有序用電調(diào)度策略研究

竺 煒，茹 梁，陳俊諭，袁 蓉，杜文佳

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 電力系統(tǒng)安全運(yùn)行與控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.云南省電力公司 大理供電局，云南 大理 671000）

通過有序用電促進(jìn)節(jié)能環(huán)保，已成為社會(huì)共識(shí)。對(duì)可中斷負(fù)荷進(jìn)行管理能有效降低電網(wǎng)高峰時(shí)段的用電負(fù)荷，緩解用電高峰期的供電緊張狀況，是實(shí)施有序用電的一項(xiàng)重要舉措［1－2］，文獻(xiàn)［3］就此分析了基于智能優(yōu)化算法的多時(shí)段可中斷負(fù)荷調(diào)度。

近年來從需求側(cè)管理體系、實(shí)施方案、有序用電指標(biāo)體系等各個(gè)角度對(duì)有序用電調(diào)度開展了研究。文獻(xiàn)［4］分析了負(fù)荷管理的效益分析體系；文獻(xiàn)［5］基于有序用電相應(yīng)的實(shí)施原則制定了針對(duì)不同用電類型的實(shí)施方案，設(shè)立了電力平衡分級(jí)預(yù)警機(jī)制并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的操作實(shí)施流程；文獻(xiàn)［6－8］分別構(gòu)建了完整可行的供電服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)供電服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行了定性和定量的評(píng)價(jià)。

政府相關(guān)部門、供電企業(yè)和用戶等都是有序用電工作的參與者并擔(dān)當(dāng)不同的職責(zé)［9］。在有序用電方案制定中，文獻(xiàn)［10－11］對(duì)用電客戶進(jìn)行了能效評(píng)估和信用評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)［12］依次從社會(huì)、供電公司和用戶3個(gè)角度考慮有序用電的影響因素之后，提出了有序用電的綜合評(píng)價(jià)模型；文獻(xiàn)［13－14］采用多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)行了指標(biāo)體系的效益評(píng)估；文獻(xiàn)［15］對(duì)影響指標(biāo)體系的不確定性因素進(jìn)行定量化分析。

但是，目前有序用電比較突出的問題是實(shí)施困難，即有序用電調(diào)度指令不能有效地執(zhí)行。為此，筆者分析實(shí)施困難的主要原因，提出有序用電執(zhí)行度的考核指標(biāo)、增強(qiáng)執(zhí)行度的調(diào)度措施及策略。

1 當(dāng)前有序用電實(shí)施的主要問題分析

目前，在地區(qū)電網(wǎng)的有序用電實(shí)施過程中，供電公司與用戶成為博弈雙方，政府相關(guān)部門成為規(guī)則的制定者和監(jiān)督者，但因用戶壓力可能干涉原有的用電次序。三方的關(guān)系如圖1所示。

圖1 政府部門、供電方和用戶之間的關(guān)系Figure 1 Relationship among government departments，supply side and users

當(dāng)前，中國地區(qū)電網(wǎng)有序用電存在特殊性：①分時(shí)電價(jià)差異不大，經(jīng)濟(jì)杠桿作用不明顯；②在供電緊張時(shí)期，供電公司在力保不超用電計(jì)劃時(shí)，自身經(jīng)濟(jì)效益與用戶負(fù)荷分配關(guān)系不大；③供電公司在“限電不拉閘”的要求下，缺乏對(duì)用戶強(qiáng)制性的制裁手段；④對(duì)用戶執(zhí)行有序用電的經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)、懲罰措施缺乏必要的條件。這4個(gè)因素導(dǎo)致供電公司在與用戶的博弈中缺乏動(dòng)力和制約能力。因此，地區(qū)電網(wǎng)公司在實(shí)施有序用電過程中的主要問題是成為用戶的直接博弈者和博弈能力被限制。

2 有序用電執(zhí)行度指標(biāo)及調(diào)度策略

2.1 有序用電調(diào)度的主要難題及原因分析

雖然可按照節(jié)能環(huán)保指標(biāo)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行排序，但地區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷特性卻不一定滿足用電計(jì)劃。一般有序用電調(diào)度的主要措施有錯(cuò)峰用電、避峰用電、限電、緊急拉閘等，但不宜對(duì)大用戶負(fù)荷進(jìn)行強(qiáng)制性“拉閘限電”。

