吳文龍 戚思源 朱 慧 周 艷

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城市大豐區(qū)供電分公司）

0 引言

參照需求側(cè)資源整合、分配的實(shí)踐情況，需求側(cè)方面的資源分配、資源管理方式較多，具體包括有序用電、資源利用率管理、需求應(yīng)答、動(dòng)態(tài)負(fù)荷控制。其中，有序用電具體表示在電力供應(yīng)量較少、各類突發(fā)問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，借助行政措施、經(jīng)濟(jì)調(diào)控方法、技術(shù)措施，有效調(diào)整部分用電需求，保持用電秩序，確保用電管理的有序性。

1 基于新能源下全新電力平臺(tái)需求側(cè)資源整合與調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 系統(tǒng)安防技術(shù)

當(dāng)有較多新能源連接電力系統(tǒng)時(shí)，電力平臺(tái)運(yùn)行方式會(huì)更為復(fù)雜，相應(yīng)產(chǎn)生多樣性、不確定的系統(tǒng)故障問(wèn)題，對(duì)電力平臺(tái)形成的攻擊力更強(qiáng)。初期的系統(tǒng)防御技術(shù)，應(yīng)對(duì)各類安全問(wèn)題的靈活性不強(qiáng)，難以及時(shí)消除各類故障問(wèn)題，由此降低了電網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在電網(wǎng)運(yùn)行期間，融合安防技術(shù)。電力平臺(tái)獲取需求側(cè)資源時(shí)，嘗試在需求側(cè)、能源等多個(gè)層面位置，逐一落實(shí)系統(tǒng)控制，給出相應(yīng)的、可用的安防策略，穩(wěn)步提升電網(wǎng)系統(tǒng)的故障處理能力［1］。

1.2 多層次、多主體的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同調(diào)度技術(shù)

以平常資源形式，在電網(wǎng)調(diào)度平臺(tái)內(nèi)，連接需求側(cè)資源，保持源網(wǎng)荷儲(chǔ)各系統(tǒng)處于協(xié)同運(yùn)行、有序調(diào)度的狀態(tài)，以此最大程度地展現(xiàn)需求側(cè)資源的重要性。對(duì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各個(gè)平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)協(xié)同管理，選用合理的調(diào)度技術(shù)，嘗試從多層面、各系統(tǒng)視角，全面進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化處理。在較大區(qū)域內(nèi)，針對(duì)負(fù)荷數(shù)據(jù)，進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，保持電力系統(tǒng)處于安全、平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)。以多條安全約束規(guī)則為前提，進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整、系統(tǒng)優(yōu)化的處理。各類系統(tǒng)優(yōu)化、負(fù)荷調(diào)整的技術(shù)，均是保證電力平臺(tái)有序運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。

1.3 各級(jí)電力平臺(tái)的協(xié)同規(guī)劃技術(shù)

在分布式電源的供能條件下，致使負(fù)荷曲線出現(xiàn)多種改變，用電設(shè)備內(nèi)形成了多種新的風(fēng)險(xiǎn)。電力單位需要運(yùn)行可行的監(jiān)測(cè)技術(shù)，針對(duì)非侵入行為進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，引入相關(guān)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，準(zhǔn)確識(shí)別需求側(cè)資源，采取建模分析方式，分析電力平臺(tái)潛在的問(wèn)題。針對(duì)新型電力平臺(tái)的各類技術(shù)場(chǎng)景，合理使用資源管理技術(shù)，有效減少資源浪費(fèi)量，綜合對(duì)比各類源網(wǎng)荷儲(chǔ)的能源管理成本，找出各類方案的資源調(diào)節(jié)方法，嘗試順應(yīng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各平臺(tái)的運(yùn)行需求，建立各平臺(tái)協(xié)同發(fā)展的效益評(píng)估體系，從極端氣象視角，找出安全供能的技術(shù)方案。

1.4 大基數(shù)通信交互技術(shù)

