考慮電壓暫降治理的優質供電服務模式優化研究

楊子安

（國網北京平谷供電公司，北京 101200）

0 引 言

長期以來，電能質量問題一直是電力用戶所關注的重要話題之一，其中電壓暫降問題尤為引人關注。因為這個問題的存在，供電企業經常受到用戶的指責，并造成了巨大的經濟損失。盡管電壓暫降問題難以避免，但責任劃分機制還沒有得到充分發展，而用戶往往很難得到賠償，只能通過實施治理工作來減輕電壓暫降對用電風險的影響[1]。用戶對于高質量供電服務的需求非常迫切，但傳統的用戶自行解決治理模式常常因成本高昂和初期投資大而難以推廣。而供電企業提供的傳統供電服務也存在成本較大的問題，電壓暫降治理需要優化服務模式，為此提出考慮電壓暫降治理的優質供電服務模式優化研究。

1 電壓暫降治理優化模型

1.1 針對電壓暫降治理的優質供電服務模式

就電壓暫降治理措施而言，用戶通常會選擇不間斷供電電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）或動態電壓恢復器。如果用戶自行處理，他們需要承擔所有治理設備的購買和維護費用，而UPS 由于其高昂的運營成本往往不是大容量用戶所青睞的選擇。相對而言，電力公司提供的優質供電服務的優勢在于低購買成本、低運營和維護費用以及快速補償響應等方面，這已成為常見的電壓暫降治理模式。因此，用戶可以選擇由電力公司提供的優質供電服務模式，以有效降低治理成本并獲得更好的電力供應體驗。供電優質服務模式包含2 個主要角色：用戶和電力公司。電力公司的主要職責是提供電壓暫時降低治理的設備。用戶支付服務費以獲取使用治理設備的權益。電力公司會提供新的治理設備給用戶A 使用，以滿足他們的需求。當服務期限結束后，用戶A 需要將治理設備歸還給電力公司。如果該治理設備無法滿足電壓降低治理的性能要求，則需要報廢。但是，如果該設備的性能表現良好，則電力公司將向用戶B提供舊設備，用戶B 在服務期限結束后也需要將設備退回給電力公司。這種服務模式具體如圖1 所示。

圖1 優質供電服務模式

電供服務模式具有明確的流程，其主要步驟如下文所述。（1）澄清治理需求。在這個過程中，用戶向電力公司提出其對電壓暫降治理方面的需求，然后電力公司會向用戶推薦多個選擇可用的電壓暫降治理設備。如果舊的設備能夠符合用戶所需的治理要求，那么用戶將使用該舊設備來進行電力治理工作；然而，如果舊設備的技術標準不滿足用戶治理需求的要求，則需要考慮使用新的設備。（2）成本博弈。服務費用是一種競爭性的費用，其數值取決于治理設備的利潤系數和使用時長。在電供服務模式中，電力公司從服務費中獲得利潤，而用戶則因電壓暫降減少損失而獲得收益。電力公司作為服務機構，在理解用戶需求后，首先根據治理設備的利潤系數計算出服務費用；隨后，用戶可以根據電力公司提供的服務費用來衡量其自身的利益，并相應地調整服務時間。這種情況會影響電力公司的收益率，因此電力公司和用戶之間會根據這些參數進行競爭，以實現雙方的最大利益。（3）高質量電力供應。用戶與電力公司需要簽署一份電壓暫降治理合同。根據合同，用戶需要支付服務費用給電力公司，電力公司負責為用戶提供設備安裝和調試服務，以確保電力供應達到最佳水平。綜上所述，優化電力供應服務是建立在同時降低用戶和供應商成本的前提下進行的優化模型構建。

1.2 搭建服務優化模型

針對服務模式的主要角色，用戶和電力公司分別建立優化目標函數模型，同時考慮供電商和用戶2個主體進行服務交互時的主體效益，將服務費加入到運行成本中，以成本最低為目標建立優化調度模型為

式中：b為工業用戶；U為主體效益；C1為設備更換成本；C2為與設備外電網重新連接成本；C3為設備治理的成本；t為設備年限；η1為設備更換過程中單位補償成本；η2為設備損耗過程中單位補償成本；Q1為設備調整總量；Q2為設備損耗總量；T為供電周期；z為設備使用次數；ε1為電壓暫降損耗；ε2為電壓剩余價值；λ為服務價格；E為用戶與電力公司之間的人力成本；ρ為服務成本。

設置優化調度目標為用戶電壓暫降成本和服務費用最小化，建立如下所示優化目標函數為

式中：min 為最小值；F為用戶端整體費用成本；f1為電壓暫降成本；f2為服務費。其中：

式中：β為具有服務需求的工業用戶數量；l為工業用戶；χ為治理周期；o為治理時段；x為服務費價格；φ為工業用戶服務頻率；r為用戶實際上交服務費；P1、P2為用戶享受治理服務時的舊設備治理數量、新設備更換數量。

在優化模型實際應用過程中，設置合理的優化約束條件[2]。不考慮傳輸損耗、設備損耗的前提下，設備治理技術約束表達公式為

式中：e1為新設備存量；e2為設備使用周期；?為設備最大接入量。

治理服務實施時，針對工業用戶所需的設備治理需求[3]，設置如下所示經濟約束條件

式中：Pmax為用戶設定的最高服務費用成本；H1為工業用戶設備使用率；H2為工業用戶使用設備時總收益。

1.3 求解優化模型

在上文設計內容的基礎上，使用拉丁超立方采樣方法對供電服務模式優化模型的優化結果進行抽樣，并逐個使用目標函數對其進行計算與控制，得到不同的優化決策方案，而后對此部分方案進行對比，得到最優決策方案[4]。

設定優化模型的誤差值為隨機變量ci，此時累積概率函數可表示為

對優化結果進行隨機取樣，對取樣結果進行評定，如符合相關要求，將其作為服務優化決策的數據基礎[5,6]。根據預先設定的目標函數以及約束函數，構建決策模型，具體內容為

由此可得到最終的優化決策方案，對優化計算結果進行控制，對上述設定內容進行整合，至此考慮電壓暫降治理的優質供電服務模式優化研究設計完成。

2 測試驗證與分析

對本文研究進行測試驗證，測試對象為某大型生產企業。該企業共有5 條生產線，每個生產線中均安裝有PLC 電力控制線路。如果發生電壓暫降，則線路出現故障，導致生產線無法正常生產，從而影響產品的質量達不到標準，甚至導致產品必須全部報廢。3 條生產線的負載分別為310、155 和250 kW，每年平均發生10 余次電壓暫降造成的生產事故，經濟損失達萬元以上，亟需進行治理。利用該數據集驗證了本文方法的優化結果。

對電力公司服務成本、客戶服務費成本進行統計，對比優化前后的服務成本，具體內容如圖2 所示。

圖2 優化前后服務費用統計

對圖2 中內容進行分析可以看出，優化后的電力公司和用戶的成本均得到了控制，可有效提升優質供電服務模式的經濟效益。這是因為本文方法在成本優化目標函數建立過程中全面考慮了電力公司和用戶2 個主體的多成本因素，因此優化后大幅度降低了服務費用，具有使用價值。

3 結 論

為了解決電壓暫降治理下供電服務模式不理想的問題，研究考慮電壓暫降治理的優質供電服務模式優化方法。深入分析服務模式的主體和服務過程。分別考慮電力服務商和用戶的成本，以綜合成本最低為目標，建立服務優化模型，并求解該模型，實現服務模式決策優化。測試結果證明了該優化方法可以降低服務商和用戶雙方的治理成本，具有實際應用價值。