采用負荷控制提高新能源接納能力措施初探

孫 峰，張冠鋒，李家玨，張 濤，劉誠哲

(1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國家電網公司東北分部，遼寧 沈陽 110180)

風能、光伏等新能源是清潔的可再生能源，大力發展新能源對于節能和環保都具有重要的意義。但是，目前東北地區火電機組多，還存在著很高比例的熱電聯產機組，為了滿足東北地區冬季供暖需求，熱電聯產機組運行在“以熱定電”模式，可調節能力降低，嚴重影響新能源的接納。為此，國家電網公司在系統調度運行中優先調度新能源，利用先進運行技術支持新能源消納，2016年國家電網公司消納清潔能源電量11 893億kWh，東北跨省跨區累計外送新能源電量113.02億kWh，同比增長12.07%。

另一方面，需求側響應作為電力市場框架下的重要互動資源，電力系統中帶有需求響應的大容量電熱儲能爐、電鍋爐、礦熱爐、空調等電力負荷逐漸增多，與一般意義上負荷不同的是，這些負荷具有可控性。可控負荷使原本“鋼性”的負荷曲線產生了一定的“彈性”，合理調配可控負荷的負荷曲線可以平抑電力系統負荷曲線的波動幅度，提高系統的調峰能力，提高電力系統對新能源發電的接納能力[1-4]。

本文基于電網可控負荷用電行為分析，結合不同負荷特性及用電時序的不同特點，提出了采用負荷控制提高新能源接納能力的主體思路，并提出了綜合采用電價政策引導措施、雙邊市場交易機制、電網調峰輔助服務手段的負荷控制實現方案，以能夠為后續新能源接納研究工作提供借鑒。

1 負荷用電行為及新能源接納能力分析

隨著電力系統建設規模的不斷擴大，系統中可調控負荷的類型和數量越來越多，所占比例越來越大，將其納入電網調度已是必然?；诳烧{控負荷用電行為引導提升新能源消納能力，是基于大量可控負荷可根據需要調節，在系統負荷低谷時保持高負荷水平運行，在系統負荷高峰時保持低負荷水平運行或停止運行。通過改變其用電時序，達到降低系統峰谷差、釋放系統旋轉備用，更好地應對新能源發電有功出力的波動性。

地區傳統負荷大體上包括重工業、輕工業、農業、商業、居民用電等五種類型，以2016年東北地區為例，針對典型負荷，分析時序行為特性，得出以上五類負荷的時序用電特性，分類負荷時序特性如圖1所示。

圖1 東北地區分類負荷時序特性

可以看出不同類型負荷的時序特性整體上還有很大差異，由于不同類型負荷具有不同用電時序，因此將分析出來的可時間平移的負荷有效控制，將實現全網負荷有效峰谷調節，實現新能源的進一步接納。

另一方面，系統中大容量儲能電站、儲熱電站、電動汽車等新型可控負荷不斷出現，由于具備能量存儲能力，可通過系統負荷低谷時儲能、系統負荷高峰時向電網饋電的運行方式，進一步釋放系統旋轉備用，大幅提高電網新能源消納能力。

基于對負荷用電行為分析，通過掌握不同負荷用電時序及特性，可以通過負荷控制(電價政策引導措施、雙邊市場交易機制、電網調峰輔助服務)的方式來提高電網新能源接納能力。采用負荷控制提高新能源接納能力措施的實施流程如圖2所示。通過負荷控制措施改變負荷用電習慣，靈活配合風電等新能源出力，在一定時間序列內減少或增加用電需求，轉移用電需求，可以實現用電負荷增減或轉移，改變系統負荷用電行為，從而提高新能源接納能力[5-7]。

圖2 采用負荷控制提高新能源接納能力措施的實施流程

2 電價政策引導措施

結合負荷用電行為分析，考慮到冶金制造行業、電動汽車負荷等大負荷的負荷特性和用電習慣，以及大負荷用電時間安排與生產周期、生產品質等生產實際要求的關聯性，可以發現很多負荷運行與時間軸并無絕對的耦合關系，因此采用電價政策引導生產用電習慣是可行的。

