基于用户行为模式的电力需求响应建模与实现

陈宏

（国网信通亿力科技有限责任公司 福建福州 350001）

基于用户行为模式的电力需求响应建模与实现

陈宏

（国网信通亿力科技有限责任公司 福建福州 350001）

为进一步提高电能利用效率，促进电力资源优化配置，保障用电秩序，降低用电成本，本文基于用户行为模式的电力需求响应建模与实现，通过掌握居民用户行为模式以及各种激励模型，梳理重要客户的用能特征规律，建立用户行为模式的电力需求响应模型，实现负荷与电网双向互动，切实提高需求侧互动能力和管理水平。

需求响应；响应模型；用户行为；双向互动

能源互联网是“互联网+”的重要组成部分，而智能电网则是能源互联网最为关键的部分，要构筑能源互联网，需充分考虑广大而分散的智能电网用户侧[1-2]。目前，随着能源管理系统、智能电器的普及，以及网络技术对于各种电器的实时负荷和电量数据的支撑，使得智能电网用户侧与电网侧互动成为可能。本文详细研究了用户与电网双向互动信息通信关键技术及智能用电关键技术，并进行了双向互动服务信息系统需求分析，在此基础上，建立基于用户行为模式的电力需求响应的模型，分析其运行机理，通过运用大数据技术，中压电力线载波通信技术，数据挖掘技术等相关技术实现所需功能[3]，具有很好的工程应用价值和可观的前景。

1 双向互动服务系统

双向互动型电网系统通过智能终端将电网和用户之间、用户之间形成网络互动和即时连接，实现电力数据的实时读取、高效、双向互动的效果,实现通信、电力、家用智能电器控制、电视等多种用途开发，回售用户富裕的电能；可通过对系统中数据的整合，完善中央电力系统的集成，实现有效地临界负荷的保护，实现电网与各种客户终端的无缝连接，如此可优化管理电网，将电网提升为互动运转的全新模式，形成电网全新的服务功能提高整个电网的可靠性、可用性和综合性效率。

1）信息与通信技术

电力通信网的局、所、站之间的光纤网络，为电网提供了高速化、宽带化的主干核屯网络。主干核也网络的建设光纤通信为主，同时也利用了升级后的微波通信网络[4]。根据通信网络的布局和用途，智能用电服务系统的通信网络可分为远程通信网和本地接入网[5]。远程通信网是指系统主站和智能终端（采集终端、分布式电源接入终端、储能接入终端、智能交互终端等）之间的远距离数据通信网络。本地接入网是指现场智能终端、智能电能表、客户之间的数据短距离通信网络[6-7]。如图1所示。

2）智能电表与AMI

图1 用电服务通信系统层次结构图

智能电表不仅支持远程拉合间和预付费。根据实际需要，智能电能表可以天、小时、甚至分钟为计量间隔来采集数据，相对于目前按月记录用电量数据精度大大提高了P91。此外，智能电表能记录电流、电压、频率、用电事件、功率因数等实时数据，为供用电巧方提供更多的辅助决策信息，是电力公司和客户实现双向互动的重要基础设备；智能电表还具备双向计量的功能，用户对电网回售电力时，可以通过智能电表计算电量，用送电量来抵消用电量[8]。无线表是具有远传通信功能的电能表，从终端的角度看，就是具有计量功能的终端，即国外的智能电表PD1[9]。

3）用能服务系统

客户用能服务子系统由主站、通信信道、智能互动终端等部分组成[10-11]，系统通过主站对智能交互终端进行信息采集和操作，如图2所示。对于大客户 ，该系统将采集到的用能数据传输到营销业务管理子系统，从而实现能效评测等服务，最终实现能源利用率的提高；对居民客户，该系统与智能家居中的各应用子系统进行有机结合，通过综合管理，实现智能家居服务[12]。

4）需求响应与节能减排

原则上，年度有序用电方案的制定应按照先错峰、后避峰、再限电、最后拉闽的顺序安排。电网企业应及时向社会发布预警消息。预警信号分为蓝、黄、橙、红4级，分别对应供电缺口一般、较重、严重、特别严重[13]。

图2 客户用能服务子系统结构图

2 双向互动系统通信纪网方案设计

2.1 双向互动系统整体通信方案

互动式智能用电服务系统是一个实现电网与用户双向互动的系统，充分考虑现有的先进通信技术，将智能电表等智能表计、智能家居作为系统的底层基础设施，为电网与用户的双向互动提供网络支撑；智能交互终端的建设，为电网与用户的互动实现可视化；能够满足智能家居、三网融合、社区服务等增值服务[14]。

