祁兵，夏琰，李彬，李德智，崔高穎

(1.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京市 102206；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，北京市 100192；3.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，南京市 210003)

0 引 言

電力需求響應(yīng)是指電力用戶對(duì)實(shí)施機(jī)構(gòu)發(fā)布的價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)機(jī)制做出響應(yīng)，并改變電力消費(fèi)模式的一種參與行為[1]。工業(yè)生產(chǎn)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中占很大比重，每年消耗電能極大，電力成本成為其產(chǎn)品生產(chǎn)成本中不容小視的部分。根據(jù)中電聯(lián)發(fā)布的2016年全國(guó)工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)一覽表顯示，工業(yè)用電占全社會(huì)用電量已經(jīng)達(dá)到近70%[2]。有研究表明，在企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中只有約1/6的時(shí)間用于加工作業(yè)，其余時(shí)間消耗在等待、運(yùn)輸和排隊(duì)等環(huán)節(jié)，參與需求響應(yīng)的潛力巨大[3]。有研究表明，工業(yè)用戶普遍愿意參與智能用電項(xiàng)目，且智能用電項(xiàng)目造價(jià)是主要影響因素[4]。

相關(guān)學(xué)者在工業(yè)用戶參與需求響應(yīng)方面已經(jīng)做了大量的研究[5-7]。德國(guó)對(duì)負(fù)荷管理進(jìn)行研究[8]，將電能消耗與發(fā)電廠調(diào)控、電網(wǎng)擴(kuò)容、物理儲(chǔ)能相結(jié)合，并將其擴(kuò)展到食品零售商和小型制冷商的應(yīng)用。使得管理后的潛力值提升至德國(guó)最大電力需求的 4%～6%。西班牙學(xué)者整改了肉類加工廠中最耗能的冷卻環(huán)節(jié)和分配環(huán)節(jié)，并對(duì)其參與需求響應(yīng)的能力進(jìn)行潛力分析[9]，充分利用電力市場(chǎng)靈活性，每年節(jié)約約5%的電力成本，使得總需求高峰的功率下降幅度約為50%。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的專家學(xué)者在工商業(yè)參與需求響應(yīng)的智能算法的研究中取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步[10-12]。天津大學(xué)在以往研究的基礎(chǔ)上提出了一種基于局部終端溫度調(diào)節(jié)的大型中央空調(diào)控制策略[13]；東南大學(xué)發(fā)現(xiàn)，空調(diào)負(fù)荷的存儲(chǔ)能力可以使其通過(guò)需求響應(yīng)納入電力系統(tǒng)的削峰填谷中，從而提出基于直接負(fù)荷控制(direct load control，DLC)的雙層優(yōu)化調(diào)度和控制模型[14-15]。北京交通大學(xué)對(duì)電解鋁、灌溉泵站等典型工業(yè)負(fù)荷可提供的輔助服務(wù)類型進(jìn)行分析，構(gòu)建了多智能體系統(tǒng)，使電網(wǎng)與工業(yè)用戶可以相互交互，在調(diào)頻和備用市場(chǎng)中發(fā)揮作用[16]。與此同時(shí)，大規(guī)模的落地試點(diǎn)工程也紛紛開(kāi)展[17-18]。綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)外研究對(duì)于各行業(yè)參與需求響應(yīng)技術(shù)都有了比較深入的研究，但是由于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求高、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，缺乏更深入的研究。

參與需求響應(yīng)的工業(yè)用戶不僅可以降低自身成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，還能積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，為維持電網(wǎng)平衡穩(wěn)定貢獻(xiàn)力量[19]。基于以上考慮，本文以裝配企業(yè)為例探討工業(yè)用戶參與需求響應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，分析裝配企業(yè)生產(chǎn)特性，建立裝配企業(yè)流水線生產(chǎn)模型，確定考慮生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)度策略；最后以某工廠的鋰電池在不同場(chǎng)景下的生產(chǎn)過(guò)程為實(shí)例進(jìn)行仿真，分析仿真結(jié)果，從而得出企業(yè)參與需求響應(yīng)的潛力。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 裝配企業(yè)生產(chǎn)特性分析

