新能源電力系統(tǒng)中需求側(cè)響應(yīng)關(guān)鍵問(wèn)題及未來(lái)研究展望

彭程 成福明 姜春凱 周豪

摘 要 在我國(guó)社會(huì)發(fā)展的新形勢(shì)下，我國(guó)的能源發(fā)展方式也需要隨之進(jìn)行積極的調(diào)整。在本文中，將就新能源電力系統(tǒng)中需求側(cè)響應(yīng)關(guān)鍵問(wèn)題及未來(lái)研究展望進(jìn)行一定的分析。

關(guān)鍵詞：新能源電力系統(tǒng);需求側(cè)響應(yīng);關(guān)鍵問(wèn)題;未來(lái)研究;

引言

隨著我國(guó)近年來(lái)的發(fā)展，氣候變化以及能源減少問(wèn)題逐漸凸顯，在滿足社會(huì)發(fā)展需求的情況下開(kāi)展新能源的開(kāi)發(fā)，已經(jīng)成為了我國(guó)能源工作中未來(lái)面對(duì)的一項(xiàng)重要問(wèn)題。同傳統(tǒng)能源不同，新能源具有著較強(qiáng)的隨機(jī)性，且將受到環(huán)境的影響，為了能夠更好的做好新能源開(kāi)發(fā)，就需要做好其需求側(cè)響應(yīng)問(wèn)題的研究。

一、新能源電力系統(tǒng)的特征

1、雙側(cè)隨機(jī)性。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，規(guī)劃或運(yùn) 行決策僅主要考慮來(lái)自負(fù)荷的不確定性。然而，在新能源電力系統(tǒng)中，間歇性發(fā)電所占比例較高，因此電力系統(tǒng)在供需雙側(cè)都呈現(xiàn)出顯著的隨機(jī)性特征。

2、不可控性。電力系統(tǒng)是一個(gè)受控設(shè)備眾多、分布廣泛、控制精度要求高、未知擾動(dòng)多的復(fù)雜系統(tǒng)。新能源發(fā)電的進(jìn)入使電力系統(tǒng)總發(fā)電單位數(shù)量大幅度增長(zhǎng)，系統(tǒng)中可調(diào)度容量與可調(diào)度電力所占比例大幅度降低，隨機(jī)擾動(dòng)性進(jìn)一步增強(qiáng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的可控性降低，安全風(fēng)險(xiǎn)增大。

3、整體性。新能源電力系統(tǒng)中，隨著新能源發(fā)電比例的上升，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)“發(fā)輸配售用”的功能界限將逐漸趨于模糊。利用可控發(fā)電機(jī)組和需求側(cè)響應(yīng)（DR）技術(shù)應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)性，可以形成多能源互補(bǔ)的協(xié)同機(jī)制，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷多元協(xié)調(diào)，從而使得整個(gè)電力系統(tǒng)成為一個(gè)不可分割的整體。

4、智能性。在智能電網(wǎng)的宏觀背景下，新能源電力系統(tǒng)的諸多環(huán)節(jié)，例如：新能源發(fā)電并網(wǎng)消納、電動(dòng)汽車與儲(chǔ)能、DR等，都需要建立在先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò) 信息系統(tǒng)、智能控制與管理系統(tǒng)以及大數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算等技術(shù)的基礎(chǔ)上。因此，整個(gè)新能源電力系統(tǒng)表現(xiàn)出很強(qiáng)的智能性特征。

二、需求側(cè)資源及分類

1、按照用戶類別，可以劃分為居民負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷和其他負(fù)荷。

2、按照響應(yīng)特性，可以分為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷、可平移負(fù)荷和可削減負(fù)荷?？赊D(zhuǎn)移負(fù)荷可在特定周期內(nèi)總用電量不變，而各時(shí)段的用電量可靈活調(diào)節(jié)，這類資源包括電動(dòng)汽車換電站以及冰蓄冷儲(chǔ)能等;可平移負(fù)荷通常受生產(chǎn)生活流程約束，只能將用電曲線在不同時(shí)段間平移，這類資源包括工業(yè)流 水線設(shè)備等;可削減負(fù)荷是指可根據(jù)需要對(duì)用電量進(jìn)行部分或全部削減的負(fù)荷，這類資源包括居民空調(diào)、大型洗衣和農(nóng)村灌溉設(shè)備等。

