基于智能用電技術(shù)的空調(diào)負荷調(diào)控實證研究

王姣　王繼業(yè)　劉慶時

[摘 要] 近年，由于空調(diào)的快速增長，部分城市空調(diào)負荷已經(jīng)達到電網(wǎng)高峰負荷的30%，特別是電網(wǎng)迎峰度夏期間，空調(diào)負荷集中使用加劇了部分省市電力供需矛盾。如何調(diào)控好空調(diào)負荷是電力需求側(cè)管理的重要內(nèi)容。文章將居民用戶作為可中斷的負荷進行調(diào)控，驗證其可行性并為解決電網(wǎng)供需矛盾提供建議。

[關(guān)鍵詞] 智能用電技術(shù)；智能用電產(chǎn)品；負荷控制；空調(diào)調(diào)控

[作者簡介] 王姣，北京國電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京，100070；王繼業(yè)，北京國電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京，100070；劉慶時，北京電力公司，北京，100031

[中圖分類號] TM764 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）02-0025-0003

近年來，居民用戶負荷增長迅速，負荷的快速增長對電網(wǎng)安全和電力平穩(wěn)運行產(chǎn)生較大影響，隨著國網(wǎng)公司智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略實踐，智能用電技術(shù)的應(yīng)用為電網(wǎng)和用戶之間搭建了雙向互動平臺。本項目利用智能用電技術(shù)探究空調(diào)作為可中斷負荷的可行性及調(diào)控效果，為電力需求側(cè)管理提出合理化建議，在用電供需矛盾的城市選取居民用戶驗證空調(diào)負荷作為可中斷負荷進行調(diào)控對電網(wǎng)削峰的作用。

一、北京空調(diào)負荷調(diào)控必要性分析

據(jù)相關(guān)調(diào)研結(jié)果顯示，如果將目前的空調(diào)房間設(shè)定溫度夏季提高2℃，就可以削減空調(diào)峰值電力負荷10%～15%，即削減大約50～75萬千瓦的電力高峰期容量需求，在緩解電力緊張局勢的同時可以節(jié)約大量的電力建設(shè)投資；減排二氧化硫約2400～3500噸，二氧化碳約40萬～60萬噸。經(jīng)測算，如果夏季空調(diào)溫度調(diào)高1度，空調(diào)能耗可降低8%，僅北京市400萬戶家庭就可以節(jié)省1.08億度電。

本文主要以北京蓮香園小區(qū)150戶居民用戶家中的空調(diào)作為可中斷負荷進行調(diào)控，利用智能用電產(chǎn)品（智能交互終端、智能家庭網(wǎng)關(guān)、智能插座等設(shè)備）和技術(shù)將居民空調(diào)與電網(wǎng)高峰負荷進行聯(lián)動，在電網(wǎng)高峰負荷來臨時按照制定的調(diào)控策略對用戶空調(diào)進行調(diào)控，研究空調(diào)負荷的調(diào)控效果。

二、空調(diào)負荷調(diào)控實證效果分析

（一）空調(diào)調(diào)控方案設(shè)計

在參與空調(diào)調(diào)控的150戶居民家中安裝智能交互終端、智能家庭網(wǎng)關(guān)、智能插座等設(shè)備（見圖1）用于采集空調(diào)的電量和功率，實證分析平臺通過與電力公司的用電信息采集系統(tǒng)對接，實現(xiàn)用戶家庭電表數(shù)據(jù)的抄收；并按照用戶所屬變壓器或臺變的位置將150戶居民用戶分為基準(zhǔn)組、用電可視化組和空調(diào)調(diào)控組。分組情況見表1。

調(diào)控策略的制定綜合考慮了北京電網(wǎng)負荷高峰時段、最高溫度、濕度、居民生活習(xí)慣等因素，制定了空調(diào)調(diào)控策略。項目對調(diào)控組用戶家中空調(diào)遠程進行關(guān)閉操作。具體策略見表2。

圖1為8月27日至9月2日在20：00-20：30執(zhí)行關(guān)閉操作的調(diào)控組空調(diào)負荷變化情況，圖1可以看出在調(diào)控執(zhí)行后，空調(diào)調(diào)控組的空調(diào)負荷整體下降，非調(diào)控時段兩組曲線互有交疊。根據(jù)表6空調(diào)負荷值可以看出，18：55的空調(diào)負荷值31.16千瓦與19：05的17.78相比，負荷削減率達到42.94%。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，利用智能用電設(shè)備實現(xiàn)遠程對調(diào)控組空調(diào)關(guān)閉，在電網(wǎng)高峰期間且與用戶達成良好協(xié)議的前提下，50%以上用戶配合調(diào)控達到調(diào)控要求的30分鐘，用戶配合度較高。