制造裝配企業(yè)是指通過(guò)裝配線進(jìn)行生產(chǎn)的企業(yè)。生產(chǎn)調(diào)度指的是在給定的生產(chǎn)任務(wù)情境下，制定出科學(xué)的生產(chǎn)決策，決策要求按照時(shí)間先后，為有限的人力物力和資源分配不同工作任務(wù)的問(wèn)題，最終使得預(yù)定的目標(biāo)最優(yōu)或近似最優(yōu)[20]。裝配流水線的平衡是使機(jī)器之間盡量平衡，這樣裝配線的產(chǎn)出才能達(dá)到要求的水平，裝配線的平衡與否直接影響到制造系統(tǒng)的生產(chǎn)率。裝配線平衡問(wèn)題是一個(gè)與線性規(guī)劃相牽連的問(wèn)題。而每個(gè)機(jī)器后，都會(huì)有1個(gè)儲(chǔ)料箱，用來(lái)存儲(chǔ)中間加工零件。這也使得裝配企業(yè)負(fù)荷成為彈性負(fù)荷，有很大的可調(diào)節(jié)性。

制造過(guò)程的調(diào)度主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)機(jī)器之間的耦合度，上游機(jī)器的加工性能會(huì)對(duì)下游機(jī)器的加工參數(shù)造成影響；(2)生產(chǎn)加工的約束繁多，零件的加工順序、機(jī)器的加工能力、對(duì)可以生產(chǎn)計(jì)劃做出快速響應(yīng)、企業(yè)的用能計(jì)劃；(3)生產(chǎn)目標(biāo)多樣化(機(jī)器利用率、在制品庫(kù)存、制造周期)，評(píng)價(jià)一個(gè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)劣的指標(biāo)往往不唯一，因此，在以往的調(diào)度研究中，經(jīng)常存在著不同的生產(chǎn)目標(biāo)，例如基于加工完成時(shí)間、基于工件到期時(shí)間、基于生產(chǎn)成本等；(4)計(jì)算的復(fù)雜性。

不同于在玻璃制造或者鑄造企業(yè)中由于機(jī)器空閑的高代價(jià)或生產(chǎn)需要所存在的零空閑約束。像電池制造這樣的離散裝配企業(yè)可以使得生產(chǎn)流水線中的機(jī)器選擇開(kāi)啟或是低功耗模式。因此，有很大潛力可以響應(yīng)電網(wǎng)側(cè)的控制信號(hào)。

綜上可以看出，一個(gè)裝配工廠如果想要參與需求響應(yīng)，至少需要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)在生產(chǎn)的過(guò)程中需要消耗比較高的電；(2)流水生產(chǎn)的工藝過(guò)程可以間斷；(3)生產(chǎn)過(guò)程中的半成品可以存儲(chǔ)在下一個(gè)機(jī)器的隊(duì)列中去。

圖2為熱氣循環(huán)流程。熱氣循環(huán)流程是指當(dāng)壓縮機(jī)的操作點(diǎn)達(dá)到S2時(shí)，為防止壓縮機(jī)操作點(diǎn)接近或達(dá)到S1（圖1），從壓縮機(jī)出口止回閥的上游（盡可能靠近壓縮機(jī)出口）將壓縮機(jī)出口氣體通過(guò)喘振控制調(diào)節(jié)閥循環(huán)到壓縮機(jī)入口，增大壓縮機(jī)流量以避免喘振工況的發(fā)生。熱氣循環(huán)流程中出口管道的體積較小，有利于提高壓縮機(jī)喘振系統(tǒng)的反應(yīng)速度；較小的出口管道系統(tǒng)體積有利于快速降低出口管道系統(tǒng)的壓力，在壓縮機(jī)緊急停車時(shí)，有利于控制喘振。但其系統(tǒng)容積較小，壓縮機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中容易由于壓縮機(jī)出口氣體過(guò)熱而引起壓縮機(jī)喘振。

