電力需求側(cè)管理的研究與設(shè)計(jì)

【摘要】基于JADE設(shè)計(jì)范疇的需求側(cè)管理代理（DSM_Agent）在電力需求側(cè)管理中具有重要的研究價(jià)值。本文基于JADE的MAS運(yùn)行在Java環(huán)境下，利用Java編程環(huán)境NetBeans設(shè)計(jì)修改、制作UI界面，通過對(duì)需求側(cè)管理中的需求分析，設(shè)計(jì)了DSM_Agent的主要功能。討論了我國需求側(cè)管理的現(xiàn)狀和實(shí)施電力需求側(cè)響應(yīng)對(duì)用戶側(cè)、系統(tǒng)側(cè)和社會(huì)帶來的諸多效益，并依次進(jìn)行對(duì)需求側(cè)管理的參與主體及其間的供需關(guān)系的探討、DSM_Agent的設(shè)計(jì)和對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)進(jìn)行了研究分析。

【關(guān)鍵詞】需求側(cè)管理代理；JADE；需求分析；Java編程環(huán)境

一、引言

在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，尤其是城鎮(zhèn)化和現(xiàn)代化的進(jìn)程里，大型用電客戶起著重要的作用，無論是直接的產(chǎn)出產(chǎn)值，還是間接的提供勞動(dòng)崗位，都做出了巨大貢獻(xiàn)。但是在粗放式的發(fā)展中，無可避免地造成了巨大的電能浪費(fèi)，因此，大型用電客戶的DSM便顯示出其重要的作用。

電力需求側(cè)管理需要國家政府的強(qiáng)制手段，即明確的法律及良好的市場經(jīng)濟(jì)：不斷健全規(guī)章制度和逐步完成電力市場的良性競爭。其次，需求側(cè)管理需要多方面配合，共同完成。DSM除了政府、電力企業(yè)、電力客戶，還有電能服務(wù)機(jī)構(gòu)需要參與到其中。而實(shí)施電力需求側(cè)響應(yīng)能為用戶側(cè)、系統(tǒng)側(cè)和社會(huì)帶來諸多效益（伍偉華，2014），如在節(jié)能減排方面的作用（唐莉，2008）。

二、DSM_Agent系統(tǒng)概述

DSM的主要參與者主要由四類組成：政府、企業(yè)、服務(wù)公司及使用客戶。DSM系統(tǒng)中管理者、實(shí)施者、協(xié)調(diào)者及管理者的關(guān)系如圖1所示。

需求側(cè)管理需要以上四類參與者的共同努力，任何消極的一方都會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成不良影響，這是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)也越來越多地進(jìn)入自動(dòng)控制領(lǐng)域，主要包括分散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）、安全儀表系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)）、管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），這些系統(tǒng)大部分實(shí)現(xiàn)了局域網(wǎng)內(nèi)的信息互通。而DSM的建立，能夠在這些已有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，合理利用資源的同時(shí)減少了資金投入。本文選擇面向?qū)ο蟮木幊陶Z言Java開發(fā)的JADE系統(tǒng)，具有良好的API接口，既可以通過有線（RS232、光纜）也可以使用無線（Web Service）傳輸信息。

三、系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)原則

DSM_Agent模塊主要有以下設(shè)計(jì)原則：

1、實(shí)用性。根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)，直觀明確的表達(dá)方式，便于用戶了解自己的DSM情況。

2、經(jīng)濟(jì)性。在開發(fā)設(shè)計(jì)中，盡可能多的利用已有的資源，節(jié)約成本。

3、兼容性。在JADE平臺(tái)中，利用java面向?qū)ο缶幊痰膬?yōu)勢，通過大量的繼承行為，獲得JADE平臺(tái)中Agent的通用功能。

（二）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖2 DSM_Agent的結(jié)構(gòu)

由圖2可知，DSM_Agent在功能上主要分為四層，分別是用戶層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層及通訊層。

其中，用戶層供用戶選擇登陸，并具有新用戶注冊、密碼找回功能；應(yīng)用層在數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)上，對(duì)主要功能進(jìn)行了定義；對(duì)于通訊層，DSM_Agent可以在平臺(tái)內(nèi)使用JADE內(nèi)部信息傳輸協(xié)議（IMTP）與其他平臺(tái)內(nèi)的Agent進(jìn)行信息交換。

