國外需求響應(yīng)技術(shù)在主動配電網(wǎng)中的應(yīng)用

謝珍建，于　樂，歸三榮，李　琥，韓　俊，喬黎偉，趙宏大

（1.國網(wǎng)江蘇省電力公司 經(jīng)濟技術(shù)研究院，南京　210008；2.東南大學 電氣工程學院，南京　210096）

◆環(huán)球攬萃◆

國外需求響應(yīng)技術(shù)在主動配電網(wǎng)中的應(yīng)用

謝珍建1，于樂2，歸三榮1，李琥1，韓俊1，喬黎偉1，趙宏大1

（1.國網(wǎng)江蘇省電力公司 經(jīng)濟技術(shù)研究院，南京210008；2.東南大學 電氣工程學院，南京210096）

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)依靠規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較大的容量裕度來應(yīng)對負荷的不確定性，但是隨著分布式能源滲透率和未來電動汽車使用量的不斷提高，傳統(tǒng)配電網(wǎng)簡單的控制方法已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)［1］。

發(fā)達國家在智能電網(wǎng)的背景下開始研究配電網(wǎng)的主動控制和主動管理，以達到加大對可再生能源的接納能力、提升配電網(wǎng)資源的利用率和提高供電可靠性等目的。從供應(yīng)側(cè)看，可再生能源的滲透率提高給配電網(wǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)和問題；而從需求側(cè)看，不斷發(fā)展和成熟的需求側(cè)響應(yīng)機制能促使用戶根據(jù)實時供用電情況來改變電量消賈行為，因此在配電網(wǎng)中引入需求響應(yīng)機制能夠顯著提高配電網(wǎng)的靈活性。本文主要介紹國外主動配電網(wǎng)管理中需求側(cè)管理（DSM）技術(shù)的應(yīng)用以及項目實踐情況。

1　國際前沿

目前，眾多組織都致力于研究需求側(cè)管理對于主動配電網(wǎng)的影響，也達成了一定的共識，第22屆國際供電會議（CIRED）在瑞典斯德哥爾摩舉辦，其中C6.19工作組的工作目標是研究需求側(cè)集成對于主動配網(wǎng)規(guī)劃的必要性和有益性。智能電網(wǎng)中配電網(wǎng)的規(guī)劃必須要面對需求側(cè)集成（DSI）、能源效率（EE）和分時電價（TOU）不同的比率對系統(tǒng)峰值的影響以及分布式發(fā)電（DG）、分散式儲能（DS）、插電式電動汽車（PEV）和熱/電鍋爐滲透率不同對于系統(tǒng)需求的影響。PEV滲透率的不確定性、負荷的地區(qū)分布差異、充電策略以及習慣的差異都使得PEV對配電網(wǎng)的影響很難預(yù)測和估計?；谝陨显?，規(guī)劃方法必須綜合考慮市場、控制方法和容量限制。文獻［2］從降低成本、市場效益、用戶服務(wù)、市場能源調(diào)整、風險管理、環(huán)境保護、系統(tǒng)安全性和可靠性、可中斷負荷以及產(chǎn)銷合一消賈者等方面對需求側(cè)集成所面臨的挑戰(zhàn)以及對各參與者的影響進行了全面的分析。

此外國際能源署需求側(cè)管理計劃中項目17是關(guān)于需求側(cè)管理、分布式發(fā)電、可再生能源與儲能系統(tǒng)一體化問題，在需求側(cè)管理報告中探討了怎樣使靈活需求（需求響應(yīng)、需求側(cè)管理）和分布式發(fā)電、儲能技術(shù)和未來智能電網(wǎng)更好的結(jié)合，還指出一體化將提升需求響應(yīng)、需求側(cè)管理和分布式發(fā)電的價值，減少可再生能源的間歇性在實際電網(wǎng)和電力市場中帶來的問題。與現(xiàn)存的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比，一體化之后的網(wǎng)絡(luò)引入DSM，并將配電網(wǎng)絡(luò)與傳輸網(wǎng)絡(luò)集合，采用分布控制降低了網(wǎng)絡(luò)總的容量和排放量［3］。

2　項目實踐

主動配電網(wǎng)是未來智能配電網(wǎng)的一種發(fā)展模式，歐美國家正積極開展相關(guān)技術(shù)的研究。目前，歐盟已經(jīng)在丹麥、西班牙以及英國等地深入開展了主動配電網(wǎng)技術(shù)研究及示范工程建設(shè)［4］，對于需求側(cè)管理在未來可再生能源滲透率較高的配電網(wǎng)中的應(yīng)用也有一定的研究。

文獻［5］提出的DSM系統(tǒng)（如圖1所示）已在捷克共和國一個光伏發(fā)電滲透率很高的低壓配電小網(wǎng)絡(luò)中進行試點分析。許多關(guān)于DSM的研究表明，在工業(yè)、商業(yè)和家庭用戶中，最具有潛力的是家庭用戶。然而，傳統(tǒng)上，只有大型工業(yè)和商業(yè)用戶依據(jù)可中斷電賈或者時間使用電賈為系統(tǒng)提供負荷轉(zhuǎn)移或者減負荷。該DSM系統(tǒng)發(fā)展的初期采用電熱水器（EWHs）的原因之一是它已經(jīng)廣泛安裝在用戶家中，原因之二是它有多個便利的特點，例如：高功率輸入、高儲能能力以及直接和配電網(wǎng)相連。這些都為提出的DSM系統(tǒng)提供了便利。

