考慮電力市場需求側(cè)的電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理

成慧娟，李文轉(zhuǎn)，許田陽，苗亞男，范凱迪

（國網(wǎng)山西省電力公司營銷服務(wù)中心，山西 太原 030000）

0 引 言

在電力企業(yè)中，電力生產(chǎn)與消費(fèi)同步，可以保證企業(yè)穩(wěn)定的供需平衡。電力市場中包括生產(chǎn)、傳輸、使用、銷售等4個(gè)方面，是企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)[1]。由于電力需求側(cè)可以將供應(yīng)側(cè)轉(zhuǎn)移到需求側(cè)，緩解了電力企業(yè)的供需矛盾。在電力市場需求側(cè)不斷加大的情況下，電力短缺現(xiàn)象增加，電網(wǎng)調(diào)峰困難、供電穩(wěn)定性下降等問題，均成為電力企業(yè)亟需解決的問題[2]。以電力市場需求側(cè)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理方法，節(jié)約電力生產(chǎn)資源。

本文設(shè)計(jì)的電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理方法，是在省級市場化售電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對發(fā)電側(cè)交易合約清分進(jìn)行管理[3]。同時(shí)，研究發(fā)電側(cè)交易耗電量結(jié)算，并支持在特殊情況下的重算及退補(bǔ)結(jié)算。本文依據(jù)輔助服務(wù)市場規(guī)則，完善輔助服務(wù)市場，并利用調(diào)頻輔助服務(wù)結(jié)算包括服務(wù)收益計(jì)算、考核、分?jǐn)偧胺颠€等費(fèi)用。并根據(jù)電力市場的實(shí)際需求，逐步完善售電公司的基礎(chǔ)檔案，新增市場主體、增量配電網(wǎng)用戶基礎(chǔ)檔案建設(shè)部門，增量配網(wǎng)用戶電費(fèi)結(jié)算流程管理部門，新增并完善相關(guān)表卡單據(jù)、報(bào)表查詢、與財(cái)務(wù)業(yè)務(wù)接口管理部門[4]。通過以上設(shè)計(jì)，旨在高效管理電力負(fù)荷，節(jié)約電能資源，為電力企業(yè)的發(fā)展提供保障。

1 基于電力市場需求側(cè)的電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理方法設(shè)計(jì)

1.1 提取電力用戶用電行為特征

本文在設(shè)計(jì)電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理方法的過程中，首先，對用戶用電行為特征進(jìn)行提取。本文將用戶用電類型分為A～F共6類，分別為獨(dú)居老人、上班族、退休老人、退休老人+上班族、閑置老房子以及無業(yè)游民等[5]。具體用電行為特征如表1所示。

表1 用戶用電行為特征

表1中上述6類電力用戶日用電量為E＜B＜C＜A＜D＜F。對于獨(dú)居老人與退休老人而言，早晨為出門晨練的時(shí)間，夜晚為睡覺的時(shí)間，白天普遍在看電視、聽廣播，用電量較多。對于上班族而言，白天上班，早、晚為集中用電時(shí)間段，用電量低于獨(dú)居老人與退休老人類用戶。對于閑置老房子而言，全天無人，僅有幾個(gè)用電器在使用，用電量最低。對于無業(yè)游民而言，全天都在用電，電視、電腦、手機(jī)等電器的使用使其用電量最大。