依據部分生產時間可調節的大負荷的用電特點，結合全網負荷預測及發電功率預測，基于地區風電、光伏等新能源運行特點，政府可以制定合理用戶電價機制(包括分時電價、實時電價和日前電價)。通過不同時段的電價差，以經濟手段引導和激勵大負荷用戶主動改變自身的用電方式和用電習慣，通過需求側響應的方式，將一部分用電量從高峰時段轉移到平段或低谷時段，在吸納新能源的同時最大限度地調整用電需求時間分布，滿足電網削峰填谷的要求，削弱新能源反調峰特性，提高東北電網新能源接納能力[8](見圖3)。

圖3 電價政策引導大負荷用電促進新能源接納實施方案

3 雙邊市場交易機制

為實現新能源有效接納，以實現負荷控制為目標，實現棄風、棄光電量再利用，建立完善的棄風、棄光雙邊市場交易機制也不失為一種有效的新能源接納實施方案。棄風、棄光電量交易需要多方利益主體參加，包括風電場、光伏電站、電網企業和大容量可控負荷，公開、公平、公正的交易機制是限電利用的重要保障。基于負荷用電行為分析，建立適用于不同類型可控負荷的交易機制，可以實現對新能源電站棄電量的有效消納。

基于負荷控制的棄風、棄光雙邊市場交易機制實施流程如圖4所示，雙邊市場交易由地區政府部門牽頭負責監督管理，地區政府部門與電網企業共同設計制定電力交易市場的市場機制和交易規則，電網企業負責構建雙邊市場交易平臺，交易雙方主體為新能源電站和大負荷用戶。電網企業依據負荷控制預期實施效果，將可預期減少的棄風電量作為交易商品投入市場，明確發電企業認購的發電電價和大負荷用戶規定用電電價收益，采用自由認購的方式進行交易。

電網企業基于電網安全穩定趨勢分析，整合負荷預測數據、在線運行數據、調度計劃數據、現貨交易數據等多源數據，確定風電場棄風電量，根據電力交易機制確定各大負荷用電量的分配方案，確定大負荷用戶年/月/日用電計劃曲線,并監督考核大負荷用戶用電計劃曲線執行情況，維護和確保交易的順利實施，使交易各參與主體利益最大化。同時，電網企業還承擔著棄風、棄光電量分配方案實施后的電網安全校核，保證棄風電量市場交易方案不會威脅電網安全穩定運行[9-10]。

圖4 交易市場提升新能源接納方法

4 電網調峰輔助服務

2016年，東北能源監管局連續出臺《東北電力輔助服務市場專項改革試點方案》、《東北電力輔助服務市場運營規則(試行)》、《運營規則》，其目的是在東北地區建立電力輔助服務分擔共享市場機制，進一步激勵火電企業主動提升調峰能力，充分發揮電供暖、電儲能、可中斷負荷等需求側作用，緩解熱、電之間矛盾，促進風電、核電消納，推進電能替代和火電靈活性改造。

為了提高電網新能源接納能力，制定和完善大負荷用戶參與電網調峰的輔助服務規則，使可控、可調的大負荷用戶參與到電網調峰環節，這也將極大緩解電網調峰和接納新能源的困難。電網調峰輔助服務對象可以是電儲熱、電動汽車設施等可控制、可中斷負荷，也可以是可調整運行工作時間段的冶金制造行業負荷，結合輔助服務政策及經濟上的支持和補貼，鼓勵推動需求側用戶主動參與到電網調峰過程中，不僅可以在用戶需求側發揮消化低谷電力和供熱、供電的作用，而且還將大幅提升地區電網新能源接納能力。

5 結束語

隨著新能源的快速發展，電網接納新能源能力不足越加明顯，而電力系統中存在著大量能與電網友好合作的可平移負荷，基于負荷控制的新能源接納能力提升方法，充分發揮電網側、發電側與用戶側各主體間的協同作用，通過應用電價政策引導措施、雙邊市場交易機制、電網調峰輔助服務手段，可主動改變負荷用戶自身的用電行為，實現負荷有序控制，滿足電網削峰填谷的要求，是解決電網調峰困難，確?！笆濉逼陂g新能源接納的重要途徑。

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