電力市場下負荷集成商參與需求響應(yīng)的策略研究

摘要：在我國電力市場中，負荷集成商可以通過市場側(cè)來完成購電與售電的過程，也可以借助用戶側(cè)提供相應(yīng)的補償電價或者是削減負荷來起到對市場定價的影響。本論文的研究目的主要是為了幫助負荷集成商利用可中斷負荷的方式從而達到降低市場電價的目標(biāo)。通過選取最優(yōu)的中斷負荷時段，希望幫助集成商實現(xiàn)收益最大優(yōu)化，從而找到現(xiàn)階段最優(yōu)的補償電價和調(diào)節(jié)策略。

關(guān)鍵詞：電力市場;負荷集成商;需求響應(yīng)

引言：

所謂的負荷集成商指的是挖掘大大小小的負荷資源的一個市場主體。這些主體可以對接一部分中小容量的用戶，使他們的總體水平能夠達到電力市場的要求，讓他們能夠成為代表參與到響應(yīng)需求的工作中去，并且為其提供一些輔助服務(wù)來達到提升收益的目標(biāo)。國外有很多地區(qū)出臺了做了很多方案和策略，并且結(jié)合到了實際應(yīng)用中去。本論文的研究對象是以我國現(xiàn)階段的電力環(huán)境市場作為基礎(chǔ)，幫助負荷集成商解決相應(yīng)的問題。

一、負荷集成商在電力市場下運營模式

隨著我國下達的電力改革政策，我國的各個地區(qū)也逐步推行了電力改革體制，在新政策的改革下又催生了一批負荷集成商[1]。我國所擁有的負荷集成商的數(shù)量相比較于日本或者是歐美市場，數(shù)量是較少的。但是我國這一小部分也為我國電力系統(tǒng)的安全性，高峰負荷性，還有平衡系統(tǒng)的電量需求等起到了至關(guān)重要的作用。本論文的研究以實例出發(fā)，結(jié)合了幾個實際案例。對我國目前的電力市場情況，以及負荷運營商的情況進行了詳細的闡述。也從另一個角度對我國的負荷集成電商，做了更深層次的說明和解說。

二、電力市場下需求響應(yīng)及其支撐技術(shù)

（一）電力市場下需求響應(yīng)

1.需求響應(yīng)基本定義與分類

依據(jù)需求基本定義是按照用戶的響應(yīng)方式進行分類的，所以依據(jù)此情況，主要分為基于價格型或者激勵的需求響應(yīng)模式

（1）基于價格的需求側(cè)響應(yīng)模式：電力運營商通過對價格策略的調(diào)整，對于用戶用電情況進行適當(dāng)引導(dǎo)，用戶可以根據(jù)不同的價格狀態(tài)自主的選擇用電，這樣一來就實現(xiàn)了用電錯峰的目的。

（2）基于激勵的需求側(cè)響應(yīng)模式：負荷集成商與電力用戶兩者之間簽訂了相應(yīng)的合同之后，如果在用電高峰期電力設(shè)備出現(xiàn)了用電不足的情況下，可以借助事先準(zhǔn)備好的控制設(shè)備對于用戶用電進行限制，之后再調(diào)查該設(shè)備對用戶的用電量縮減了多少，在依據(jù)兩者簽訂的合同對用戶進行照價賠償。這種方式同緊急需求側(cè)無響應(yīng)的服務(wù)商相比，管理模式下的整體形式更加主動，能夠適應(yīng)于國家所制定的標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)實過程中可以將這兩種模式進行結(jié)合使用，

2.電力市場下自動需求響應(yīng)及其應(yīng)用

高級測量體發(fā)展速度越來越快，自動化程度的比重越來越多。需求響應(yīng)必須能夠?qū)τ陔娏η闆r進行實時監(jiān)測，并且具有一定的控制作用。而且還能夠?qū)κ袌鼋灰椎臋C制進行合理規(guī)劃，實現(xiàn)自動化的最優(yōu)調(diào)控模式。自動響應(yīng)和傳統(tǒng)響應(yīng)，兩者之間存在很大的區(qū)別，詳細的區(qū)別可以通過。如圖2-1和圖2-2所示。自動需求響應(yīng)的模式，不需要人工操作，而且還可以結(jié)合具體的市場情況，起到對于市場規(guī)律的協(xié)調(diào)作用，整個運行方式只需要接受外部指令就可以順利運行，并且能夠按照標(biāo)準(zhǔn)要求完成用戶負荷的調(diào)控作用，實現(xiàn)對于負荷曲線的改善。