在需求側(cè)獲得資源類型、資源量逐漸增加的情況下，電力平臺(tái)應(yīng)對(duì)各類場(chǎng)景的需求響應(yīng)方式，具有復(fù)雜性、信息交互性、可調(diào)節(jié)性的特點(diǎn)。電力需求的檢測(cè)技術(shù)、識(shí)別系統(tǒng)、調(diào)度技術(shù)，在技術(shù)先進(jìn)性、平臺(tái)智慧性各方面，均有增強(qiáng)，逐漸開(kāi)發(fā)出技術(shù)層級(jí)多、技術(shù)整合量大、參與主體多等管理系統(tǒng)。需求側(cè)層面，針對(duì)資源利用，給出的利用措施相應(yīng)增多，相應(yīng)提高了協(xié)調(diào)管控的困難性。為此，需要?jiǎng)?chuàng)建電網(wǎng)、資源需求兩者之間的互操作體系，添加相應(yīng)的規(guī)則與協(xié)議，保證協(xié)議內(nèi)容能夠支持復(fù)雜業(yè)務(wù)有序進(jìn)行。針對(duì)需求側(cè)資源的運(yùn)用，嘗試從應(yīng)用場(chǎng)景入手，從不同視角梳理通信質(zhì)量的規(guī)范，給出相應(yīng)的通信服務(wù)，配合必要的通信控制方案，優(yōu)化各類控制方案。各類新能源連接，交互的需求下，電力平臺(tái)調(diào)度管理者應(yīng)高度關(guān)注電網(wǎng)安全問(wèn)題，在身份認(rèn)證、風(fēng)險(xiǎn)隔離等方面，逐一給出安全防護(hù)［2］。

2 基于新能源下需求側(cè)資源分配的智慧用電管理分析

2.1 智慧用電資源分配的數(shù)字模型

2.1.1 目標(biāo)函數(shù)

在電力平臺(tái)內(nèi)，引入價(jià)格DR 機(jī)制，運(yùn)行IEMS系統(tǒng)，對(duì)電力新能源，進(jìn)行智慧管理。此系統(tǒng)會(huì)利用電力成本最小值Vcost為參考數(shù)值，以用電負(fù)荷為目標(biāo)，做出優(yōu)化調(diào)整處理。電力負(fù)荷的表達(dá)方式，如式（1）：

式中，Vcost表示電力成本，元；minVcost表示用電支出的最小值，元；λt表示t點(diǎn)時(shí)間的電價(jià)，元，γ表示PV 電力平臺(tái)的電價(jià)，元；Pbt表示t時(shí)間節(jié)點(diǎn)的購(gòu)電功率，W；Pst表示t時(shí)間節(jié)點(diǎn)的售電功率，W；t表示時(shí)間，幾點(diǎn)幾分；h表示分析功率的一段時(shí)間，小時(shí)；n表示數(shù)據(jù)中的t時(shí)刻個(gè)數(shù)，個(gè)。式（1）實(shí)際描述的目標(biāo)函數(shù)，綜合考量工業(yè)主體與電力單位進(jìn)行交換新能源的實(shí)際收益，電力單位會(huì)以γ元獲取新能源，補(bǔ)充供電能源。

2.1.2 約束條件

電功率處于平衡狀態(tài)時(shí)，存在的平衡關(guān)系，如式（2）：

式中，表示t時(shí)間點(diǎn)新能源發(fā)電設(shè)施的運(yùn)行功率，W；表示t時(shí)間點(diǎn)新能源供電裝置的基礎(chǔ)用電功率，W。此約束條件，能夠使t時(shí)間節(jié)點(diǎn)下工業(yè)用戶擁有的電能資源，等同于實(shí)際消耗的電能量。

買入電量、交易電量之間的約束關(guān)系：如式（3）：

式中，表示工業(yè)用電主體在t 時(shí)間節(jié)點(diǎn)，買入電量時(shí)0-1狀態(tài)值，無(wú)單位；表示工業(yè)用電組織在t時(shí)間節(jié)點(diǎn)，出售電量的0-1 狀態(tài)參數(shù)，無(wú)單位。當(dāng)為1、為0 時(shí)，工業(yè)主體需要從電力單位買入電力資源，當(dāng)為0、為1 時(shí)，工業(yè)主體向電力組織售出電力能源。此約束條件，指明了工業(yè)主體與電力單位之間的資源交互方式，具備單向性，不可同時(shí)買入電力資源與售出新能源。