1.2 生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化

生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的多樣性、復(fù)雜性加劇了生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題求解的計(jì)算量和復(fù)雜度。目前主要存在的方法可以分為3類：數(shù)學(xué)運(yùn)籌學(xué)方法、啟發(fā)式規(guī)則方法以及元啟發(fā)式規(guī)則方法。常見(jiàn)的優(yōu)化軟件有matlab、cplex等。隨著生產(chǎn)調(diào)度的場(chǎng)景越發(fā)復(fù)雜，大量的智能算法開(kāi)始涌入車間調(diào)度。例如美國(guó)知名學(xué)者Storn和Price將遺傳算法進(jìn)一步擴(kuò)展，利用選擇、交叉和變異3種手段更新種群數(shù)量，提出了差分進(jìn)化算法[21]；土耳其學(xué)者Karaboga通過(guò)對(duì)蜜蜂覓食行為的模仿，提出了人工蜂群算法[22]，雖然算法剛剛起步，但是由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)施，而有很大的應(yīng)用場(chǎng)景；Ruiz和Stutzle提出的迭代貪婪算法被不斷探索改進(jìn)而取得了很好的效果[23]。

這種離散制造企業(yè)就是典型的混合整數(shù)線性規(guī)劃(mixed integer linear programming, MILP)問(wèn)題，MILP模型經(jīng)常用來(lái)計(jì)算約束下最優(yōu)解的問(wèn)題[24]。

2 工作站建模

2.1 工作站等效能耗模型

圖1為IEC制定的通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的能源效率技術(shù)報(bào)告中一個(gè)典型工廠機(jī)器的能量消耗模型[25],在機(jī)器運(yùn)行時(shí)段中分為5種狀態(tài)：①啟動(dòng)；②低功耗狀態(tài)；③爬坡；④運(yùn)行狀態(tài)；⑤減速。在機(jī)器的關(guān)閉時(shí)段中，機(jī)器處于低功耗狀態(tài)。為了簡(jiǎn)便計(jì)算，根據(jù)等效面積法，可以將能耗模型用簡(jiǎn)單的Eon和Eoff來(lái)表示，如圖2所示。

圖1 典型機(jī)器能量消耗模型Fig.1 Energy consumption model of a typical machine

圖2 機(jī)器等效能量模型Fig.2 Equivalent energy model of the machine

綜上，可以將流水線中的1個(gè)機(jī)器視作1個(gè)工作站。定義時(shí)隙為人為劃分的一段時(shí)間，每個(gè)時(shí)隙中機(jī)器的工作狀態(tài)不變。例如將1天劃分為144個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙即為10min。將t時(shí)隙第i條生產(chǎn)線上的第j個(gè)機(jī)器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)用mij(t)來(lái)表示，1表示正常生產(chǎn)，0表示在該時(shí)隙機(jī)器處于低功耗模式。Eonij和Eoffij分別表示這2種模式下的各機(jī)器功耗情況。因此，t時(shí)隙下的機(jī)器耗能情況可表示為

Eonijmij(t)+Eoffij[1-mij(t)]

(1)

2.2 工作站約束條件

2.2.1能量消耗模型

裝配工廠的整體消耗電量應(yīng)該低于該地區(qū)規(guī)定的工廠最大用電量Emax，即

(2)

裝配工廠每次能執(zhí)行的削減也應(yīng)該大于發(fā)布者要求的最小削減量，即

(3)

式中：BL(t)表示這段時(shí)間內(nèi)的基線負(fù)荷，主要是通過(guò)排除特殊情況下的之前一段時(shí)間的平均用電量來(lái)確定[26]；LR(Δt)min即為發(fā)布者要求的最小負(fù)荷削減電量，它在Δt時(shí)間內(nèi)為常數(shù)。