（二）電力市場下需求響應(yīng)的支撐技術(shù)

為了能夠保證順利地完成設(shè)備的監(jiān)測任務(wù)和控制任務(wù)，設(shè)備的硬件支持必須具有以下幾點：

1.具有一定分布式能源的接入能力。響應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)該能夠同時適用于分布式發(fā)電裝置，儲能裝置，負荷裝置以及微電網(wǎng)裝置的接入，而且還能夠保證這些接入點能夠順利地聯(lián)合起來。

2.互聯(lián)性。各個連接點之間要構(gòu)成一個整體才能夠工作，所以這要求硬件響應(yīng)支撐系統(tǒng)必須具有一定的互聯(lián)性。能夠?qū)崿F(xiàn)在物理層面的連接，或者是利用云端連接的方式創(chuàng)建一個合適的自治區(qū)，保證對于不同分布式的電源，以及電壓或者是其他電力設(shè)備能夠維持在一個持續(xù)性全面態(tài)勢感知的狀態(tài)下。

3.實時可感知性。需求響應(yīng)軟件系統(tǒng)必須能夠在任何情況下，對于所接入的各種設(shè)備，處于什么樣的運行狀態(tài)，能夠達到什么樣的輸出量有一個規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，之后再結(jié)合大數(shù)據(jù)，以及技術(shù)對于用戶用電的特征進行分析。

4.即插即用性。需求響應(yīng)硬件支撐系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式發(fā)電裝置，儲能裝置和負荷管理設(shè)備的即插即用，實現(xiàn)能源共享網(wǎng)絡(luò)的信息及時傳遞，同時減少繁瑣的接入設(shè)備配置等。

5.智能性。響應(yīng)支撐系統(tǒng)本身具備計算能力，這樣才能夠在沒有連接網(wǎng)絡(luò)的情況下，實現(xiàn)預(yù)先策略和對儲存能源的利用情況做出正確的判斷。

三、基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電價預(yù)測模型研究

（一）采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電價預(yù)測模型

美國目前所使用的定價策略，是以小時為單位進行出清的。在這種狀態(tài)下每過一個小時就會有出臺一個新的出行電價。之后再結(jié)合公司現(xiàn)階段的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，找出電價均值和整體負荷水平兩者之間存在的線性關(guān)系即：

上式中，Kt是電價負荷系數(shù)，是t時段基礎(chǔ)負荷，bt是一個常數(shù)項，是時段現(xiàn)貨白價。依據(jù)該公式計算得出，不同的時間段之間存在差異的大小完全隨著負荷變化進行改變，那么這樣一來就可以不同時期的負荷量的多少，計算相對應(yīng)時間的電價值。但是這種計算方式還是存在一些漏洞，最后所得出的電價值結(jié)果十分平穩(wěn)，并不能真正的得出某些特殊情況的電價。在實際應(yīng)用的過程中，如果負荷出現(xiàn)變化，那么編輯組也會對電價進行一定的調(diào)整。后面經(jīng)過大量的分析和計算過程中，不難發(fā)現(xiàn)電價之所以升高會與上一段時間的高負荷差存在很大的聯(lián)系。造成這一現(xiàn)象的原因主要是用，如果負荷差過高的話機組的爬坡影響也很大的影響，會導(dǎo)致其出現(xiàn)匱乏的情況。對于電價和負荷差兩者存在密切關(guān)系的現(xiàn)象，我們必須要進行解決，如果某一時段和上一時段之間兩者的差距超過了8%，那么就必須考慮負荷差和電價之間的影響關(guān)系，那么公式中就必須加入負荷差變量，即：

上式中，是電價負荷系數(shù)，是電價負荷差系數(shù)，是t-1時段基礎(chǔ)負荷。

（二）基于回歸分析的電價預(yù)測線性模型

多元線性回歸預(yù)測法是諸多預(yù)測方法中比較通俗直觀的方法，而利用多元線性回歸預(yù)測法進行預(yù)測，關(guān)鍵在于確定多元線性回歸方程。假設(shè)Y為因變量，Xj（j=1，2，…，m）為自變量，則多元線性回歸預(yù)測方程可表示為：

