電力大工業(yè)用戶遠(yuǎn)程費(fèi)控策略“開關(guān)”模型

張凌宇，鄒游，師永博，朱天博

（1.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京100045；2.北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所，北京100094；3.北京博望華科科技有限公司，北京100070）

0 引 言

在相對較長的一段時期內(nèi)，我國的費(fèi)控業(yè)務(wù)基本上以終端、電能表等本地費(fèi)控為主，此種費(fèi)控方式管理方式較為簡單，已不能滿足自動化、智能化［1-3］的用電服務(wù)要求，同時也存在法律、政策風(fēng)險。隨著“大營銷”體系的建設(shè)和用電采集系統(tǒng)的推廣完善［2，4］，應(yīng)用遠(yuǎn)程電費(fèi)回收自動化控制具備了基礎(chǔ)條件，從而保障了電力企業(yè)電費(fèi)的有效回收［5］。

目前，基于AMI（高級計量體系）的電費(fèi)回收控制自動化技術(shù)已在世界發(fā)達(dá)國家取得一定的成果［6］，其研究成果和經(jīng)驗為國內(nèi)電費(fèi)回收控制自動化業(yè)務(wù)發(fā)展提供了廣闊的思路［7］。為滿足國家電價調(diào)整政策，進(jìn)一步提高公司電費(fèi)回收效率，國家電網(wǎng)公司啟動了營銷遠(yuǎn)程費(fèi)控應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)工作，全面開展費(fèi)控業(yè)務(wù)、技術(shù)、管理體系研究和應(yīng)用［5，8-9］。

1 背景與現(xiàn)狀

目前，電費(fèi)回收控制已不需要電費(fèi)回收通知單，催繳方式可以通過人工、短信、電話等多種手段，但欠費(fèi)停電/復(fù)電等工作，只能人工到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行操作，現(xiàn)在電費(fèi)控制正處于大用戶量控階段，接下來將向著通過主站、終端、智能電能表實現(xiàn)費(fèi)率控制的全費(fèi)控階段發(fā)展。

在推廣實施營銷遠(yuǎn)程費(fèi)控應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，營銷遠(yuǎn)程費(fèi)控應(yīng)用側(cè)重于實時（準(zhǔn)實時）測算和遠(yuǎn)程控制，缺少合理制定費(fèi)控策略的手段和方法。目前，電力大工業(yè)用戶的用電量占全社會用電量的70%左右，其生產(chǎn)用電與其變壓器容量、訂單情況、削峰填谷能力、政策扶持等息息相關(guān)，對用電連續(xù)性、用電的安全需求也有不同，大工業(yè)用戶處于生產(chǎn)期與非生產(chǎn)期時，其用電量存在巨大差異［10］。在遠(yuǎn)程費(fèi)控工作初步實施的當(dāng)前時期，各單位在制定策略時往往憑借經(jīng)驗“一刀切”，不能有效支撐電力大工業(yè)用戶遠(yuǎn)程費(fèi)控業(yè)務(wù)的推廣及合理化應(yīng)用。因此，迫切需要通過對電力大工業(yè)費(fèi)控用戶進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)全面多維度的監(jiān)控與分析，從而制定出適合電力大工業(yè)用戶的有效提醒金額、預(yù)警時限等。對于客戶屬性、用電行為等特征信息發(fā)生變化、費(fèi)控模式發(fā)生調(diào)整時，發(fā)起用電客戶費(fèi)控策略調(diào)整，提高預(yù)警的準(zhǔn)確率，進(jìn)而推動營銷遠(yuǎn)程實時費(fèi)控應(yīng)用實用化，通過創(chuàng)新管理手段、節(jié)省人力和管理成本，提升客戶服務(wù)水平。

2 費(fèi)控策略

2.1 策略要求

費(fèi)控系統(tǒng)通過接收營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)傳來的算費(fèi)檔案數(shù)據(jù)和采集系統(tǒng)傳來的示數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行電量電費(fèi)計算，依據(jù)實時算費(fèi)結(jié)果和用戶用電特征，匹配用戶的費(fèi)控策略，實現(xiàn)對用電客戶的提醒、催費(fèi)、停電、復(fù)電等活動。為了提高服務(wù)質(zhì)量，電力企業(yè)針對不同用戶應(yīng)當(dāng)提供不同基準(zhǔn)的預(yù)警值，這個預(yù)警值必須在一個合理的范圍內(nèi)，不能過高也不能過低。如果設(shè)置過高的預(yù)警值，用戶在實際用電過程中將會頻繁出現(xiàn)預(yù)警提醒，容易使用戶對預(yù)警產(chǎn)生疲勞，不能有效引導(dǎo)用戶形成收到預(yù)警提醒后積極繳費(fèi)的消費(fèi)模式，也會浪費(fèi)供電企業(yè)相關(guān)資源；如果設(shè)置過低的預(yù)警值，則會讓用戶沒有足夠的緩沖時間進(jìn)行繳費(fèi)，容易形成欠費(fèi)甚至停電，嚴(yán)重?fù)p害用戶工作生產(chǎn)行為的同時，也給電力企業(yè)的電費(fèi)回收工作帶來巨大的壓力。

