需求側(cè)管理與響應(yīng)環(huán)境下的新能源發(fā)電

王 巖,何德衛(wèi),項 灤

（1.廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,廣東佛山,528000；2.廣東卓維網(wǎng)絡(luò)有限公司,廣東佛山,528200）

需求側(cè)管理與響應(yīng)環(huán)境下的新能源發(fā)電

王 巖1,何德衛(wèi)1,項 灤2

（1.廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,廣東佛山,528000；2.廣東卓維網(wǎng)絡(luò)有限公司,廣東佛山,528200）

為了實現(xiàn)需求側(cè)管理與響應(yīng)，需要建立一個具備高級量測能力、信息實時交互的信息管理平臺。在該平臺的支持下，電網(wǎng)對新能源發(fā)電的消納能力將大幅度提高。本文分析了影響需求側(cè)與新能源發(fā)電側(cè)聯(lián)動的因素：用戶響應(yīng)資源與用戶響應(yīng)速度；論述了為提高新能源消納能力及促進需求側(cè)管理與響應(yīng)的發(fā)展，需求側(cè)管理響應(yīng)平臺建設(shè)、需求側(cè)管理響應(yīng)與新能源服務(wù)集成所需考慮的要點。

需求側(cè)管理與響應(yīng)平臺；需求側(cè)管理與響應(yīng)項目；新能源并網(wǎng)；響應(yīng)速度；用戶響應(yīng)資源

0 引言

隨著新能源并網(wǎng)數(shù)量的增加，由于新能源供給具有隨機性和間歇性，為了維持系統(tǒng)供需雙方的功率平衡及系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，要求需求側(cè)具備充足的可變化負荷和足夠的響應(yīng)速度。如果需求側(cè)能夠迅速地增加或削減負荷，與風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電聯(lián)動，將緩解新能源發(fā)電接入對電力系統(tǒng)的沖擊，進而可大大提高電網(wǎng)對新能源發(fā)電的消納能力。為了緩解我國能源壓力，增加新能源的利用效率，有必要開展需求側(cè)管理響應(yīng)環(huán)境下，電網(wǎng)對新能源消納能力的研究。

國內(nèi)外學(xué)者對需求側(cè)管理與響應(yīng)環(huán)境下的新能源并網(wǎng)進行了總結(jié)和研究。文獻[1]總結(jié)了國外自動需求側(cè)響應(yīng)的內(nèi)容，闡述了自動需求側(cè)響應(yīng)的對電網(wǎng)和新能源接入優(yōu)勢；文獻[2]通過計算機模擬驗證了，借助需求側(cè)與儲能技術(shù)的協(xié)作，能夠提高系統(tǒng)對風(fēng)電的消納能力。文獻[3]分析了風(fēng)電功率波動特性與負荷響應(yīng)特性的關(guān)系，設(shè)計了日前、日內(nèi)到實時多時間尺度滾動協(xié)調(diào)的需求側(cè)響應(yīng)調(diào)度策略；文獻[4]采用貪婪隨機自適應(yīng)搜索過程對基于需求側(cè)響應(yīng)的風(fēng)電出力估算模型進行求解，驗證了需求側(cè)響應(yīng)是應(yīng)對風(fēng)電不確定性的有效手段。

然而，以上理論分析尚沒有綜合化的信息平臺為其提供應(yīng)用的空間。因此，還需要建立一個實際的需求側(cè)管理與響應(yīng)的綜合服務(wù)平臺，設(shè)計出具體的需求側(cè)響應(yīng)項目。本文分析了影響需求側(cè)與新能源發(fā)電側(cè)聯(lián)動的關(guān)鍵因素：用戶響應(yīng)資源和響應(yīng)速度；給出了為提高電網(wǎng)對新能源消納能力，綜合服務(wù)平臺建設(shè)和需求側(cè)響應(yīng)服務(wù)集成所需要考慮的要點。

