陳奮開，何永秀

（華北電力大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，北京 102206）

0 引言

《關(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見》提出有序向社會資本放開售電業(yè)務(wù)，多途徑培育售電側(cè)市場競爭主體，這有利于更多的用戶擁有選擇權(quán)［1］，用戶與售電主體之間的交易會愈發(fā)頻繁，電價在引導(dǎo)用戶調(diào)整用電方式的作用愈發(fā)明顯。在此情況下，用戶負荷特性與用電行為變得無規(guī)律性，對系統(tǒng)負荷特性產(chǎn)生一定影響。因此，為精確分析用戶負荷特性和用電行為，了解用戶的差異化需求和保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，研發(fā)一種考慮負荷特性的用戶用電行為分析平臺具有重要意義。

近年來，用戶負荷特性分析和用電行為研究被廣泛關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者均開展了研究。在負荷特性分析方面，文獻［2］從負荷密度、年最大負荷利用小時數(shù)、負荷特性曲線等方面描述用戶負荷特性特點，并作對比分析；文獻［3-4］在調(diào)研基礎(chǔ)上，總結(jié)分析不同類型用戶的負荷特性和用電特點；文獻［5］從產(chǎn)業(yè)用電結(jié)構(gòu)、氣溫及電改政策等方面分析了負荷特性的變化規(guī)律與影響因素的相互關(guān)系；文獻［6］基于典型負荷日負荷曲線，由負荷平均值、負荷變化周期和峰谷比等指標(biāo)分析負荷特性。在用戶用電行為研究方面，文獻［7］分別采用K-means 聚類法和模糊C均值聚類法研究用戶用電行為；文獻［8］在自適應(yīng)模糊C 均值算法的基礎(chǔ)上，提出一種用戶分類的方法，實現(xiàn)對居民用電行為特性的差異化分析；文獻［9］以構(gòu)建的負荷轉(zhuǎn)移率模型為基礎(chǔ)，建立用戶基于峰谷電價的調(diào)節(jié)潛力指標(biāo)，以分析用戶用電行為；文獻［10-11］基于用戶行為學(xué)，研究用戶側(cè)的需求響應(yīng)行為，并構(gòu)建需求響應(yīng)模型，以反映用戶在分時電價下的需求響應(yīng)行為；文獻［12］分析了各類商業(yè)用戶在不同電價水平下不同用電時段的負荷響應(yīng)程度，并基于概率分布函數(shù)預(yù)測了各類用戶在不同時段的負荷調(diào)整潛力。

已有文獻對用戶負荷特性和用電行為的研究大都基于模型等方法定量分析，計算較為費時，且不能快速獲取分析結(jié)果。本文通過篩選分析負荷特性指標(biāo)和用電行為指標(biāo)，研發(fā)出一種考慮用戶負荷特性的用電行為分析平臺，其可以依據(jù)負荷數(shù)據(jù)快速分析用戶負荷特性和研究用戶用電行為，供負荷數(shù)據(jù)分析人員使用。

1 負荷特性指標(biāo)與用電行為指標(biāo)選取

1.1 負荷特性指標(biāo)選取

為正確分析用戶負荷特性，常常通過選取具有代表性的負荷特性指標(biāo)，其能夠反映用戶用電負荷的變化規(guī)律。目前，典型的電力負荷特性指標(biāo)從時間維度和物理量維度兩個維度進行劃分。在該平臺的設(shè)計中，按照時間維度和物理量維度選取的負荷特性指標(biāo)如表1 所示。

表1 用戶負荷特性指標(biāo)選取

1.2 用電行為指標(biāo)選取

隨著售電側(cè)競爭機制的建立，售電主體與用戶之間的交易會愈發(fā)頻繁，電價在引導(dǎo)用戶調(diào)整用電方式、優(yōu)化配置資源的作用會愈發(fā)重要。為合理分析用戶對電價改變的響應(yīng)程度，在平臺的設(shè)計過程中，通過對比分析用戶在電價變化前后的負荷曲線，著重選取了特定的用電行為指標(biāo)如響應(yīng)度、峰谷比變化率、削峰率及填谷率。

