智能電網背景下用電需求響應關鍵技術研究探討

郝鵬超

（中國航空規劃設計研究總院有限公司）

1 引言

在智能電網建設背景下，基于需求響應機制的用電需求關鍵技術廣泛應用到電網企業電力供應中，并取得了良好的應用成果。本文結合國內外文獻成果和用電需求響應機制，深入研究智能電網背景下用電需求響應關鍵技術，以期為電力企業智能化建設提供有益的參考。

2 電網系統需求響應內涵分析

電網需求響應是指電力用戶根據價格信號或激勵機制作出響應，并改變固有用電模式的用電行為。用電用戶需求響應是對電力企業激勵措施的響應行為，是用戶對自身用電行為調整負荷而發生變化。

隨著風電、光伏發電等清潔能源并網，不僅可以有效緩解發電、輸電容量擴建步伐，也實現了供電、發電新型用電關系的形成和發展。隨著信息技術與智能電網深度融合，需求側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機制，以價格信號和激勵措施強化需求側在電力市場競爭中的作用，合理優化供應側與需求側之間的關系，有利于構建靈活、互動的智能電網供、需新型關系。在智能電網新型關系中，靈活和互動是需求響應機制的重要特征。靈活包含兩個層面含義。

①快速響應市場變化和客戶需求。能夠對市場需求快速做出響應，并依據用戶個性化需求提供增值服務；

②滿足新能源并網消納需求。針對大規模風電、光伏發電并網削峰并網要求，單純采用傳統發電平衡電網波動耗能較大，且導致電力企業成本上升。根據國內外研究成果表明，以需求側匹配供電功率，能夠起到良好的削谷平峰作用，保障用電平穩。

3 電網需求響應機制及關鍵技術研究

3.1 需求響應技術及實現

根據需求響應技術方式差異，可將需求響應驅動分為基于價格的需求響應和基于激勵的需求響應。基于價格驅動的需求響應中，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，國內外研究中，部分研究建立相關模型研究用戶對電力價格需求響應特征。在基于激勵響應研究中，多采用響應速度、響應持續時間、響應頻率和響應通知時間等指標研究中斷負荷、直接負荷控制等響應特性[1]，部分專家學者借助回歸模型研究電力用戶在不同激勵條件下響應行為機制。

3.2 需求響應目標多層次響應

針對不同需求主體進行需求響應時，應根據需求響應項目、響應決策變量、約束條件進行優化處理。決策變量是影響響應決策的負荷消減量、消減時間和直接負荷控制策略。目標函數主要為發電最小網損、需求激勵補償最小和供電企業效益最大化。基于價格因素需求響應決策時，決策變量應符合削谷平峰電價政策要求，以日負荷曲線最大峰荷最小化和日負荷曲線峰谷差最小化為控制目標，并綜合用戶滿意度因素進行綜合性決策。當用戶接收到供電企業供電需求響應項目要求時，可通過智能終端或能量管理系統對生產生活活動進行合理安排，從整體來看，用戶調整成本主要包括購電成本、服務成本和停電成本，工業用戶對供電連續性要求較高，在供電需求響應時需要綜合考慮設備連續性、生產班制等因素進行綜合性決策，商業用戶電能消耗一般商業建筑用電為主，其用電連續性要求相對較低，用電調整靈活性較高，可根據供電測激勵政策為用戶提供經濟性最高的用電調度方案。居民用戶可通過電價和激勵信號調整家用電器用電使用區段。

3.3 需求響應效益評估

基于供給側和需求側精確對接，以響應側調整電力市場運行參數，提高了電力市場資源利用效益，有利于平衡供需關系。需求響應項目效益主要為用戶參與項目而節省的電費、經濟補償和用電成本降低，也包括因參與項目獲得的公共效益、自然效益和外延效益。對需求響應效益進行評估時，應從時間、主體、項目等多維度進行效益評估，實現項目實施整體效益量化。

3.4 響應需求激勵機制

響應需求激勵機制是驅動用戶響應項目的直接因素。根據供電企業管理實踐經驗，可行的響應需求激勵機制包括兩種。一種是通過電力交易中心對用戶停電切換價格進行合理評估，另一種是用戶自行申報可中斷用電負荷和缺電成本[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，可根據用戶供電長期用電監測數據，基于大數據模型分析同類企業缺電成本，以此識別、判斷用戶缺電成本合理性，鼓勵用戶上報真實 成本。

