基于用戶行為模式的電力需求響應建模與實現(xiàn)

陳宏

（國網(wǎng)信通億力科技有限責任公司 福建福州 350001）

基于用戶行為模式的電力需求響應建模與實現(xiàn)

陳宏

（國網(wǎng)信通億力科技有限責任公司 福建福州 350001）

為進一步提高電能利用效率，促進電力資源優(yōu)化配置，保障用電秩序，降低用電成本，本文基于用戶行為模式的電力需求響應建模與實現(xiàn)，通過掌握居民用戶行為模式以及各種激勵模型，梳理重要客戶的用能特征規(guī)律，建立用戶行為模式的電力需求響應模型，實現(xiàn)負荷與電網(wǎng)雙向互動，切實提高需求側(cè)互動能力和管理水平。

需求響應；響應模型；用戶行為；雙向互動

能源互聯(lián)網(wǎng)是“互聯(lián)網(wǎng)+”的重要組成部分，而智能電網(wǎng)則是能源互聯(lián)網(wǎng)最為關鍵的部分，要構(gòu)筑能源互聯(lián)網(wǎng)，需充分考慮廣大而分散的智能電網(wǎng)用戶側(cè)[1-2]。目前，隨著能源管理系統(tǒng)、智能電器的普及，以及網(wǎng)絡技術對于各種電器的實時負荷和電量數(shù)據(jù)的支撐，使得智能電網(wǎng)用戶側(cè)與電網(wǎng)側(cè)互動成為可能。本文詳細研究了用戶與電網(wǎng)雙向互動信息通信關鍵技術及智能用電關鍵技術，并進行了雙向互動服務信息系統(tǒng)需求分析，在此基礎上，建立基于用戶行為模式的電力需求響應的模型，分析其運行機理，通過運用大數(shù)據(jù)技術，中壓電力線載波通信技術，數(shù)據(jù)挖掘技術等相關技術實現(xiàn)所需功能[3]，具有很好的工程應用價值和可觀的前景。

1 雙向互動服務系統(tǒng)

雙向互動型電網(wǎng)系統(tǒng)通過智能終端將電網(wǎng)和用戶之間、用戶之間形成網(wǎng)絡互動和即時連接，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的實時讀取、高效、雙向互動的效果,實現(xiàn)通信、電力、家用智能電器控制、電視等多種用途開發(fā)，回售用戶富裕的電能；可通過對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的整合，完善中央電力系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)有效地臨界負荷的保護，實現(xiàn)電網(wǎng)與各種客戶終端的無縫連接，如此可優(yōu)化管理電網(wǎng)，將電網(wǎng)提升為互動運轉(zhuǎn)的全新模式，形成電網(wǎng)全新的服務功能提高整個電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合性效率。

1）信息與通信技術

電力通信網(wǎng)的局、所、站之間的光纖網(wǎng)絡，為電網(wǎng)提供了高速化、寬帶化的主干核屯網(wǎng)絡。主干核也網(wǎng)絡的建設光纖通信為主，同時也利用了升級后的微波通信網(wǎng)絡[4]。根據(jù)通信網(wǎng)絡的布局和用途，智能用電服務系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡可分為遠程通信網(wǎng)和本地接入網(wǎng)[5]。遠程通信網(wǎng)是指系統(tǒng)主站和智能終端（采集終端、分布式電源接入終端、儲能接入終端、智能交互終端等）之間的遠距離數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。本地接入網(wǎng)是指現(xiàn)場智能終端、智能電能表、客戶之間的數(shù)據(jù)短距離通信網(wǎng)絡[6-7]。如圖1所示。