3、按照能量流向，可以劃分為雙向互動(dòng)資源和單向可調(diào)節(jié)資源。前者是指具有一定電能輸出功能的廣義負(fù)荷，而后者則是在運(yùn)行時(shí)間或用電功率上具有一定可控性的純用電單元。

4、按照調(diào)節(jié)目標(biāo)，可以分為削峰型資源和削 峰填谷型資源。削峰型資源可以在用電高峰期直接 減少電力消費(fèi)量，但改變不涉及高峰期以外的其他時(shí)段;削峰填谷型資源則可將部分高峰用電負(fù)荷推遲或轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)間段。

三、需求側(cè)相應(yīng)（DR）支持技術(shù)

1、信息通信技術(shù)。信息通信是指在連接的系統(tǒng)間，通過(guò)模擬或數(shù)字信號(hào)調(diào)制手段對(duì)各類信息實(shí)現(xiàn)電子傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)。需求側(cè)管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)必須借助遠(yuǎn)方通信手段支持。當(dāng)前采用的遠(yuǎn)方通信技術(shù)主要包括：電力線寬帶網(wǎng)絡(luò)、電力線載波、固定無(wú)線 電網(wǎng)絡(luò)以及專用公共網(wǎng)絡(luò)等。

2、智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)是確保DR信號(hào)在用戶側(cè)得以落實(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵。典型的智能 控制設(shè)備主要包括雙向智能表計(jì)、智能電器及插座、智能用電終端、智能用電信息管理技術(shù)等。借助這些設(shè)備，系統(tǒng)運(yùn)行者可以對(duì)負(fù)荷控制和DR實(shí)施集 中控制，還可以對(duì)執(zhí)行效果進(jìn)行必要的確認(rèn)。

3、高級(jí)量測(cè)技術(shù)。高級(jí)量測(cè)是用于測(cè)量、收集、儲(chǔ)存、分析和運(yùn)用用戶用電信息的新型信息技術(shù)，一般由智能電表、通信網(wǎng)絡(luò)、量測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和相關(guān)接口等部分組成。利用高級(jí)量測(cè)技術(shù)，電網(wǎng)公司可以對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控與管理，用戶的用電信息可被實(shí)時(shí)采集分析并在電力公司與用戶之間獲得雙向通信。通過(guò)指導(dǎo)用戶進(jìn)行合理用電，可以有效實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的互動(dòng)操作。

四、新能源電力系統(tǒng)中DR關(guān)鍵問(wèn)題

1、兼容DR的綜合資源規(guī)劃技術(shù) 科學(xué)的規(guī)劃策略是確保DR效益能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)和先決條件。對(duì)于新能源電力系統(tǒng)，將供應(yīng)側(cè)和DR資源統(tǒng)籌考慮，依照特定的策略實(shí)施綜合資源規(guī)劃，可以在限制新能源發(fā)電規(guī)?；尤雽?duì)電力系統(tǒng)負(fù)面影響的同時(shí)，充分發(fā)揮DR的作用。 DR的引入使得規(guī)劃建模必須充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的多樣性，但由于新能源電力系統(tǒng)存在雙側(cè)隨機(jī)特性，這將使模型在求解方面的難度大大增加。因此，針對(duì)上述含不確定性優(yōu)化問(wèn)題的高效求解算法同樣成為當(dāng)前研究著重探討的相關(guān)課題。