3.5 大規模清潔能源需求響應

在大規模清潔能源并網時，由于風電、光伏發電具有波動性、隨機性等特點，給電網調度造成一定的困難[3]。針對該問題，借助需求響應分析平衡清潔能源發電是切實可行的解決方案。在大規模清潔能源并網時，可采用潛在動態博弈理論實現供電、用電行為互動。同時，根據大規模新能源并網消納需求，可通過大數據技術挖掘不同需求用戶主體用電行為特征，改善用戶分散性、響應時間多樣性、響應效果不確定性對供電企業的影響，以此提高電力企業電力調度的有效性，確定經濟性合理的商業運營模式。

4 需求響應支持技術

需求響應支持技術由高級測量系統、電能公共服務平臺、需求響應系統和智能用電設備等組成，其中，高級測量系統主要實現用戶用電信息的自動化采集，電能服務平臺實現用電信息采集數據集成化、自動化傳輸，需求響應系統是對用戶用電需求的響應與支持。

4.1 高級測量系統

高級測量系統主要功能是實現用戶用電數據統一采集、監控和數據分析，以此支撐供電企業業務決策。高級測量系統由智能終端層、通信層和主站層組成[4]。

①智能終端層主要包括轉變終端、配變終端、低壓集抄終端、需求響應終端及變電終端等。智能終端設備通過傳輸和控制要求進行組網，通過集中組網實現用戶終端數據向上集中。

②通信層。通信層主要寬帶電力載波通信、光纖通信、無線專網和公網傳輸電力終端數據。

③主站層。主站層包括終端數據存儲、業務應用、數據展示三個層面，數據存儲用于存儲用電終端采集數據，與用電終端建立通信連接，滿足大規模、不同類型終端通信需求。

4.2 電能公共服務平臺

電能公共服務平臺包括5個部分，即節能服務管理、節能監測與分析、需求響應、需求側考核、有序用電與負荷管理、能效知識庫等，其中，電能公共服務平臺建設的重點是節能服務管理、能效監測與分析和需求響應功能。

5 配電需求響應技術建議措施研究

智能電網背景下，需求響應關鍵技術應用面臨一些突出問題，主要體現為定位不明確、配置資源手段不完善、電能公共服務平臺建設滯后、需求響應技術規范不健全等問題。應結合智能電網建設要求，強化需求響應技術應用效能，構建基于用戶需求動態響應的電力調度管理機制。

5.1 明確需求響應定位

在高級測量系統支持下，需求響應技術可滿足用戶自主調整用電負荷要求，實現需求側用電自主控制、配網自動響應，轉變傳統電網電力負荷不可控特性，實現配網調度自動化、智能化。針對大規模清潔能源并網消納要求，可基于需求響應技術實現電力系統調峰移峰，實現用電響應與清潔能源供給相適應。為深入挖掘需求響應技術潛力，電力行業企業應加強技術研究和交流，不斷創新需求響應技術體系，實現需求響應技術快速推廣和融合應用，提高供電企業服務能力和服務質量。

5.2 需求響應市場配置資源手段完善

當前，我國逐步落實了峰谷分時電價政策，但峰谷電價執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，難以發揮需求響應技術應用優勢。針對該問題，應合理引入激勵機制，制定合理的財政、稅收、貸款優惠政策，增強需求響應激勵政策彈性，切實發揮需求響應市場配置資源手段導向作用和調節作用，形成多方共贏的良好格局。

5.3 完善電能公共服務平臺

隨著電力供需形勢變化，電力需求側管理重心應從用電管理轉向用電效率提升和能效提升方面。電能公共服務平臺應借助智能電網建設契機，不斷完善電能公共服務平臺服務內容和服務效果評價，提高電能公共服務平臺管理實效性。

5.4 建立需求響應技術規范

為加快需求響應技術推廣與應用，政府應從頂層設計層面制定需求響應技術規范，明確需求響應設備接口、協議標準等內容，培育標準化需求響應技術集成商，形成電力需求響應技術創新產業體系，促進需求響應技術成為電力行業技術規范，消除需求響應技術障礙、管理障礙，為需求響應項目實施提供技術保障和設備保障。

6 結語

新時期背景下，智能電網為需求響應技術應用和推廣提供了基礎環境，可實現需求響應由不可控電力負荷轉變為柔性可控，增強電力負荷自適應能力。需求響應技術的應用，是電力行業適應清潔能源大規模并網、實現電力系統調峰移峰的重要變革。在此背景下，電力行業需求響應技術激勵機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計層面，出臺一定的需求響應激勵措施，提高需求響應技術應用有效性。