1）互动式智能用电服务系统互动终端是实现电网与电力用户互动、电网为电力客户提供智能化、多样化服务的基础设施平台。包括智能交互终端、智能表计、智能家电等，该平台通过智能表计将用户信息进行采集上传至电力平台，并通过智能交互终端、网上营业厅、95598供电服务中也等多种网络互动方式，完成信息提供、业务受理、用户缴费等多种服务内容。

2）通信网络平台用来实现电力企业与用户间的交互，作为保障智能用电服务信息传输、交换的载体，双向互动系统的通信网络应保证信息接入的灵活安全、稳定可靠、双向高效，应优先选择电力通信专用网络，公用网络可作为一种补充和延伸智能用电服务系统的通信网络可分为远程通信网和本地接入网，远程通信即光纤通信、无线专闷、GPRS等无线公网、互联网等，接入网即PLC、微功率无线、无线传感网、RS485总线、低压光纤复合电缆等。

3）互动式智能用电服务系统应用平台主要用来完成智能用电双向互动式服务和营销业务应用，实现对智能用电服务的全面平台支撑。后台主站系统包括用电信息采集平台、智能用电服务平台以及营销和辅助分析平台，将用电数据信息分析处理，将用电指导以及增值服务回馈给用户。

2.2 双向互动系统通信组网方案

2.2.1 整体组网方案

电网与用户双向互动通信与信息系统技术方案设计，是针对于电网面向的大用户、普通用户，建立远程通信网和本地接入网多种通信方式融合，由应用层、网络层、终端层多层结构构成的通信与信息技术方案。本文设计的双向互动系统的组网结构中分为3个层次，即应用层、网络层、终端层。

1）互动层即终端层，主要针对电网面向的3类用户：普通的居民用户、大用户和工商业用户、智能用电小区用户。包括智能电表、集中器等采集装置；智能交互终端等双向互动设备；智能家电；电话、电脑、数字机顶盒等“三网合一”设备。

2）网络层即电网与用户之间互动的通信通道。双向互动系统的通信网络分为骨干通信网和接入通信网，骨干通信网主要为后台业务和信息互动提供链路，目前光纤网络是骨干网主要的通信方式，能满足智能用电骨干侧对于通信网络的要求。

3）应用层即互动式智能用电服务系统的应用平台，采集到的信息由网络层经电力光纤骨干网传到应用层，通过应用层的电力平台，可使控制中必对电网的实时运行状态有实时的掌握，并自动对电网实时运行状况进行分析、判断，对不良运行状态的发生立即做出调整，实时地计算出最优调整指令。同时，平台建设也支持第三方软件的开发，满足用户对于社区服务等扩展服务的需求。

2.2.2 用电信息采集系统组网方案

上述方案中建立了基于多种通信方式融合的双向互动信息与通信技术方案，电网面向不同层面的用户采用不同的数据采集体系。

1）大用户内部用电数据采集

大用户内部用电数据的采集可以使用用户内部智能电表+集中器；智能电表与集中器之间的局域网，对通信速率的要求不高，网络的构建主要依赖于智能电表提供的通信接口，目前使用较多的通信方式有：RS-485、PLC等。

2）居民用户内部用电数据采集

居民用户内部用电数据的采集采用电器+智能插座+网关+因特网的方式，用户的每个主要用电设备直接连接的插线板上连接一个智能插座，用电器电源线接在智能插座上，用户通过插座控制电器电源。在每一户中安装一套核屯、设备，包括一个智能网关和一个路由器。智能插座实时采集相应用电器用电量，通过无线方式传输到核也设备，进一步通过Internet传送到后台服务器，供用户远程控制家中主要电器。

3）电网侧对用户数据的采集

电网侧对用户数据的采集通信信道分为远程信道和本地信道。远程信道有GPRS、光纤方式；本地信道主要为电力线载波、RS-485和短距离无线 （少量）等多种方式，专变用户本地采集一般采用民RS-485。

3 电网与用户双向互动信息系统设计

电网与用户双向互动系统结构整体上由采集系统、通信网络、电网侧主站和用户侧主站四部分组成。双向互动信息系统电网侧主要包含电网和用户互动信息数据库与互动综合信息服务系统两大部分。同时根据用户各种用电信息的实时采集，电网可以分析提供优化用电指导，并实时监测系统用电情况、故障信息，对电网的安全、可靠运营提供保障。

1）采集系统

用电信息采集系统旨在在线监测和实时采集用户负荷、功率、电量、电压等重要信息，同时用户通过Web客户端或者智能交互终端得到用电指导、用电信息查询、网上购电、告警信息等。