2、需求側(cè)負(fù)荷的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中，DR資源可有效補(bǔ)充常規(guī)機(jī)組快速調(diào)節(jié)能力的不足，并用于參與電網(wǎng)穩(wěn)定或調(diào)頻控制。與集中調(diào)控方式相比，通過(guò)聚合方式 接入的DR資源通常需要更為復(fù)雜的控制技術(shù)。從目前情況看，該方面的研究主要集中在單一DR資源的控制策略設(shè)計(jì)以及多種DR資源的協(xié)調(diào)配合這2個(gè)方面。對(duì)于前者，現(xiàn)有文獻(xiàn)針對(duì)各類潛在DR資源提出了各具特點(diǎn)的控制策略。常用的控制目標(biāo)包括平抑新能源發(fā)電波動(dòng)、提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性或安全裕度等。相關(guān)研究表明，借助合理的調(diào)控策略，DR資源能夠有效平抑新能源發(fā)電波動(dòng)，提高系統(tǒng)應(yīng)對(duì)外部不確定性的能力。

3、新能源電力系統(tǒng)中DR的效益評(píng)價(jià)在新能源電力系統(tǒng)環(huán)境下，實(shí)施DR能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)地各個(gè)環(huán)節(jié)帶來(lái)可觀的效益：對(duì)于電網(wǎng)公司，有效降低新發(fā)電并網(wǎng)帶來(lái)的不利影響，延緩擴(kuò)容建 設(shè)需求，同時(shí)，改善電網(wǎng)資產(chǎn)利用率;對(duì)于發(fā)電商，可以降低機(jī)組的調(diào)峰成本和發(fā)電碳排放;對(duì)于用戶，通過(guò)參與DR可減少自身用電支出，甚至獲得額外經(jīng)濟(jì)收益;對(duì)于全社會(huì)，源荷互動(dòng)可促進(jìn)新能源發(fā)電并網(wǎng)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)真正意義上的電能低碳化。

五、未來(lái)研究方向

1、健全技術(shù)支撐體系，夯實(shí)支撐技術(shù)一是引入智能化采集、量測(cè)技術(shù)，因地制宜制定用電信息采集技術(shù)發(fā)展路線，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類用戶用電 信息采集的“全覆蓋、全采集”滿足不同業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和智能應(yīng)用需求;二是升級(jí)調(diào)度控制技術(shù)，提升系統(tǒng)調(diào)度能力，升級(jí)、開(kāi)發(fā)相關(guān)軟件;三是引入用戶用能設(shè)備控制技術(shù)，推動(dòng)用戶用能設(shè)備控制技術(shù)與智能工業(yè)生產(chǎn)、智能樓宇、智能家居等方面的融合。

2、建立投資促進(jìn)機(jī)制，確保DR資源充裕性面對(duì)新能源的大規(guī)模接入，系統(tǒng)需要充足的DR資源才能有效保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。 一是建立投資促進(jìn)工作體系，在新能源富集區(qū)，將針對(duì)新能源并網(wǎng)的DR項(xiàng)目?jī)?yōu)先納入政府推進(jìn)計(jì)劃，授權(quán)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)DR項(xiàng)目的具體實(shí)施，并對(duì)其實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)和考核;二是建立投資補(bǔ)貼機(jī)制，以基金方式對(duì)針對(duì)新能源并網(wǎng)的DR項(xiàng)目進(jìn)行一次性投資補(bǔ)貼;三是引入市場(chǎng)化項(xiàng)目投資機(jī)制，采用合同能源管理方式推動(dòng)DR項(xiàng)目投資，建立風(fēng)險(xiǎn)與收益雙方均攤機(jī)制。

3、完善經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)制，提高用戶參與積極性建立對(duì)DR資源提供輔助服務(wù)的補(bǔ)償機(jī)制，充分調(diào)動(dòng)用戶參與的積極性。一是建立涵蓋DR資源的輔助服務(wù)分擔(dān)共享機(jī)制，適應(yīng)新能源并網(wǎng)條件下系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)新要求，完善DR項(xiàng)目的輔助服務(wù)考核機(jī)制和補(bǔ)償機(jī)制;二是適時(shí)建立涵蓋DR資源的輔助服務(wù)市場(chǎng)，針對(duì)新能源并網(wǎng)運(yùn)行特性，在條件成熟時(shí)建立供需雙向投標(biāo)的輔助服務(wù)交易機(jī)制，通過(guò)市場(chǎng)化手段進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)各類DR資源的輔助服務(wù)價(jià)值。

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