2.2 規(guī)則研究

在實際生產(chǎn)過程中，通過客觀分析和定量分析發(fā)現(xiàn)，變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是電力大工業(yè)用戶費(fèi)控策略研究的重要因素，其關(guān)鍵指標(biāo)即為變壓器負(fù)載率。配電變壓器設(shè)計原則一般規(guī)定：變壓器的經(jīng)常負(fù)荷應(yīng)大于變壓器額定容量的60%為宜；而當(dāng)實際負(fù)載小于額定容量的30%時，此時損耗急劇增大，將比經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時的成本成幾倍的增加，這時變壓器運(yùn)行在最劣運(yùn)行區(qū)，這對于經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和安全生產(chǎn)是極為不利的。

針對電力大工業(yè)用戶的這種實際生產(chǎn)情況，通過對電力大工業(yè)用戶變壓器負(fù)載率的監(jiān)控和適時進(jìn)行電費(fèi)余額測算，根據(jù)電力大客戶變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間的上下限值的變化，適時改變該用戶的費(fèi)控策略，為用戶的提醒、催費(fèi)、停電、復(fù)電等活動提供靈活的控制手段，可以把變壓器負(fù)載率的閾值作為“開關(guān)”，建立相關(guān)模型，做到高用電時期高預(yù)警金額，低用電時期低預(yù)警金額。

2.3 模型描述

假設(shè)電力大工業(yè)用戶的變壓器額定容量為S，理想變壓器負(fù)載率為β，用戶每日用電量為W，變壓器負(fù)載率經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間的上下限區(qū)間為［β0，β1］，其中，β0=0.3，β1=0.6，則費(fèi)控預(yù)警金額設(shè)置可簡單用如下公式表示：

式中t=24 h即一天，n0為期望緩沖周期，d為單位電價。

根據(jù)式（1），當(dāng)用戶的某日用電量上升到閾值W0=Stβ0時，“開關(guān)”被激活，費(fèi)控策略使用“開”策略。此時用戶處于生產(chǎn)期用電量較高，所以費(fèi)控預(yù)警金額也應(yīng)調(diào)整為一個較高的金額為M1。一般地，考慮給用戶一定的繳費(fèi)緩沖時間，并且考慮到變壓器經(jīng)濟(jì)使用的情況下，從而得出上述費(fèi)控預(yù)警金額（d為單位電價）。

同理，根據(jù)式（2），當(dāng)用戶日用電量低于閾值W0時，費(fèi)控策略激活“關(guān)”策略，此時大工業(yè)用戶用電量非常低（一般為工廠的照明用電）通常處于非生產(chǎn)期，為了提高費(fèi)控預(yù)警的準(zhǔn)確性，理應(yīng)將預(yù)警金額相應(yīng)下調(diào)。考慮到實際操作，電費(fèi)的適時測算會有一天的電量統(tǒng)計延遲，假設(shè)即使在極端情況下用戶恢復(fù)生產(chǎn)，電費(fèi)余額仍然能夠使用一天，給用戶一定的緩沖時間，將此時的預(yù)警金額設(shè)定為M2（極限情況，用戶在非生產(chǎn)期預(yù)存電費(fèi)余額可視為M1≈M2，此時將要到達(dá)預(yù)警的閾值下限但還未預(yù)警。如果用戶突然開始生產(chǎn)，剩余電量應(yīng)滿足其一天的生產(chǎn)使用M2=Stβ2d），取 β2=0.1。整個費(fèi)控策略可以用如下流程框架圖（圖1）表示。

圖1 遠(yuǎn)程費(fèi)控策略“開關(guān)”模型流程示意圖Fig.1 Flow chart of the"switch"model of the remote cost control strategy

2.4 方法驗證

在實際的生產(chǎn)工作中，費(fèi)控策略的優(yōu)劣還沒有一個統(tǒng)一的評判。一般來說，如果能在用戶剩余金額只夠一個期望緩沖周期時，為用戶提供預(yù)警服務(wù)，這樣的預(yù)警費(fèi)控策略是更加良好的。下面將運(yùn)用實際數(shù)據(jù)，來測試本模型是否可以為用戶提供有效的預(yù)警提醒，我們?nèi)∑谕彌_周期n0=7。