2）智能電表與AMI

圖1 用電服務通信系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

智能電表不僅支持遠程拉合間和預付費。根據(jù)實際需要，智能電能表可以天、小時、甚至分鐘為計量間隔來采集數(shù)據(jù)，相對于目前按月記錄用電量數(shù)據(jù)精度大大提高了P91。此外，智能電表能記錄電流、電壓、頻率、用電事件、功率因數(shù)等實時數(shù)據(jù)，為供用電巧方提供更多的輔助決策信息，是電力公司和客戶實現(xiàn)雙向互動的重要基礎設備；智能電表還具備雙向計量的功能，用戶對電網(wǎng)回售電力時，可以通過智能電表計算電量，用送電量來抵消用電量[8]。無線表是具有遠傳通信功能的電能表，從終端的角度看，就是具有計量功能的終端，即國外的智能電表PD1[9]。

3）用能服務系統(tǒng)

客戶用能服務子系統(tǒng)由主站、通信信道、智能互動終端等部分組成[10-11]，系統(tǒng)通過主站對智能交互終端進行信息采集和操作，如圖2所示。對于大客戶 ，該系統(tǒng)將采集到的用能數(shù)據(jù)傳輸?shù)綘I銷業(yè)務管理子系統(tǒng)，從而實現(xiàn)能效評測等服務，最終實現(xiàn)能源利用率的提高；對居民客戶，該系統(tǒng)與智能家居中的各應用子系統(tǒng)進行有機結(jié)合，通過綜合管理，實現(xiàn)智能家居服務[12]。

4）需求響應與節(jié)能減排

原則上，年度有序用電方案的制定應按照先錯峰、后避峰、再限電、最后拉閩的順序安排。電網(wǎng)企業(yè)應及時向社會發(fā)布預警消息。預警信號分為藍、黃、橙、紅4級，分別對應供電缺口一般、較重、嚴重、特別嚴重[13]。

圖2 客戶用能服務子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 雙向互動系統(tǒng)通信紀網(wǎng)方案設計

2.1 雙向互動系統(tǒng)整體通信方案

互動式智能用電服務系統(tǒng)是一個實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶雙向互動的系統(tǒng)，充分考慮現(xiàn)有的先進通信技術，將智能電表等智能表計、智能家居作為系統(tǒng)的底層基礎設施，為電網(wǎng)與用戶的雙向互動提供網(wǎng)絡支撐；智能交互終端的建設，為電網(wǎng)與用戶的互動實現(xiàn)可視化；能夠滿足智能家居、三網(wǎng)融合、社區(qū)服務等增值服務[14]。

1）互動式智能用電服務系統(tǒng)互動終端是實現(xiàn)電網(wǎng)與電力用戶互動、電網(wǎng)為電力客戶提供智能化、多樣化服務的基礎設施平臺。包括智能交互終端、智能表計、智能家電等，該平臺通過智能表計將用戶信息進行采集上傳至電力平臺，并通過智能交互終端、網(wǎng)上營業(yè)廳、95598供電服務中也等多種網(wǎng)絡互動方式，完成信息提供、業(yè)務受理、用戶繳費等多種服務內(nèi)容。

2）通信網(wǎng)絡平臺用來實現(xiàn)電力企業(yè)與用戶間的交互，作為保障智能用電服務信息傳輸、交換的載體，雙向互動系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡應保證信息接入的靈活安全、穩(wěn)定可靠、雙向高效，應優(yōu)先選擇電力通信專用網(wǎng)絡，公用網(wǎng)絡可作為一種補充和延伸智能用電服務系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡可分為遠程通信網(wǎng)和本地接入網(wǎng)，遠程通信即光纖通信、無線專悶、GPRS等無線公網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等，接入網(wǎng)即PLC、微功率無線、無線傳感網(wǎng)、RS485總線、低壓光纖復合電纜等。

3）互動式智能用電服務系統(tǒng)應用平臺主要用來完成智能用電雙向互動式服務和營銷業(yè)務應用，實現(xiàn)對智能用電服務的全面平臺支撐。后臺主站系統(tǒng)包括用電信息采集平臺、智能用電服務平臺以及營銷和輔助分析平臺，將用電數(shù)據(jù)信息分析處理，將用電指導以及增值服務回饋給用戶。

