謝詩(shī)琪，于雪風(fēng)，徐詩(shī)甜

（國(guó)網(wǎng)上海松江供電公司，上海 201600）

0 引 言

用電量管理作為電網(wǎng)智能管控的重要手段，可以依照用電負(fù)荷、用電行為、用電現(xiàn)狀等進(jìn)行用電負(fù)荷的模型預(yù)測(cè)，以便于展開(kāi)針對(duì)性管控，使電能效益最大化。尤其是在智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，要做好供應(yīng)側(cè)資源和需求側(cè)資源的協(xié)調(diào)重組，以需求負(fù)荷分級(jí)、需求負(fù)荷分類為契機(jī)，按照動(dòng)態(tài)負(fù)荷權(quán)值、負(fù)荷控制次數(shù)權(quán)值、需量實(shí)時(shí)計(jì)算及評(píng)估等得到最優(yōu)用電量管理方案。

1 用戶側(cè)用電量管理的思路分析

我國(guó)電網(wǎng)中主要將用電負(fù)荷劃分為2大類，分別為行業(yè)負(fù)荷和居民負(fù)荷。其中，行業(yè)負(fù)荷按照工業(yè)類型的等級(jí)又可設(shè)定為3類產(chǎn)業(yè)負(fù)荷，如表1所示。

表1 用戶側(cè)用電負(fù)荷分類

在用戶側(cè)用電量管理過(guò)程中應(yīng)將重點(diǎn)放在第2類產(chǎn)業(yè)負(fù)荷上和居民用電負(fù)荷上，前者用電方式靈活，后者用電量基數(shù)大，值得深入研究和拓展。

因此，本研究從轄區(qū)內(nèi)居民樓生活用電出發(fā)，設(shè)計(jì)不可停電負(fù)荷、生產(chǎn)性相關(guān)負(fù)荷、生產(chǎn)辦公輔助負(fù)荷及感官舒適性負(fù)荷的加權(quán)模型，根據(jù)用電需求計(jì)算、調(diào)整、優(yōu)化，形成科學(xué)的控制目標(biāo)函數(shù)，展開(kāi)精準(zhǔn)需量調(diào)控。

2 基于需求負(fù)荷的用電量管理模型

基于需求負(fù)荷的用電量管理模型構(gòu)建時(shí)，應(yīng)依照需量實(shí)時(shí)計(jì)算，確定分類負(fù)荷權(quán)值、優(yōu)先級(jí)權(quán)值、動(dòng)態(tài)負(fù)荷權(quán)值、控制次數(shù)權(quán)值，從而生成負(fù)荷目標(biāo)函數(shù)，判斷其是否滿足需量控制，逐次調(diào)整優(yōu)化，以形成最優(yōu)控制目標(biāo)函數(shù)，如圖1所示。

圖1 基于需求負(fù)荷的用電量管理模型

（1）需量估算判斷?；谛枨筘?fù)荷的用電量管理模型構(gòu)建時(shí)，可按照分段時(shí)間進(jìn)行需量的實(shí)時(shí)計(jì)算，一般設(shè)置為30 min左右即可。采集過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)荷峰谷值，對(duì)于持續(xù)上升或下降的負(fù)荷波段，可適當(dāng)延長(zhǎng)分段時(shí)間，以確保反饋負(fù)荷波動(dòng)情況。

上述需量實(shí)時(shí)計(jì)算完畢后，應(yīng)根據(jù)周期性需量結(jié)果，估算出短期負(fù)荷，以便于對(duì)照日負(fù)荷變化情況，提前啟動(dòng)或停止需量控制。

（2）分類負(fù)荷權(quán)值。不可停電負(fù)荷、生產(chǎn)性相關(guān)負(fù)荷、生產(chǎn)辦公輔助負(fù)荷及感官舒適性負(fù)荷在計(jì)算的過(guò)程中，同類負(fù)荷往往具有一定的先后順序，如制冷系統(tǒng)先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，后啟動(dòng)制冷系統(tǒng)。因此，在需量控制時(shí)應(yīng)對(duì)同類負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)先級(jí)加權(quán)，設(shè)置分類負(fù)荷權(quán)值函數(shù)為

式中：N為分類負(fù)荷中最大優(yōu)先級(jí)數(shù)值；C(m)為分類負(fù)荷中優(yōu)先級(jí)為m的負(fù)荷優(yōu)先級(jí)權(quán)值(1≤m＜N)。

此時(shí)，參照已設(shè)定的不可停電負(fù)荷、生產(chǎn)性相關(guān)負(fù)荷、生產(chǎn)辦公輔助負(fù)荷及感官舒適性負(fù)荷這4類的需量權(quán)值W(i)，對(duì)分類負(fù)荷權(quán)值C(m)進(jìn)行賦權(quán)，則分類負(fù)荷需量控制函數(shù)為

