基于緊急需求側(cè)響應(yīng)的輸電網(wǎng)規(guī)劃

楊　鵬

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司 市區(qū)供電分公司，重慶 400015)

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基于緊急需求側(cè)響應(yīng)的輸電網(wǎng)規(guī)劃

楊鵬

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司 市區(qū)供電分公司，重慶 400015)

摘要：隨著電力市場(chǎng)的發(fā)展，普通的需求機(jī)制已經(jīng)不能很好地解決電力供需矛盾，在輸電網(wǎng)規(guī)劃中考慮引入緊急需求側(cè)響應(yīng)策略，可以兼顧供電可靠性的同時(shí)保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。其算例分析證明了方法的可行性和合理性。

關(guān)鍵詞：輸電網(wǎng)規(guī)劃；需求側(cè)響應(yīng)；可靠性；經(jīng)濟(jì)性

電力系統(tǒng)中電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)過程是同時(shí)進(jìn)行的，電能無法大量廉價(jià)地存儲(chǔ)。但是消費(fèi)者對(duì)電能的需求量時(shí)刻都在變化，不受電力系統(tǒng)的控制。電網(wǎng)規(guī)模在不斷擴(kuò)大的同時(shí)，用電量也在不斷增加，不能兼顧電能的有效利用和高峰需求，會(huì)影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于供需不平衡的問題，傳統(tǒng)規(guī)劃方法需要預(yù)留足夠的容量滿足用戶的需求，但是對(duì)于電力系統(tǒng)，可靠性達(dá)到100%的投資過高。傳統(tǒng)的不考慮成本一味滿足需求的做法，其靈活性和經(jīng)濟(jì)性差，也會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

對(duì)于以上問題，許多西方國(guó)家已經(jīng)開始尋求新的解決辦法。美國(guó)在進(jìn)行了電力市場(chǎng)化改革后，引入需求側(cè)響應(yīng)并取得了可喜的結(jié)果。近年來需求側(cè)響應(yīng)策略也逐步受到世界各國(guó)的重視，并應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。本文在輸電網(wǎng)規(guī)劃過程中引入緊急需求側(cè)響應(yīng)策略，以改變傳統(tǒng)規(guī)劃方法只單純滿足供電可靠性，而不考慮運(yùn)行成本和靈活性的做法。

1需求側(cè)響應(yīng)策略

需求側(cè)響應(yīng)(DR)的概念是美國(guó)在進(jìn)行了電力市場(chǎng)化改革后，針對(duì)電力需求側(cè)管理如何在競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)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(yùn)行效率而提出的[1]。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(duì)電力市場(chǎng)相應(yīng)的措施，如激勵(lì)機(jī)制等作出的響應(yīng)(參與改變常規(guī)的電能消費(fèi)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(duì)于電力市場(chǎng)發(fā)展較快的國(guó)家，需求側(cè)響應(yīng)可以分為“基于價(jià)格的需求側(cè)響應(yīng)”和“基于激勵(lì)的需求側(cè)響應(yīng)”兩大類。

基于價(jià)格的需求側(cè)響應(yīng)是：用戶按照電價(jià)的不同(包括分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)和尖峰電價(jià)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(shí)間，充分利用低電價(jià)時(shí)段，減少電費(fèi)支出。對(duì)于這一類用戶，可以與實(shí)施需求側(cè)響應(yīng)的機(jī)構(gòu)簽訂相關(guān)的定價(jià)合同，需要時(shí)用戶自愿決定是否參與負(fù)荷調(diào)整。

基于激勵(lì)的需求側(cè)響應(yīng)是：實(shí)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(jià)較高時(shí)，根據(jù)已制定的可行激勵(lì)機(jī)制來激勵(lì)用戶及時(shí)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(jìng)價(jià)、緊急需求側(cè)響應(yīng)等。激勵(lì)費(fèi)率有電價(jià)折扣或者削減負(fù)荷賠償兩種。對(duì)于參與這一類需求側(cè)響應(yīng)的用戶，需要與實(shí)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(lì)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(shí)削減用戶負(fù)荷，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)設(shè)置的激勵(lì)性的支付價(jià)格對(duì)消費(fèi)者進(jìn)行補(bǔ)償。這種削減是自愿的，激勵(lì)性的支付價(jià)格也是事先規(guī)定好的，在美國(guó)一般是0.35～0.5美元/(kW·h)[2]。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(huì)及經(jīng)濟(jì)效益的目的。其優(yōu)勢(shì)在電力用戶、電力企業(yè)、社會(huì)等幾方面均有體現(xiàn)。