1 用戶響應(yīng)資源與新能源并網(wǎng)電量

用戶的響應(yīng)資源可以劃分為響應(yīng)電量和響應(yīng)容量。長時間而言，用戶響應(yīng)電量應(yīng)當(dāng)能夠平衡新能源并網(wǎng)電量。短時間而言，為了保證系統(tǒng)的供需平衡和穩(wěn)定運行，新能源接入容量不可超出預(yù)期的用戶響應(yīng)容量。分析響應(yīng)資源的影響因素，有利于挖掘能夠在長中期（季度、月、周）、短期（1~24h）及超短期（10min~1h）內(nèi)控制平衡電量和容量的方法。

1.1 用戶響應(yīng)資源的影響因素

為了保證用戶響應(yīng)電量和容量，實施需求側(cè)響應(yīng)時可以從以下幾個方面入手：保證用戶信息安全；設(shè)計合理的獎勵與懲罰措施；引入負荷聚合商。

1）保證用戶信息安全。用戶響應(yīng)信息涉及到其成本管理，為用戶的負荷信息保密，是獲得可靠響應(yīng)資源的最基本要求。

2）設(shè)計合理的獎勵與懲罰措施。合理的獎勵能夠保證用戶響應(yīng)的電量和容量，而合理的懲罰能夠起到強制響應(yīng)的作用，保證用戶響應(yīng)資源可靠性。

3）引入負荷聚合商（Load aggregator ，LA）。在國外，負荷聚合商是一個為零散用戶提供負荷服務(wù)，并獨立于電網(wǎng)的第三方企業(yè)。用戶付出少量的費用，負荷聚合商為其管理負荷，一方面保證其生產(chǎn)的正常進行，一方面通過需求響應(yīng)為其獲得利益。負荷聚合商能夠提供各類（長中期穩(wěn)定、短期穩(wěn)定和超短期快速）穩(wěn)定的負荷響應(yīng)資源。

1.2 響應(yīng)資源與新能源發(fā)電的滾動平衡

為了包容新能源的間歇性和波動性，需要建立長中期（季、月、周）、短期（1~24h）的電量平衡機制，以及超短期（10min~1h）的容量平衡機制。

對長中期而言，需求側(cè)響應(yīng)參與各方需要摸索出電網(wǎng)調(diào)度所轄區(qū)域內(nèi)，本季/月/周風(fēng)電和光伏發(fā)電可能的并網(wǎng)電量，提前規(guī)劃本季/月/周所需的響應(yīng)電量。類似于日前市場，需求側(cè)參與各方通過博弈，最終確定本季/月/周所需的響應(yīng)電量及相關(guān)獎勵懲罰細則。

短期（4~24h）的平衡是在長中期平衡的基礎(chǔ)上進行的。短期平衡需要考慮當(dāng)日發(fā)電計劃及用戶負荷安排，以維持當(dāng)日的電量平衡，因此需要保留足夠的可在較長時間段（4~24h）內(nèi)削減或中斷的負荷。

超短期（10min~4h）容量平衡是在短期平衡的基礎(chǔ)上進行的。超短期響應(yīng)資源需要根據(jù)新能源發(fā)電的短時波動情況而變化，以維持容量平衡，因此需要用戶及時迅速地響應(yīng)激勵信號。

2 用戶響應(yīng)速度與新能源發(fā)電

用戶響應(yīng)速度是及時平衡新能源對系統(tǒng)波動性沖擊的關(guān)鍵因素。為了及時減緩新能源功率對系統(tǒng)的沖擊，在新能源功率接入時，需求側(cè)必須迅速增大負荷。分析影響用戶響應(yīng)速度的因素，有利于找到提高用戶響應(yīng)速度的方法，實現(xiàn)系統(tǒng)供需雙方的容量平衡。

2.1 用戶響應(yīng)速度的影響因素

響應(yīng)速度的影響因素包括：通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性、實時性；對響應(yīng)速度的懲罰機制。

通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性決定了用戶能否收到激勵信號，進而決定了用戶能否可靠做出響應(yīng)。通信網(wǎng)絡(luò)的實時性決定了用戶能否及時收到激勵信號，進而決定用戶能否及時做出響應(yīng)。國外成功的需求側(cè)響應(yīng)案例表明，一個可靠、實時的通信網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)電量容量平衡的基礎(chǔ)。