2.2 雙向互動系統(tǒng)通信組網(wǎng)方案

2.2.1 整體組網(wǎng)方案

電網(wǎng)與用戶雙向互動通信與信息系統(tǒng)技術方案設計，是針對于電網(wǎng)面向的大用戶、普通用戶，建立遠程通信網(wǎng)和本地接入網(wǎng)多種通信方式融合，由應用層、網(wǎng)絡層、終端層多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的通信與信息技術方案。本文設計的雙向互動系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中分為3個層次，即應用層、網(wǎng)絡層、終端層。

1）互動層即終端層，主要針對電網(wǎng)面向的3類用戶：普通的居民用戶、大用戶和工商業(yè)用戶、智能用電小區(qū)用戶。包括智能電表、集中器等采集裝置；智能交互終端等雙向互動設備；智能家電；電話、電腦、數(shù)字機頂盒等“三網(wǎng)合一”設備。

2）網(wǎng)絡層即電網(wǎng)與用戶之間互動的通信通道。雙向互動系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡分為骨干通信網(wǎng)和接入通信網(wǎng)，骨干通信網(wǎng)主要為后臺業(yè)務和信息互動提供鏈路，目前光纖網(wǎng)絡是骨干網(wǎng)主要的通信方式，能滿足智能用電骨干側(cè)對于通信網(wǎng)絡的要求。

3）應用層即互動式智能用電服務系統(tǒng)的應用平臺，采集到的信息由網(wǎng)絡層經(jīng)電力光纖骨干網(wǎng)傳到應用層，通過應用層的電力平臺，可使控制中必對電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)有實時的掌握，并自動對電網(wǎng)實時運行狀況進行分析、判斷，對不良運行狀態(tài)的發(fā)生立即做出調(diào)整，實時地計算出最優(yōu)調(diào)整指令。同時，平臺建設也支持第三方軟件的開發(fā)，滿足用戶對于社區(qū)服務等擴展服務的需求。

2.2.2 用電信息采集系統(tǒng)組網(wǎng)方案

上述方案中建立了基于多種通信方式融合的雙向互動信息與通信技術方案，電網(wǎng)面向不同層面的用戶采用不同的數(shù)據(jù)采集體系。

1）大用戶內(nèi)部用電數(shù)據(jù)采集

大用戶內(nèi)部用電數(shù)據(jù)的采集可以使用用戶內(nèi)部智能電表+集中器；智能電表與集中器之間的局域網(wǎng)，對通信速率的要求不高，網(wǎng)絡的構(gòu)建主要依賴于智能電表提供的通信接口，目前使用較多的通信方式有：RS-485、PLC等。

2）居民用戶內(nèi)部用電數(shù)據(jù)采集

居民用戶內(nèi)部用電數(shù)據(jù)的采集采用電器+智能插座+網(wǎng)關+因特網(wǎng)的方式，用戶的每個主要用電設備直接連接的插線板上連接一個智能插座，用電器電源線接在智能插座上，用戶通過插座控制電器電源。在每一戶中安裝一套核屯、設備，包括一個智能網(wǎng)關和一個路由器。智能插座實時采集相應用電器用電量，通過無線方式傳輸?shù)胶艘苍O備，進一步通過Internet傳送到后臺服務器，供用戶遠程控制家中主要電器。

3）電網(wǎng)側(cè)對用戶數(shù)據(jù)的采集

電網(wǎng)側(cè)對用戶數(shù)據(jù)的采集通信信道分為遠程信道和本地信道。遠程信道有GPRS、光纖方式；本地信道主要為電力線載波、RS-485和短距離無線 （少量）等多種方式，專變用戶本地采集一般采用民RS-485。

