基于需求負荷的用戶側(cè)用電量管理研究

謝詩琪，于雪風，徐詩甜

（國網(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，可以依照用電負荷、用電行為、用電現(xiàn)狀等進行用電負荷的模型預測，以便于展開針對性管控，使電能效益最大化。尤其是在智能電網(wǎng)建設過程中，要做好供應側(cè)資源和需求側(cè)資源的協(xié)調(diào)重組，以需求負荷分級、需求負荷分類為契機，按照動態(tài)負荷權(quán)值、負荷控制次數(shù)權(quán)值、需量實時計算及評估等得到最優(yōu)用電量管理方案。

1 用戶側(cè)用電量管理的思路分析

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

表1 用戶側(cè)用電負荷分類

在用戶側(cè)用電量管理過程中應將重點放在第2類產(chǎn)業(yè)負荷上和居民用電負荷上，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)，設計不可停電負荷、生產(chǎn)性相關(guān)負荷、生產(chǎn)辦公輔助負荷及感官舒適性負荷的加權(quán)模型，根據(jù)用電需求計算、調(diào)整、優(yōu)化，形成科學的控制目標函數(shù)，展開精準需量調(diào)控。

2 基于需求負荷的用電量管理模型

基于需求負荷的用電量管理模型構(gòu)建時，應依照需量實時計算，確定分類負荷權(quán)值、優(yōu)先級權(quán)值、動態(tài)負荷權(quán)值、控制次數(shù)權(quán)值，從而生成負荷目標函數(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)控制目標函數(shù)，如圖1所示。

圖1 基于需求負荷的用電量管理模型

（1）需量估算判斷?；谛枨筘摵傻挠秒娏抗芾砟Ｐ蜆?gòu)建時，可按照分段時間進行需量的實時計算，一般設置為30 min左右即可。采集過程中應實時監(jiān)測負荷峰谷值，對于持續(xù)上升或下降的負荷波段，可適當延長分段時間，以確保反饋負荷波動情況。

上述需量實時計算完畢后，應根據(jù)周期性需量結(jié)果，估算出短期負荷，以便于對照日負荷變化情況，提前啟動或停止需量控制。

（2）分類負荷權(quán)值。不可停電負荷、生產(chǎn)性相關(guān)負荷、生產(chǎn)辦公輔助負荷及感官舒適性負荷在計算的過程中，同類負荷往往具有一定的先后順序，如制冷系統(tǒng)先啟動風機，后啟動制冷系統(tǒng)。因此，在需量控制時應對同類負荷進行優(yōu)先級加權(quán)，設置分類負荷權(quán)值函數(shù)為

式中：N為分類負荷中最大優(yōu)先級數(shù)值；C(m)為分類負荷中優(yōu)先級為m的負荷優(yōu)先級權(quán)值(1≤m＜N)。

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

（3）動態(tài)負荷權(quán)值。經(jīng)分類負荷需量控制分析可知，當動態(tài)負荷參與控制的次數(shù)越少，此時峰谷差越小，系統(tǒng)越穩(wěn)定。因此，動態(tài)負荷權(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荷與需求負荷之間的動態(tài)差量，確定該負荷可調(diào)控程度，以展開科學用電量管理。

計算過程中可按照當前設備負荷值Pdev、契約需量值MD和當前所有負荷值Pall，設置動態(tài)負荷權(quán)值函數(shù) L(ΔP)為

為提升系統(tǒng)用電效益，在用電量管理過程可根據(jù)動態(tài)負荷權(quán)值確定負荷需量波動情況，實時調(diào)整當前負荷與契約需量差值，以達到最佳供需模式。一般運行過程中，當前負荷與需量負荷關(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)先級的負荷，在單位時間內(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。按照分類負荷優(yōu)先級限制，該類型負荷可控概率不可超過上一級負荷，此時可確定控制次數(shù)加權(quán)函數(shù)為