1）響應(yīng)度：電價政策實施后，用戶對電價的變化做出的響應(yīng)。

式中：ΔQt和ΔPt分別為用戶t 時刻的電量變化量和電價變化量；Q0、P0分別為最初時刻的原始電量和原始電價。

2）峰谷比變化率：電價實施前后用戶用電負荷峰谷比值的變化。

式中：ΔR為峰谷比變化率；lf，bi、lg，bi分別為實施電價后用戶在i 時段內(nèi)用電負荷峰值、負荷谷值；lf，ai、lg，ai分別為實施電價前用戶在i 時段內(nèi)用電負荷峰值、負荷谷值。

3）削峰率：電價實施后用戶用電負荷峰值減小量。

式中：lf，aj、lf，bj分別為實施電價前、后用戶在j 時段內(nèi)用電負荷峰值。

4）填谷率：電價實施后用戶用電負荷谷值增加量。

式中：lg，am、lg，bm分別為實施電價前、后用戶在m 時段內(nèi)用電負荷谷值。

2 考慮負荷特性的用戶用電行為分析平臺設(shè)計

2.1 平臺設(shè)計機理

在平臺設(shè)計時，首先借助負荷特性指標(biāo)分析用戶負荷特性；其次引入電價因素，借助用電行為指標(biāo)分析用戶因電價發(fā)生變化做出的響應(yīng)。其中，平臺設(shè)計機理如圖1 所示。

2.2 平臺各界面展示

在上述機理分析的基礎(chǔ)上，采用前端與后端相結(jié)合的方式開發(fā)該平臺。其中，前端設(shè)計頁面展示；后端編輯指標(biāo)的邏輯關(guān)系。

圖1 考慮負荷特性的用戶用電行為分析平臺設(shè)計機理

該平臺共有5 個界面，主界面與各分界面之間采用嵌套方式實現(xiàn)。主界面包括用戶負荷特性分析和用戶用電行為分析2 個功能按鈕，如圖2 所示；用戶負荷特性分析界面采用按鈕方式，包括菜單欄、指標(biāo)展示模塊、負荷曲線展示模塊和負荷時點數(shù)據(jù)展示模塊4 部分，其中，菜單欄由日負荷分析、月負荷分析、年負荷分析、返回首頁及日期查詢等成分組成，如圖3～5 所示；用戶用電行為分析界面也采用按鈕方式，包括菜單欄、指標(biāo)展示模塊和負荷曲線展示模塊3 部分，如圖6 所示。

圖2 平臺主界面展示

圖3 用戶日負荷特性分析界面展示

圖4 用戶月負荷特性分析界面展示

圖5 用戶年負荷特性分析界面展示

圖6 用戶用電行為分析界面展示

3 實證分析

為驗證該平臺的實用性，以某地區(qū)2016—2018年的用戶負荷使用情況為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以同時期電價政策為輔助數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫mysql 5.7，輔助數(shù)據(jù)以邏輯關(guān)系的形式在后端開發(fā)中用Java 語言實現(xiàn)。

3.1 用戶負荷特性分析

分析用戶負荷特性，該平臺在設(shè)計時從時間維度出發(fā)，包括3 部分，日負荷特性分析、月負荷特性分析和年負荷特性。以2016 年用戶負荷數(shù)據(jù)為例，分析用戶日負荷特性、月負荷特性及年負荷特性。

3.1.1 用戶日負荷特性分析

按照季節(jié)維度劃分為春季（3—5 月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11 月）及冬季（12—2 月）。夏季為用電高峰時期，為保證用戶日負荷特性分析的合理性，選取夏季最大負荷日為典型日，即為2016-07-31。在日負荷特性分析界面中，點擊時間查詢按鈕，然后選擇典型日，日負荷特性指標(biāo)分析結(jié)果如表2 所示，日負荷曲線如圖7 所示。

