diào)系數(shù)的計算方法，在此基礎(chǔ)上提出了有序用電管理的優(yōu)化流程，并通過實例分析證明了該方法的有效性。

負(fù)荷；可調(diào)系數(shù)；均方差；有序用電

0　引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)總量和用電需求不斷增長，能源供應(yīng)保障的重要性日益突出。電網(wǎng)長期面臨高峰時期電力不足，這使得有序用電在負(fù)荷集中地區(qū)已成為緩解用電緊張形勢的“常態(tài)機(jī)制”［1］。目前，多數(shù)情況下有序用電采取強(qiáng)制性的行政措施，從降低網(wǎng)損和移峰填谷、優(yōu)化負(fù)荷特性的角度研究有序用電方案，但未深入到各個電力用戶層面［2］，缺乏綜合因素考慮。負(fù)荷可調(diào)系數(shù)，即用戶的用電負(fù)荷在時間上的靈活系數(shù)，針對不同類型用戶研究其可調(diào)系數(shù)，指導(dǎo)優(yōu)化有序用電工作，實現(xiàn)削峰填谷，平衡供電容量和用電負(fù)荷的關(guān)系［3］。

1　負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別

1.1負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別概述

在電力負(fù)荷管理中，根據(jù)用戶負(fù)荷特性，可以將其劃分為不同類型，因此其負(fù)荷可調(diào)系數(shù)大小也不同。負(fù)荷可調(diào)系數(shù)可以衡量單位負(fù)荷從一個時段轉(zhuǎn)移到另一個時段所需的成本，包括轉(zhuǎn)移所需費用、用戶電費支出變化。其中轉(zhuǎn)移費用包含用戶用電方式改變、用電設(shè)備增加產(chǎn)生的費用，負(fù)荷轉(zhuǎn)移造成的產(chǎn)品產(chǎn)量減少對用戶生產(chǎn)收益的影響及其他相關(guān)費用；用戶電費支出變化是指用戶分時用電電價改變帶來的電費支出變化。若負(fù)荷可以無成本從一個時段轉(zhuǎn)移到另一個時段，這樣的負(fù)荷可調(diào)性是高的；若負(fù)荷轉(zhuǎn)移成本比較高或者用戶負(fù)荷連續(xù)平穩(wěn)無變化，則負(fù)荷可調(diào)性低。

1.2負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別的意義

電力負(fù)荷與社會、經(jīng)濟(jì)、氣象等眾多因素之間有著極為復(fù)雜的關(guān)系，受其影響隨時可能發(fā)生波動［4］。負(fù)荷可調(diào)系數(shù)是反映電力用戶在不同時段負(fù)荷變化的情況，用戶生產(chǎn)用電在時間上的選擇余地。負(fù)荷可調(diào)系數(shù)高，則表明用戶負(fù)荷在時間上的選擇余地大，可以在有序用電執(zhí)行中安排其參與錯峰用電，如水泥生產(chǎn)企業(yè)，這類企業(yè)也會充分利用分時電價，轉(zhuǎn)移高峰負(fù)荷到平時段、谷時段使用，以便降低生產(chǎn)成本。對于電網(wǎng)，通過減少高峰時段用電需求，移峰填谷，提高了電網(wǎng)的負(fù)荷率和發(fā)電容量的利用率。反之，負(fù)荷可調(diào)系數(shù)小的用戶，負(fù)荷隨時間的變動不大，對供電可靠性要求較高，負(fù)荷等級較高，如大型醫(yī)院、化工行業(yè)用戶等。

2　負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別方法

負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別，是在負(fù)荷分析的基礎(chǔ)上，將負(fù)荷特性量化，便于負(fù)荷管理。根據(jù)用戶類別及負(fù)荷特性，將用戶分為連續(xù)用電和非連續(xù)用電兩大類，其中連續(xù)用電用戶負(fù)荷率高［5］，負(fù)荷可調(diào)系數(shù)低，例如鋼鐵行業(yè)；非連續(xù)用電用戶，負(fù)荷可調(diào)系數(shù)高，例如居民生活、食品加工行業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)等。分析負(fù)荷率較低的電力用戶的負(fù)荷可調(diào)系數(shù)，用于需求側(cè)管理。根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷特性和行業(yè)用電的需求，重點分析月可調(diào)、周可調(diào)、日可調(diào)系數(shù)。

2.1負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別范圍確認(rèn)

用戶用電負(fù)荷率較低、峰谷差率較大的用戶負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別價值較大，因此針對用戶的用電負(fù)荷特性篩選分析用戶范圍。選取月度平均負(fù)荷率小于80%的用戶，月度平均峰谷差率大于20%的用戶進(jìn)行負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別。

