新能源消納中用戶(hù)負(fù)荷響應(yīng)評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張慧麗 張姝 郭雷崗

摘 要：新能源消納中用戶(hù)負(fù)荷響應(yīng)評(píng)估系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集用戶(hù)數(shù)據(jù)，并給出數(shù)據(jù)分析圖，為供電可靠性研究提供數(shù)據(jù)支持，體現(xiàn)出不同用戶(hù)負(fù)荷對(duì)電力供應(yīng)的不同需求。通過(guò)調(diào)查用戶(hù)負(fù)荷習(xí)慣的方式，可以獲取電力用戶(hù)的負(fù)荷特點(diǎn)以及關(guān)于響應(yīng)新能源電力的調(diào)節(jié)力，從而總結(jié)出用戶(hù)的用電特征，有益于實(shí)現(xiàn)新能源電力的高效消納。

關(guān)鍵詞：新能源消納;用戶(hù)負(fù)荷;評(píng)估系統(tǒng)

1 概述

在2020年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)第三屆“清潔能源發(fā)展與消納”專(zhuān)題研討會(huì)的報(bào)告《能源互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的高占比新能源電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐》中提出，當(dāng)前西北電網(wǎng)為例，要將新能源發(fā)電占比提升至40%以上，新能源裝機(jī)規(guī)模需要達(dá)到2.2億千瓦。僅依靠電源側(cè)調(diào)節(jié)，無(wú)法在滿(mǎn)足新能源電力承載極限的前提下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)利用率水平和發(fā)電量占比、雙重占比、雙重目標(biāo)，負(fù)荷側(cè)響應(yīng)成為必然選擇。高占比新能源電網(wǎng)中引入負(fù)荷側(cè)響應(yīng)后，其平衡機(jī)理發(fā)生改變，變?yōu)槌Ｒ?guī)電源和柔性負(fù)荷共同跟蹤新能源和剛性負(fù)荷的變化[1]。

新能源消納中用戶(hù)負(fù)荷響應(yīng)評(píng)估系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集用戶(hù)數(shù)據(jù)，并給出數(shù)據(jù)分析圖，為供電可靠性研究提供數(shù)據(jù)支持[2]。體現(xiàn)出不同用戶(hù)負(fù)荷對(duì)電力供應(yīng)的不同需求。實(shí)際上，對(duì)于用戶(hù)而言，同樣的電力供應(yīng)對(duì)應(yīng)的用電體驗(yàn)和需求存在很大的差別，這與用戶(hù)所處的行業(yè)，工作和生活習(xí)慣等諸多因素有關(guān)。由于電力行業(yè)的特殊性，電網(wǎng)公司更大的精力投入在安全生產(chǎn)上，缺乏與用戶(hù)的溝通，因此許多電力用戶(hù)對(duì)當(dāng)前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中的供電可靠性的指標(biāo)可能不理解，而略有了解的用戶(hù)也可能對(duì)可靠性的理解并不一致，因此用戶(hù)對(duì)電力供應(yīng)中斷以及日常計(jì)劃?rùn)z修的停電，可能不理解、不支持，帶來(lái)管理和工作上的困難。通過(guò)調(diào)查用戶(hù)負(fù)荷習(xí)慣的方式，可以獲取電力用戶(hù)的負(fù)荷特點(diǎn)以及關(guān)于響應(yīng)新能源電力的調(diào)節(jié)力，從而總結(jié)出用戶(hù)的用電特征，有益于實(shí)現(xiàn)新能源電力的高效消納，通過(guò)階梯電價(jià)等手段降低了用電成本[3]。

2 用戶(hù)負(fù)荷響應(yīng)評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 用戶(hù)負(fù)荷響應(yīng)情況調(diào)查

根據(jù)居民生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等不同用電用戶(hù)的負(fù)荷情況進(jìn)行調(diào)查，不同用戶(hù)的用電需求不同，通過(guò)用戶(hù)負(fù)荷調(diào)查，可以掌握負(fù)荷用電情況，結(jié)合新能源出力情況，更好地消納新能源電力。

“新能源消納中用戶(hù)負(fù)荷響應(yīng)評(píng)估系統(tǒng)”的功能需求包括以下幾個(gè)方面：（1）不同用戶(hù)選擇不同問(wèn)卷調(diào)查;（2）問(wèn)卷調(diào)查包括多選題、單選題;（3）問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)的收集和分析;（4）安全用電小知識(shí)介紹。

滿(mǎn)足以上功能需求的系統(tǒng)功能模塊如圖1所示：

在圖1中，在“參與調(diào)查”下主要包括以下12個(gè)模塊：（1）城鎮(zhèn)居民用戶(hù)用電調(diào)查;（2）農(nóng)民用戶(hù)用電調(diào)查;（3）畜牧業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查;（4）采礦業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查;（5）制造業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查;（6）建筑業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查;（7）交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查;（8）教育業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查;（9）金融業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查;（10）商業(yè)服務(wù)業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查;（11）衛(wèi)生醫(yī)療業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查;（12）住宿餐飲業(yè)用戶(hù)用電調(diào)查。

分別提供給12種用戶(hù)，用戶(hù)填寫(xiě)對(duì)應(yīng)調(diào)查問(wèn)卷后，數(shù)據(jù)及收集到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表中，以便后期分析統(tǒng)計(jì)。前臺(tái)用戶(hù)登錄網(wǎng)站，填寫(xiě)調(diào)查問(wèn)卷，在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)表的導(dǎo)出，并對(duì)表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析做出數(shù)據(jù)分析表格。

負(fù)荷響應(yīng)評(píng)估系統(tǒng)服務(wù)器端主要完成數(shù)據(jù)采集匯總、綜合能效分析，客戶(hù)端主要完成收集負(fù)荷能耗。