圖2是某變壓器容量為315 kVA的大工業(yè)用戶，在2014年1月到2015年7月的月用電量數(shù)據(jù)。從圖中可以看出，有3個月用電量是低于變壓器負(fù)載率為30%時的用電量，可以認(rèn)為這3個月該用戶都處于非生產(chǎn)期。其余月份為生產(chǎn)期，利用這些數(shù)據(jù)，可以檢測所采用的費(fèi)控策略模型是否有效。

圖2 某大工業(yè)用戶2014年1月至2015年7月每月用電量Fig.2 Monthly electricity usages of a large industrial customer from January，2014 to July，2015

（1）用戶正常生產(chǎn)情況下

假設(shè)用戶月實際用電量為a（kW·h），如果當(dāng)月出現(xiàn)電量不足而預(yù)警，則預(yù)存的剩余金額為：

可得到在該用戶正常生產(chǎn)的16個月中，如果出現(xiàn)預(yù)警，預(yù)警后實際剩余電費(fèi)可以使用的平均天數(shù)：所采用的=7.28±1.99（見圖3）。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，文中策略可以讓用戶出現(xiàn)催費(fèi)預(yù)警后，實際剩余電費(fèi)可以使用天數(shù)非常接近所設(shè)定的期望預(yù)警周期n0，這說明所采用的費(fèi)控預(yù)警策略是非常良好且適用的（采集的數(shù)據(jù)中，該用戶可能某個月并不是整月都處于生產(chǎn)期，這樣會讓計算所得的天數(shù)偏高。在實際運(yùn)用中，按日頻度采集數(shù)據(jù)，會讓所采用的模型策略結(jié)果更加理想）。

圖3 某大工業(yè)用戶處于生產(chǎn)期月份，運(yùn)用“開關(guān)”模型預(yù)警后，剩余電費(fèi)可用電天數(shù)Fig.3 Days of rest electricity prepayment of the large industrial customer in the production month can last，if we use the“switch”model

（2）用戶非正常生產(chǎn)情況下

在用戶非正常生產(chǎn)時，采取“關(guān)”策略，這種情況下大工業(yè)用戶的用電消耗通常都很低。為了防止突然開始正常生產(chǎn)時用戶剩余電費(fèi)太低導(dǎo)致欠費(fèi)甚至停電，將此時的預(yù)警金額設(shè)定為M2=Stβ2d，讓用戶既可以維持正常照明等低消耗用電不被頻繁催費(fèi)，又可以在緊急恢復(fù)生產(chǎn)時有一定的電費(fèi)余額作為緩沖。

表1 現(xiàn)階段預(yù)警策略與“開關(guān)”模型對比Tab.1 Comparison of current cost control strategy and“switch”model

3 結(jié)束語

目前，國家電網(wǎng)公司27個省電網(wǎng)公司的采集系統(tǒng)主站建設(shè)已全部完成并投入運(yùn)行。采集數(shù)據(jù)在抄表收費(fèi)、營業(yè)稽查、線損分析、正常照明等低消耗用電既不被頻繁催費(fèi)，又可以在緊急恢復(fù)生產(chǎn)時有一定的電費(fèi)余額，并在業(yè)擴(kuò)報裝、故障搶修、有序用電、互動服務(wù)、電力交易、配電網(wǎng)運(yùn)行與電能質(zhì)量監(jiān)測等多項業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用。日趨自動化的用電信息采集系統(tǒng)也給智能的遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)帶來了便利，現(xiàn)階段，大部分電力公司區(qū)域內(nèi)的大工業(yè)用戶普遍采用“一刀切”的預(yù)警模式，對不同的用戶采用同樣的預(yù)警金額設(shè)定。如表1所示，對不同變壓器容量的用戶工作時設(shè)置不同的預(yù)警金額可以讓用戶獲得文中期望的緩沖時長，有利于提高整體的服務(wù)質(zhì)量。

針對大工業(yè)用戶的實際用電特點(diǎn)設(shè)計的費(fèi)控策略“開關(guān)”模型是在日常自動采集用電量的基礎(chǔ)上，通過計算大工業(yè)用戶的變壓器負(fù)載率，分辨用戶處于生產(chǎn)期或非生產(chǎn)期。處于生產(chǎn)期的用戶催費(fèi)金額閾值較高，非生產(chǎn)期的用戶用電量低，催費(fèi)金額閾值也較低。這種更加智能的費(fèi)控策略模型可以對用戶預(yù)存電費(fèi)余額能夠維持正常用電的時間進(jìn)行較準(zhǔn)確的評估并進(jìn)行預(yù)警、催費(fèi)或者代扣，對于提升客戶服務(wù)能力、滿足客戶多元化需求、在遠(yuǎn)程自動抄表核算工作過程中，實現(xiàn)逐步量化監(jiān)管和控制具有重要意義。