用戶月度平均負(fù)荷率

用戶月度平均峰谷差率

式中：Pmn為第n日最大負(fù)荷；Pn為第n日平均負(fù)荷；Pin為第n日最小負(fù)荷。

2.2用戶用電價值計算

通過計算用戶用電的單位電量產(chǎn)值Iq得到用戶生產(chǎn)用電的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，衡量影響負(fù)荷調(diào)整的經(jīng)濟(jì)因素，Iq指標(biāo)越大負(fù)荷可調(diào)價值則越小，則負(fù)荷可調(diào)系數(shù)越小。

單位電量產(chǎn)值

式中：Ii為用戶單位時間經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值；Qi為單位時間電量；k為時間單位，年或月。

2.3月負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別

取用戶負(fù)荷1年的日負(fù)荷數(shù)據(jù)，以月平均負(fù)荷為基值，求日平均負(fù)荷的標(biāo)幺值，得到m月d日負(fù)荷標(biāo)幺值ηmd：

求12個月負(fù)荷標(biāo)幺值ηmd的均方差值δd：

式中：m為月份，m=1，2，3，…，12；d為每月1～30日，實際計算可以依據(jù)每月天數(shù)；Pmd為第m月第d日平均負(fù)荷；Pm為第m月平均負(fù)荷。

求月度均方差值，得到δy：

月度負(fù)荷可調(diào)系數(shù)為：

式中：k為調(diào)整系數(shù)；Ey為月度負(fù)荷可調(diào)系數(shù)。

2.4周負(fù)荷可調(diào)系數(shù)

取用戶負(fù)荷的52個周負(fù)荷數(shù)據(jù)，以周平均負(fù)荷為基值，求日平均負(fù)荷的標(biāo)幺值，得到w周、周i（7日）負(fù)荷標(biāo)幺值ηwi：

求52個周負(fù)荷標(biāo)幺值ηwi的均方差值δi：

式中：Pwi為日平均負(fù)荷；Pw為周平均負(fù)荷。

周負(fù)荷可調(diào)系數(shù)為：

式中：k為調(diào)整系數(shù)；Ez為周負(fù)荷可調(diào)系數(shù)。

2.5日負(fù)荷可調(diào)系數(shù)

取用戶負(fù)荷的100日負(fù)荷數(shù)據(jù)，以日平均負(fù)荷為基值，求日負(fù)荷24 h的標(biāo)幺值，得到d日h小時得負(fù)荷標(biāo)幺值

求每日24小時負(fù)荷標(biāo)幺值ηdh的均方差值δd：

式中：Pdh為日整點負(fù)荷；Pd為日平均負(fù)荷。

求100日均方差值，得到：

日負(fù)荷可調(diào)系數(shù)為：

式中：k為調(diào)整系數(shù)；Er為日負(fù)荷可調(diào)系數(shù)。

3　實例計算及有序用電管理應(yīng)用

為驗證負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別的方法的實用性和有效性，選取工業(yè)用戶2015年度負(fù)荷數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算月、周、日可調(diào)系數(shù)。運用負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別結(jié)果，指導(dǎo)有序用電管理決策。

3.1實例用戶基本信息

選取5個用電容量在2 000 kVA及以上的不同行業(yè)大工業(yè)用戶，用戶1為某鋼鐵集團(tuán)，用戶2為金屬制造企業(yè)，用戶3為某電池生產(chǎn)廠，用戶4為造紙企業(yè)，用戶5為某鋁業(yè)集團(tuán)。用戶用電特性和年度產(chǎn)值，以及企業(yè)單位電量產(chǎn)值Iq數(shù)據(jù)如表1所示。

通過分析篩選實例用戶基本信息，可以判斷“用戶3”9月份平均負(fù)荷率88.03%，峰谷差率22.55%，屬于連續(xù)生產(chǎn)用戶，負(fù)荷可調(diào)余地較小，暫不分析負(fù)荷可調(diào)系數(shù)；根據(jù)表1數(shù)據(jù)顯示，其他4戶用戶的月平均負(fù)荷率、月峰谷差率符合數(shù)據(jù)分析條件，可以進(jìn)行負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別。

表1　實例用戶負(fù)荷特性和生產(chǎn)效益

3.2負(fù)荷可調(diào)系數(shù)計算結(jié)果

通過對4個具有負(fù)荷可調(diào)價值的實例用戶用電數(shù)據(jù)的分析計算，得到其月、周、日負(fù)荷可調(diào)系數(shù)如表2所示。

表2　實例用戶負(fù)荷可調(diào)系數(shù)

3.3實例分析

通過分析實例用戶月、周、日可調(diào)系數(shù)計算結(jié)果，選取用戶4的典型日負(fù)荷曲線，如圖1所示，可以判斷用戶4的生產(chǎn)用電規(guī)律。用戶年度生產(chǎn)用電負(fù)荷變化較大，因此月度可調(diào)系數(shù)高；用戶生產(chǎn)用電時間比較規(guī)律，日負(fù)荷曲線可以判斷其日可調(diào)整性較小。因此，通過負(fù)荷可調(diào)系數(shù)的識別，可以從用戶生產(chǎn)負(fù)荷特性和單位用電產(chǎn)值的基礎(chǔ)，判斷用戶每月、每周、每日負(fù)荷可調(diào)整性的大小。能夠從較為經(jīng)濟(jì)角度實現(xiàn)用戶的負(fù)荷調(diào)整。