（3）動(dòng)態(tài)負(fù)荷權(quán)值。經(jīng)分類負(fù)荷需量控制分析可知，當(dāng)動(dòng)態(tài)負(fù)荷參與控制的次數(shù)越少，此時(shí)峰谷差越小，系統(tǒng)越穩(wěn)定。因此，動(dòng)態(tài)負(fù)荷權(quán)值與削峰填谷效果密切相關(guān)，可以直觀反映需要控制負(fù)荷與需求負(fù)荷之間的動(dòng)態(tài)差量，確定該負(fù)荷可調(diào)控程度，以展開(kāi)科學(xué)用電量管理。

計(jì)算過(guò)程中可按照當(dāng)前設(shè)備負(fù)荷值Pdev、契約需量值MD和當(dāng)前所有負(fù)荷值Pall，設(shè)置動(dòng)態(tài)負(fù)荷權(quán)值函數(shù) L(ΔP)為

為提升系統(tǒng)用電效益，在用電量管理過(guò)程可根據(jù)動(dòng)態(tài)負(fù)荷權(quán)值確定負(fù)荷需量波動(dòng)情況，實(shí)時(shí)調(diào)整當(dāng)前負(fù)荷與契約需量差值，以達(dá)到最佳供需模式。一般運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)前負(fù)荷與需量負(fù)荷關(guān)系閾值為

（4）控制次數(shù)權(quán)值。在電力系統(tǒng)中控制次數(shù)與可控概率近似反比例關(guān)系，即同類型、同優(yōu)先級(jí)的負(fù)荷，在單位時(shí)間內(nèi)控制次數(shù)越多，則可控概率越低；控制次數(shù)越少，則可控概率越高。按照分類負(fù)荷優(yōu)先級(jí)限制，該類型負(fù)荷可控概率不可超過(guò)上一級(jí)負(fù)荷，此時(shí)可確定控制次數(shù)加權(quán)函數(shù)為

式中：控制概率τ=（所有負(fù)荷發(fā)生的控制次數(shù)中的最大值Conmax-當(dāng)前負(fù)荷設(shè)備已發(fā)生的控制次數(shù)值Con）/所有負(fù)荷發(fā)生的控制次數(shù)中的最大值Conmax。

若當(dāng)前設(shè)備已發(fā)生的控制次數(shù)等于所有負(fù)荷發(fā)生的控制次數(shù)時(shí)，此時(shí)為最小控制次數(shù)權(quán)值1；若當(dāng)前設(shè)備已發(fā)生的控制次數(shù)為0時(shí)，此時(shí)為最大控制次數(shù)權(quán)值e。

（5）負(fù)荷目標(biāo)函數(shù)。在確定分類負(fù)荷權(quán)值、動(dòng)態(tài)負(fù)荷權(quán)值、控制次數(shù)權(quán)值后，將其加權(quán)處理，則可確定需量控制設(shè)備ld的對(duì)應(yīng)負(fù)荷目標(biāo)函數(shù)為

建立負(fù)荷目標(biāo)函數(shù)后，按照最優(yōu)負(fù)荷控制原則盡量保證各個(gè)設(shè)備均達(dá)到最大值，此時(shí)形成了基于負(fù)荷需求的用電量管理方案為

3 基于需求負(fù)荷的用電量管理開(kāi)展

3.1 算例校驗(yàn)

本次研究過(guò)程中主要以轄區(qū)內(nèi)某小區(qū)為例，進(jìn)行基于需求負(fù)荷的用電量管理校驗(yàn)。該小區(qū)于2018年建成并投入使用，小區(qū)內(nèi)設(shè)備功能較為完善，不可停電負(fù)荷、生產(chǎn)性相關(guān)負(fù)荷、生產(chǎn)辦公輔助負(fù)荷及感官舒適性負(fù)荷均有涉及，其申報(bào)電力契約量為50 000 kW，詳細(xì)負(fù)荷分類如表2所示。

表2 某小區(qū)負(fù)荷分類及負(fù)荷容量

按照分類負(fù)荷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算時(shí)，安保、應(yīng)急照明、消防電梯、動(dòng)力水泵等均需持久供電，不可退出。故本次用電量管理過(guò)程中主要對(duì)生產(chǎn)性相關(guān)負(fù)荷、生產(chǎn)辦公輔助負(fù)荷、感官舒適性負(fù)荷進(jìn)行加權(quán)。

分析過(guò)程中于2021年10月15日07:00到12:30按30 min時(shí)間間隔展開(kāi)需量計(jì)算。其中07:00到08:00負(fù)荷需量較低，需量控制值為負(fù)數(shù)，無(wú)需用電量管控；08:00以后負(fù)荷需量驟增，主要為感官舒適性負(fù)荷引起，需進(jìn)行該類負(fù)荷的用電管控，如表3所示。

