面向新型電力系統(tǒng)的負荷聚合商功能界定及其需求響應流程

曾 麟 譚 娟 向運鯤 郭雅格

國網(wǎng)湖南省電力有限公司節(jié)能管理分公司 湖南長沙 410114

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活質量得到了快速提升，隨之而來的社會用電量也極具增加，尖峰時段用電緊張問題進一步加劇；新型電力系統(tǒng)的構建，清潔能源占比將逐漸增大，水力發(fā)電資源基本開發(fā)完成，風光發(fā)電機組占比逐漸增大，風光出力高峰與負荷不同步，高比例新能源接入的電力系統(tǒng)進一步拉大峰谷差，使得負荷尖峰時段電力緊張，負荷低谷時段棄風棄光嚴重，新能源消納困難。

需求響應作為調節(jié)電力系統(tǒng)平衡的重要手段，可以引導用戶參與市場調控，起到削峰填谷的作用，電力用戶也獲得了經(jīng)濟效益。需求側資源在分布上具有離散性，且中小型電力用戶達不到參與需求響應市場的準入門檻，導致中小型用戶電力用戶參與響應的積極性不高，負荷聚合商通過與用戶簽訂合同來實現(xiàn)需求側資源管理，發(fā)掘需求側資源響應潛力，整合需求側資源參與響應。

1 新型電力系統(tǒng)運行特點分析及其需求側調節(jié)資源分類

“十三五”時期，我國經(jīng)濟社會發(fā)展取得巨大成就，居民生活質量水平得到顯著提升，社會用電量極具增加，日峰谷差問題進一步拉大。如圖1所示，峰谷矛盾主要集中在冬、夏兩季，其中冬季最為突出，峰谷差的增大導致電網(wǎng)電力電量平衡困難。面對日益增長的負荷與巨大的峰谷差，在迎峰度夏和度冬期間常采用有序用電或限電舉措。面對高峰時段電力供應不足，低谷時段棄風棄光嚴重等問題，亟須通過友好、經(jīng)濟的負荷調節(jié)方式解決電網(wǎng)供需平衡問題。

圖1 某省2020年月度峰谷差變化

需求響應具有削峰填谷，促進清潔能源消納，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行等能力[1-2]。隨著新型電力系統(tǒng)的構建，需求側靈活資源開始作為調節(jié)電力系統(tǒng)供需矛盾的關鍵。為鼓勵需求側資源主動參與響應，供電公司通過調節(jié)電價以及和電力用戶簽訂激勵合同來改變電力用戶的日常用電習慣。

負荷聚合商作為各類需求響應資源整合及調控的獨立市場主體，基于智能電表對用戶用電在毫秒級、分鐘級、小時級等不同時間尺度上精準采集、感知用戶的負荷功率和用電量，分析其最大負荷、最小負荷、平均負荷、負荷峰谷差等屬性。針對不同負荷響應能力和響應速率，根據(jù)負荷響應時間、實際調用持續(xù)時間等參數(shù)將負荷按時間尺度分為常規(guī)響應資源和動態(tài)響應資源。以需求側調節(jié)資源利用場景、響應性能、補償形式對新型電力系統(tǒng)下需求側調節(jié)資源進行分類設計，如下表1所示。

表1 新型電力系統(tǒng)下需求側可調節(jié)資源分類

2 多元用戶參與的負荷聚合商市場和技術功能界定

2.1 負荷聚合商的市場功能分析

目前我國電力市場以“計劃+市場”雙軌制運行，電力用戶被分為非市場化用戶與市場化用戶，非市場化用戶主要為居民用戶，無法參與電力市場交易，通常由負荷聚合商代理購買計劃電量，并根據(jù)上網(wǎng)標桿電價結算電費；市場化用戶主要為大工業(yè)用戶與一般工商業(yè)用戶，可參與電力市場競價交易，并按出清電價結算。

通常，電力交易中心會根據(jù)電力市場規(guī)則，按時組織電力市場的電力批發(fā)市場和電力零售市場，大工業(yè)用戶可直接參與批發(fā)市場購電，或由負荷聚合商代理參與購電交易，而一般工商業(yè)用戶則必須在零售市場通過負荷聚合商購電。

圖2 負荷聚合商市場功能

如圖2所示，負荷聚合商作為發(fā)電商與電力用戶之間的業(yè)務代理商，所具備的市場功能應概述為以下兩點。

一是代理非市場化用戶購電。針對非市場化用戶，負荷聚合商首先根據(jù)上網(wǎng)標桿電價與計劃發(fā)電簽訂批發(fā)購電合同，再根據(jù)目錄電價與非市場化用戶簽訂零售售電合同[3]。

二是代理市場化用戶參與購售電交易。在批發(fā)市場中，負荷聚合商首先以月電量為交易標的，通過集中競價、雙邊協(xié)商等交易模式進行中長期月度交易，簽訂月度電力交易合同；隨后，在電力中長期月度交易結果公布后，負荷聚合商可參與尖峰需求響應專場，申報所轄用戶的可響應負荷能力及其補償電價。在零售市場中，負荷聚合商接收調度中心的調度指令，在向用戶售電的過程中結合價格型需求響應管理方法或激勵型需求響應管理方法，引導用戶改變習慣用電模式，獲得購售電價差所產(chǎn)生的收益以及專場交易中的補償收益。