另外，為了保證響應(yīng)速度，還需要對響應(yīng)速度進行監(jiān)督，設(shè)立對響應(yīng)速度的懲罰機制。在長中短期的電量平衡及超短期容量平衡實時過程中，不同響應(yīng)資源的響應(yīng)速度有所區(qū)別，應(yīng)當(dāng)設(shè)立響應(yīng)速度的考核標(biāo)準(zhǔn)，評價用戶響應(yīng)速度。

2.2 響應(yīng)與新能源功率變化匹配

在發(fā)電功率增減時，需求側(cè)應(yīng)能夠同時增減負荷。用戶響應(yīng)與新能源發(fā)電功率變化相匹配，才能形成需求側(cè)響應(yīng)與新能源并網(wǎng)的有效聯(lián)動。為了匹配響應(yīng)與新能源功率變化，應(yīng)當(dāng)規(guī)范新能源對響應(yīng)速度的要求。可以根據(jù)新能源波動性和間歇性，按波動變化的不同時間尺度，將新能源劃分為：持續(xù)穩(wěn)定的新能源發(fā)電；波動較小、確定性高的新能源發(fā)電；波動劇烈、確定性低的新能源發(fā)電。

按不同的時間尺度對新能源發(fā)電進行分類，有利于劃分出不同響應(yīng)速度的響應(yīng)資源。按與新能源發(fā)電的時間尺度，對應(yīng)的響應(yīng)資源可劃分為：電量響應(yīng)、容量響應(yīng)、輔助響應(yīng)。劃分出不同時間尺度的響應(yīng)資源，有利于需求側(cè)響應(yīng)項目的設(shè)計。

另外，國外也將儲能類負荷作為一種快速響應(yīng)的負荷。如電動汽車、蓄能設(shè)備、冰蓄冷空調(diào)、冰庫等，都被看作是平緩負荷曲線的重要響應(yīng)資源。為了抹平由新能源導(dǎo)致負荷曲線出現(xiàn)的毛刺，設(shè)立蓄能類負荷管理措施，作為一種能快速響應(yīng)的響應(yīng)資源。

3 我國需求側(cè)管理響應(yīng)和新能源發(fā)電的建設(shè)

用戶響應(yīng)電量和容量、響應(yīng)速度是影響新能源發(fā)電并網(wǎng)的主要因素。綜合考慮需求側(cè)管理與響應(yīng)的發(fā)展現(xiàn)狀，及需求側(cè)管理響應(yīng)與新能源發(fā)電今后的發(fā)展，需要搭建一個符合管理響應(yīng)資源、響應(yīng)速度要求的需求側(cè)管理與響應(yīng)的平臺。同時，為了滿足需求側(cè)、新能源發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負荷管理側(cè)等參與各方對信息管理系統(tǒng)的需求，落實聯(lián)動機制，還需要集成需求側(cè)管理響應(yīng)與新能源的相關(guān)服務(wù)。

3.1 新能源并網(wǎng)的需求側(cè)管理響應(yīng)平臺建設(shè)

需求側(cè)管理響應(yīng)平臺是實現(xiàn)需求側(cè)與新能源發(fā)電聯(lián)動的物理載體。根據(jù)上述對用戶響應(yīng)資源及響應(yīng)速度的要求和參與各方的需要，該平臺應(yīng)當(dāng)具備以下功能：高級量測功能；信息雙向可靠實時互動；自動需求側(cè)響應(yīng)；功能服務(wù)高集成性、可拓展性及開放性。

1）高級量測系統(tǒng)

為了考核響應(yīng)資源和響應(yīng)速度，平臺底層應(yīng)當(dāng)由高級電能量測系統(tǒng)及負荷控制裝置作為基礎(chǔ)。電量容量的計量、響應(yīng)速度和響應(yīng)持續(xù)時間的考核關(guān)系到參與各方的利益，因此，高級電能量測系統(tǒng)必須要求全網(wǎng)統(tǒng)一精確對時，而且能夠長時間可靠運行，斷電后能夠自動恢復(fù)。同時，為了滿足電網(wǎng)公司和用戶自身電能管理的需求，高級量測系統(tǒng)應(yīng)能為用戶提供電度、基本電參量（電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)等）和電能質(zhì)量（電壓合格率、電壓電流畸變率、不平衡度、高次諧波等）的監(jiān)測，應(yīng)具備遠程波形召測和異常故障錄波、預(yù)警、報警等功能。

