一种面向工业企业的需求响应系统及方法与流程

本发明涉及智能电网领域，具体地说是一种面向工业企业的需求响应系统及方法。

背景技术：

电力是现代工业社会的支柱，支撑着国家经济高速持续地发展。近年来，我国很多地区出现缺电现象，而这种“电荒”现象，并不仅仅是电力供应不足所造成的，而是电力供需不平衡问题。电力供需不平衡会影响到我国电力能源的可持续发展和经济社会的稳定。为了缓解这一问题，目前国内普遍实行需求侧响应这一有效的调节手段，通过价格信号和激励机制引导电力用户采取合理的用电行为和用电方式，例如提高终端用电效率和峰荷转移等。需求侧响应的完美形式是实时电价，实时电价的替代方案可以归为2大类：一是从固定电价到实时电价之间的各种价格产品，包括分时电价；二是通常所说的“负负荷方案”，一般都是基于在特定时间对消费者减少消费提供支付，包括可中断负荷、可选择合同及需求侧投标等。需求侧响应能促进电力供需平衡、保障系统安全可靠运行，对提高电力市场的稳定性和运行效率有着重要意义。

2012年7月，财政部和国家发改委联合发布《电力需求侧管理城市综合试点工作指导意见》，明确了减少电力负荷的奖励措施，标志着电力需求侧管理城市综合试点工作的正式启动实施。国内学者也对需方响应及其系统和应用，进行了理论和措施上的探讨和研究。工业用户有电力消耗量大，负荷调整较快，全天候用电等特点，是参与需方响应的重要主体。但是，目前在智能电网的研究领域内，各种需求响应管理大多仅限于单个地区或者居民用户，缺乏对工业用户的需求响应研究，以及面向工业企业的用电规划的系统和方法。同时现有工业企业的需求响应形式单一，机制简单，不够科学，如夏季用电高峰时的拉闸限电。另一方面，现有的面向工业企业的电力需求响应系统及方法忽视了工业企业耗能设备维修和工人调休的行业特点，不能很好地达到预期电力削减计划，促进电力供需平衡和企业节能减排。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术存在的不足之处，提供一种面向工业企业的需求响应系统及方法，以期能结合工业企业自身特点和电力数据，制定满足工业企业生产要求的综合用电规划需求响应策略，从而减轻电网运行压力、平衡电网负荷，促进工业企业的资源配置和节能减排。

为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种面向工业企业的需求响应系统的特点是包括：电网中心、电能服务商、工业企业、第一无线传输模块和第二无线传输模块；

所述电网中心包括：接收存储模块、数据分析模块和策略制定模块；

所述工业企业包括：数据采集模块、项目处理模块和设备响应模块；

所述数据采集模块通过数据采集装置采集所述工业企业的原始数据并通过所述第一无线传输模块传递给所述电网中心；所述数据采集装置包括：安装在高耗能设备上的智能电表以及工业企业中控移动终端；所述原始数据包括：工业企业每日的电力消费数据、高耗能设备每小时耗电信息，以及高耗能设备的数目、能耗参数、检修时间，工业企业工人休假时间；所述电网中心的接收存储模块接收所述原始数据并进行存储，从而形成历史数据；

所述电网中心的数据分析模块从所述接收存储模块中提取所述历史数据并进行分析处理，得到相应工业企业的用电特征；所述用电特征包括：企业用电负荷曲线，各高耗能设备每小时负荷曲线，各高耗能设备不同功率运转时间表和检修时间计划表、工业企业工人休假计划表；

所述数据分析模块根据电力计划削减量和基本用电量选取上负荷临界值和下负荷临界值，并根据用电高峰期、用电低谷期、电价及其优惠信息，确定实施需求响应策略的时段；所述实施需求响应策略的时段包括：用电高峰时段、用电低谷时段、可中断时段；

由电力计划削减量、所述电价及其优惠信息、实施需求响应策略的时段构成节电信息并与所述用电特征一同发送给所述电能服务商；

所述电能服务商与所述电网中心的数据分析模块相连，用于接收所述数据分析模块提供的企业用电特征和节电信息；同时将所述企业用电特征和节电信息整合形成需求响应项目申报通知；