2）通信网络

采用Java等技术开发Web客户端，考察并分析国内外智能电网互动业务应用模式，结合本地区的特点进行需求分析建设智能互动信息基础软件开发平台支撑业务系统，采用服务器/客户端模式，实现用电信息Web及业务应用的信息互动。

3）电网侧主站

双向互动信息系统电网侧主要包含电网和用户互动信息数据库与互动综合信息服务系统两大部分[15-16]。智能集中设备将用户各种实时数据通过配电侧信息网络传输到电网公司，存储在互动信息数据库。系统对各类信息进行分析和处理，保障安全性原则下过滤对外开放的信息，对信息进行加密。

4）用户侧主站

用户作为电网的互动对象，与电网良好的沟通对电网的运营起到重要作用。在电网与用户双向互动系统中，用户可对电网分时电价、计划停电等政策做出快速响应，合理安排电器使用，降低用电离峰时段电网的负荷，参与需求侧响应，并实时监测系统用电情况、故障信息，对电网的安全、可靠运营提供保障。

4 结束语

文中在研究用户与电网双向互动信息通信关键技术的基础上，给出了电网互动通信中也与用户侧驻地网之间的通信组网方案；同时为了实现电网与用户双向互动，设计电网与用户双向互动的系统侧服务平台和用户侧互动功能体系，开发了电网与用户双向互动平台。在实际中，具有很好的应用前景。

[1]周伏秋，王娟．我国电力需求侧管理工作面临的形势及建议[J].电力需求侧管理，2015（2）:1-4．

[2]刘旭生，何颖，吴搁泽，等.面向智能电网双向互动信息服务的通信组网方案机[J].电子设计工程，2011，19（23):78-82.

[3]曹志刚.智能配用电园区用户侧双向互动功能的设计与实现[J].电力系统自动化，2013,37（9）:79-83.

[4]张浩，卜宪德，郭经红.EPON技术在用电信息采集系统中的应用[J].电力系统及其自动化2010，31（213）:42-45.

[5]黄莉，卫志农，韦延方，等.智能用电互动体系和运营模式研究[J].电网技术，2013,37（8）:2230-2237.

[6]张钦.智能电网下需求响应热点问题探讨[J].中国电力，2013，46（6）:85-90.

[7]Saele H，Grande O S.Demand response from household customers;experiences from a pilot study in Norway [J].IEEE Transactions on Smart Grid,2011,2（1）:102-109.

[8]Fahad J,Naveed A，Fredrik W，et al.Forecasting for demand response in smart grids:an analysis on use of anthropologic and structural data and short term multiple loadsforecasting [J].Applied Energy，2012，96（8）:150-160.

[9]谈金晶，王蓓蓓，李扬.基于多智能体的用户分时电价响应模型[J].电网技术.2012（2）:257-263.

[10]王蓓蓓.面向智能电网的用户需求响应特性和能力研宄综述[J].中国电机工程学报，2014，34（22）: 3654-3663.

[11]De Jonghe C,Hobbs B F,Belmans R.Optimal generation mix with short-term demandresponse and wind penetration[J].IEEE Transactions on Power Systems，2012，27（2）:830-839.

[12]肖欣，周渝慧.台湾实施可中断电价进行削峰填谷的需求响应策略及其成本效益分析[J].中国电机工程学报，2014，34（22）:15-22.

[13]McParland C.Open ADR open source toolkit: developing open source software for the smart grid[C]//IEEE Poww and Energy Society General Meeting.Minneapolis:IEEE，2011:1-7.

[14]阮文骏.智能电网下的需求响应机理研究[D].南京:东南大学,2012.

[15]杨旭英,周明,李庚银.智能电网下需求响应机理分析与建模综述[J].电网技术,2016,44（1）:220-226.

[16]盛万兴,史常凯,孙军平,等.智能用电中自动需求响应的特征及研究框架 [J].电力系统自动化, 2013,37（23）:1-7.

[17]李圆智，刘青，高博，等.智能电网交换机网络性能的AHP熵权评估方法[J].陕西电力，2016（12）：29-33.

[18]李苗，池小波，贾新春，等.智能电网中基于WSN的架空输电线路的监测[J].陕西电力，2016（10）：1-5.

[19]白翠粉，黄瀚，杨方.智能电网支撑智慧城市发展[J].供用电，2014（10）：27-31.

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，Fuzhou 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稿件编号：201607024

国网信息通信产业集团有限公司科技项目资助（SGZJ0000BGJS1500460）

陈 宏（1974—），男，福建龙岩人，高级工程师。研究方向：电气工程及其自动化、软件工程。