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

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

（5）負荷目標函數(shù)。在確定分類負荷權(quán)值、動態(tài)負荷權(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備ld的對應負荷目標函數(shù)為

建立負荷目標函數(shù)后，按照最優(yōu)負荷控制原則盡量保證各個設備均達到最大值，此時形成了基于負荷需求的用電量管理方案為

3 基于需求負荷的用電量管理開展

3.1 算例校驗

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

表2 某小區(qū)負荷分類及負荷容量

按照分類負荷優(yōu)先級進行加權(quán)計算時，安保、應急照明、消防電梯、動力水泵等均需持久供電，不可退出。故本次用電量管理過程中主要對生產(chǎn)性相關(guān)負荷、生產(chǎn)辦公輔助負荷、感官舒適性負荷進行加權(quán)。

分析過程中于2021年10月15日07:00到12:30按30 min時間間隔展開需量計算。其中07:00到08:00負荷需量較低，需量控制值為負數(shù)，無需用電量管控；08:00以后負荷需量驟增，主要為感官舒適性負荷引起，需進行該類負荷的用電管控，如表3所示。

表3 某小區(qū)2021年10月15日需量計算結(jié)果

按照用電量管理模型對該小區(qū)感官舒適性負荷中的娛樂室、景觀照明、外租舞臺、立面廣告及自動展廳5大類設備的分類負荷權(quán)值、動態(tài)負荷權(quán)值、控制次數(shù)權(quán)值、負荷目標函數(shù)進行計算，確定自動展廳、立面廣告設備的優(yōu)先級為1，動態(tài)負荷可達到134 kW和284 kW，娛樂室次之，動態(tài)負荷可達到173 kW，最后為外租舞臺和景觀照明，動態(tài)負荷分別為47 kW和31 kW，其需量控制閾值可達到659 kW，在一定程度上緩解了高峰期居民用電緊張形勢。

3.2 優(yōu)化措施

基于需求負荷的用電量管理過程中，應依照需求側(cè)展開規(guī)劃、執(zhí)行和管控，以保證用戶用電負荷趨于平滑，避免存在峰谷差過大導致的電能資源浪費。一般用電管控過程中可以通過削峰填谷、負荷轉(zhuǎn)移及節(jié)能裝置實現(xiàn)。

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

（2）負荷轉(zhuǎn)移。該方法的原理與能量轉(zhuǎn)化原理相似，可以將高峰時期負荷轉(zhuǎn)移到非高峰期，尤其是在儲水式熱水器、儲藏空間加熱過程中，均可將儲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，還可通過儲能裝置進行填谷，利用水加熱、空間加熱等方式，將多余電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑢崿F(xiàn)一能多用，避免電力資源的浪費。

（3）節(jié)能措施。進入21世紀以來，我國已經(jīng)加大了對節(jié)能減排的重視力度，開始在電網(wǎng)中應用大量節(jié)能裝置，如照明系統(tǒng)中使用鎮(zhèn)流器、感光開關(guān)、聲控開關(guān)等，可根據(jù)用戶需求隨時啟停，減少了電能不必要的損失。生產(chǎn)系統(tǒng)中對電機不斷升級，減少其運行中的能耗損失。目前市場上常用的一級能耗裝置的節(jié)能效率比常見裝置可超出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)境自動控制，使變頻電機按照室內(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，達到了相應的負荷管理效果。

4 結(jié) 論

基于需求負荷的用戶側(cè)用電量管理工作開展過程中，應根據(jù)負荷分類情況，選擇合理需求控制對象。按照周期性需量采樣，估算需量控制值，計算分類負荷權(quán)值、動態(tài)負荷權(quán)值、控制次數(shù)權(quán)值、負荷目標函數(shù)，生成用電量管理方案，以減少階段時間內(nèi)非必需負荷用量，轉(zhuǎn)變負荷用電時間，達到預期的削峰填谷效果。除此之外，還要不斷優(yōu)化用電裝置，做好節(jié)能設計，增強系統(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。