2.2.2生產(chǎn)計(jì)劃限制

考慮銷售因素，企業(yè)每天會(huì)制定生產(chǎn)計(jì)劃，調(diào)度需要完成企業(yè)每日制定的生產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)于超過(guò)生產(chǎn)計(jì)劃的部分，不給予利潤(rùn)，即

(4)

式中：miJ(t)為流水線中最后一個(gè)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)；Nnum0表示當(dāng)天工廠計(jì)劃產(chǎn)出的產(chǎn)品數(shù)量；n0J為該機(jī)器在單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)能力。為了完成每日生產(chǎn)訂單，實(shí)際生產(chǎn)額必須大于或等于計(jì)劃數(shù)量。

3 流水線建模

3.1 流水線模型建立

流水線按照?qǐng)D3中從左往右的順序進(jìn)行生產(chǎn)，同一條流水線中，上游機(jī)器序號(hào)小，下游機(jī)器序號(hào)大。由于機(jī)器在流水線中所處位置不同，因此，相鄰機(jī)器間緩存的半成品數(shù)量計(jì)算方式也不同。我們將一組等待加工的半成品組成一個(gè)隊(duì)列，可得出各隊(duì)列數(shù)量模型如式(5)：

(5)

式中：Bij(t)表示t時(shí)隙下的第i行第j個(gè)機(jī)器的隊(duì)列；S表示工廠擁有的生產(chǎn)線數(shù)量；M代表該條生產(chǎn)線的機(jī)器數(shù)量，αij表示2個(gè)機(jī)器之間的關(guān)聯(lián)因數(shù)，即上游機(jī)器j的半成品生產(chǎn)能力與下游機(jī)器j+1的半成品消耗能力之比；nij(t)表示該機(jī)器的生產(chǎn)情況。

圖3 簡(jiǎn)化流水線機(jī)器生產(chǎn)周期及生產(chǎn)參數(shù)Fig.3 Simplified production lines and parameter configuration

3.2 流水線約束條件

為了保證機(jī)器的正常運(yùn)行，防止機(jī)器“饑餓”或“阻塞”情況的發(fā)生，機(jī)器應(yīng)該具有的約束如式(6)所示：

(6)

式中：xij(t)表示機(jī)器在t時(shí)隙的狀態(tài)，只有0、1這2種取值，0表示停止生產(chǎn)，1表示同意生產(chǎn)；CAPij表示該機(jī)器存儲(chǔ)上限。流水線中的每一個(gè)機(jī)器都有2個(gè)任務(wù)：從前一個(gè)機(jī)器中獲得原料以及將生產(chǎn)產(chǎn)品送至下一個(gè)機(jī)器。本文將當(dāng)前機(jī)器無(wú)法從隊(duì)列中獲得半成品從而無(wú)法正常開(kāi)工的情況稱之為機(jī)器的“饑餓”情況，將當(dāng)前機(jī)器生產(chǎn)出的產(chǎn)品過(guò)多而造成的溢出情況稱之為機(jī)器的“阻塞”情況。

3.3 目標(biāo)函數(shù)

電價(jià)模型就是工廠在生產(chǎn)過(guò)程中的電價(jià)成本。根據(jù)需求響應(yīng)不同類型，可以建立不同的目標(biāo)函數(shù)。例如，響應(yīng)峰谷電價(jià)的電費(fèi)支出模型可表示為公式(7)所示：

(7)

同理對(duì)于響應(yīng)需求側(cè)競(jìng)價(jià)項(xiàng)目的電價(jià)函數(shù)，除了考慮一般的電價(jià)外，還需將削減了負(fù)荷的激勵(lì)率納入計(jì)算，得到的電價(jià)模型如公式(8)所示：

(8)

式中：T′為產(chǎn)生需求激勵(lì)的時(shí)間段；I(T′)為激勵(lì)率，由發(fā)布者統(tǒng)一發(fā)布。

因此，考慮不同電價(jià)機(jī)制下的工廠總獲利可以表示為

(9)