圖1　DSM系統(tǒng)元件及功能

該DSM系統(tǒng)的原理是基于RES出力和用戶負荷預(yù)測，系統(tǒng)優(yōu)化EWHs的調(diào)度以便最大程度利用RES產(chǎn)生的電能。捷克配電網(wǎng)中通常采用集中脈動控制（CRC）系統(tǒng)的是基于分時電價的需求響應(yīng)管理方法，適用于傳統(tǒng)的被動配電網(wǎng)。但是由于可再生能源的滲透率持續(xù)提高帶來的系統(tǒng)多樣性和不確定性，CRC系統(tǒng)由于缺乏靈活性而不再適用。因為CRC日程表會使得大部分的電熱水器在下午或者半夜工作以便不影響典型的早晨負荷高峰。在測試網(wǎng)絡(luò)中，CRC方案將會造成2個高峰，白天由于PV產(chǎn)出導致系統(tǒng)輸出達到峰值，而夜晚由于電熱水器工作而使得系統(tǒng)功率輸入達到峰值，但是文中新提出的DSM系統(tǒng)將不僅能減少2個峰值、減少網(wǎng)絡(luò)饋線損耗，而且配電系統(tǒng)運營商（DSO）可以為網(wǎng)絡(luò)預(yù)留較少的傳輸容量，還可以證明控制區(qū)域的電壓質(zhì)量也有所提高。

EWHs的優(yōu)化分布主要有2個階段：調(diào)度參考優(yōu)化和調(diào)度時間表優(yōu)化。此外還要進行電熱水器狀態(tài)估計（加熱狀態(tài)監(jiān)測、熱水消耗估計）、功率平衡估計（PV發(fā)電預(yù)測、用戶負荷預(yù)測）、瞬時功率平衡預(yù)測等，以便確定EWHs的開關(guān)。

英國研究人員就需求側(cè)管理在主動電網(wǎng)控制中的應(yīng)用也進行了一定的探究，認為需求側(cè)管理是解決未來配電網(wǎng)問題的有效途徑。配電網(wǎng)運營商（DSO）在DSM應(yīng)用中扮演著重要角色，同時也是DSM方案的受益者。DSM作為一種健全的電能消賈管理策略可以降低能源服務(wù)賈用、節(jié)約能源和保護環(huán)境。DSO通過直接負荷控制或者間接負荷控制的需求側(cè)管理來改善負荷曲線和能源利用率，文章以英國為例給出了基于需求側(cè)管理的分布式電網(wǎng)中各部門之間的關(guān)系［6］。

3　結(jié)束語

主動配電網(wǎng)將為未來可再生能源的大量接入以及電動汽車的大量使用提供解決的途徑，而需求響應(yīng)技術(shù)體現(xiàn)了主動配電網(wǎng)管理的多元化，方便用戶和網(wǎng)絡(luò)管理者進行信息交互，這將鼓勵多方參與，促進技術(shù)進步，使得電力市場進一步放開，最終使得主動配電網(wǎng)的管理更加靈活、方便。我國主動配電網(wǎng)的發(fā)展還處于初期階段，需要不斷借鑒國外先進的理念和技術(shù)來發(fā)展我國的智能電網(wǎng)。D

［1］范明天，張祖平，蘇傲雪，等.主動配電系統(tǒng)可行技術(shù)的研究［J］.中國電機工程學報，2013，33（22）：12-18.

［2］FarmadHS，BiglarS.Integrationofdemandsidemanagement，distributed generation，renewable energy sources and energy storages［C］//Integration of Renewables into the Distribution Grid，CIRED2012Workshop.IET，2012：1-4.

［3］尤毅，劉東，于文鵬，等.主動配電網(wǎng)技術(shù)及其進展［J］.電力系統(tǒng)自動化，2012，36（18）：10-16.

［4］Malik O，Havel P.Active Demand-Side Management System to Facilitate Integration of RES in Low-Voltage Distribution Networks［J］.IEEE Transactions on Sustainable Energy，2014，2（5）：673-681.

［5］Luo T，Ault G，Galloway S.Demand Side Management in a highly decentralized energy future［C］//Universities Power Engineering Conference（UPEC），2010 45th International. IEEE，2010：1-6.

Application of foreign demand response technology in active distribution network

XIE Zhen-jian1，YU Le2，GUI San-rong1，LI Hu1，HAN Jun1，QIAO Li-wei1，ZHAO Hong-da1
（1.Economy and Technology Institute，Jiangsu Electric Power Comany，Nanjing 210008，China；2.Southeast University，Nanjing 210096，China）

主動配電網(wǎng)是提高可再生能源滲透率、智能電網(wǎng)用電的有效手段，而需求側(cè)響應(yīng)機制能夠顯著提高配電網(wǎng)的靈活性。著重介紹國外最新需求側(cè)管理技術(shù)在主動配電網(wǎng)管理中的應(yīng)用以及未來發(fā)展，包括需求側(cè)管理技術(shù)對配電網(wǎng)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)一體化的影響以及歐洲的需求側(cè)管理項目實踐。

電力需求側(cè)管理；主動配電網(wǎng)；可再生能源

The active distribution network（ADN）is an effective way to solve the problems caused by the high permeability of renewable energy resources and the electric usage of future smart grid，while the demand side response（DSR）could significantly increase the flexibility of ADN.The paper mainly introduces the latest application and future development of DSR in ADN.It can be divided into two parts，the influence of demand side management integrated with ADN as well as demand side projects in Europe.

DSM；active distribution network；renewable energy resources

TM72

C

2014-10-14