2.2 負荷聚合商的技術功能分析——“云—邊—端”結合的調控平臺

由于需求側資源具有分散性及多樣性等特征，在需求響應作用逐漸增大的情況下，如何把需求側資源納入電力系統(tǒng)調度框架并實現(xiàn)快速響應成為重大難題。當前對需求側資源一般采用集中控制方法，即電力系統(tǒng)出現(xiàn)頻率與電壓偏差時，由調度中心下發(fā)調度指令給每個負荷聚合商，然后由各個負荷聚合商對自身控制的需求側資源進行統(tǒng)一調度與控制。因此，負荷聚合商為了能隨時調度與控制其下各類可調負荷，需要在每一個用戶側安裝智能終端實時監(jiān)測系統(tǒng)，能隨時監(jiān)測電網(wǎng)電壓與頻率變化，同時根據(jù)電網(wǎng)功率變化與系統(tǒng)控制指令做出負荷調節(jié)，如圖3所示。此平臺基于CPS系統(tǒng)架構設計理念和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術架構，打造“一硬、一軟、一網(wǎng)絡、一平臺”的云—邊—端用能優(yōu)化體系。“一硬”指用戶側設備的智能感知與控制終端，“一軟”指基于大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算的用能優(yōu)化核心算法軟件包，“一網(wǎng)絡”指用戶負荷的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，“一平臺”指用能優(yōu)化調控系統(tǒng)。負荷聚合商優(yōu)化用能調控系統(tǒng)采用先進信息通信技術，接入“端側”多樣化用戶設備和控制裝置，利用泛在物聯(lián)網(wǎng)，基于狀態(tài)感知、邊緣計算和云邊協(xié)同控制等手段，采取動態(tài)尋優(yōu)控制策略，實現(xiàn)用戶用能的實時優(yōu)化和云邊協(xié)同優(yōu)化。

圖3 “云—邊—端”結合的負荷聚合商優(yōu)化用能調控系統(tǒng)

綜上所述，負荷聚合商其應該具備的技術功能可簡述為：協(xié)助用戶實現(xiàn)計量改造，采集用戶的功率、啟停控制信號、需求響應意愿等信息，挖掘并評估終端用戶需求響應潛力，實時接收電網(wǎng)調度指令，上傳下達響應事件，幫助用戶執(zhí)行響應[4]。

3 負荷聚合商需求響應市場交易流程分析

隨著新能源開發(fā)總量持續(xù)上升，風電、光伏等新能源發(fā)電機組的反調峰特性將難以忽略不計，使尖峰時段電力供應緊張與峰谷差距大等問題更加嚴峻。本節(jié)結合負荷聚合商的市場功能，探討負荷聚合商參與中長期月度市場交易與尖峰需求響應專場交易流程。

3.1 負荷聚合商參與中長期集中競價的交易流程

中長期月度交易采用雙邊集中競價，按高低匹配方式出清，以“價格優(yōu)先、時間優(yōu)先、環(huán)保優(yōu)先”為出清計算原則。市場主體包括火、水、風、光伏等發(fā)電商，大工業(yè)用戶、一般工商用戶等市場化用戶，以及電力交易中心和電力調度機構，具體交易組織流程如圖4所示。

圖4 中長期月度交易流程

3.2 負荷聚合商參與尖峰需求響應專場交易流程

尖峰需求響應專場是針對尖峰負荷時段的交易專場，采用用戶側單邊集中競價交易，統(tǒng)一出清算法進行出清，以“價差優(yōu)先、時間優(yōu)先、環(huán)保優(yōu)先”為出清計算原則，交易組織流程如圖5所示。

圖5 尖峰需求響應專場交易流程

隨著中國電力市場建設的穩(wěn)步推進，市場化電量比例逐漸升高，需求側市場化用戶的占比越來越大，用戶種類逐漸趨向多元化，大工業(yè)、一般工商業(yè)等用戶在市場化環(huán)境中的電力需求響應行為對電力市場和電力系統(tǒng)的影響也越來越大。亟須采取市場手段引導用戶改變自身習慣用電模式，削減或轉移尖峰時段用電負荷，達到削峰填谷、穩(wěn)定電力系統(tǒng)運行的目的。

結語

本文首先分析了某省2020年月度峰谷差，隨著新型電力系統(tǒng)構建，清潔能源占比逐漸增大，峰谷差問題將進一步加劇，電力系統(tǒng)調節(jié)資源由用戶側變?yōu)樾枨髠龋瑥亩鲂枨箜憫c負荷聚合商；同時以需求側調節(jié)資源利用場景、響應性能、補償形式對新型電力系統(tǒng)下需求側調節(jié)資源進行分類設計；然后對負荷聚合商進行界定，明確其市場功能和技術功能；最后分析負荷聚合商參與電力市場的幾種典型場景流程，進一步呈現(xiàn)了負荷聚合商的基本功能與交易形式。