表2 用戶日負荷特性分析

圖7 典型日用戶日負荷曲線

如表2 所示，在該平臺中，負荷時點數(shù)據(jù)展示模塊看出用戶各個時刻用電負荷情況，以此得到負荷特性指標(biāo)展示模塊的負荷特性指標(biāo)計算取值；如圖7 所示，夏季用電高峰期間，尤其下午時間用電最多。

3.1.2 用戶月負荷特性分析

以典型日所在月份為分析對象，在月負荷特性分析界面中，點擊時間查詢按鈕，選擇2016 年7 月，分析結(jié)果如表3 所示。

表3 中，在負荷特性指標(biāo)展示模塊區(qū)域，可以清楚各負荷特性指標(biāo)取值，同時，也可獲得8—11 月的用戶月負荷特性指標(biāo)取值，通過對比各月負荷特性指標(biāo)取值，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)用戶秋季負荷月峰谷差率低于夏季負荷月峰谷差率、9 月份的月負荷率高于其他月份月負荷率，即9 月份的用電設(shè)備利用率較高。

表3 用戶月負荷特性分析

3.1.3 用戶年負荷特性分析

將2016 年用戶所有負荷數(shù)據(jù)作為分析對象，在年負荷特性分析界面中，點擊時間查詢按鈕，選擇2016 年，年負荷特性指標(biāo)分析結(jié)果和曲線分析結(jié)果分別如表4 和圖8 所示，其中，曲線分析以年日最大負荷曲線為例進行分析。

表4 年負荷特性指標(biāo)分析結(jié)果

圖8 用戶年負荷特性分析

如表4 所示，通過觀察負荷特性指標(biāo)可以得到用戶在2016 年內(nèi)的用電負荷使用情況；如圖8 所示，負荷曲線展示模塊可以看出用戶在一年內(nèi)用電變化趨勢。

3.2 用戶用電行為分析

由于電價的主導(dǎo)作用，用戶會及時調(diào)整其用電行為，對電價做出響應(yīng)。該地區(qū)在2016—2018 年內(nèi)共實施了3 次電價調(diào)整政策，以2016 年6 月實施的電價政策為例，分析用戶對電價調(diào)整水平的響應(yīng)程度。其中，分析機理為研究電價調(diào)整前后各2 個月內(nèi)用戶用電負荷變化情況，分析電價實施后用戶用電負荷轉(zhuǎn)移量。

在用戶用電行為分析界面，點擊時間查詢按鈕，選擇2016-06-14，用戶用電行為指標(biāo)分析結(jié)果如表5 所示，曲線分析結(jié)果分別如圖9 所示。

表5 用戶用電行為指標(biāo)分析結(jié)果 %

圖9 用戶用電行為曲線分析結(jié)果

如表5 和圖9 所示，在電價做出調(diào)整之后，可以計算出用戶的響應(yīng)度為30.16%；負荷曲線峰谷比變化率為0.16%、削峰率為5.49%、填谷率為5.37%。

4 結(jié)語

基于考慮負荷特性的用戶用電行為分析平臺，售電主體工作人員可以導(dǎo)入用電負荷原始數(shù)據(jù)，可以快速獲取各用戶負荷特性指標(biāo)計算結(jié)果，簡化模型計算的復(fù)雜性。

以時間和物理量兩個維度相結(jié)合構(gòu)建用戶負荷特性指標(biāo)體系，分析用戶負荷特性，詳盡反映用戶用電規(guī)律，為售電主體分析用戶的用電行為及進行負荷預(yù)測提供借鑒。

借助于電價因素，構(gòu)建用戶用電行為指標(biāo)模型，分析了用戶對電價調(diào)整政策的響應(yīng)程度，進而引導(dǎo)用戶峰谷時段的用電負荷轉(zhuǎn)移。