◆ 周雷勇 宗明 段若晨 / 文

一、引言

電力需求響應(yīng)是指通過(guò)需求側(cè)的調(diào)荷能力，利用電力需求的彈性來(lái)降低電力高峰時(shí)段的負(fù)荷，緩解電力供應(yīng)緊張，避免傳統(tǒng)拉閘限電等措施給企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和居民生活造成的嚴(yán)重影響，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)柔性控制目標(biāo)[1]。

電力需求側(cè)管理概念被引入我國(guó)已有20多年，在我國(guó)節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。但是，當(dāng)前電力需求響應(yīng)技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣仍然處于摸索起步階段，雖然已經(jīng)有了一些試點(diǎn)工程，但一方面我國(guó)需求響應(yīng)應(yīng)用的政策經(jīng)濟(jì)條件還較為缺乏，有關(guān)自動(dòng)需求響應(yīng)的應(yīng)用極為有限；另一方面，需求響應(yīng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)模式和方法還未標(biāo)準(zhǔn)化，無(wú)法解決需求響應(yīng)技術(shù)、產(chǎn)品或系統(tǒng)之間的通用和互換問題，增加了實(shí)施需求響應(yīng)項(xiàng)目的成本，不利于自動(dòng)需求響應(yīng)技術(shù)的推廣[2]。因此，迫切需要結(jié)合現(xiàn)代質(zhì)量管理理念，對(duì)需求響應(yīng)進(jìn)行分析和研究。

本文以用戶需求為核心，充分運(yùn)用多種質(zhì)量管理及技術(shù)開發(fā)工具，建立基于前端分析、過(guò)程實(shí)施、推廣應(yīng)用的質(zhì)量技術(shù)創(chuàng)新體系，覆蓋需求響應(yīng)的各個(gè)流程：電網(wǎng)負(fù)荷信息的收集及處理→區(qū)域用戶的用電分析→需求響應(yīng)的過(guò)程模型及方法研究→用電及需求響應(yīng)的信息交互方法研究→建設(shè)需求響應(yīng)應(yīng)用示范，最終形成一套可實(shí)用化的電力需求響應(yīng)信息服務(wù)平臺(tái)。

二、基于QFD質(zhì)量屋的前端分析

基于QFD質(zhì)量屋方法，將客戶需求進(jìn)行詳細(xì)梳理，指導(dǎo)相應(yīng)技術(shù)方案形成。首先，與相關(guān)政府部門、電網(wǎng)負(fù)控中心、供電公司、用電用戶等單位建立信息互通渠道，收集區(qū)域相關(guān)的用戶供電點(diǎn)、電源線路信息，以及用戶負(fù)控信息、用戶電費(fèi)賬單、用電歷史、需求響應(yīng)激勵(lì)政策（包括負(fù)荷容量、負(fù)荷控制要求、停電信息、電價(jià)政策、節(jié)能服務(wù)信息等）各類相關(guān)信息，并對(duì)上述信息進(jìn)行分析處理，為用戶用電分析及需求響應(yīng)服務(wù)奠定基礎(chǔ)。然后，針對(duì)區(qū)域內(nèi)用戶的內(nèi)部用電數(shù)據(jù)、電網(wǎng)采集數(shù)據(jù)、單位能耗采集數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化比對(duì)及分析，研究用戶用電的分類排序方法，用以評(píng)估不同類型用戶的需求響應(yīng)能力[3]。

“質(zhì)量屋”是質(zhì)量功能配置（QFD）的核心，是一種確定客戶需求和相應(yīng)服務(wù)之間聯(lián)系的圖示方法，由矩陣框架直觀表達(dá)。質(zhì)量屋一般由WHATS矩陣、HOWS矩陣、相互關(guān)系矩陣以及評(píng)價(jià)矩陣組成。其中，WHATS矩陣表示需求什么；HOWS矩陣表示針對(duì)需求如何做；相互關(guān)系矩陣表示W(wǎng)HATS項(xiàng)和HOWS項(xiàng)的相互關(guān)系；評(píng)價(jià)矩陣表示HOWS項(xiàng)的組織度、技術(shù)成本、競(jìng)爭(zhēng)力及可行性等。質(zhì)量屋建立完成后，通過(guò)定性和定量分析，得到輸出項(xiàng)HOWS矩陣，即完成了從客戶需求到滿足需求手段的轉(zhuǎn)換。

本項(xiàng)目中，首先明確客戶主要需求為負(fù)荷控制、停電信息、電價(jià)政策及節(jié)能服務(wù)，重要性分別為1～4分，相應(yīng)提供的技術(shù)手段為約定需求響應(yīng)、實(shí)時(shí)需求響應(yīng)及補(bǔ)償結(jié)算，將關(guān)系矩陣程度定義為強(qiáng)（5分）、中（3分）、弱（1分），由此建立“質(zhì)量屋”。如圖1所示。