2.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

新能源消納中用戶(hù)負(fù)荷響應(yīng)評(píng)估系統(tǒng)首先對(duì)用戶(hù)負(fù)荷進(jìn)行分類(lèi)管理，設(shè)計(jì)調(diào)查研究要素[4]。例如問(wèn)題：“在您的生產(chǎn)生活中，哪幾個(gè)月是用電最多？哪幾個(gè)月用電最少？”在系統(tǒng)設(shè)計(jì)出如圖3所示月份采集的數(shù)據(jù)采集。可以用復(fù)雜矩陣、矩陣多選來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖4所示時(shí)間段采集。對(duì)于停電對(duì)設(shè)備的危害程度，可以設(shè)計(jì)為如圖5所示的設(shè)備危害程度采集。

經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組成員不斷調(diào)查行業(yè)用戶(hù)，研究國(guó)家產(chǎn)業(yè)名錄，改進(jìn)調(diào)查問(wèn)卷，最終設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)12個(gè)行業(yè)用戶(hù)的調(diào)查問(wèn)卷，如圖6所示。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

新能源消納中用戶(hù)負(fù)荷響應(yīng)評(píng)估系統(tǒng)用戶(hù)信息表包括12種行業(yè)用戶(hù)信息表，用戶(hù)信息表如下表所示。

PowerQuality數(shù)據(jù)庫(kù)包括12個(gè)用戶(hù)采集表，用于收集不同類(lèi)型客戶(hù)的負(fù)荷數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)采集

對(duì)于一棟樓宇、一個(gè)小區(qū)、工廠等區(qū)域，設(shè)施若干個(gè)負(fù)荷耗電量采集點(diǎn)，比如：空調(diào)耗能采集點(diǎn)、生產(chǎn)設(shè)備耗能采集點(diǎn)、通信設(shè)備耗能采集點(diǎn)等。組建物聯(lián)網(wǎng)，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，數(shù)據(jù)匯總到物聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)器上。

設(shè)計(jì)服務(wù)器端負(fù)荷能效管理系統(tǒng)收集管理數(shù)據(jù)，功能包括：負(fù)荷采集點(diǎn)管理、用戶(hù)管理、綜合負(fù)荷能效分析、用能建議推送。

設(shè)計(jì)客戶(hù)端負(fù)荷能效管理系統(tǒng)，功能包括：收集負(fù)荷能耗、日能效、周能效、月能效、年能效，形成分析曲線，推送用能建議、電力政策。

構(gòu)建負(fù)荷側(cè)響應(yīng)評(píng)估體系，進(jìn)而指導(dǎo)未來(lái)負(fù)荷側(cè)市場(chǎng)機(jī)制的研究與實(shí)踐。數(shù)據(jù)用于研究高比例新能源電力系統(tǒng)平和體系，構(gòu)建負(fù)荷側(cè)響應(yīng)的新能源消納量化評(píng)估模型，對(duì)負(fù)荷能效數(shù)據(jù)系統(tǒng)管理，構(gòu)建負(fù)荷側(cè)能效管理體系，進(jìn)而指導(dǎo)未來(lái)負(fù)荷側(cè)市場(chǎng)機(jī)制的研究與實(shí)踐。在已建成若干的省級(jí)工程技術(shù)研究中心、市級(jí)工程技術(shù)研究中心，擁有光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電力電子實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試軟硬件設(shè)備上進(jìn)一步擴(kuò)展功能并改進(jìn)量化平衡負(fù)荷用電。

5 負(fù)荷預(yù)測(cè)

利用新能源消納中負(fù)荷響應(yīng)評(píng)估系統(tǒng)可進(jìn)行負(fù)荷功耗預(yù)測(cè)，利用現(xiàn)場(chǎng)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)輸入負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)，簡(jiǎn)單實(shí)用、易于管理，對(duì)于不同類(lèi)型的用電設(shè)備構(gòu)成的負(fù)荷建模模型，提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙彥旻，陳宇，周鋆，等.強(qiáng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析 提升用戶(hù)側(cè)能效管理[J].農(nóng)村電工，2021，29（04）：17-18.

[2]王曉燕，張建華，翁訸，等.基于我國(guó)農(nóng)村月用電量的預(yù)測(cè)方法[J].科技風(fēng)，2020，406（02）：174-176.

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[4]張超永，劉沛，常衛(wèi)，浮明軍.對(duì)電力行業(yè)軟件靜態(tài)測(cè)試綜合質(zhì)量快速評(píng)價(jià)的研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2021，34（10）：82-84.

基金項(xiàng)目：2021年度河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目《高占比新能源消納中負(fù)荷側(cè)響應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)的研究》，編號(hào)：21210221 0263;2021年國(guó)網(wǎng)河南省電力公司科技項(xiàng)目《基于電力物聯(lián)網(wǎng)的智慧能源管理系統(tǒng)技術(shù)研究》，編號(hào)：5217S0210001

作者簡(jiǎn)介：張慧麗（1978— ），女，漢族，河南商丘人，碩士，鄭州電力高等專(zhuān)科學(xué)校副教授，研究方向：智能電網(wǎng)信息技術(shù)、軟件技術(shù)、電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新能源消納技術(shù)、電能質(zhì)量等;張姝（1976— ），女，漢族，河南商丘人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：智能變電站技術(shù)、智能配電網(wǎng)技術(shù)、電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等;張潮（1982— ），男，漢族，河南鄭州人，鄭州電力高等專(zhuān)科學(xué)校副教授工程師，研究方向：信息技術(shù)、智能配電網(wǎng)等。