3 電網(wǎng)與用戶雙向互動信息系統(tǒng)設計

電網(wǎng)與用戶雙向互動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體上由采集系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡、電網(wǎng)側(cè)主站和用戶側(cè)主站四部分組成。雙向互動信息系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)主要包含電網(wǎng)和用戶互動信息數(shù)據(jù)庫與互動綜合信息服務系統(tǒng)兩大部分。同時根據(jù)用戶各種用電信息的實時采集，電網(wǎng)可以分析提供優(yōu)化用電指導，并實時監(jiān)測系統(tǒng)用電情況、故障信息，對電網(wǎng)的安全、可靠運營提供保障。

1）采集系統(tǒng)

用電信息采集系統(tǒng)旨在在線監(jiān)測和實時采集用戶負荷、功率、電量、電壓等重要信息，同時用戶通過Web客戶端或者智能交互終端得到用電指導、用電信息查詢、網(wǎng)上購電、告警信息等。

2）通信網(wǎng)絡

采用Java等技術開發(fā)Web客戶端，考察并分析國內(nèi)外智能電網(wǎng)互動業(yè)務應用模式，結(jié)合本地區(qū)的特點進行需求分析建設智能互動信息基礎軟件開發(fā)平臺支撐業(yè)務系統(tǒng)，采用服務器/客戶端模式，實現(xiàn)用電信息Web及業(yè)務應用的信息互動。

3）電網(wǎng)側(cè)主站

雙向互動信息系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)主要包含電網(wǎng)和用戶互動信息數(shù)據(jù)庫與互動綜合信息服務系統(tǒng)兩大部分[15-16]。智能集中設備將用戶各種實時數(shù)據(jù)通過配電側(cè)信息網(wǎng)絡傳輸?shù)诫娋W(wǎng)公司，存儲在互動信息數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)對各類信息進行分析和處理，保障安全性原則下過濾對外開放的信息，對信息進行加密。

4）用戶側(cè)主站

用戶作為電網(wǎng)的互動對象，與電網(wǎng)良好的溝通對電網(wǎng)的運營起到重要作用。在電網(wǎng)與用戶雙向互動系統(tǒng)中，用戶可對電網(wǎng)分時電價、計劃停電等政策做出快速響應，合理安排電器使用，降低用電離峰時段電網(wǎng)的負荷，參與需求側(cè)響應，并實時監(jiān)測系統(tǒng)用電情況、故障信息，對電網(wǎng)的安全、可靠運營提供保障。

4 結(jié)束語

文中在研究用戶與電網(wǎng)雙向互動信息通信關鍵技術的基礎上，給出了電網(wǎng)互動通信中也與用戶側(cè)駐地網(wǎng)之間的通信組網(wǎng)方案；同時為了實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶雙向互動，設計電網(wǎng)與用戶雙向互動的系統(tǒng)側(cè)服務平臺和用戶側(cè)互動功能體系，開發(fā)了電網(wǎng)與用戶雙向互動平臺。在實際中，具有很好的應用前景。

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Modeling and implementation of power demand response based on user behavior model

CHEN Hong
（State Grid Info-Telecom Great Power Science and Technology Co.，LTD，F(xiàn)uzhou 350001，China）

In order to further improve the electric energy utilization efficiency，promote the optimal allocation of power resources，guarantee electricity order，reduce electricity costs，this paper based on user behavior patterns of power demand response modeling and implementation of，through the grasp of the residents of user behavior patterns and a variety of incentive model，combing the important customer characteristics，establish user behavior patterns of power demand response model，achieve the two-way interaction between load and power grid，and effectively improve the demand side of the interactive capabilities and management level.

demand response；response model；user behavior；two-way interaction

TN91

：A

：1674－6236（2017）06-0156-04

2016-07-04稿件編號：201607024

國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團有限公司科技項目資助（SGZJ0000BGJS1500460）

陳 宏（1974—），男，福建龍巖人，高級工程師。研究方向：電氣工程及其自動化、軟件工程。