所述电能服务商还与所述工业企业的项目处理模块相连，并将所述需求响应项目申报通知发送给工业企业的项目处理模块，同时接收所述项目处理模块发送的反馈信息，并将所述反馈信息发送给电网中心的策略制定模块；所述反馈信息包括：工业企业是否接受所述需求响应项目申报通知，以及工业企业同意完成的电力削减量；

所述电网中心的策略制定模块与数据分析模块相连，用于接受所述数据分析模块提供的用电特征和节电信息；所述策略制定模块还接收所述工业企业的反馈信息，从而制定工业企业的需求响应策略；并通过所述第二无线传输模块传递给所述工业企业的设备响应模块；所述需求响应策略包括：峰谷分时电价策略，可中断电价策略，耗能设备维修时间调整策略，工人休假时间调整策略；所述峰谷分时电价策略为提升用电高峰时段的电价、降低用电低谷时段的电价；所述可中断电价策略为在可中断时段中断工业企业用电；所述耗能设备维修时间调整策略为通过改变耗能设备检修时间来转移设备的用电时间；所述工人休假时间调整策略为通过改变工人休假时间来转移设备的用电时间；

所述工业企业的设备响应模块通过所述第二无线传输模块接收所述需求响应策略，并对自身用电行为进行实时调整；所述实时调整包括：开启和关闭高耗能设备电源；调整高耗能设备运行功率；开始和停止检修高耗能设备；开始和结束工人休假时间。

本发明一种面向工业企业的需求响应方法的特点是应用于由电网中心、电能服务商、工业企业组成的工业企业电力需求响应系统中，并包括以下步骤：

步骤1、采集所述工业企业的原始数据并传递给所述电网中心；所述企业原始数据包括：工业企业每日的电力消费数据、各高耗能设备每小时耗电信息，以及高耗能设备的数目、能耗参数、检修时间，工业企业工人休假时间；

步骤2、所述电网中心接收所述原始数据并进行存储，从而形成历史数据；

步骤3、所述电网中心对所述历史数据进行分析处理，得到工业企业的用电特征；所述用电特征包括：企业用电负荷曲线，各高耗能设备每小时负荷曲线，各高耗能设备不同功率运转时间表和检修时间计划表，工业企业工人休假计划表；

所述电网中心根据电力计划削减量和基本用电量选取上负荷临界值和下负荷临界值，并根据用电高峰期、用电低谷期、电价及其优惠信息，确定实施需求响应策略的时段；所述实施需求响应策略的时段包括：用电高峰时段、用电低谷时段、可中断时段；

步骤4、由电力计划削减量、所述电价及其优惠信息、实施需求响应策略的时段构成节电信息并与所述用电特征一同发送给所述电能服务商；

步骤5、所述电能服务商接收企业用电特征和节电信息，形成需求响应项目申报通知并发送给工业企业；同时接收所述工业企业发送的反馈信息，并将所述反馈信息发送给电网中心的策略制定模块；所述反馈信息包括：工业企业是否接受所述需求响应项目申报通知，以及工业企业同意完成的电力削减量；

步骤6、所述电网中心根据用电特征、节电信息、反馈信息制定工业企业的需求响应策略，并传递给所述工业企业；所述需求响应策略包括：峰谷分时电价策略，可中断电价策略，耗能设备维修时间调整策略，工人休假时间调整策略；所述峰谷分时电价策略为提升用电高峰时段的电价、降低用电低谷时段的电价；所述可中断电价策略为在可中断时段中断工业企业用电；所述耗能设备维修时间调整策略为通过改变耗能设备检修时间来转移设备的用电时间；所述工人休假时间调整策略为通过改变工人休假时间来转移设备的用电时间；

步骤7、所述工业企业接收电力需求响应策略，对自身用电行为进行实时的调整；所述实时的调整包括：开启和关闭高耗能设备电源；调整高耗能设备运行功率；开始和停止检修高耗能设备；开始和结束工人休假时间。

