新能源消纳中用户负荷响应评估系统设计

张慧丽 张姝 郭雷岗

摘 要：新能源消纳中用户负荷响应评估系统负责收集用户数据，并给出数据分析图，为供电可靠性研究提供数据支持，体现出不同用户负荷对电力供应的不同需求。通過调查用户负荷习惯的方式，可以获取电力用户的负荷特点以及关于响应新能源电力的调节力，从而总结出用户的用电特征，有益于实现新能源电力的高效消纳。

关键词：新能源消纳;用户负荷;评估系统

1 概述

在2020年中国电机工程学会第三届“清洁能源发展与消纳”专题研讨会的报告《能源互联网场景下的高占比新能源电力系统关键技术研究与实践》中提出，当前西北电网为例，要将新能源发电占比提升至40%以上，新能源装机规模需要达到2.2亿千瓦。仅依靠电源侧调节，无法在满足新能源电力承载极限的前提下，同时实现利用率水平和发电量占比、双重占比、双重目标，负荷侧响应成为必然选择。高占比新能源电网中引入负荷侧响应后，其平衡机理发生改变，变为常规电源和柔性负荷共同跟踪新能源和刚性负荷的变化[1]。

新能源消纳中用户负荷响应评估系统负责收集用户数据，并给出数据分析图，为供电可靠性研究提供数据支持[2]。体现出不同用户负荷对电力供应的不同需求。实际上，对于用户而言，同样的电力供应对应的用电体验和需求存在很大的差别，这与用户所处的行业，工作和生活习惯等诸多因素有关。由于电力行业的特殊性，电网公司更大的精力投入在安全生产上，缺乏与用户的沟通，因此许多电力用户对当前国家标准、电网标准中的供电可靠性的指标可能不理解，而略有了解的用户也可能对可靠性的理解并不一致，因此用户对电力供应中断以及日常计划检修的停电，可能不理解、不支持，带来管理和工作上的困难。通过调查用户负荷习惯的方式，可以获取电力用户的负荷特点以及关于响应新能源电力的调节力，从而总结出用户的用电特征，有益于实现新能源电力的高效消纳，通过阶梯电价等手段降低了用电成本[3]。

2 用户负荷响应评估系统设计

2.1 用户负荷响应情况调查

根据居民生活、工业、农业等不同用电用户的负荷情况进行调查，不同用户的用电需求不同，通过用户负荷调查，可以掌握负荷用电情况，结合新能源出力情况，更好地消纳新能源电力。

“新能源消纳中用户负荷响应评估系统”的功能需求包括以下几个方面：（1）不同用户选择不同问卷调查;（2）问卷调查包括多选题、单选题;（3）问卷调查数据的收集和分析;（4）安全用电小知识介绍。

满足以上功能需求的系统功能模块如图1所示：

在图1中，在“参与调查”下主要包括以下12个模块：（1）城镇居民用户用电调查;（2）农民用户用电调查;（3）畜牧业用户用电调查;（4）采矿业用户用电调查;（5）制造业用户用电调查;（6）建筑业用户用电调查;（7）交通运输仓储业用户用电调查;（8）教育业用户用电调查;（9）金融业用户用电调查;（10）商业服务业用户用电调查;（11）卫生医疗业用户用电调查;（12）住宿餐饮业用户用电调查。

分别提供给12种用户，用户填写对应调查问卷后，数据及收集到对应的数据库表中，以便后期分析统计。前台用户登录网站，填写调查问卷，在后台进行数据库表的导出，并对表进行数据分析做出数据分析表格。

负荷响应评估系统服务器端主要完成数据采集汇总、综合能效分析，客户端主要完成收集负荷能耗。

2.2 系统的设计

新能源消纳中用户负荷响应评估系统首先对用户负荷进行分类管理，设计调查研究要素[4]。例如问题：“在您的生产生活中，哪几个月是用电最多？哪几个月用电最少？”在系统设计出如图3所示月份采集的数据采集。可以用复杂矩阵、矩阵多选来实现，如图4所示时间段采集。对于停电对设备的危害程度，可以设计为如图5所示的设备危害程度采集。

经过项目组成员不断调查行业用户，研究国家产业名录，改进调查问卷，最终设计出对应12个行业用户的调查问卷，如图6所示。

3 数据库设计

新能源消纳中用户负荷响应评估系统用户信息表包括12种行业用户信息表，用户信息表如下表所示。

PowerQuality数据库包括12个用户采集表，用于收集不同类型客户的负荷数据。

4 数据采集

对于一栋楼宇、一个小区、工厂等区域，设施若干个负荷耗电量采集点，比如：空调耗能采集点、生产设备耗能采集点、通信设备耗能采集点等。组建物联网，采集的数据通过无线数据传输方式，数据汇总到物联网协调器上。

设计服务器端负荷能效管理系统收集管理数据，功能包括：负荷采集点管理、用户管理、综合负荷能效分析、用能建议推送。

设计客户端负荷能效管理系统，功能包括：收集负荷能耗、日能效、周能效、月能效、年能效，形成分析曲线，推送用能建议、电力政策。

构建负荷侧响应评估体系，进而指导未来负荷侧市场机制的研究与实践。数据用于研究高比例新能源电力系统平和体系，构建负荷侧响应的新能源消纳量化评估模型，对负荷能效数据系统管理，构建负荷侧能效管理体系，进而指导未来负荷侧市场机制的研究与实践。在已建成若干的省级工程技术研究中心、市级工程技术研究中心，拥有光伏发电、风力发电、电力电子实验装置和实验室的测试软硬件设备上进一步扩展功能并改进量化平衡负荷用电。

5 负荷预测

利用新能源消纳中负荷响应评估系统可进行负荷功耗预测，利用现场采集的测量数据输入负荷模型结构和参数，简单实用、易于管理，对于不同类型的用电设备构成的负荷建模模型，提供有效的基础数据。

参考文献：

[1]赵彦旻，陈宇，周鋆，等.强化系统数据分析 提升用户侧能效管理[J].农村电工，2021，29（04）：17-18.

[2]王晓燕，张建华，翁訸，等.基于我国农村月用电量的预测方法[J].科技风，2020，406（02）：174-176.

[3]程超.电力系统短期负荷预测的改进BP神经网络算法比较[J].科技风，2020，406（02）：173.

[4]张超永，刘沛，常卫，浮明军.对电力行业软件静态测试综合质量快速评价的研究[J].工业控制计算机，2021，34（10）：82-84.

基金项目：2021年度河南省科技攻关项目《高占比新能源消纳中负荷侧响应关键技术的研究》，编号：21210221 0263;2021年国网河南省电力公司科技项目《基于电力物联网的智慧能源管理系统技术研究》，编号：5217S0210001

作者简介：张慧丽（1978— ），女，汉族，河南商丘人，硕士，郑州电力高等专科学校副教授，研究方向：智能电网信息技术、软件技术、电力物联网技术、新能源消纳技术、电能质量等;张姝（1976— ），女，汉族，河南商丘人，硕士，高级工程师，研究方向：智能变电站技术、智能配电网技术、电力物联网技术等;张潮（1982— ），男，汉族，河南郑州人，郑州电力高等专科学校副教授工程师，研究方向：信息技术、智能配电网等。