工業(yè)大用戶負(fù)荷往往季節(jié)性強(qiáng)、年度錯(cuò)峰能力弱，參與負(fù)荷調(diào)節(jié)將影響其經(jīng)濟(jì)效益。而目前因電價(jià)沒有靈活機(jī)制，分時(shí)電價(jià)差異較小以及限電補(bǔ)償缺乏可操作性，故用電矛盾依然存在，且調(diào)度指令的執(zhí)行難以到位。

為補(bǔ)償企業(yè)錯(cuò)峰造成的損失，增強(qiáng)用戶企業(yè)參與短期錯(cuò)峰的主觀意愿，從整體上提升整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)荷率，還需增加企業(yè)有序用電執(zhí)行度的考核指標(biāo)，以增強(qiáng)可操作性。

2.2 有序用電執(zhí)行度的考核指標(biāo)

執(zhí)行度考核指標(biāo)包括：錯(cuò)峰貢獻(xiàn)考核指標(biāo)、用電計(jì)劃執(zhí)行考核指標(biāo)和負(fù)荷率綜合考核指標(biāo)。

1）錯(cuò)峰貢獻(xiàn)考核指標(biāo)。

對(duì)承擔(dān)短時(shí)錯(cuò)峰的用戶應(yīng)給予指標(biāo)補(bǔ)償，錯(cuò)峰貢獻(xiàn)考核指標(biāo)為

式中 Ksp為錯(cuò)峰貢獻(xiàn)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)；ΔPhsp/Php為某時(shí)段錯(cuò)峰負(fù)荷與用戶該時(shí)段平均負(fù)荷之比。該指標(biāo)表示用戶在某時(shí)段內(nèi)的相對(duì)錯(cuò)峰貢獻(xiàn)。值越大，相對(duì)錯(cuò)峰貢獻(xiàn)越大，可作為對(duì)承擔(dān)短時(shí)錯(cuò)峰用戶補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)。

2）用電計(jì)劃執(zhí)行考核指標(biāo)。

該指標(biāo)主要考核企業(yè)用戶執(zhí)行調(diào)度計(jì)劃的準(zhǔn)確性。用戶用電計(jì)劃執(zhí)行考核指標(biāo)為

式中 Kim，Kiw，Kid分別為月、周、日用電計(jì)劃執(zhí)行指標(biāo)權(quán)重系小時(shí)平均負(fù)荷偏差與計(jì)劃負(fù)荷之比。該指標(biāo)為小時(shí)平均負(fù)荷偏差與計(jì)劃負(fù)荷比的積分加權(quán)和，考核的是用戶實(shí)際用電與計(jì)劃用電的日、周、月曲線的綜合偏差。Yi取負(fù)，表示該指標(biāo)值越大，則偏離用電計(jì)劃越大。

3）負(fù)荷率綜合考核指標(biāo)。

應(yīng)考核企業(yè)負(fù)荷率，促使大用戶提升負(fù)荷率，為地區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷率提升做出貢獻(xiàn)。用戶的負(fù)荷率綜合指標(biāo)為

式中 Kfm，Kfw，Kfd分別為月、周、日的負(fù)荷率權(quán)重系數(shù)；Pam，Paw，Pad分別為月、周、日的平均負(fù)荷；Pmaxam，Pmaxaw，Pmaxad分別為月、周、日的最大負(fù)荷。該指標(biāo)由用戶的月、周、日負(fù)荷率加權(quán)疊加而成，值越大，則表明負(fù)荷的月、周、日綜合負(fù)荷率越大。該指標(biāo)考核的是各用戶對(duì)提高地區(qū)電網(wǎng)總負(fù)荷的月、周、日綜合負(fù)荷率的貢獻(xiàn)。

2.3 增強(qiáng)有序用電執(zhí)行度的調(diào)度措施

1）錯(cuò)峰貢獻(xiàn)補(bǔ)償機(jī)制。

根據(jù)前一段時(shí)間（一天、一周或若干天）用戶的錯(cuò)峰貢獻(xiàn)，即式（1）所示的錯(cuò)峰指標(biāo)變化，可在后一段時(shí)間調(diào)整該負(fù)荷的計(jì)劃負(fù)荷類別配額，以補(bǔ)償該負(fù)荷的錯(cuò)峰貢獻(xiàn)。

假設(shè)2個(gè)大致相當(dāng)?shù)挠脩粲?jì)劃負(fù)荷構(gòu)成為

若上一個(gè)時(shí)間段中，負(fù)荷1的錯(cuò)峰指標(biāo)高于負(fù)荷2，則調(diào)整下一個(gè)時(shí)間段2個(gè)負(fù)荷的類別配額，如調(diào)整為