圖3 應(yīng)用層主要業(yè)務(wù)

四、在電力行業(yè)中的應(yīng)用及分析

（一）電力行業(yè)中DSM系統(tǒng)的參與主體關(guān)系如圖4：

圖4 電力行業(yè)中DSM系統(tǒng)中參與主體的關(guān)系

（二）功能模塊

基于DSM應(yīng)用層的功能，將其細(xì)化為八大模塊，并進(jìn)行二級(jí)功能劃分。主要包括以下功能：電費(fèi)管理、能量管理、用電管理、發(fā)電管理、效益管理、評(píng)價(jià)對(duì)標(biāo)、節(jié)能方案和信息管理八個(gè)模塊。如，電費(fèi)管理包括電費(fèi)查詢及分段電價(jià)，電費(fèi)查詢是DSM_Agent最基本的功能；用電管理包括用電總量顯示、用電總量查詢、分項(xiàng)用電顯示、分項(xiàng)用電查詢及實(shí)時(shí)電價(jià)；發(fā)電管理包括發(fā)電電量，并網(wǎng)電量及并網(wǎng)電價(jià)；能量管理包括分布式發(fā)電量、儲(chǔ)能電量及負(fù)載能量，能量管理是系統(tǒng)對(duì)用戶公司電力系統(tǒng)能量流動(dòng)的“管家”；評(píng)價(jià)對(duì)標(biāo)：包括DSM評(píng)分和分項(xiàng)對(duì)標(biāo)。DSM評(píng)分由于評(píng)價(jià)體系的不同，結(jié)果不同，應(yīng)用的范圍也不同等。

圖5 DSM功能模塊設(shè)計(jì)

（三）DSM評(píng)價(jià)

DSM評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取的指標(biāo)體系絕對(duì)不能設(shè)置單一指標(biāo)。同時(shí)，也需要注意指標(biāo)之間的聯(lián)系，也不應(yīng)太過復(fù)雜。DSM評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括兩種，分別是政府評(píng)價(jià)指標(biāo)和用戶評(píng)價(jià)指標(biāo)。政府評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于硬性指標(biāo)，用戶評(píng)價(jià)指標(biāo)是政府評(píng)價(jià)指標(biāo)基礎(chǔ)上的擴(kuò)展，包括宏觀上的能源效率、污染物排放及節(jié)能狀況等。所有的指標(biāo)在各自的體系內(nèi)均占有一定的權(quán)重，根據(jù)每項(xiàng)指標(biāo)的得分，就可以得到DSM評(píng)價(jià)的總分。

（四）節(jié)能方案

節(jié)能方案的提出基于分項(xiàng)測量的硬件實(shí)現(xiàn)和DSM評(píng)價(jià)指標(biāo)的支持。同時(shí)，使用本地?cái)?shù)據(jù)庫提供的DSM評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分項(xiàng)對(duì)標(biāo)，得到不合標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目，進(jìn)行差值分析。然后，結(jié)合外部數(shù)據(jù)庫和本地?cái)?shù)據(jù)庫的資源，進(jìn)行資源整合進(jìn)而得出方案，流程如圖5所示。

圖 6 節(jié)能方案提出流程圖

（五）預(yù)測的分析過程

用戶用電量和負(fù)荷量的分析預(yù)測采用灰色GM（1，1）模型，該模型采用累加的方式，將本沒有明顯趨勢的時(shí)間序列變成具有顯著趨勢的時(shí)間序列。

以用戶用電量為例，假設(shè)原始用電量按時(shí)間排序形成序列為：

式（7）即為灰色預(yù)測模型的最終結(jié)果，可通過其求得未來時(shí)間點(diǎn)上的用電量。

五、小結(jié)

本文詳細(xì)研究了我國需求側(cè)管理的現(xiàn)狀，以及討論了實(shí)施電力需求側(cè)響應(yīng)對(duì)用戶側(cè)、系統(tǒng)側(cè)和社會(huì)帶來的諸多效益。首先，探討了需求側(cè)管理的參與主體及其間的供需關(guān)系。隨后，進(jìn)行了DSM_Agent的設(shè)計(jì)，包括架構(gòu)搭建、功能模塊設(shè)計(jì)。最后，對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)進(jìn)行了研究分析。

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作者簡介

張磊，國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院；研究方向：工程管理研究。