1.2 基于電力市場需求側(cè)劃分電力負(fù)荷時(shí)段

根據(jù)用戶用電行為特征，本文對電力負(fù)荷時(shí)段進(jìn)行劃分。本文根據(jù)電力市場需求、電力用戶需求等兩方面，將電力負(fù)荷時(shí)段劃分為尖峰時(shí)段、高峰時(shí)段、平期時(shí)段、低谷時(shí)段等4個(gè)方面[6]。其中，尖峰時(shí)段為A+B+C+D+E+F，高峰時(shí)段為B+D+F，平期時(shí)段為A+C+E，低谷時(shí)段為B+E。本文根據(jù)電力市場需求側(cè)，對電力負(fù)荷時(shí)段進(jìn)行錯(cuò)峰管理。對于A、C、D類用戶而言，主要用電時(shí)間為白天，晚間負(fù)荷不大。也就是說，該類用戶的電力需求較低，具備較大的調(diào)整潛力。對于B、D、F類用戶而言，主要用電時(shí)間為早晨與夜晚[7]。因此，本文將A、C、D類用戶的用電高峰時(shí)段轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)段內(nèi)使用，在低谷時(shí)段使用低功率家電，鼓勵(lì)居民參與到錯(cuò)峰管理的模式中，提升用戶負(fù)荷率。同時(shí)，將B、D、F類用戶的用電高峰時(shí)段調(diào)整至尖峰時(shí)段，有效避免負(fù)荷過大，供需矛盾的問題。

1.3 轉(zhuǎn)移峰期負(fù)荷

為了實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷錯(cuò)峰節(jié)能管理，本文在劃分出電力負(fù)荷時(shí)段的基礎(chǔ)上，對峰期進(jìn)行合理的預(yù)測、推理預(yù)計(jì)擬合。在獲得居民日用電量、日用電負(fù)荷等物理量時(shí)，將峰值的取值范圍設(shè)定為m1，m2，…，mn，并對峰值的取值范圍進(jìn)行合理預(yù)測，預(yù)測公式為

式中：M為用電峰值的合理預(yù)測結(jié)果；F為位置時(shí)段的預(yù)測向量；m為峰值的取值范圍；n為常數(shù)。當(dāng)預(yù)測結(jié)果M呈線性狀態(tài)時(shí)，則可以計(jì)算出各個(gè)時(shí)段的預(yù)測值大小，計(jì)算公式為

式中：為各個(gè)電力負(fù)荷時(shí)段的預(yù)測值；X、Y為A、B、C、D、E、F等不同電力用戶，在尖峰時(shí)段、高峰時(shí)段、平期時(shí)段、低谷時(shí)段等時(shí)段的預(yù)測序列；t為電力負(fù)荷的預(yù)測時(shí)間。在為定值的基礎(chǔ)上，本文對峰期負(fù)荷進(jìn)行擬合，擬合公式為

式中：H為峰期負(fù)荷擬合方差；V為擬合系數(shù)；Xn、Yn為電力負(fù)荷時(shí)段的預(yù)測系數(shù)。根據(jù)峰期負(fù)荷擬合結(jié)果，對尖峰時(shí)段的負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，公式為

式中：δ為轉(zhuǎn)移后的電力負(fù)荷。將電力負(fù)荷作出合理轉(zhuǎn)移之后，電力負(fù)荷得到進(jìn)一步劃分。在早晨早高峰階段，將電力負(fù)荷轉(zhuǎn)移至白天，使早晨出行的居民得到穩(wěn)定供電的環(huán)境。在白天用電的居民，可以正常使用；在夜晚用電階段，將電力負(fù)荷轉(zhuǎn)移至周圍用電量較少的居民處，如此即可實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰管理。

2 實(shí)例分析

2.1 企業(yè)概況

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于電力市場需求側(cè)的電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理方法是否具有實(shí)用價(jià)值，本文以X電力企業(yè)為例，對上述方法進(jìn)行實(shí)例分析驗(yàn)證。X電力企業(yè)供電范圍較大，可以達(dá)到7.82×104 km2，涉及城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、市區(qū)等區(qū)域，總共約1.5×106名居民，供電用戶超過55×104戶。該企業(yè)在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)了較多的變電站，500 kV、220 kV、110 kV等變電站若干，常用220 kV變電站的容量超過8.0×106kVA，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝溯^為穩(wěn)定的供電條件。X電力企業(yè)月平均用電比重如圖1所示。

