智能電網(wǎng)背景下用電需求響應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)研究探討

郝鵬超

（中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司）

1 引言

在智能電網(wǎng)建設(shè)背景下，基于需求響應(yīng)機(jī)制的用電需求關(guān)鍵技術(shù)廣泛應(yīng)用到電網(wǎng)企業(yè)電力供應(yīng)中，并取得了良好的應(yīng)用成果。本文結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)成果和用電需求響應(yīng)機(jī)制，深入研究智能電網(wǎng)背景下用電需求響應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)，以期為電力企業(yè)智能化建設(shè)提供有益的參考。

2 電網(wǎng)系統(tǒng)需求響應(yīng)內(nèi)涵分析

電網(wǎng)需求響應(yīng)是指電力用戶根據(jù)價格信號或激勵機(jī)制作出響應(yīng)，并改變固有用電模式的用電行為。用電用戶需求響應(yīng)是對電力企業(yè)激勵措施的響應(yīng)行為，是用戶對自身用電行為調(diào)整負(fù)荷而發(fā)生變化。

隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電等清潔能源并網(wǎng)，不僅可以有效緩解發(fā)電、輸電容量擴(kuò)建步伐，也實(shí)現(xiàn)了供電、發(fā)電新型用電關(guān)系的形成和發(fā)展。隨著信息技術(shù)與智能電網(wǎng)深度融合，需求側(cè)的作用日益受到重視，通過在電力市場競爭中引入需求響應(yīng)機(jī)制，以價格信號和激勵措施強(qiáng)化需求側(cè)在電力市場競爭中的作用，合理優(yōu)化供應(yīng)側(cè)與需求側(cè)之間的關(guān)系，有利于構(gòu)建靈活、互動的智能電網(wǎng)供、需新型關(guān)系。在智能電網(wǎng)新型關(guān)系中，靈活和互動是需求響應(yīng)機(jī)制的重要特征。靈活包含兩個層面含義。

①快速響應(yīng)市場變化和客戶需求。能夠?qū)κ袌鲂枨罂焖僮龀鲰憫?yīng)，并依據(jù)用戶個性化需求提供增值服務(wù)；

②滿足新能源并網(wǎng)消納需求。針對大規(guī)模風(fēng)電、光伏發(fā)電并網(wǎng)削峰并網(wǎng)要求，單純采用傳統(tǒng)發(fā)電平衡電網(wǎng)波動耗能較大，且導(dǎo)致電力企業(yè)成本上升。根據(jù)國內(nèi)外研究成果表明，以需求側(cè)匹配供電功率，能夠起到良好的削谷平峰作用，保障用電平穩(wěn)。

3 電網(wǎng)需求響應(yīng)機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 需求響應(yīng)技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

根據(jù)需求響應(yīng)技術(shù)方式差異，可將需求響應(yīng)驅(qū)動分為基于價格的需求響應(yīng)和基于激勵的需求響應(yīng)。基于價格驅(qū)動的需求響應(yīng)中，用電價格對用戶用電行為影響顯著，可采用價格彈性量化電力價格對用戶用電行為的影響，國內(nèi)外研究中，部分研究建立相關(guān)模型研究用戶對電力價格需求響應(yīng)特征。在基于激勵響應(yīng)研究中，多采用響應(yīng)速度、響應(yīng)持續(xù)時間、響應(yīng)頻率和響應(yīng)通知時間等指標(biāo)研究中斷負(fù)荷、直接負(fù)荷控制等響應(yīng)特性[1]，部分專家學(xué)者借助回歸模型研究電力用戶在不同激勵條件下響應(yīng)行為機(jī)制。

3.2 需求響應(yīng)目標(biāo)多層次響應(yīng)

針對不同需求主體進(jìn)行需求響應(yīng)時，應(yīng)根據(jù)需求響應(yīng)項目、響應(yīng)決策變量、約束條件進(jìn)行優(yōu)化處理。決策變量是影響響應(yīng)決策的負(fù)荷消減量、消減時間和直接負(fù)荷控制策略。目標(biāo)函數(shù)主要為發(fā)電最小網(wǎng)損、需求激勵補(bǔ)償最小和供電企業(yè)效益最大化?；趦r格因素需求響應(yīng)決策時，決策變量應(yīng)符合削谷平峰電價政策要求，以日負(fù)荷曲線最大峰荷最小化和日負(fù)荷曲線峰谷差最小化為控制目標(biāo)，并綜合用戶滿意度因素進(jìn)行綜合性決策。當(dāng)用戶接收到供電企業(yè)供電需求響應(yīng)項目要求時，可通過智能終端或能量管理系統(tǒng)對生產(chǎn)生活活動進(jìn)行合理安排，從整體來看，用戶調(diào)整成本主要包括購電成本、服務(wù)成本和停電成本，工業(yè)用戶對供電連續(xù)性要求較高，在供電需求響應(yīng)時需要綜合考慮設(shè)備連續(xù)性、生產(chǎn)班制等因素進(jìn)行綜合性決策，商業(yè)用戶電能消耗一般商業(yè)建筑用電為主，其用電連續(xù)性要求相對較低，用電調(diào)整靈活性較高，可根據(jù)供電測激勵政策為用戶提供經(jīng)濟(jì)性最高的用電調(diào)度方案。居民用戶可通過電價和激勵信號調(diào)整家用電器用電使用區(qū)段。