式中為待定系數(shù)。可以看出在多元線性回歸方程中，一旦待定系數(shù)確定，那么方程也就確定。為建立多元線性回歸預(yù)測方程，需要掌握一定時期內(nèi)因變量和自變量的實際數(shù)據(jù)，若知道n期因變量的實際數(shù)據(jù)y（y1，y2，…，yn）

在以上的分析過程中，本論文詳細的分析了不同因素影響下對于電價之間的波動影響。經(jīng)過多種計算，我們選擇利用多元性回歸方式來構(gòu)建清算電價預(yù)測模型，輸入的參考因素主要是以上述所闡述的因素為主，并且結(jié)合以下假定。

a）歷史總在不間斷的重復(fù)，這也是模型的重現(xiàn)原理。

b）對電價的清算涵蓋完了，從開始到現(xiàn)在，關(guān)于價格的全部內(nèi)容，價格出現(xiàn)波動是因為新出現(xiàn)的其他因素所導(dǎo)致的。

根據(jù)上述參數(shù)內(nèi)容，我們在對模型輸入時所選取的變量是，為期為一周的負荷，以及檢測容量。關(guān)于企業(yè)自身市場核定值的輸入量是前一天的，阻塞水平以及歷史清算電價的輸入量是三個，分別是一周以前，兩天以前，一天以前。（在所有的輸入量和輸入完畢確定之后，接下來便對模型中的待定參數(shù)進行確定，主要操作步驟如下所示。

a）對所取得的歷史信息進行校對，

b）帶入方程組（3.5），形成式（3.6）;

c）借助最小平方法，形成式（3.11），求得待定系數(shù)B。

當(dāng)系數(shù)幣準(zhǔn)備完畢確定之后，把它帶入方程（3.3），再結(jié)合所確定的自變量數(shù)據(jù)，接下來就可以順利的實施對于市場預(yù)測電價的清算。

到這一步，需要著重考慮的就是，本次模型所選取的所有待定數(shù)據(jù)會出現(xiàn)一定的變化，如果最終所得到的結(jié)果與實際偏差出現(xiàn)較大的情況，那么就需要對樣本進行推翻重新學(xué)習(xí)，從而對于待定系數(shù)進行更新，保證模型的準(zhǔn)確度。

四、電力市場下負荷集成商參與需求響應(yīng)控制策略

（一）多目標(biāo)優(yōu)化控制策略

要標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合一定的情況來進行需求響應(yīng)，可以很大程度的幫助新能源實現(xiàn)節(jié)約，起到一定的改善負荷曲線的作用，而且可以減少不必要的電費支出。但是如何保證需求響應(yīng)話所發(fā)揮出來的效果都是最優(yōu)化的，這是需要從多個方面共同進行優(yōu)化的問題。一般的MOP由n個變量參數(shù)、m個目標(biāo)函數(shù)和k個約束條件組成，目標(biāo)函數(shù)、約束條件與變量之間是函數(shù)關(guān)系，數(shù)學(xué)定義如下：

（二）分層控制策略

關(guān)于負荷群參與需求控制的研究過程中，有一部分文獻使用參考了負荷聚合商（Loadaggregator，LA）的概念，進行分層的標(biāo)準(zhǔn)是依照控制架構(gòu)進行分層的，也許他們的方法他們將其分成了三層：頂層也就是系統(tǒng)的調(diào)度曾，是整個電網(wǎng)控制的中心所在。中層也就是集群負荷控制層，這一層的作用是負荷聚合層，底層也就是可控設(shè)備控制層是負荷群。他們將研究重點放到了中層上，中層可以與上下層都起到一定的連接作用，他們?yōu)榱烁臃奖阌谘芯浚謱⒅袑訁^(qū)控制對象的不同區(qū)分成了兩層，一層是對電網(wǎng)控制中心與負荷聚合商之間設(shè)計控制策略;下層負荷聚合商對負荷群進行控制。通過這兩個層次之間的特點，進行不同的優(yōu)化，希望能夠借助逐層優(yōu)化的方式，提升整個結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

參考文獻：

[1]王寶，葉斌，朱劉柱，郝潔，葉彬，程清潔，高賜威.市場環(huán)境下我國電力需求響應(yīng)實踐與探索[J].電力需求側(cè)管理，2021，23（05）：91-95.

作者簡介：張騏遙，男，漢族，江西贛州，1990年8月13日，碩士研究生、工程師，廣東電網(wǎng)能源投資有限公司，（510000），研究方向：電力市場交易、光伏、儲能項目投資運營、大數(shù)據(jù)智慧能源平臺建設(shè)。