也可根據(jù)錯(cuò)峰貢獻(xiàn)，制定精確的配額調(diào)整規(guī)則，即①絕對(duì)配額調(diào)整法：每個(gè)負(fù)荷根據(jù)前一段時(shí)間的實(shí)際錯(cuò)峰電量貢獻(xiàn)，在后一段時(shí)間補(bǔ)上相應(yīng)的基荷配額；②相對(duì)配額調(diào)整法：設(shè)某負(fù)荷的基荷配比為Xkj，則

式中 n為所有可錯(cuò)峰負(fù)荷的數(shù)量；Yspj為j負(fù)荷的錯(cuò)峰指標(biāo)值。

錯(cuò)峰貢獻(xiàn)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制鼓勵(lì)用戶在遇到電網(wǎng)負(fù)荷峰值突出時(shí)“出手相助”，鼓勵(lì)用戶在安排生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，將自身用電與負(fù)荷控制相協(xié)調(diào)。

2）基荷配額獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。

為鼓勵(lì)用戶按計(jì)劃用電，在制定后一時(shí)間段用電計(jì)劃時(shí)，預(yù)先留出一定的基荷功率。通過考察前一段時(shí)間各個(gè)負(fù)荷的“用電計(jì)劃考核指標(biāo)Yi”，獎(jiǎng)勵(lì)考核指標(biāo)好的用戶一定的基荷功率計(jì)劃。

3）負(fù)荷率獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。

提高地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷率有重要意義。作為區(qū)域電網(wǎng)的一部分，若負(fù)荷率提高，將很有可能獲得更多的用電配額，充足的用電配額才是解決地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷功率缺額的根本保證。所以，地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的頭等任務(wù)是提高本地電網(wǎng)的負(fù)荷率。

解決這個(gè)問題可以從兩方面著手：一方面，對(duì)多數(shù)用戶通過指標(biāo)函數(shù)考核，通過排序和獎(jiǎng)勵(lì)基荷配額等手段，提高大多數(shù)用戶的負(fù)荷率，從而控制地區(qū)電網(wǎng)的總負(fù)荷率；另一方面，鼓勵(lì)少數(shù)大用戶進(jìn)行反時(shí)段用電，起到削峰填谷作用。

2.4 增強(qiáng)有序用電執(zhí)行度的調(diào)度策略

在供電公司和用戶的關(guān)系中，供電公司缺乏實(shí)質(zhì)性的懲罰和激勵(lì)手段，因此，最好的激勵(lì)來自于負(fù)荷用戶之間的比較。

解決問題的根本辦法：供電局退出與用戶之間的博弈，擔(dān)當(dāng)制定規(guī)則和監(jiān)督博弈的角色；廣大用戶在有效公平的規(guī)則中相互博弈，利益共存。現(xiàn)提出一種用戶間的博弈規(guī)則——可變時(shí)間尺度的隊(duì)列方法，如圖2所示。

1）依次將負(fù)荷率低的大用戶放入反時(shí)段消費(fèi)的時(shí)間隊(duì)列；

2）若某用戶反時(shí)段削峰填谷面積越大，則該用戶在時(shí)間隊(duì)列中的行進(jìn)速度加快；

3）用戶時(shí)間隊(duì)列中的移動(dòng)速度越快，則移出反時(shí)段時(shí)間越短。

圖2 用戶可變時(shí)間尺度的隊(duì)列Figure 2 Queue with variable time scales of users

在這種機(jī)制下，用戶的博弈方是其他用戶，所受的比較或壓力也來自其他用戶；而供電公司則退出了直接博弈，主要作為主持公平的主持人（裁判），不需要施加更多的懲罰或獎(jiǎng)勵(lì)措施，避免了博弈手段缺乏的尷尬。與圖1不同，新機(jī)制下政府部門、供電公司和用戶的關(guān)系如圖3所示。

圖3 新機(jī)制下政府部門、供電方和用戶之間的關(guān)系Figure 3 Relationship among government departments，supply side and users under the new mechanism

3 結(jié)語

為提高有序用電的執(zhí)行度，提出了錯(cuò)峰貢獻(xiàn)考核指標(biāo)、用電計(jì)劃執(zhí)行考核指標(biāo)和負(fù)荷率綜合考核指標(biāo)及相應(yīng)的調(diào)度獎(jiǎng)勵(lì)措施。另外，提出了可變時(shí)間尺度隊(duì)列的用戶間博弈規(guī)則，以形成新的政府部門、供電公司和用戶的三方關(guān)系，使供電公司退出與用戶的博弈，只擔(dān)當(dāng)制定有效、公平規(guī)則和監(jiān)督博弈的角色。

這些指標(biāo)和方法體現(xiàn)了有序用電的公平和效率原則，為政府相關(guān)部門及供電公司制定更加科學(xué)、合理的有序用電方案提供了參考依據(jù)。

［1］劉昌.電力需求側(cè)管理模式的研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2006.