根據(jù)用戶需求重要性及相互關(guān)系矩陣，通過(guò)計(jì)算可得各技術(shù)手段得分為：約定響應(yīng)9分、實(shí)時(shí)響應(yīng)23分、補(bǔ)償結(jié)算19分，表明實(shí)時(shí)需求響應(yīng)技術(shù)解決用戶需求的能力最強(qiáng)。通過(guò)質(zhì)量屋分析，可以為各類需求響應(yīng)手段進(jìn)行綜合評(píng)估，為技術(shù)方案的制定提供理論依據(jù)。

三、基于TRIZ理論的過(guò)程實(shí)施

發(fā)明問題解決理論（TRIZ理論）的核心是技術(shù)進(jìn)化原理，其核心思想主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先，無(wú)論是一個(gè)簡(jiǎn)單產(chǎn)品還是復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)，其核心技術(shù)的發(fā)展都是遵循著客觀規(guī)律發(fā)展演變的，即具有客觀的進(jìn)化規(guī)律和模式。其次，各種技術(shù)難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動(dòng)這種進(jìn)化過(guò)程的動(dòng)力。第三，技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的理想狀態(tài)是用盡量少的資源實(shí)現(xiàn)盡量多的功能。基于核心思想，提出了諸如發(fā)明原理、發(fā)明問題解決算法及標(biāo)準(zhǔn)解等矛盾消除算法。在利用TRIZ解決問題的過(guò)程中，需要首先將問題表述為TRIZ問題，然后利用TRIZ工具，求出該問題的普適解或模擬解，最后將該解轉(zhuǎn)化為領(lǐng)域的解或特解[4]。

圖1 “質(zhì)量屋”矩陣圖

圖2 過(guò)程實(shí)施

本項(xiàng)目中，主要問題共四個(gè)：用戶響應(yīng)方法確定、負(fù)荷分配模型搭建、結(jié)算補(bǔ)償策略制定以及信息交互方法研究。運(yùn)用TRIZ理論，梳理技術(shù)實(shí)施過(guò)程中可能存在的技術(shù)障礙，通過(guò)對(duì)矛盾的分析，利用消除沖突的邏輯方法推出相應(yīng)解法，最終解決矛盾，消除障礙，得出過(guò)程實(shí)施方案。

1.確定用戶響應(yīng)方法（圖2-1）

首先依據(jù)區(qū)域特點(diǎn)，將用戶（S）按照類型分為不同類別（S1、S2、S3……），并基于用電分類排序方法分析區(qū)域用戶特征，評(píng)估不同類型用戶的需求響應(yīng)能力，為區(qū)域管理者（或電能服務(wù)商）制定形成多級(jí)響應(yīng)模型及方案（F）。

2.搭建負(fù)荷分配模型（圖2-2）

首先需要對(duì)電網(wǎng)負(fù)控單位（S1、S2、S3……）發(fā)出具體削減負(fù)荷需求。根據(jù)用戶當(dāng)前負(fù)荷狀態(tài)，以及多級(jí)響應(yīng)模型及方案，研究制定區(qū)域范圍內(nèi)的負(fù)荷分配模型（F），最終確定參與需求響應(yīng)的用電用戶范圍及響應(yīng)級(jí)別（S）。

3.制定結(jié)算補(bǔ)償策略（圖2-3）

通過(guò)采集用戶需求響應(yīng)的執(zhí)行情況（S11），負(fù)控單位（電網(wǎng)）提供的結(jié)算信息（S12）等基礎(chǔ)信息（S1），對(duì)用戶需求響應(yīng)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行精細(xì)化結(jié)算補(bǔ)償（S2），形成政策框架內(nèi)的區(qū)域用戶結(jié)算補(bǔ)償策略（F）。

4.實(shí)現(xiàn)海量信息交互（圖2-4）

基于移動(dòng)技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，首先研究能耗信息（S11）、負(fù)控需求（S12）、執(zhí)行結(jié)果（S13）等能源信息的交互方法（F1），隨后確定區(qū)域管理單位（S21）、電能服務(wù)商（S22）、電力用戶（S23）等用戶信息的交互方法（F2），最終提出各類信息交互方案（F）。

四、基于PDCA循環(huán)的推廣應(yīng)用

圖3 PDCA循環(huán)原理圖

P D C A循環(huán)又稱戴明環(huán)，是全面質(zhì)量管理的思想基礎(chǔ)和方法依據(jù)。PDCA循環(huán)圍繞最終目標(biāo)（Goal），將質(zhì)量管理分為四個(gè)階段，即計(jì)劃（Plan）、執(zhí)行（Do）、檢查（Check）、處理（Action）。在質(zhì)量管理活動(dòng)中，要求把各項(xiàng)工作按照作出計(jì)劃、計(jì)劃實(shí)施、檢查實(shí)施效果，然后將成功地納入標(biāo)準(zhǔn)，不成功的留待下一循環(huán)去解決?；驹砣鐖D3所示。本文基于PDCA循環(huán)，對(duì)推廣應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行閉環(huán)管控，從而確保應(yīng)用效果[5]。