3.3 需求響應(yīng)效益評估

基于供給側(cè)和需求側(cè)精確對接，以響應(yīng)側(cè)調(diào)整電力市場運(yùn)行參數(shù)，提高了電力市場資源利用效益，有利于平衡供需關(guān)系。需求響應(yīng)項目效益主要為用戶參與項目而節(jié)省的電費(fèi)、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和用電成本降低，也包括因參與項目獲得的公共效益、自然效益和外延效益。對需求響應(yīng)效益進(jìn)行評估時，應(yīng)從時間、主體、項目等多維度進(jìn)行效益評估，實(shí)現(xiàn)項目實(shí)施整體效益量化。

3.4 響應(yīng)需求激勵機(jī)制

響應(yīng)需求激勵機(jī)制是驅(qū)動用戶響應(yīng)項目的直接因素。根據(jù)供電企業(yè)管理實(shí)踐經(jīng)驗，可行的響應(yīng)需求激勵機(jī)制包括兩種。一種是通過電力交易中心對用戶停電切換價格進(jìn)行合理評估，另一種是用戶自行申報可中斷用電負(fù)荷和缺電成本[2]。針對后一種方案，不可避免存在用戶策略性多報用電成本的情況，針對該問題，可根據(jù)用戶供電長期用電監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)模型分析同類企業(yè)缺電成本，以此識別、判斷用戶缺電成本合理性，鼓勵用戶上報真實(shí) 成本。

3.5 大規(guī)模清潔能源需求響應(yīng)

在大規(guī)模清潔能源并網(wǎng)時，由于風(fēng)電、光伏發(fā)電具有波動性、隨機(jī)性等特點(diǎn)，給電網(wǎng)調(diào)度造成一定的困難[3]。針對該問題，借助需求響應(yīng)分析平衡清潔能源發(fā)電是切實(shí)可行的解決方案。在大規(guī)模清潔能源并網(wǎng)時，可采用潛在動態(tài)博弈理論實(shí)現(xiàn)供電、用電行為互動。同時，根據(jù)大規(guī)模新能源并網(wǎng)消納需求，可通過大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘不同需求用戶主體用電行為特征，改善用戶分散性、響應(yīng)時間多樣性、響應(yīng)效果不確定性對供電企業(yè)的影響，以此提高電力企業(yè)電力調(diào)度的有效性，確定經(jīng)濟(jì)性合理的商業(yè)運(yùn)營模式。

4 需求響應(yīng)支持技術(shù)

需求響應(yīng)支持技術(shù)由高級測量系統(tǒng)、電能公共服務(wù)平臺、需求響應(yīng)系統(tǒng)和智能用電設(shè)備等組成，其中，高級測量系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)用戶用電信息的自動化采集，電能服務(wù)平臺實(shí)現(xiàn)用電信息采集數(shù)據(jù)集成化、自動化傳輸，需求響應(yīng)系統(tǒng)是對用戶用電需求的響應(yīng)與支持。

4.1 高級測量系統(tǒng)

高級測量系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶用電數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，以此支撐供電企業(yè)業(yè)務(wù)決策。高級測量系統(tǒng)由智能終端層、通信層和主站層組成[4]。

①智能終端層主要包括轉(zhuǎn)變終端、配變終端、低壓集抄終端、需求響應(yīng)終端及變電終端等。智能終端設(shè)備通過傳輸和控制要求進(jìn)行組網(wǎng)，通過集中組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用戶終端數(shù)據(jù)向上集中。

②通信層。通信層主要寬帶電力載波通信、光纖通信、無線專網(wǎng)和公網(wǎng)傳輸電力終端數(shù)據(jù)。

③主站層。主站層包括終端數(shù)據(jù)存儲、業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)展示三個層面，數(shù)據(jù)存儲用于存儲用電終端采集數(shù)據(jù)，與用電終端建立通信連接，滿足大規(guī)模、不同類型終端通信需求。