2基于緊急需求側(cè)響應(yīng)的輸電網(wǎng)規(guī)劃模型

電力系統(tǒng)負(fù)荷隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在不斷地變化，常規(guī)輸電網(wǎng)規(guī)劃方法得到的結(jié)果已經(jīng)不能很好地滿足電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行的要求。電力負(fù)荷的不斷變化難免會(huì)出現(xiàn)供需不平衡的情況，此時(shí)電網(wǎng)電壓下降，電流增大，部分線路過負(fù)荷，線路長(zhǎng)時(shí)間過負(fù)荷運(yùn)行會(huì)引發(fā)事故。在輸電網(wǎng)規(guī)劃中引入緊急需求側(cè)響應(yīng)，綜合分析比較由電網(wǎng)擴(kuò)容帶來的投資費(fèi)用和削減負(fù)荷的補(bǔ)償費(fèi)用，能夠有效應(yīng)對(duì)負(fù)荷的增長(zhǎng)和不確定性。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，便于說明，本文將負(fù)荷波動(dòng)分成供需平衡、供大于求、供小于求3種情況來分析。以上3種情況常規(guī)輸電網(wǎng)規(guī)劃的模型目標(biāo)函數(shù)為

(1)

s.t.P=Bθ

(2)

(3)

∑PGi-∑PDi=0

(4)

引入緊急需求側(cè)響應(yīng)策略后對(duì)上述模型進(jìn)行修改，引入負(fù)荷削減補(bǔ)償量∑γδi，修改后的模型目標(biāo)函數(shù)為

(5)

修改約束條件式(3)及式(4)得到

(6)

∑PGi+∑PWi-∑PDi+∑δi=0

(7)

式中：γ為激勵(lì)性切負(fù)荷支付水平系數(shù)(考慮國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)情況本文取0.1美元/(kW·h)；δi為節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷削減量；β為過負(fù)荷量度系數(shù)(本文取1.05)。

3算例分析

本文以典型的IEEE6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)設(shè)定不同的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率來模擬負(fù)荷波動(dòng)的情況，進(jìn)而得出3種供需情況，如表1所示。

表1　各節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)設(shè)定　%

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)設(shè)定模擬負(fù)荷變動(dòng)情況，如節(jié)點(diǎn)負(fù)荷占總功率的百分?jǐn)?shù)為85%時(shí)，表明此時(shí)供大于求，設(shè)為情景Ⅰ。

表2所示為使用常規(guī)輸電網(wǎng)規(guī)劃方法(以P表示)和考慮緊急需求側(cè)響應(yīng)的輸電網(wǎng)規(guī)劃方法(以Q表示)，得出的規(guī)劃結(jié)果，采用等年值法進(jìn)行比較。

表2　輸電網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)可以看出，考慮緊急需求側(cè)響應(yīng)的輸電網(wǎng)規(guī)劃方法在負(fù)荷較大時(shí)，雖然需要支付一定的激勵(lì)性補(bǔ)償費(fèi)用，但是其總投資仍要比常規(guī)輸電網(wǎng)規(guī)劃方法節(jié)省12.06%左右，而且不會(huì)像常規(guī)輸電網(wǎng)規(guī)劃方法那樣出現(xiàn)嚴(yán)重的線路過負(fù)荷情況。如果進(jìn)一步考慮用戶在負(fù)荷高峰期主動(dòng)削減負(fù)荷，把需要用電的時(shí)間改在負(fù)荷低谷期，這樣不但提高了供電可靠性，還使電網(wǎng)的規(guī)劃運(yùn)行更加靈活、經(jīng)濟(jì)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了資源的合理配置。

4結(jié)論

基于緊急需求側(cè)響應(yīng)的輸電網(wǎng)規(guī)劃方法，一改往常僅僅考慮增加電網(wǎng)容量來滿足負(fù)荷需求的單一做法，從供需兩個(gè)方面考慮來提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性。通過鼓勵(lì)用戶參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的方式，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)也加強(qiáng)了電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性。將此規(guī)劃方法應(yīng)用于輸電網(wǎng)規(guī)劃，不但可以減少投資費(fèi)用，還可以避免線路過負(fù)荷情況的發(fā)生，對(duì)保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具有一定的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

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A Study on the Transmission Network Planning Based on the Emergency Demand Side Response

YANG Peng

(State Grid Chongqing Shiqu Power Supply Company，Chongqing 400015，P.R.China)

Abstract：With the development of the power market，the ordinary demand mechanism is not effective in solving the contradiction between power supply and demand．This paper discusses about the introduction of the emergency demand side response in the transmission network planning，which can ensure both the reliability of power supply and the economy and flexibility of the operation of the system．The example analysis has proved its feasibility and rationality．

Key words：transmission network planning；demand side response；reliability；economy

收稿日期：2015-10-19

作者簡(jiǎn)介：楊鵬(1979-)，助理工程師，主要從事電力工程管理。

中圖分類號(hào)：TM715

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008- 8032(2016)03- 0025- 02