電力大工業(yè)用戶遠程費控策略“開關(guān)”模型

張凌宇，鄒游，師永博，朱天博

（1.華北電力科學研究院有限責任公司，北京100045；2.北京應用物理與計算數(shù)學研究所，北京100094；3.北京博望華科科技有限公司，北京100070）

0 引 言

在相對較長的一段時期內(nèi)，我國的費控業(yè)務(wù)基本上以終端、電能表等本地費控為主，此種費控方式管理方式較為簡單，已不能滿足自動化、智能化［1-3］的用電服務(wù)要求，同時也存在法律、政策風險。隨著“大營銷”體系的建設(shè)和用電采集系統(tǒng)的推廣完善［2，4］，應用遠程電費回收自動化控制具備了基礎(chǔ)條件，從而保障了電力企業(yè)電費的有效回收［5］。

目前，基于AMI（高級計量體系）的電費回收控制自動化技術(shù)已在世界發(fā)達國家取得一定的成果［6］，其研究成果和經(jīng)驗為國內(nèi)電費回收控制自動化業(yè)務(wù)發(fā)展提供了廣闊的思路［7］。為滿足國家電價調(diào)整政策，進一步提高公司電費回收效率，國家電網(wǎng)公司啟動了營銷遠程費控應用系統(tǒng)建設(shè)工作，全面開展費控業(yè)務(wù)、技術(shù)、管理體系研究和應用［5，8-9］。

1 背景與現(xiàn)狀

目前，電費回收控制已不需要電費回收通知單，催繳方式可以通過人工、短信、電話等多種手段，但欠費停電/復電等工作，只能人工到達現(xiàn)場進行操作，現(xiàn)在電費控制正處于大用戶量控階段，接下來將向著通過主站、終端、智能電能表實現(xiàn)費率控制的全費控階段發(fā)展。

在推廣實施營銷遠程費控應用中發(fā)現(xiàn)，營銷遠程費控應用側(cè)重于實時（準實時）測算和遠程控制，缺少合理制定費控策略的手段和方法。目前，電力大工業(yè)用戶的用電量占全社會用電量的70%左右，其生產(chǎn)用電與其變壓器容量、訂單情況、削峰填谷能力、政策扶持等息息相關(guān)，對用電連續(xù)性、用電的安全需求也有不同，大工業(yè)用戶處于生產(chǎn)期與非生產(chǎn)期時，其用電量存在巨大差異［10］。在遠程費控工作初步實施的當前時期，各單位在制定策略時往往憑借經(jīng)驗“一刀切”，不能有效支撐電力大工業(yè)用戶遠程費控業(yè)務(wù)的推廣及合理化應用。因此，迫切需要通過對電力大工業(yè)費控用戶進行相關(guān)數(shù)據(jù)全面多維度的監(jiān)控與分析，從而制定出適合電力大工業(yè)用戶的有效提醒金額、預警時限等。對于客戶屬性、用電行為等特征信息發(fā)生變化、費控模式發(fā)生調(diào)整時，發(fā)起用電客戶費控策略調(diào)整，提高預警的準確率，進而推動營銷遠程實時費控應用實用化，通過創(chuàng)新管理手段、節(jié)省人力和管理成本，提升客戶服務(wù)水平。

2 費控策略

2.1 策略要求

費控系統(tǒng)通過接收營銷業(yè)務(wù)應用系統(tǒng)傳來的算費檔案數(shù)據(jù)和采集系統(tǒng)傳來的示數(shù)數(shù)據(jù)，進行電量電費計算，依據(jù)實時算費結(jié)果和用戶用電特征，匹配用戶的費控策略，實現(xiàn)對用電客戶的提醒、催費、停電、復電等活動。為了提高服務(wù)質(zhì)量，電力企業(yè)針對不同用戶應當提供不同基準的預警值，這個預警值必須在一個合理的范圍內(nèi)，不能過高也不能過低。如果設(shè)置過高的預警值，用戶在實際用電過程中將會頻繁出現(xiàn)預警提醒，容易使用戶對預警產(chǎn)生疲勞，不能有效引導用戶形成收到預警提醒后積極繳費的消費模式，也會浪費供電企業(yè)相關(guān)資源；如果設(shè)置過低的預警值，則會讓用戶沒有足夠的緩沖時間進行繳費，容易形成欠費甚至停電，嚴重損害用戶工作生產(chǎn)行為的同時，也給電力企業(yè)的電費回收工作帶來巨大的壓力。