［2］高有燈.可中斷負(fù)荷管理及其在廣東電網(wǎng)的應(yīng)用［J］.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，22（3）：85－89.GAO You－deng.Interruptible load management and it’s application in gangdong power grid［J］.Journal of Electric Power Science and Technology，2007，22（3）：85－89.

［3］李渝曾，劉暢，張少華，等.基于智能優(yōu)化算法的多時(shí)段可中斷負(fù)荷調(diào)度［J］.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24（4）：34－38.LI Yu－zeng，LIU Chang，ZHANG Shao－h(huán)ua，et al.Multiperiod dispatch of interruptible loads by intelligent optimization algorithms［J］.Journal of Electric Power Science and Technology，2009，24（4）：34－38.

［4］溫玉倩.河北省南部電網(wǎng)負(fù)荷管理效益研究［D］.保定：華北電力大學(xué)，2009.

［5］李永清.有序用電決策管理系統(tǒng)［D］.南京：東南大學(xué)，2005.

［6］曾鳴，周文瑜，張怡.電力市場(chǎng)環(huán)境下供電服務(wù)質(zhì)量?jī)?nèi)部評(píng)價(jià)體系研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（8）：42－46.ZENG Ming，ZHOU Wen－yu，ZHANG Yi.Internal evaluation index systems of service quality of power supply in power market［J］.Power System Protection and Control，2009，37（8）：42－46.

［7］李翔，楊淑霞，張紅斌.供電服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（12）：34－38.LI Xiang，YANG Shu－xia，ZHANG Hong－bi.Research on assessment method for power supply service quality［J］.Power System Technology，2004，28（12）：34－38.

［8］曾鳴，周文瑜，韓英豪，等.供電服務(wù)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)體系及其軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（2）：179－184.ZENG Ming，ZHOU Wen－yu，HAN Ying－h(huán)ao，et al.The comprehensive evaluation of power supply service quality and the design of its software system［J］.Power System Technology，2007，31（2）：179－184.

［9］周潔.縣級(jí)供電企業(yè)有序用電的研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2011.

［10］吳劍飛，姚建剛，陳華林，等.電力客戶能效狀態(tài)模糊綜合評(píng)估［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（13）：94－98.WU Jian－fei，YAO Jian－gang，CHEN Hua－lin，et al.Fuzzy comprehensive evaluation of power customer energy efficiency assessment［J］.Power System Protection and Control，2010，38（13）：94－98.

［11］翟斌，李存斌，田惠英.工業(yè)用電客戶信用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（1）：75－78.QU Bin，LI Cun－bin，TIAN Hui－ying.Construction and methodology of comprehensive evaluation system for credit of industrial electricity customers［J］.Power System Technology，2007，31（1）：75－78.

［12］張鋒.有序用電指標(biāo)體系及其評(píng)價(jià)方法的研究［D］.保定：華北電力大學(xué)，2009.

［13］聶慶.電力需求側(cè)管理分析與應(yīng)用研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2006.

［14］李揚(yáng)，高立群，于宏濤，等.一種基于非線性多目標(biāo)群決策的錯(cuò)峰控制限電分配方法［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，28（7）：945－948.LI Yang，GAO Li－qun，YU Hong－tao，et al.Nonlinear multi－objective group decision for peak load shifting to control power distribution［J］.Journal of Northeastern University：Natural Science，2007，28（7）：945－948.

［15］李正明，張紀(jì)華，陳敏潔.基于層次分析法的企業(yè)有序用電模糊綜合評(píng)估［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（7）：136－141.LI Zheng－ming，ZHANG Ji－h(huán)ua，CHEN Min－jie.Fuzzy comprehensive evaluation of enterprise’s orderly power utility based on analytic hierarchy process［J］.Power System Protection and Control，2013，41（7）：136－141.