圖1 X電力企業(yè)月平均用電比重

圖1中a為居民生活用電，b為一般工商業(yè)用電，c為大工業(yè)用電，d為高耗能用電，e為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電。由圖1可知：高耗能用電比重較大，在整個(gè)電力企業(yè)中的耗電量最高；居民生活用電比重較小，在整個(gè)電力企業(yè)中的耗電量最低。根據(jù)電力市場的需求，電價(jià)開始出現(xiàn)變化。本文將電力市場需求考慮在內(nèi)，將電力負(fù)荷進(jìn)行分析，如圖2所示。

圖2 用電需求量

圖2中售電量與耗電量相差較小，在2018年與2019年，售電量與耗電量保持一致，電力需求較為穩(wěn)定。由此看出，X電力企業(yè)整體用電需求量處于較為穩(wěn)定的態(tài)勢，高峰用電時(shí)間段與低峰用電時(shí)間存在一定的平衡。當(dāng)電價(jià)合理時(shí)，電力生產(chǎn)的成本較低，需求量較高，電力企業(yè)可以獲得較高的收益；當(dāng)電價(jià)不合理時(shí)，電力生產(chǎn)的成本較高，需求量較低，電力企業(yè)無法獲得較高的收益。因此，將本文設(shè)計(jì)的錯(cuò)峰管理方法應(yīng)用到X電力企業(yè)上，將高峰、低峰的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，最大限度地提高企業(yè)節(jié)能效果。

2.2 應(yīng)用結(jié)果

在上述條件下，本文以X電力企業(yè)一年耗電量為例，分別對1月份～12月份全年進(jìn)行電力負(fù)荷與耗電量分析。并將正常情況未使用錯(cuò)峰管理方法的耗電量，與本文設(shè)計(jì)的基于電力市場需求側(cè)的電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理方法的耗電量進(jìn)行對比，應(yīng)用結(jié)果如表2所示。

表2 應(yīng)用結(jié)果

表2中X電力企業(yè)在1月份～12月份全年的電力負(fù)荷總量為12.88 GW，電力負(fù)荷最大在8月份，達(dá)到1.86 GW。由于1月份、2月份、11月份、12月份較冷，使用空調(diào)次數(shù)較多，電力負(fù)荷較高，其余月份電力負(fù)荷較低。在其他條件均一致的情況下，不使用電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理方法的耗電總量約119.30 TW·h，耗電量較多，電力企業(yè)的成本支出較大。因此，不使用錯(cuò)峰管理方法時(shí)，電力市場需求側(cè)并未做到科學(xué)管理，無法在負(fù)荷一致的前提下，節(jié)約電能資源。而本文設(shè)計(jì)的基于電力市場需求側(cè)的電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理方法的耗電量相對較低，耗電總量約55.06 TW·h，相比于常規(guī)情況下的耗電量降低了一倍左右，耗電量較低，電力企業(yè)的成本支出較小。因此，使用本文設(shè)計(jì)的錯(cuò)峰管理方法之后，電力市場需求側(cè)可以做到科學(xué)管理，在負(fù)荷一致的前提下，能夠節(jié)約電能資源，符合本文研究目的。

3 結(jié) 論

近些年來，電力企業(yè)處于供需平衡的狀態(tài)，在滿足社會用電需求的基礎(chǔ)上，為電力企業(yè)提供了全新的發(fā)展契機(jī)。隨著用電用戶增加，用電需求量持續(xù)攀升，在冬夏兩季，尤其容易出現(xiàn)用電緊缺的現(xiàn)象，打破了電力企業(yè)的供需平衡，使電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨了重大的挑戰(zhàn)。因此，本文以電力市場需求側(cè)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)電力負(fù)荷錯(cuò)峰管理方法。從提取用電行為特征、劃分負(fù)荷時(shí)段、轉(zhuǎn)移峰期負(fù)荷等方面，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的錯(cuò)峰節(jié)能管理。將供電側(cè)轉(zhuǎn)移到需求側(cè)，從根本上解決供需矛盾，旨在提高電力企業(yè)的節(jié)能效果，最大限度地提高供電穩(wěn)定性。