式中：Nnumi表示第i條生產(chǎn)線的產(chǎn)品數(shù)量；Ppi表示第i條生產(chǎn)線產(chǎn)品的價(jià)格；n和mi分別表示生產(chǎn)線數(shù)量和每條生產(chǎn)線上機(jī)器的總數(shù)；Price表示工廠的產(chǎn)品售價(jià)；ci表示工廠原料成本單價(jià)；ni表示原料的數(shù)量。

4 仿真結(jié)果

選取了西門子電池裝配企業(yè)作為研究實(shí)例。根據(jù)西門子官方網(wǎng)站提供的生產(chǎn)參數(shù)[27]，建立了一個(gè)基于圖3的流水線模型。該模型主要由4條類似的生產(chǎn)線組成，機(jī)器的耦合關(guān)系和加工順序如圖3所示。圖中每個(gè)機(jī)器下方都標(biāo)出了機(jī)器的生產(chǎn)周期以及機(jī)器開(kāi)啟狀態(tài)的功率。本次仿真中假設(shè)機(jī)器低功耗狀態(tài)功率為開(kāi)啟狀態(tài)的10%，生產(chǎn)周期為生產(chǎn)單位半成品所需時(shí)間。Bij表示上游機(jī)器加工完成后將半成品存儲(chǔ)到隊(duì)列中，隊(duì)列的最大半成品容量已在圖3中標(biāo)明。

4.1 數(shù)值結(jié)果

使用gurobi優(yōu)化器對(duì)仿真模型進(jìn)行求解，該問(wèn)題由大約3 300個(gè)0-1變量和2 300個(gè)約束條件組成。為了縮短求解時(shí)間，將表明與最優(yōu)解的收斂情況的gap值參數(shù)下降到0.1%時(shí)就定位為最佳解。則平均用時(shí)大約只需2.5s。這完全可以滿足本文的日前制定調(diào)度策略的需求。

圖4就是企業(yè)未參與需求響應(yīng)時(shí)的最佳開(kāi)關(guān)模型，橫軸表示1天分成的144個(gè)時(shí)隙，縱軸為該流水線中的機(jī)器。其中，淺色代表在這一時(shí)隙內(nèi)開(kāi)啟，深色表示在這一時(shí)隙內(nèi)暫時(shí)轉(zhuǎn)為低功耗模式。生產(chǎn)調(diào)控者可以根據(jù)調(diào)度圖在時(shí)間空間維度上看出流水線整體生產(chǎn)情況。例如，將1個(gè)機(jī)器1天的開(kāi)啟時(shí)間與總時(shí)間之比稱為機(jī)器的占空比。那么機(jī)器M03占空比相對(duì)較高，而機(jī)器M22占空比則較低。這說(shuō)明，M03是阻塞整條生產(chǎn)線的關(guān)鍵而M22會(huì)出現(xiàn)冗余。對(duì)應(yīng)于圖4，需求響應(yīng)就是要求將開(kāi)關(guān)計(jì)劃在不同時(shí)隙中移動(dòng)，從而滿足電網(wǎng)側(cè)的需求。因此，如果企業(yè)適當(dāng)調(diào)整M03車間和M22的數(shù)量，勢(shì)必會(huì)使得需求響應(yīng)參與潛力更大。

圖4 流水線機(jī)器開(kāi)關(guān)示意圖Fig.4 Switch diagram of production lines

4.2 場(chǎng)景分析

參與仿真的工廠為全天生產(chǎn)的自動(dòng)化流水線。為了進(jìn)一步驗(yàn)證工廠參與需求響應(yīng)的效果和潛力，設(shè)置了3個(gè)場(chǎng)景，其分析如下文所述。