用戶5連續(xù)100日平均負(fù)荷特性曲線如圖2所示，用戶生產(chǎn)月負(fù)荷、日負(fù)荷變化較大，因此其月、日負(fù)荷可調(diào)節(jié)系數(shù)較大，與計算結(jié)果一致。從負(fù)荷曲線得知，用戶生產(chǎn)檢修和廠休時間的規(guī)律性。用戶具有較大的負(fù)荷可調(diào)節(jié)性，在高峰時段用戶可以參與錯避峰，能夠最大限度減少對用戶生產(chǎn)影響和經(jīng)濟(jì)損失。

圖1　用戶4典型日負(fù)荷曲線

圖2　用戶5鋁業(yè)集團(tuán)100日平均負(fù)荷

3.4有序用電管理優(yōu)化

通過負(fù)荷可調(diào)系數(shù)的識別，優(yōu)化有序用電管理，科學(xué)編制有序用電方案，最大限度減少有序用電對企業(yè)生產(chǎn)和社會用電的影響。安排負(fù)荷可調(diào)系數(shù)較高的用戶承擔(dān)較大的錯峰指標(biāo)，可以實現(xiàn)電網(wǎng)安全和社會效益的兼顧，從而減少電力缺口造成的經(jīng)濟(jì)損失。

基于負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別的有序用電優(yōu)化步驟如圖3所示。智能終端積累了大量基礎(chǔ)用電數(shù)據(jù)［6］，通過用電信息采集系統(tǒng)給有序用電決策系統(tǒng)提供用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)，在有序用電決策系統(tǒng)中，使用數(shù)據(jù)挖掘的方法，對用戶負(fù)荷特性進(jìn)行分類，篩選出負(fù)荷率高、峰谷差小的連續(xù)生產(chǎn)用戶，對剩余用戶進(jìn)行負(fù)荷可調(diào)系數(shù)識別。用戶負(fù)荷可調(diào)系數(shù)作為特性參數(shù)，為有序用電方案編制提供決策依據(jù)，優(yōu)化有序用電方案的可執(zhí)行性。

圖3　有序用電優(yōu)化步驟

4　結(jié)語

從電力負(fù)荷的時間和社會經(jīng)濟(jì)成本的維度，提出負(fù)荷可調(diào)系數(shù)概念和識別的方法，并應(yīng)用于有序用電管理優(yōu)化。負(fù)荷可調(diào)系數(shù)不僅反映了用戶負(fù)荷特性，同時反映了用戶負(fù)荷調(diào)整的成本變化。負(fù)荷可調(diào)系數(shù)的識別可以充分說明用戶生產(chǎn)用電的時間選擇余地和對供電可靠性的要求，使有序用電方案更為科學(xué)合理，兼顧用戶公平與經(jīng)濟(jì)性［7］，提高電力資源的整體效益。

［1］王衛(wèi)平.如何科學(xué)合理地實施有序用電［J］.電力需求側(cè)管理，2007（3）：29-32.

［2］鐘海旺，夏清，黃眉，等.降低網(wǎng)損和消除阻塞的有序用電模模式與方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（7）：1 915-1 921.

［3］賀輝.電力負(fù)荷預(yù)測和負(fù)荷管理［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［4］魯俊嶺.負(fù)荷特性及優(yōu)化［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［5］顏慶國.有序用電價值評估體系下的用戶避峰價值模型［J］.電氣應(yīng)用，2014，33（23）：126-128.

［6］程艷柳.基于云計算的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘的研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2013.

［7］陸婷婷.有序用電避峰預(yù)案優(yōu)化編制方法研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（9）：2 316.

Orderly Electricity Management Based on Loaded Adjustable Coefficient Identification

LI Lin，DU Ying，LIU Yongchao，CHENG Tingting，LI Juntian
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

With the rapid development of national economy，the demand for electricity is increasing continuously，and power grid construction also achieve rapid development，but there are still local and seasonal power shortage.Orderly power consumption is an important means to deal with power shortage at all levels power department.In this paper a method of loaded adjustable coefficient identification is given，which is used to strengthen orderly power meticulous management through depth analysis of electrical behavior of customer.The method of calculating user loaded adjustable coefficients is built based on the comprehensive consideration of user load characteristics，production benefits and so on，and optimized processes of orderly power management are proposed.The actual case analysis proved the effectiveness of the proposed method.

load；adjustable coefficient；mean square deviation；orderly power consumption

TM714

A

1007－9904（2016）07－0004－04

2016-02-03

李琳（1978），女，高級經(jīng)濟(jì)師，從事電力營銷工作。