2.2 規(guī)則研究

在實際生產(chǎn)過程中，通過客觀分析和定量分析發(fā)現(xiàn)，變壓器的經(jīng)濟運行是電力大工業(yè)用戶費控策略研究的重要因素，其關(guān)鍵指標即為變壓器負載率。配電變壓器設(shè)計原則一般規(guī)定：變壓器的經(jīng)常負荷應大于變壓器額定容量的60%為宜；而當實際負載小于額定容量的30%時，此時損耗急劇增大，將比經(jīng)濟運行時的成本成幾倍的增加，這時變壓器運行在最劣運行區(qū)，這對于經(jīng)濟生產(chǎn)和安全生產(chǎn)是極為不利的。

針對電力大工業(yè)用戶的這種實際生產(chǎn)情況，通過對電力大工業(yè)用戶變壓器負載率的監(jiān)控和適時進行電費余額測算，根據(jù)電力大客戶變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間的上下限值的變化，適時改變該用戶的費控策略，為用戶的提醒、催費、停電、復電等活動提供靈活的控制手段，可以把變壓器負載率的閾值作為“開關(guān)”，建立相關(guān)模型，做到高用電時期高預警金額，低用電時期低預警金額。

2.3 模型描述

假設(shè)電力大工業(yè)用戶的變壓器額定容量為S，理想變壓器負載率為β，用戶每日用電量為W，變壓器負載率經(jīng)濟運行區(qū)間的上下限區(qū)間為［β0，β1］，其中，β0=0.3，β1=0.6，則費控預警金額設(shè)置可簡單用如下公式表示：

式中t=24 h即一天，n0為期望緩沖周期，d為單位電價。

根據(jù)式（1），當用戶的某日用電量上升到閾值W0=Stβ0時，“開關(guān)”被激活，費控策略使用“開”策略。此時用戶處于生產(chǎn)期用電量較高，所以費控預警金額也應調(diào)整為一個較高的金額為M1。一般地，考慮給用戶一定的繳費緩沖時間，并且考慮到變壓器經(jīng)濟使用的情況下，從而得出上述費控預警金額（d為單位電價）。

同理，根據(jù)式（2），當用戶日用電量低于閾值W0時，費控策略激活“關(guān)”策略，此時大工業(yè)用戶用電量非常低（一般為工廠的照明用電）通常處于非生產(chǎn)期，為了提高費控預警的準確性，理應將預警金額相應下調(diào)?？紤]到實際操作，電費的適時測算會有一天的電量統(tǒng)計延遲，假設(shè)即使在極端情況下用戶恢復生產(chǎn)，電費余額仍然能夠使用一天，給用戶一定的緩沖時間，將此時的預警金額設(shè)定為M2（極限情況，用戶在非生產(chǎn)期預存電費余額可視為M1≈M2，此時將要到達預警的閾值下限但還未預警。如果用戶突然開始生產(chǎn)，剩余電量應滿足其一天的生產(chǎn)使用M2=Stβ2d），取 β2=0.1。整個費控策略可以用如下流程框架圖（圖1）表示。

圖1 遠程費控策略“開關(guān)”模型流程示意圖Fig.1 Flow chart of the"switch"model of the remote cost control strategy

2.4 方法驗證

在實際的生產(chǎn)工作中，費控策略的優(yōu)劣還沒有一個統(tǒng)一的評判。一般來說，如果能在用戶剩余金額只夠一個期望緩沖周期時，為用戶提供預警服務(wù)，這樣的預警費控策略是更加良好的。下面將運用實際數(shù)據(jù)，來測試本模型是否可以為用戶提供有效的預警提醒，我們?nèi)∑谕彌_周期n0=7。

