需求響應(yīng)在電網(wǎng)規(guī)劃中的研究現(xiàn)狀與展望

高俊萍

【摘要】：電力需求增長放緩的趨勢和日益增大的減排壓力，要求電力規(guī)劃從原來的側(cè)重于以“擴(kuò)張保供”滿足電力需求，轉(zhuǎn)變?yōu)楸ＷC電力供應(yīng)與環(huán)保低碳發(fā)展并重，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會綠色轉(zhuǎn)型升級。今后新增的電力需求，將主要以清潔低碳的非化石能源為主來滿足。以風(fēng)電、太陽能為代表的清潔能源發(fā)電，其發(fā)電出力存在著與生俱來的波動性和間歇性。為了保障電力系統(tǒng)的安全運行，必須配套相應(yīng)的措施來彌補(bǔ)清潔能源出力不穩(wěn)定的缺點。從發(fā)電側(cè)來看，一般可以采取配套抽水儲能電廠、以化石能源為燃料的火電廠、配備儲能系統(tǒng)等措施；從用戶側(cè)來看，可改變用戶在電力運行中被動接受的現(xiàn)狀，充分調(diào)動用戶的積極性，讓他們主動參與到電力系統(tǒng)安全運行中來，即需求響應(yīng)。電力需求響應(yīng)將成為未來新能源電力系統(tǒng)中重要的可調(diào)控資源，其將與傳統(tǒng)電源、儲能設(shè)施一起成為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要支撐。本文從需求響應(yīng)的角度，探討需求響應(yīng)在電網(wǎng)規(guī)劃中的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】：需求響應(yīng)；電網(wǎng)規(guī)劃；現(xiàn)狀；展望

1、需求側(cè)響應(yīng)策略

需求側(cè)響應(yīng)DR）的概念是美國在進(jìn)行了電力市場化改革后，針對電力需求側(cè)管理如何在競爭市場中充分發(fā)揮作用，以維護(hù)系統(tǒng)可靠性和提高系統(tǒng)運行效率而提出的。需求側(cè)響應(yīng)可以從不同的角度去理解，它可以是用戶對電力市場相應(yīng)的措施，如激勵機(jī)制等作出的響應(yīng)（參與改變常規(guī)的電能消費模式），也可以認(rèn)為是一種資源的節(jié)約（減小高峰負(fù)荷、減少裝機(jī)容量）。對于電力市場發(fā)展較快的國家，需求側(cè)響應(yīng)可以分為“基于價格的需求側(cè)響應(yīng)”和“基于激勵的需求側(cè)響應(yīng)”兩大類。基于價格的需求側(cè)響應(yīng)是：用戶按照電價的不同（包括分時電價、實時電價和尖峰電價等）來調(diào)整自身用電情況。用戶根據(jù)自身情況調(diào)整用電時間，充分利用低電價時段，減少電費支出。對于這一類用戶，可以與實施需求側(cè)響應(yīng)的機(jī)構(gòu)簽訂相關(guān)的定價合同，需要時用戶自愿決定是否參與負(fù)荷調(diào)整。

基于激勵的需求側(cè)響應(yīng)是：實施需求側(cè)響應(yīng)的機(jī)構(gòu)在系統(tǒng)可靠性受到影響或者電價較高時，根據(jù)已制定的可行激勵機(jī)制來激勵用戶及時響應(yīng)并削減負(fù)荷。其方法有直接負(fù)荷控制、需求側(cè)競價、緊急需求側(cè)響應(yīng)等。激勵費率有電價折扣或者削減負(fù)荷賠償兩種。對于參與這一類需求側(cè)響應(yīng)的用戶，需要與實施需求側(cè)響應(yīng)的機(jī)構(gòu)簽署合同。

本文引入的緊急需求側(cè)響應(yīng)是激勵型需求側(cè)響應(yīng)中的一種。緊急需求側(cè)響應(yīng)策略是指在出現(xiàn)影響可靠性的事故時削減用戶負(fù)荷，并根據(jù)系統(tǒng)運營機(jī)構(gòu)設(shè)置的激勵性的支付價格對消費者進(jìn)行補(bǔ)償。這種削減是自愿的，激勵性的支付價格也是事先規(guī)定好的，在美國一般是0.35-0.5美元/（kW·h）。規(guī)劃中考慮把通過緊急需求側(cè)響應(yīng)策略而節(jié)省的電能變?yōu)橐环N資源，綜合規(guī)劃考慮供需雙方，以達(dá)到取得更好的社會及經(jīng)濟(jì)效益的目的。其優(yōu)勢在電力用戶、電力企業(yè)、社會等幾方面均有體現(xiàn)。