2.2 算例分析

2.2.1 用電資源管理概況

以某零部件生產(chǎn)為例，從晴天、陰天兩個(gè)氣象條件入手，分析需求側(cè)電力情況，給出相應(yīng)的智慧管理方案。每日24h，每半個(gè)小時(shí)劃定一個(gè)時(shí)間單元，合計(jì)48h。0.5h 內(nèi)各類生產(chǎn)任務(wù)，零部件的生產(chǎn)個(gè)數(shù)，取整數(shù)，以此規(guī)避生產(chǎn)線多次運(yùn)行、頻繁關(guān)閉的運(yùn)行問(wèn)題。假設(shè)電力單位使用分時(shí)段的方式，進(jìn)行電價(jià)設(shè)計(jì)，促使工業(yè)用戶成為DR 計(jì)劃的成員，新能源供電均采取固定電價(jià)。綜合考量智慧用電管理的各類因素，將其管理結(jié)果，對(duì)比新能源發(fā)電的相關(guān)數(shù)據(jù)。而新能源發(fā)電，在一定程度上會(huì)受到氣象因素的干擾，主要體現(xiàn)在如下四類場(chǎng)景。其一，參與DR 計(jì)劃，陰天時(shí)新能源供電量較少。其二，未參與DR 計(jì)劃，陰天時(shí)未連接新能源供電資源。其三，參與DR 計(jì)劃，晴天新能源供電量較多。其四，未參與DR 計(jì)劃，晴天時(shí)適當(dāng)調(diào)度新能源電量［3］。

2.2.2 各場(chǎng)景用電調(diào)度分析

各個(gè)用電場(chǎng)景中，有兩個(gè)場(chǎng)景中，用戶參與了DR 計(jì)劃，對(duì)各時(shí)段電價(jià)給出了相應(yīng)策略，此時(shí)可使用智慧方法，進(jìn)行電力優(yōu)化，調(diào)度相應(yīng)的電力資源。運(yùn)行線上平臺(tái)，進(jìn)行智慧調(diào)度處理，場(chǎng)景一的資源調(diào)度時(shí)間T 值為1.93s、場(chǎng)景三的資源方案優(yōu)化用時(shí)T值為63.76s。采取此種數(shù)值分析方法，再次獲取初期場(chǎng)景、未參與DR 計(jì)劃的優(yōu)化時(shí)間。如表1 所示，是各場(chǎng)景電力調(diào)度、資源優(yōu)化的用電成本。

表1 各場(chǎng)景用電成本（單位：萬(wàn)元）

表中的生產(chǎn)成本，是指生產(chǎn)零部件運(yùn)行各類設(shè)施的用電成本，萬(wàn)元。表中的溫控成本，具體表示零部件生產(chǎn)區(qū)內(nèi)溫度調(diào)節(jié)設(shè)施的用電支出，萬(wàn)元。在初始用電場(chǎng)景、兩個(gè)未參與DR 計(jì)劃的場(chǎng)景中，形成的用電計(jì)劃，不會(huì)受到電價(jià)信號(hào)變化的干擾。此三種用電場(chǎng)景，運(yùn)行的各類零部件生產(chǎn)設(shè)施，在“生產(chǎn)成本”、“溫控成本”兩個(gè)方面，資金需求量具有一致性。在使用新能源后，場(chǎng)景二、場(chǎng)景四的供電成本變化較大。主要是在日間6點(diǎn)至晚間18點(diǎn)的時(shí)段內(nèi)，新能源補(bǔ)充了一定電力資源，由此降低了購(gòu)電量，相應(yīng)減少了用電支出。晴天相比陰天的新能源供應(yīng)量更高，場(chǎng)景4實(shí)際買入的電量更少。