本发明所述的一种面向工业企业的需求响应方法的特点也在于，所述步骤3包括：

步骤3.1.提取工业企业每日的电力消费历史数据，以年、季、月、日为单位，得出企业用电负荷曲线；

步骤3.2.提取工业企业的各高耗能设备每小时耗电历史数据，对高耗能设备进行分类，得出各高耗能设备每小时负荷曲线；

步骤3.3.提取各高耗能设备的数目、能耗参数，检修时间，分析整合得到各高耗能设备不同功率运转时间表和检修时间计划表；

步骤3.4.提取工业企业工人休假时间，整合得到工业企业工人休假计划表；

步骤3.5.根据企业用电负荷曲线，计算年月日最大最小负荷值和平均负荷值；

步骤3.6.根据年月日最大最小负荷值和平均负荷值，制定工业企业电力计划削减量，从而选取上负荷临界值和下负荷临界值，并统计历史负荷各月/日中负荷高于和低于临界值的时刻数，分别作为用电高峰期和用电低谷期；

步骤3.7.根据统计出的用电高峰期、用电低谷期、电价及其优惠信息，确定实施需求响应策略的时段。

与已有技术相比，本发明有益效果有：

1、本发明以工业企业用户需求为中心，通过采集电力消费、耗能设备和工人调休的数据，制定了满足工业企业生产要求和条件需求响应策略，形成了实时的、综合的用电规划系统，从而推动了需求侧响应在工业企业的应用，促进了电力供需平衡和企业节能减排，提高了能源利用效率。

2、本发明基于电力消费的历史数据，将可中断电价策略和峰谷分时电价策略相结合运用到工业企业。峰谷分时电价比较简单、可行，但其灵活性差，且削峰填谷效果的主动权掌握在用户手中，有一定滞后性；可中断电价比峰谷分时电价实行起来更复杂，但其灵活性较好，削峰效果的主动权掌握在供电公司手中，便于安全可靠的供电。因此同时采用两项措施，使其优势互补，削峰填谷效果更加明显。

3、本发明考虑工业企业耗能设备是主要用电设施，同时设备需要例行检查和维修，提出耗能设备维修时间调整策略，将原本在用电低谷和平谷时段检修的设备，调整到用电高峰时段进行维修，更加体现了工业企业不同于其他用户的特点，在保证生产要求的条件下实现了节约用电，提高了工业企业的节电利润。

4、本发明考虑工业企业工人自身特点和休假情况，提出工人休假时间调整策略，将原本在用电低谷和平谷时段休假的工人，调整到在用电高峰时段休假，更加符合工业企业的生产和用电特点，提高了需求响应策略的灵活性，在不影响工业企业和工人的基本生产生活，保证用电舒适度的前提下，进行了需求响应控制，更好的进行削峰填谷、减少电费支出。

附图说明

图1为本发明系统模块图；

图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

本实施例方案能从峰谷分时电价、可中断电价以及设备、人员方面进行考虑，通过价格和激励手段促使工业企业改变用电行为，从而能削减和转移工业企业用电负荷，达到缓解供需矛盾的目的。具体的说，一种面向工业企业的需求响应系统及方法，如图1所示，包括：电网中心、电能服务商、工业企业、第一无线传输模块和第二无线传输模块；其中电网中心包括：接收存储模块、数据分析模块和策略制定模块；工业企业包括：数据采集模块、项目处理模块和设备响应模块；

数据采集模块通过数据采集装置采集工业企业的原始数据并通过第一无线传输模块传递给电网中心；数据采集装置包括：安装在耗能设备上的智能电表以及工业企业中控移动终端；原始数据包括：工业企业每日的电力消费数据、各高耗能设备每小时耗电信息，以及高耗能设备的数目、能耗参数、检修时间，工业企业工人休假时间；由智能电表获取工业企业每日的电力消费数据、各高耗能设备每小时耗电信息；由工业企业中控移动终端获取高耗能设备的数目、能耗参数、检修时间，工业企业工人休假时间；

电网中心的接收存储模块接收原始数据并进行存储，从而形成历史数据；

电网中心的数据分析模块从接收存储模块中提取历史数据并进行分析处理，得到相应工业企业的用电特征；用电特征包括：企业用电负荷曲线，各高耗能设备每小时负荷曲线，各高耗能设备不同功率运转时间表和检修时间计划表、工业企业工人休假计划表；