(1)場(chǎng)景A：峰谷電價(jià)。

選取了江蘇電網(wǎng)工業(yè)用戶的峰平谷電價(jià)見(jiàn)表1，圖5對(duì)比了響應(yīng)峰平谷電價(jià)和未響應(yīng)峰平谷電價(jià)時(shí)的24 h企業(yè)電能消耗圖?？梢钥闯觯c未參與需求響應(yīng)的企業(yè)生產(chǎn)耗能相比，參與需求響應(yīng)的企業(yè)會(huì)在平谷時(shí)段時(shí)耗能更多來(lái)滿足整體流水線的需求。平均來(lái)說(shuō)，工廠在峰時(shí)會(huì)削減用電的20.14%，谷時(shí)提升用電的15.6%，平時(shí)段變化不大，僅提升了1.4%。造成這種情況的原因是將高電價(jià)時(shí)段的部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到低電價(jià)時(shí)段中。同時(shí)通過(guò)流水線模型的約束不會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)造成影響。

表1 大工業(yè)用戶峰平谷電價(jià)表Table 1 Peak-valley price of large industrial users

圖5 響應(yīng)峰谷電價(jià)功耗與未響應(yīng)功耗對(duì)比Fig.5 Power consumption of production lines with and without consideration of peak-valley price

(2)場(chǎng)景B：需求側(cè)競(jìng)價(jià)。

假設(shè)聚合商在晚上18:00到20:00下達(dá)激勵(lì)率為0.5元/(kW·h)的需求競(jìng)價(jià)項(xiàng)目，仿真結(jié)果如圖6所示，可以發(fā)現(xiàn)，為了獲得競(jìng)價(jià)補(bǔ)貼，工廠在18:00到20:00內(nèi)有明顯的負(fù)荷削減行為，削減了29%的生產(chǎn)負(fù)荷。同時(shí)將這一部分的用電能耗平攤給沒(méi)有競(jìng)價(jià)的非激勵(lì)時(shí)段。

(3)場(chǎng)景C：新能源消納。

隨著風(fēng)電場(chǎng)的不斷建設(shè)，棄風(fēng)棄光現(xiàn)象卻日趨嚴(yán)重，我國(guó)的風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)率高達(dá)15%。如果能充分利用裝配企業(yè)的負(fù)荷可調(diào)潛力，就能夠進(jìn)一步降低棄風(fēng)率，對(duì)新能源進(jìn)行就地消納。因此，在場(chǎng)景C中，結(jié)合風(fēng)電出力特點(diǎn)和風(fēng)電入網(wǎng)規(guī)范，設(shè)計(jì)了一種平抑風(fēng)電的策略，可以有效降低棄風(fēng)率。

圖6 響應(yīng)激勵(lì)項(xiàng)目的需求功耗對(duì)比Fig.6 Power consumption of production lines with and without consideration of demand side bidding

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定，對(duì)于裝機(jī)容量在30～150 MW的風(fēng)電場(chǎng)10min的有功功率波動(dòng)應(yīng)小于30%，方可并網(wǎng)，即

(10)

如圖7所示為風(fēng)電場(chǎng)模擬出力曲線圖。由于風(fēng)電出力的間歇性和不可預(yù)測(cè)性，無(wú)法直接并網(wǎng)，為了平抑風(fēng)電，將其分為A、B、C這3種情況。A種情況下，不滿足標(biāo)準(zhǔn)中功率波動(dòng)的要求，但是依靠裝配企業(yè)的負(fù)荷調(diào)控，可以滿足式(10)，成功并網(wǎng)。B種情況下，風(fēng)力平穩(wěn)，發(fā)電可直接上網(wǎng)。C種情況下由于波動(dòng)過(guò)大，最大調(diào)節(jié)量很難使其滿足式(10)，因此很難將其利用并網(wǎng)。本文將著重討論B種情況。

圖7 模擬風(fēng)電出力曲線圖Fig.7 Simulation curve of wind power output

考慮到功率平穩(wěn)情況，裝配企業(yè)的負(fù)荷調(diào)節(jié)需要遵守約束如下：

(11)

(12)

式中：Eold為工廠原來(lái)的生產(chǎn)能量消耗計(jì)劃；Enew為參與新能源消納后的工廠負(fù)荷情況。

圖8為工廠新能源消耗計(jì)劃的開(kāi)關(guān)示意圖，圖9為風(fēng)電平抑情況圖。這一仿真主要探討裝配企業(yè)參與風(fēng)電消納的潛力。為將波動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)變成滿足并網(wǎng)要求的平穩(wěn)電力，合理改變裝配企業(yè)機(jī)器運(yùn)行策略。從圖9中可以看出，平抑后的風(fēng)電更加平穩(wěn)且符合風(fēng)電并網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