1.計(jì)劃（Plan）

首先制定推廣應(yīng)用計(jì)劃。以用戶電力需求響應(yīng)為目標(biāo)，在對(duì)虹橋智能配用電大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，分析虹橋商務(wù)區(qū)配電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)間維度的規(guī)律性，以及虹橋商務(wù)區(qū)能源中心分布式電源的并網(wǎng)可能給電網(wǎng)帶來(lái)的影響，將需求響應(yīng)分為三種級(jí)別，對(duì)區(qū)域內(nèi)的需求響應(yīng)負(fù)荷分配、結(jié)算及激勵(lì)分配設(shè)計(jì)出兩種基本模式，形成電力需求響應(yīng)試點(diǎn)計(jì)劃及具體日程表。

2.執(zhí)行（Do）

通過(guò)前期數(shù)據(jù)分析，選定虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)十個(gè)地塊用戶及兩個(gè)能源站作為試點(diǎn)對(duì)象。隨后按照計(jì)劃中的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，主動(dòng)聯(lián)系各試點(diǎn)用戶，實(shí)時(shí)跟蹤其設(shè)備安裝情況及數(shù)據(jù)接入情況。同時(shí)，平臺(tái)可以向用戶發(fā)布檢修、停電通知與電價(jià)等服務(wù)性信息和對(duì)電力用戶用電安全性、合理性與節(jié)約用電的指引性信息。

3.檢查（Check）

對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，并實(shí)時(shí)接受用戶反饋，分析計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程中存在的各類問題。

4.處理（Action）

對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行及時(shí)處理，同時(shí)不斷修正計(jì)劃中存在的問題，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的改進(jìn)優(yōu)化，確保需求響應(yīng)的質(zhì)量要求。

對(duì)于存在問題較多的用戶，將重新制定推廣應(yīng)用計(jì)劃，并再次執(zhí)行PDCA循環(huán)，直至所有問題得到解決，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。

五、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

1.經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目的實(shí)施，從需求響應(yīng)的自動(dòng)完成性考慮，可以節(jié)約相關(guān)人力成本，從“削峰填谷”效果、能源利用率及電費(fèi)節(jié)約角度考慮，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 人力成本評(píng)估表

表2 電費(fèi)成本評(píng)估表

以虹橋能源中心2號(hào)站峰平谷發(fā)電量分布來(lái)看，站內(nèi)機(jī)組發(fā)電主要集中在峰平時(shí)段。由于冷熱負(fù)荷高峰與電網(wǎng)的用電高峰時(shí)間段相同，因此機(jī)組的使用對(duì)電網(wǎng)的削峰填谷十分有利，有助于合理調(diào)度能源中心三聯(lián)供機(jī)組運(yùn)行方式，在減少對(duì)電網(wǎng)影響的同時(shí)增加其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

減少人力：該項(xiàng)目應(yīng)用前，每家用戶需要配備專人進(jìn)行需求響應(yīng)，再安排人員進(jìn)行相關(guān)操作。應(yīng)用后，系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行需求響應(yīng)，僅需安排相關(guān)兼職人員進(jìn)行定期巡查（人數(shù)記為0.5），以10家試點(diǎn)用戶為例，人力成本支出可以大大降低。詳情見表1。

減少電費(fèi)：該項(xiàng)目應(yīng)用前，用電高峰主要集中在電價(jià)高峰時(shí)段。應(yīng)用后，通過(guò)需求響應(yīng)在用電高峰時(shí)段自動(dòng)切入三聯(lián)供等方式，而在電價(jià)低谷時(shí)段，再將負(fù)荷接入電網(wǎng)，從而大大減少了電費(fèi)支出。詳情見表2。

2.社會(huì)效益

隨著電力市場(chǎng)化改革的推進(jìn)和商業(yè)模式的進(jìn)一步發(fā)展，電力需求響應(yīng)將在社會(huì)中扮演越來(lái)越重要的角色。本項(xiàng)目的成功試點(diǎn)，為容量輔助服務(wù)、需求側(cè)競(jìng)價(jià)等措施的推廣應(yīng)用拓寬了渠道，為進(jìn)博會(huì)等重要保電活動(dòng)提供了思路，為需求響應(yīng)的后續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，該項(xiàng)目的實(shí)施，有助于推動(dòng)電力需求側(cè)管理從以“供電服務(wù)為中心”向“電力用戶需求為中心”的轉(zhuǎn)變，通過(guò)電網(wǎng)各種目標(biāo)之間相互協(xié)調(diào)去實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，使電網(wǎng)公司能夠?qū)σ延袛?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一控制，并在電網(wǎng)和用戶之間建立一座橋梁，形成雙方共贏的局面。

六、結(jié)論與展望

本文重點(diǎn)介紹了基于各類質(zhì)量管理工具形成的虹橋商務(wù)區(qū)電力需求響應(yīng)體系，提出了一種適用于各類用戶及能源站的需求響應(yīng)能力評(píng)估策略及需求響應(yīng)方法，并開發(fā)了結(jié)合理論研究的需求響應(yīng)服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)供能方與用能方的信息交流，完成線上操作需求響應(yīng)流程。

本項(xiàng)目社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益顯著，推廣價(jià)值巨大，下階段將嘗試在全上海區(qū)域進(jìn)行推廣應(yīng)用，更好地服務(wù)各類能源站及新能源用戶，更好地支撐電力供給側(cè)改革。