数据分析模块根据电力计划削减量和基本用电量选取上负荷临界值和下负荷临界值，并根据用电高峰期、用电低谷期、电价及其优惠信息，确定实施需求响应策略的时段；实施需求响应策略的时段包括：用电高峰时段、用电低谷时段、可中断时段；

由电力计划削减量、电价及其优惠信息、实施需求响应策略的时段构成节电信息并与用电特征一同发送给电能服务商；

电能服务商与电网中心的数据分析模块相连，用于接收数据分析模块提供的企业用电特征和节电信息；由企业用电特征和节电信息形成需求响应项目申报通知；

电能服务商还与工业企业的项目处理模块相连，并将需求响应项目申报通知发送给工业企业的项目处理模块，同时接收所述项目处理模块发送的反馈信息，并将反馈信息发送给电网中心的策略制定模块；反馈信息包括：工业企业是否接受所述需求响应项目申报通知，以及工业企业同意完成的电力削减量；

电网中心的策略制定模块与数据分析模块相连，用于接受所述数据分析模块提供的用电特征和节电信息；策略制定模块还接收工业企业的反馈信息，从而制定工业企业的需求响应策略；并通过第二无线传输模块传递给工业企业的设备响应模块；需求响应策略包括：峰谷分时电价策略，可中断电价策略，耗能设备维修时间调整策略，工人休假时间调整策略；峰谷分时电价策略为通过提升用电高峰时段的电价、降低用电低谷时段的电价，来鼓励工业企业在用电高峰时期调整设备功率或关闭设备电源来降低企业用电量；可中断电价策略为在可中断时段中断工业企业用电；耗能设备维修时间调整策略为通过改变耗能设备检修时间来转移设备的用电时间；工人休假时间调整策略为通过改变工人休假时间来转移设备的用电时间；

工业企业的设备响应模块通过第二无线传输模块接收所述需求响应策略，并对自身用电行为进行实时调整；实时调整包括：开启和关闭高耗能设备电源；调整高耗能设备运行功率；开始和停止检修高耗能设备；开始和结束工人休假时间。

本实施例中，一种面向工业企业的需求响应系统及方法，应用于由电网中心、电能服务商、工业企业组成的工业企业电力需求响应系统中，如图2所示，是按以下步骤进行：

步骤1、采集工业企业的原始数据，包括：工业企业每日的电力消费数据、各高耗能设备每小时耗电信息，以及高耗能设备的数目、能耗参数、检修时间，工业企业工人休假时间，并传递给电网中心，

步骤2、电网中心接收原始数据并进行存储，从而形成历史数据；

步骤3、电网中心对历史数据进行分析处理，得到工业企业的用电特征，包括：企业用电负荷曲线，各高耗能设备每小时负荷曲线，各高耗能设备不同功率运转时间表和检修时间计划表，工业企业工人休假计划表；电网中心根据电力计划削减量选取负荷临界值，并根据用电高峰期、用电低谷期、电价及其优惠信息，确定实施需求响应策略的时段，包括：用电高峰时段、用电低谷时段、可中断时段；

步骤3.1.提取工业企业每日的电力消费历史数据，以年、月、日为单位，得出企业用电负荷曲线；

步骤3.2.提取工业企业的各高耗能设备每小时耗电历史数据，对高耗能设备进行分类，得出各高耗能设备每小时负荷曲线；

步骤3.3.提取各高耗能设备的数目、能耗参数，检修时间，分析整合得到各高耗能设备不同功率运转时间表和检修时间计划表；

步骤3.4.提取工业企业工人休假时间，整合得到工业企业工人休假计划表；

步骤3.5.根据企业用电负荷曲线，计算年月日最大最小负荷值和平均负荷值；

步骤3.6.根据年月日最大最小负荷值和平均负荷值，制定工业企业电力计划削减量，从而选取上负荷临界值和下负荷临界值，并统计历史负荷各月\日中负荷高于和低于临界值的时刻数，分别作为用电高峰期和用电低谷期；