圖8 工廠新能源消耗計(jì)劃Fig.8 New energy consumption plan for the plant

圖9 風(fēng)電平抑情況Fig.9 Situation of wind accommodation

4.3 企業(yè)應(yīng)用潛力分析

由于半成品的存放與管理對(duì)環(huán)境要求很高，因此流水線中的儲(chǔ)料箱容量有限。但同時(shí)儲(chǔ)料箱容量越大也意味著工廠有更大的彈性進(jìn)行機(jī)器生產(chǎn)策略的調(diào)節(jié)。因此還仿真分析了儲(chǔ)料箱容量對(duì)裝配企業(yè)參與需求響應(yīng)的潛力影響。結(jié)果如圖10所示，圖10(a)是峰平谷電價(jià)下不同儲(chǔ)料箱容量下的電能分布，圖10(b)是考慮生產(chǎn)和電能成本的企業(yè)整體利潤(rùn)受儲(chǔ)料箱容量的影響圖?？梢钥闯觯?dāng)儲(chǔ)料箱容量越大時(shí)，參與需求響應(yīng)獲得的利潤(rùn)也越大,也即參與的潛力越大。當(dāng)儲(chǔ)料箱容量過(guò)小時(shí)，企業(yè)會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)死區(qū)(圖中虛線左側(cè))，此時(shí)的企業(yè)將會(huì)停止生產(chǎn)。

圖10 峰谷電價(jià)下儲(chǔ)料箱容積不同對(duì)需求響應(yīng)的影響Fig.10 Enthusiasm of participating in DR under different storage volume considering TOU price

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)分析裝配企業(yè)特有的生產(chǎn)特性，在現(xiàn)有的技術(shù)條件上建立了一個(gè)裝配企業(yè)的生產(chǎn)流水線模型。對(duì)每個(gè)工作站的用電模式進(jìn)行化簡(jiǎn)，表達(dá)出工作站在能量消耗和生產(chǎn)計(jì)劃中的約束。根據(jù)流水線生產(chǎn)過(guò)程中的上下游機(jī)器間的協(xié)同運(yùn)作，形成流水線的約束。根據(jù)工廠一天運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)模型、能耗模型、電價(jià)模型等綜合得出流水線的生產(chǎn)模型。設(shè)計(jì)了一種基于混合整數(shù)線性規(guī)劃的智能算法，實(shí)時(shí)充分比較參與多種需求項(xiàng)目前后的生產(chǎn)利潤(rùn)的大小，力求實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤(rùn)的最大化。以某電池裝配企業(yè)為例，建立生產(chǎn)流水線模型，設(shè)計(jì)出在基于峰平谷電價(jià)、需求側(cè)競(jìng)價(jià)以及新能源消納(風(fēng)電平抑)的3個(gè)場(chǎng)景下的最優(yōu)生產(chǎn)調(diào)度，具體論證了算法的優(yōu)越性，并對(duì)該工廠的響應(yīng)潛力進(jìn)行評(píng)估。研究表明，儲(chǔ)料箱的容量最大參與需求響應(yīng)的潛力和積極性也越高。另外，文獻(xiàn)[18]在討論關(guān)于大量用戶中的不同種家電電器聚合時(shí)，提出了需求塊的概念。本文研究只是一個(gè)開(kāi)始，在未來(lái)工作中，可以繼續(xù)深入裝配企業(yè)調(diào)度作業(yè)的需求響應(yīng)潛力分析，并將每個(gè)機(jī)器的運(yùn)作類比成需求塊，從而整合成統(tǒng)一的多級(jí)排隊(duì)系統(tǒng)，將工業(yè)與住宅的調(diào)度統(tǒng)一化。