2）雙向可靠通信、實時互動及信息安全性

平臺的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能滿足信息雙向可靠通信、實時互動和信息安全性的要求。對于長中期和短期的信息互動，平臺應(yīng)能為新能源發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和需求側(cè)提供長中期和短期的響應(yīng)資源狀況和新能源發(fā)電信息（包括長時電量、功率及其對應(yīng)時間等）。對于超短期的信息互動，為了保證響應(yīng)資源和新能源發(fā)電側(cè)的實時聯(lián)動，平臺應(yīng)能支持各方的供需博弈。同時，通信網(wǎng)絡(luò)需要支撐起海量信息的傳遞。

3.2 需求側(cè)管理響應(yīng)與新能源服務(wù)的建設(shè)

在云平臺基礎(chǔ)上，考慮多方參與（調(diào)度、供電部門、新能源發(fā)電公司、負荷聚合商、需求側(cè)），建立協(xié)調(diào)互動博弈機制和集成多種服務(wù)來實現(xiàn)多方聯(lián)動。

1）多方協(xié)調(diào)互動博弈機制

在平臺上實現(xiàn)多方聯(lián)動優(yōu)化，將傳統(tǒng)火力發(fā)電出力、機組啟停因子、新能源發(fā)電實時出力、用戶響應(yīng)資源等作為決策變量，以全局能源成本最小化為目標(biāo)，進行新能源發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負荷聚合商與需求側(cè)的多方博弈，實現(xiàn)新能源與需求側(cè)的電量容量平衡。

4 結(jié)語

本文根據(jù)我國需求側(cè)管理與響應(yīng)和新能源發(fā)電的研究現(xiàn)狀，指出需要根據(jù)影響需求側(cè)與新能源發(fā)電側(cè)聯(lián)動的關(guān)鍵因素：用戶響應(yīng)資源和響應(yīng)速度。為了提高電網(wǎng)對新能源消納能力，促進智能電網(wǎng)與需求側(cè)響應(yīng)的發(fā)展，本文指出需要建立需求側(cè)管理與響應(yīng)綜合服務(wù)平臺，集成需求側(cè)響應(yīng)與新能源服務(wù)，并給出了建立該平臺和集成服務(wù)所需考慮的要點。

[1] 高賜威,梁甜甜,李揚.自動需求響應(yīng)的理論與實踐綜述[J].電網(wǎng)技術(shù), 2014, 38(2): 352-359.

[2] 宋藝航,譚忠富,李歡歡,等.促進風(fēng)電消納的發(fā)電側(cè), 儲能及需求側(cè)聯(lián)合優(yōu)化模型[J].電網(wǎng)技術(shù),2014, 38(3): 610-615.

[3] 姚建國,楊勝春,王珂,等.平衡風(fēng)功率波動的需求響應(yīng)調(diào)度框架與策略設(shè)計[J].電力系統(tǒng)自動化,2014,9: 013.

Demand side management and response under the environment of new energy power generation

Wang Yan1,He Dewei1,Xiang Luan2
(1.Foshan Power Supply Bureau 528000；2.Guangdong Topway Network CO.，LTD.528200）

It is necessary to establish an information management platform with advanced metering infrastructure and real-time information interaction for the development of DSM/DR.With the support of the platform,the wind power consumption capability of power system will be greatly improved.This paper analyses the key factors impacting the linked-action of Demand Side and power generation of new energy.In this paper the main points which need to be considered in establishing the platform and integrating services of DSM/DR and new energy,for improving the new energy power consumption in power grid and promoting the development of DSM/DR.

Platform for DSM/DR；DSM/DR Project；Grid-connection of new energy resources；User response speed；User Response Resources

王巖（1979-），男，高級工程師，研究方向為需求側(cè)管理及需求響應(yīng)、節(jié)能技術(shù)；

何德衛(wèi)（1984-），男，高級工程師，研究方向為需求側(cè)管理及需求響應(yīng)、新能源應(yīng)用技術(shù)；

項灤（1981-）男， 中級工程師，研究方向智能電網(wǎng)、需求響應(yīng)技術(shù)。