4.2 電能公共服務(wù)平臺

電能公共服務(wù)平臺包括5個部分，即節(jié)能服務(wù)管理、節(jié)能監(jiān)測與分析、需求響應(yīng)、需求側(cè)考核、有序用電與負(fù)荷管理、能效知識庫等，其中，電能公共服務(wù)平臺建設(shè)的重點(diǎn)是節(jié)能服務(wù)管理、能效監(jiān)測與分析和需求響應(yīng)功能。

5 配電需求響應(yīng)技術(shù)建議措施研究

智能電網(wǎng)背景下，需求響應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用面臨一些突出問題，主要體現(xiàn)為定位不明確、配置資源手段不完善、電能公共服務(wù)平臺建設(shè)滯后、需求響應(yīng)技術(shù)規(guī)范不健全等問題。應(yīng)結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)要求，強(qiáng)化需求響應(yīng)技術(shù)應(yīng)用效能，構(gòu)建基于用戶需求動態(tài)響應(yīng)的電力調(diào)度管理機(jī)制。

5.1 明確需求響應(yīng)定位

在高級測量系統(tǒng)支持下，需求響應(yīng)技術(shù)可滿足用戶自主調(diào)整用電負(fù)荷要求，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)用電自主控制、配網(wǎng)自動響應(yīng)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)電網(wǎng)電力負(fù)荷不可控特性，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)調(diào)度自動化、智能化。針對大規(guī)模清潔能源并網(wǎng)消納要求，可基于需求響應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)峰移峰，實(shí)現(xiàn)用電響應(yīng)與清潔能源供給相適應(yīng)。為深入挖掘需求響應(yīng)技術(shù)潛力，電力行業(yè)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研究和交流，不斷創(chuàng)新需求響應(yīng)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)技術(shù)快速推廣和融合應(yīng)用，提高供電企業(yè)服務(wù)能力和服務(wù)質(zhì)量。

5.2 需求響應(yīng)市場配置資源手段完善

當(dāng)前，我國逐步落實(shí)了峰谷分時電價政策，但峰谷電價執(zhí)行范圍和峰谷價差相對較小，價格杠桿作用不明顯，其激勵作用不顯著，難以發(fā)揮需求響應(yīng)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。針對該問題，應(yīng)合理引入激勵機(jī)制，制定合理的財政、稅收、貸款優(yōu)惠政策，增強(qiáng)需求響應(yīng)激勵政策彈性，切實(shí)發(fā)揮需求響應(yīng)市場配置資源手段導(dǎo)向作用和調(diào)節(jié)作用，形成多方共贏的良好格局。

5.3 完善電能公共服務(wù)平臺

隨著電力供需形勢變化，電力需求側(cè)管理重心應(yīng)從用電管理轉(zhuǎn)向用電效率提升和能效提升方面。電能公共服務(wù)平臺應(yīng)借助智能電網(wǎng)建設(shè)契機(jī)，不斷完善電能公共服務(wù)平臺服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)效果評價，提高電能公共服務(wù)平臺管理實(shí)效性。

5.4 建立需求響應(yīng)技術(shù)規(guī)范

為加快需求響應(yīng)技術(shù)推廣與應(yīng)用，政府應(yīng)從頂層設(shè)計層面制定需求響應(yīng)技術(shù)規(guī)范，明確需求響應(yīng)設(shè)備接口、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，培育標(biāo)準(zhǔn)化需求響應(yīng)技術(shù)集成商，形成電力需求響應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)體系，促進(jìn)需求響應(yīng)技術(shù)成為電力行業(yè)技術(shù)規(guī)范，消除需求響應(yīng)技術(shù)障礙、管理障礙，為需求響應(yīng)項目實(shí)施提供技術(shù)保障和設(shè)備保障。

6 結(jié)語

新時期背景下，智能電網(wǎng)為需求響應(yīng)技術(shù)應(yīng)用和推廣提供了基礎(chǔ)環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)由不可控電力負(fù)荷轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝钥煽兀鰪?qiáng)電力負(fù)荷自適應(yīng)能力。需求響應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用，是電力行業(yè)適應(yīng)清潔能源大規(guī)模并網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)峰移峰的重要變革。在此背景下，電力行業(yè)需求響應(yīng)技術(shù)激勵機(jī)制主要依賴于價格激勵影響用戶用電行為，仍存在激勵效果不佳、作用不明顯等問題，有必要從國家頂層設(shè)計層面，出臺一定的需求響應(yīng)激勵措施，提高需求響應(yīng)技術(shù)應(yīng)用有效性。