圖2綠色曲線為用戶室內(nèi)溫度隨著空調(diào)關(guān)閉的變化，在關(guān)閉用戶空調(diào)后室內(nèi)溫度隨時間逐步上升，調(diào)控30分鐘內(nèi)室內(nèi)溫度升高3℃，隨著30分鐘調(diào)控周期的結(jié)束，50%以上用戶手動開啟空調(diào)設(shè)備。

（三）影響調(diào)控效果的因素分析

1. 家庭年收入對調(diào)控效果的影響

表4 數(shù)據(jù)來源于對調(diào)控組和可視化組的100戶居民的調(diào)研問卷，其中家庭收入10萬以下占27%，10萬～30萬占67%，30萬以上占6%。按照不同的收入人群統(tǒng)計了相應(yīng)的平均調(diào)控時間，統(tǒng)計顯示年收入低于10萬的人群平均配合度最高，達到35分鐘。收入越高的家庭整體配合程度呈下降趨勢。

2. 空調(diào)數(shù)量及類型對調(diào)控效果的影響

表5中統(tǒng)計顯示，參與項目的家庭戶均空調(diào)占有量為1.86臺/戶，且多數(shù)用于夏季制冷，這直接導(dǎo)致夏季電網(wǎng)負荷高峰的持續(xù)。

另外，現(xiàn)在隨著國家節(jié)能減排系列標(biāo)準(zhǔn)的出臺，居民節(jié)能意識的提高，更高效的變頻節(jié)能空調(diào)進入居民用戶家庭，本項目中變頻空調(diào)占總量的52.69%，且針對變頻空調(diào)穩(wěn)定運行的的研究顯示，變頻空調(diào)穩(wěn)定運行最低功率可到達30W，在電網(wǎng)高峰負荷調(diào)控中，考慮到空調(diào)啟動瞬時功率大的特點，對穩(wěn)定運行的變頻空調(diào)不進行操作，在本項目中的關(guān)閉操作僅針對負荷>30W的空調(diào)設(shè)備進行。

三、空調(diào)調(diào)控效果總結(jié)

（一）智能用電技術(shù)成熟度高，具有大規(guī)模推廣條件

由表3調(diào)控組的空調(diào)關(guān)閉率可以看出，執(zhí)行關(guān)閉后，用戶空調(diào)關(guān)閉成功率達95.44%，另外根據(jù)用戶回訪，除去用戶關(guān)閉網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)通信原因，關(guān)閉率可達到98.75%。技術(shù)成熟穩(wěn)定，組網(wǎng)簡單適合在用戶家庭中使用，利用智能用電技術(shù)將用戶家中空調(diào)加入到電網(wǎng)負荷調(diào)控中，有效削減電網(wǎng)瞬時高峰負荷。

（二）在電網(wǎng)運行危急時刻可將空調(diào)作為中斷負荷進行調(diào)控

空調(diào)占電網(wǎng)高峰負荷比重大，對電網(wǎng)的穩(wěn)定平穩(wěn)運行存在極大隱患。本次實證項目在與居民進行良好溝通簽訂用戶協(xié)議的基礎(chǔ)上，配合電網(wǎng)高峰危害宣傳，調(diào)動用戶積極參與到電網(wǎng)削峰行動中來。實驗結(jié)果表明，居民側(cè)空調(diào)削峰效果明顯，居民配合高，空調(diào)可作為中斷負荷參與到電網(wǎng)的穩(wěn)定運行管控中。

（三）空調(diào)調(diào)控能夠有效延緩電網(wǎng)投資和削減峰值電力需求

通過空調(diào)負荷調(diào)控實證的實施效果，空調(diào)負荷調(diào)控能夠有效削減高峰時段電網(wǎng)調(diào)峰的壓力，提高供電的可靠性及服務(wù)水平，并幫助用戶建立削峰填谷意識。促使電網(wǎng)負荷率提高，發(fā)配電設(shè)備利用率相應(yīng)提高，電網(wǎng)運行狀況得以改善。在縮小峰谷差的同時，降低了輸配電網(wǎng)絡(luò)的線損，從整體上提高了電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。

四、結(jié) 論

空調(diào)負荷調(diào)控實證研究是利用用電可視化和負荷優(yōu)化控制手段，降低電力負荷峰谷差，提高電網(wǎng)運行效率，提高電能利用效率，實現(xiàn)智能需求響應(yīng)。在居民和商業(yè)用戶用電負荷中空調(diào)負荷占有較大比重，調(diào)整空調(diào)負荷對于改變居民和商業(yè)用戶負荷曲線、實現(xiàn)電網(wǎng)削/移峰填谷具有重要意義。同時居民用戶負荷可控性較大，具有實現(xiàn)需求響應(yīng)的巨大潛力。

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