2、考慮需求響應(yīng)的電網(wǎng)規(guī)劃研究展望

2.1由于我國多地風(fēng)電、光伏發(fā)電呈基地特性，直接接入輸電網(wǎng)。但目前將需求響應(yīng)考慮進(jìn)輸電網(wǎng)規(guī)劃的研究相對較少，因此我們應(yīng)加強(qiáng)研究需求響應(yīng)對輸電網(wǎng)規(guī)劃的影響。

2.2由于低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，分布式發(fā)電、電動汽車等將在中國得到大力發(fā)展，他們主要接入配電網(wǎng)。因此，在配電網(wǎng)規(guī)劃中，考慮需求響應(yīng)的影響，探尋如何提升分布式發(fā)電的滲透率，如何實現(xiàn)充電站優(yōu)化配置，都具有較大研究空間。

2.3將電力供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)的各種形式的資源綜合成為一個整體進(jìn)行規(guī)劃，努力實現(xiàn)縱向源—網(wǎng)—荷—儲—DR協(xié)調(diào)優(yōu)化，從而達(dá)到整個規(guī)劃系統(tǒng)的社會總成本最小。

2.4注重多目標(biāo)優(yōu)化。一般來講，規(guī)劃問題大多都是抽象為一個投資成本最小化的優(yōu)化問題。但隨著清潔能源和分布式發(fā)電的快速發(fā)展以及節(jié)能減排壓力的日益增大，規(guī)劃的目標(biāo)不再局限于投資成本最小，投資成本和運行成本最小、可靠性高、碳排放少、清潔能源滲透率高等都將成為優(yōu)化目標(biāo)，但這些目標(biāo)大多是相互沖突的。因此，開展多目標(biāo)優(yōu)化的電網(wǎng)規(guī)劃將是一個必然趨勢。

2.5針對復(fù)雜優(yōu)化問題的求解算法的研究。隨著在規(guī)劃中考慮因素的日益增多，各種類型的約束條件越來越復(fù)雜，電網(wǎng)規(guī)劃問題已經(jīng)從最初的單目標(biāo)線性優(yōu)化問題變成了多目標(biāo)、非線性、非凸、混合整數(shù)優(yōu)化問題。未來，以大規(guī)模風(fēng)能和太陽能發(fā)電為主的可再生能源在整個電源結(jié)構(gòu)中的比例將持續(xù)增長，由于其出力的波動性和間歇性，發(fā)電側(cè)將不再可控。同時，隨著分布式發(fā)電和電動汽車的普及、用戶儲能技術(shù)的提升，需求側(cè)的隨機(jī)性也在逐漸增大。

2.6目前，由于技術(shù)手段、市場等方面的原因，在電網(wǎng)規(guī)劃中基本都是考慮的基于激勵的需求響應(yīng)，基于電價的需求響應(yīng)考慮太少。隨著我國電力體制改革的進(jìn)一步深入、售電側(cè)的逐步放開，電力市場是一個大趨勢，各種基于價格的需求響應(yīng)將具有廣闊的前景。因此，在電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)提前做好相應(yīng)的技術(shù)儲備，深入研究基于價格的需求響應(yīng)對電網(wǎng)規(guī)劃的影響。

2.7規(guī)劃運行聯(lián)合優(yōu)化。以往的電網(wǎng)規(guī)劃一般都是單純講規(guī)劃，較少考慮實際運行。在電網(wǎng)規(guī)劃中引入需求響應(yīng)后，規(guī)劃和運行的聯(lián)系更加緊密，將規(guī)劃和運行進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，以期得到一個綜合效益最好的規(guī)劃方案，并為運行方式的安排提供有力支撐，將是電網(wǎng)規(guī)劃的發(fā)展趨勢之一。

結(jié)語

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)增長速度的放緩，電力需求的增長速度變慢，在今后較長時間內(nèi)，我國電網(wǎng)規(guī)劃將由“擴(kuò)張保供”的思路轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)低碳經(jīng)濟(jì)的電力供應(yīng)。隨著電源側(cè)大規(guī)模風(fēng)電等可再生能源發(fā)電及分布式發(fā)電數(shù)量的增加，用戶側(cè)電動汽車、儲能等的增加，系統(tǒng)不確定性日益加大。為了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，可采取以下兩種可行措施來克服系統(tǒng)的不確定性：一是增加使用化石能源的發(fā)電廠作為系統(tǒng)備用電源，并加強(qiáng)電網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)，這種方案投資較大；二是將需求響應(yīng)看作一種可控資源（既可以看作是可控電源，又可看作是可控負(fù)荷），用它克服系統(tǒng)的不確定性，這種方案可減少或延緩電源和電網(wǎng)的容量建設(shè)，投資較小。為了使需求響應(yīng)最大程度的發(fā)揮效益，需將其作為一種重要資源納入電網(wǎng)規(guī)劃。隨著電網(wǎng)規(guī)劃考慮因素的日益增多，不論是系統(tǒng)模型，還是求解算法，都需要進(jìn)一步深入研究。

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