表3 某小區(qū)2021年10月15日需量計(jì)算結(jié)果

按照用電量管理模型對(duì)該小區(qū)感官舒適性負(fù)荷中的娛樂(lè)室、景觀照明、外租舞臺(tái)、立面廣告及自動(dòng)展廳5大類設(shè)備的分類負(fù)荷權(quán)值、動(dòng)態(tài)負(fù)荷權(quán)值、控制次數(shù)權(quán)值、負(fù)荷目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定自動(dòng)展廳、立面廣告設(shè)備的優(yōu)先級(jí)為1，動(dòng)態(tài)負(fù)荷可達(dá)到134 kW和284 kW，娛樂(lè)室次之，動(dòng)態(tài)負(fù)荷可達(dá)到173 kW，最后為外租舞臺(tái)和景觀照明，動(dòng)態(tài)負(fù)荷分別為47 kW和31 kW，其需量控制閾值可達(dá)到659 kW，在一定程度上緩解了高峰期居民用電緊張形勢(shì)。

3.2 優(yōu)化措施

基于需求負(fù)荷的用電量管理過(guò)程中，應(yīng)依照需求側(cè)展開(kāi)規(guī)劃、執(zhí)行和管控，以保證用戶用電負(fù)荷趨于平滑，避免存在峰谷差過(guò)大導(dǎo)致的電能資源浪費(fèi)。一般用電管控過(guò)程中可以通過(guò)削峰填谷、負(fù)荷轉(zhuǎn)移及節(jié)能裝置實(shí)現(xiàn)。

（1）削峰填谷?？芍苯涌刂朴脩舻挠秒娫O(shè)備，達(dá)到峰谷閾值的調(diào)整。尤其是在用電高峰期，通過(guò)峰谷電價(jià)這種經(jīng)濟(jì)手段進(jìn)行管控，可以有效增強(qiáng)用戶的合理用電意識(shí)，減少高峰時(shí)段用電“聚集”現(xiàn)象。此外，還要做好用電引導(dǎo)，使用戶將非必須的高峰期用電行為轉(zhuǎn)換到其他時(shí)間段，如電車充電可適當(dāng)在凌晨時(shí)段。

（2）負(fù)荷轉(zhuǎn)移。該方法的原理與能量轉(zhuǎn)化原理相似，可以將高峰時(shí)期負(fù)荷轉(zhuǎn)移到非高峰期，尤其是在儲(chǔ)水式熱水器、儲(chǔ)藏空間加熱過(guò)程中，均可將儲(chǔ)存的其他形式能量轉(zhuǎn)化為電能，以便于滿足高峰期集中用電需求。同時(shí)，還可通過(guò)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行填谷，利用水加熱、空間加熱等方式，將多余電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑢?shí)現(xiàn)一能多用，避免電力資源的浪費(fèi)。

（3）節(jié)能措施。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)加大了對(duì)節(jié)能減排的重視力度，開(kāi)始在電網(wǎng)中應(yīng)用大量節(jié)能裝置，如照明系統(tǒng)中使用鎮(zhèn)流器、感光開(kāi)關(guān)、聲控開(kāi)關(guān)等，可根據(jù)用戶需求隨時(shí)啟停，減少了電能不必要的損失。生產(chǎn)系統(tǒng)中對(duì)電機(jī)不斷升級(jí)，減少其運(yùn)行中的能耗損失。目前市場(chǎng)上常用的一級(jí)能耗裝置的節(jié)能效率比常見(jiàn)裝置可超出1/10，電能利用率明顯提升；空調(diào)、暖通系統(tǒng)中增加智能調(diào)溫系統(tǒng)，可根據(jù)室內(nèi)環(huán)境自動(dòng)控制，使變頻電機(jī)按照室內(nèi)溫度情況合理啟停；房屋內(nèi)外安裝節(jié)能環(huán)保材料，如采光板、保溫層等，有效減少了電能用量，達(dá)到了相應(yīng)的負(fù)荷管理效果。

4 結(jié) 論

基于需求負(fù)荷的用戶側(cè)用電量管理工作開(kāi)展過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷分類情況，選擇合理需求控制對(duì)象。按照周期性需量采樣，估算需量控制值，計(jì)算分類負(fù)荷權(quán)值、動(dòng)態(tài)負(fù)荷權(quán)值、控制次數(shù)權(quán)值、負(fù)荷目標(biāo)函數(shù)，生成用電量管理方案，以減少階段時(shí)間內(nèi)非必需負(fù)荷用量，轉(zhuǎn)變負(fù)荷用電時(shí)間，達(dá)到預(yù)期的削峰填谷效果。除此之外，還要不斷優(yōu)化用電裝置，做好節(jié)能設(shè)計(jì)，增強(qiáng)系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保效果，以減少不必要的電能損耗，從根本上改善用戶側(cè)用電量管理成效。