步骤3.7.根据统计出的用电高峰期、用电低谷期、电价及其优惠信息，确定实施需求响应策略的时段。

步骤4、由电力计划削减量、电价及其优惠信息、实施需求响应策略的时段构成节电信息并与用电特征一同发送给电能服务商；

步骤5、电能服务商接收企业用电特征和节电信息，形成需求响应项目申报通知并发送给工业企业；同时接收工业企业发送的反馈信息，包括：工业企业是否接受所述需求响应项目申报通知，以及工业企业同意完成的电力削减量，并将反馈信息发送给电网中心的策略制定模块。

步骤6、电网中心根据用电特征、节电信息、反馈信息制定工业企业的需求响应策略，并传递给工业企业；需求响应策略包括：峰谷分时电价策略，可中断电价策略，耗能设备维修时间调整策略，工人休假时间调整策略。其中，峰谷分时电价策略为通过提升用电高峰时段的电价、降低用电低谷时段的电价，来鼓励工业企业在用电高峰时期调整设备功率或关闭设备电源来降低企业用电量；可中断电价策略为在可中断时段中断工业企业用电；耗能设备维修时间调整策略为通过改变耗能设备检修时间来转移设备的用电时间；工人休假时间调整策略为通过改变工人休假时间来转移设备的用电时间；

步骤6.1、根据工业企业是否接受需求响应项目申报通知，以及工业企业同意完成的电力削减量，结合电力计划削减量，确定工业企业最终电力削减量。

步骤6.2、结合工业企业用电负荷曲线和高耗能设备每小时负荷曲线，用电高峰期、用电低谷期以及电价优惠，制定实施峰谷分时电价策略。在用电高峰时段降低高耗能设备运转功率或使高耗能设备保持恒定功率运行，从而减少工业企业用电量；

本实施例中，用电高峰时段的起止时间、峰谷分时电价和用电高峰时段的最大允许天数都是由供电公司决定。基于电力需求价格弹性矩阵，可以得出峰谷分时电价后t时段的用电量。电网公司根据所估计的用电量来进行电力供给，工业企业充分利用有限的用电高峰时段天数，基于利润最大化原则选择选择合适的高峰日，减少电力负荷，以最大化总体效益。

步骤6.3、结合企业用电负荷曲线和用电高峰期，制定可中断电价策略。在可中断时段中断工业企业用电，通过可中断时段用户电费支出减少以及在其他时段中的电价折扣而获得利润；

工业用户的缺电成本与提前通知时间、停电持续时间、停电发生时间有关，本实施例中，提前通知时间确定为1小时；停电持续时间按小时计算，停电时间发生在用电高峰期，由电网公司决定。缺电成本负荷中断电量为二次函数关系。企业获益等于通过可中断时段用户电费支出减少以及在其他时段中的电价折扣而获得利润减去工业用户的缺电成本。

步骤6.4、结合各高耗能设备不同功率运转时间表和检修时间计划表，制定耗能设备维修时间调整策略。调整耗能设备检修时间，将原本在用电低谷时段检修的设备，调整到用电高峰时段进行维修；

本实施例中，工业企业高耗能设备包括：照明设备、空调设备、变压器、电动机、风机、泵类、压缩机、电焊机。这些设备在运行时耗电多、浪费非常严重，同时需要进行例行检查维修，因此存在着巨大的节电空间。

步骤6.5、结合工业企业工人休假计划表，制定工人休假时间调整策略。改变工人休假时间，将将原本在用电低谷休假的工人，调整到在用电高峰时段休假；

本实施例中，调休的安排必须以不影响实际生产进度为前提，任何范围的调休必须提前1天以书面形式将调休人员和时间安排通报行政人事部。同时调休应由生产主管根据安排工人休假时间调整策略，员工不得申请调休。在电网中心确定的用电高峰日或停电日的正常工作时间，将该日调整为休息时间，然后安排在就近的原休息日内补班。

步骤7、工业企业接收电力需求响应策略，对自身用电行为进行实时的调整，包括：开启和关闭高耗能设备电源；调整高耗能设备运行功率；开始和停止检修高耗能设备；开始和结束工人休假时间。