圖2是某變壓器容量為315 kVA的大工業(yè)用戶，在2014年1月到2015年7月的月用電量數(shù)據(jù)。從圖中可以看出，有3個月用電量是低于變壓器負載率為30%時的用電量，可以認為這3個月該用戶都處于非生產(chǎn)期。其余月份為生產(chǎn)期，利用這些數(shù)據(jù)，可以檢測所采用的費控策略模型是否有效。

圖2 某大工業(yè)用戶2014年1月至2015年7月每月用電量Fig.2 Monthly electricity usages of a large industrial customer from January，2014 to July，2015

（1）用戶正常生產(chǎn)情況下

假設(shè)用戶月實際用電量為a（kW·h），如果當月出現(xiàn)電量不足而預警，則預存的剩余金額為：

可得到在該用戶正常生產(chǎn)的16個月中，如果出現(xiàn)預警，預警后實際剩余電費可以使用的平均天數(shù)：所采用的=7.28±1.99（見圖3）。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，文中策略可以讓用戶出現(xiàn)催費預警后，實際剩余電費可以使用天數(shù)非常接近所設(shè)定的期望預警周期n0，這說明所采用的費控預警策略是非常良好且適用的（采集的數(shù)據(jù)中，該用戶可能某個月并不是整月都處于生產(chǎn)期，這樣會讓計算所得的天數(shù)偏高。在實際運用中，按日頻度采集數(shù)據(jù)，會讓所采用的模型策略結(jié)果更加理想）。

圖3 某大工業(yè)用戶處于生產(chǎn)期月份，運用“開關(guān)”模型預警后，剩余電費可用電天數(shù)Fig.3 Days of rest electricity prepayment of the large industrial customer in the production month can last，if we use the“switch”model

（2）用戶非正常生產(chǎn)情況下

在用戶非正常生產(chǎn)時，采取“關(guān)”策略，這種情況下大工業(yè)用戶的用電消耗通常都很低。為了防止突然開始正常生產(chǎn)時用戶剩余電費太低導致欠費甚至停電，將此時的預警金額設(shè)定為M2=Stβ2d，讓用戶既可以維持正常照明等低消耗用電不被頻繁催費，又可以在緊急恢復生產(chǎn)時有一定的電費余額作為緩沖。

表1 現(xiàn)階段預警策略與“開關(guān)”模型對比Tab.1 Comparison of current cost control strategy and“switch”model

3 結(jié)束語

目前，國家電網(wǎng)公司27個省電網(wǎng)公司的采集系統(tǒng)主站建設(shè)已全部完成并投入運行。采集數(shù)據(jù)在抄表收費、營業(yè)稽查、線損分析、正常照明等低消耗用電既不被頻繁催費，又可以在緊急恢復生產(chǎn)時有一定的電費余額，并在業(yè)擴報裝、故障搶修、有序用電、互動服務(wù)、電力交易、配電網(wǎng)運行與電能質(zhì)量監(jiān)測等多項業(yè)務(wù)中得到應用。日趨自動化的用電信息采集系統(tǒng)也給智能的遠程費控系統(tǒng)帶來了便利，現(xiàn)階段，大部分電力公司區(qū)域內(nèi)的大工業(yè)用戶普遍采用“一刀切”的預警模式，對不同的用戶采用同樣的預警金額設(shè)定。如表1所示，對不同變壓器容量的用戶工作時設(shè)置不同的預警金額可以讓用戶獲得文中期望的緩沖時長，有利于提高整體的服務(wù)質(zhì)量。

針對大工業(yè)用戶的實際用電特點設(shè)計的費控策略“開關(guān)”模型是在日常自動采集用電量的基礎(chǔ)上，通過計算大工業(yè)用戶的變壓器負載率，分辨用戶處于生產(chǎn)期或非生產(chǎn)期。處于生產(chǎn)期的用戶催費金額閾值較高，非生產(chǎn)期的用戶用電量低，催費金額閾值也較低。這種更加智能的費控策略模型可以對用戶預存電費余額能夠維持正常用電的時間進行較準確的評估并進行預警、催費或者代扣，對于提升客戶服務(wù)能力、滿足客戶多元化需求、在遠程自動抄表核算工作過程中，實現(xiàn)逐步量化監(jiān)管和控制具有重要意義。