場(chǎng)景1、場(chǎng)景3并未參與DR計(jì)劃，對(duì)其進(jìn)行智慧資源分配、調(diào)度優(yōu)化各項(xiàng)處理時(shí)，管理平臺(tái)會(huì)參照電價(jià)信號(hào)的實(shí)際情況，設(shè)定最小用電成本為控制方向，對(duì)案例組織零部件各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從生產(chǎn)設(shè)施、溫控設(shè)備兩個(gè)方面，綜合開(kāi)展用電優(yōu)化、電力資源調(diào)度分析。在上午9 點(diǎn)半開(kāi)始，有持續(xù)90min 的高電價(jià)時(shí)段，下午19 點(diǎn)，有持續(xù)60min 的高電價(jià)時(shí)段，有效控制此兩個(gè)時(shí)段的用電量，以此達(dá)到用電優(yōu)化的效果。在生產(chǎn)約束條件下，將高電價(jià)時(shí)段的設(shè)備運(yùn)行，調(diào)整至低電價(jià)時(shí)段。從電力資源調(diào)度整體效果來(lái)看，場(chǎng)景1 調(diào)整用電設(shè)施運(yùn)行時(shí)間后，可有效減少9.12%的用電支出，相比場(chǎng)景3的優(yōu)化效果更好。

2.2.3 生產(chǎn)設(shè)施用電需求的系統(tǒng)分析

在場(chǎng)景一、三兩種場(chǎng)景內(nèi)，智慧用電平臺(tái)，以電價(jià)信號(hào)為參考，從零部件生產(chǎn)用電情況，進(jìn)行合理的電力資源調(diào)度。如表2 所示，是未參加DR 計(jì)劃時(shí)，各時(shí)段生產(chǎn)設(shè)施耗電時(shí)的用電功率。

表2 各時(shí)段生產(chǎn)設(shè)施耗電時(shí)的用電功率（單位：元/kWh）

未參加DR 計(jì)劃的三個(gè)場(chǎng)景中，生產(chǎn)設(shè)施運(yùn)行期間，在電價(jià)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)指引下，電價(jià)最高時(shí)間范圍內(nèi)，使其用電需求相應(yīng)減少，此時(shí)段用電需求，未能成功調(diào)整至0 點(diǎn)至6 點(diǎn)的最低電價(jià)時(shí)間范圍。主要是0 點(diǎn)至6 點(diǎn)時(shí)間范圍內(nèi)，各類調(diào)度任務(wù)的人工在崗人員較少，無(wú)法進(jìn)行各項(xiàng)調(diào)度工作，此時(shí)用電功率參數(shù)為零。因此，進(jìn)行用電優(yōu)化時(shí)，需調(diào)整生產(chǎn)設(shè)施用電的時(shí)間，使其在0點(diǎn)至6點(diǎn)低價(jià)位的時(shí)間范圍內(nèi)運(yùn)行，相應(yīng)補(bǔ)充此時(shí)段的調(diào)度人員。

2.2.4 溫控設(shè)施電力需求的系統(tǒng)分析

當(dāng)用電主體選擇DR 計(jì)劃后，會(huì)在高電價(jià)時(shí)段，減少溫控設(shè)施的運(yùn)行量，在低電價(jià)時(shí)段，恢復(fù)溫控設(shè)施的運(yùn)行。比如，制冷設(shè)備，可在夜間低電價(jià)時(shí)間范圍內(nèi)，進(jìn)行前期制冷處理，在蓄冷槽內(nèi)存儲(chǔ)“冷量”，在高電價(jià)時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)，放出存儲(chǔ)的“冷量”，以此保證生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)效果。此項(xiàng)調(diào)節(jié)期間，設(shè)備內(nèi)蓄冷槽存儲(chǔ)冷量的空間有限，僅能滿足上午7點(diǎn)至11點(diǎn)的冷量需求，下午的高電價(jià)時(shí)段，仍然需要運(yùn)行制冷劑。為此，可適當(dāng)增加蓄冷槽容量，相應(yīng)調(diào)整用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案［4］。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以用電成本最優(yōu)方案為目標(biāo)，創(chuàng)建智慧用電的調(diào)度管理模型。經(jīng)過(guò)算例分析發(fā)現(xiàn)，此智慧用電調(diào)度方案，可適用于工業(yè)生產(chǎn)需求側(cè)，符合其各時(shí)段的用電調(diào)整需求。在電價(jià)信號(hào)主導(dǎo)的條件下，靈活調(diào)整不同類型用電設(shè)施的運(yùn)行量，以此控制用電支出，加強(qiáng)系統(tǒng)負(fù)荷的優(yōu)化性，綜合改善電力平臺(tái)的整體運(yùn)行能力，提高資源利用的效果，盡可能地獲取電力資源調(diào)度管理收益。