需求側可調節資源分類及負荷聚合商功能探索

劉 行 劉 勇 蔣 磊 張藍宇

湖南電力交易中心 湖南長沙 410000

近年來，隨著國民經濟的高速發展和電能需求的日益增長，我國能源消耗量巨大，電力供應時常偏緊，電力行業的節能減排同樣面臨壓力。國家發改委聯合國家能源局印發了《清潔能源消納行動計劃(2018—2020年)》，國網公司提出能源互聯網戰略落地，將客戶側靈活資源參與電網高效互動作為其中一項重要舉措，要靈活應用好需求側資源，把需求側響應資源作為和供應側資源平等對待，從需求響應等角度促進源網荷儲互動，積極推進電力消費方式變革。2021年，南方某省全社會用電量為2154.54億千瓦時，同比增長11.7%。“十四五”期間，我國用電仍將持續快速增長，電力供需保障形勢十分嚴峻，通過體量巨大需求側可調資源來緩解供需矛盾。由于需求側資源分布廣泛、離散，亟須對需求側資源進行分類，并建立需求側可調節資源庫。負荷聚合商能高效整合分散的需求響應資源，并代理需求側用戶參與中長期購電和需求響應，有效緩解尖峰時段電力供需矛盾。

1 需求側可調節資源分類

1.1 基于行業可調節潛力的需求側資源分類

2021年南方某省工業用電量為1106.94億千瓦時，占比51.37%，是需求側可重點挖掘可調節潛力的對象。根據某省電力用戶606戶數據調查，需求側可調節資源主要集中于工業。其中排名前六的行業分別為：非金屬礦物制品業、金屬制品業、采礦業、有色金屬冶煉和壓延加工業、黑色金屬冶煉和壓延加工業以及化學原料和化學制品制造業。

圖1 需求側可調節資源行業分布圖

不同行業用戶用電設備種類眾多，其可調節潛力各不相同，根據用電設備停電或缺電所引起的損失程度，可將用戶的負荷重要性分為四個等級。安全保障負荷為Ⅰ級，如傳動設備、消防及治安用電設備；主要生產負荷為Ⅱ級，如電爐、水泥磨等；輔助生產性負荷為Ⅲ級，如風機、制冷機組等；非生產性負荷為Ⅳ級，如照明、中央空調等。

對于工業用戶，安全保障負荷是斷電后將會發生危險的負荷，其可調節潛力不在考慮范圍內；主要生產負荷斷電后通常會對產量或生產設備造成影響，輔助生產負荷通常指生產線的輔助設備，這兩類負荷可以根據工藝特性及生產計劃進行調節或中斷；非生產負荷是除上述負荷外的負荷，原則上可以直接中斷；新興負荷主要包括電動汽車與用戶側儲能，屬于直控負荷，安全、響應速度快、可操作性強，在尖峰負荷時段進行調控，效果明顯。

根據各行業的生產特性和設備重要性等級，在保證生產安全和生產條件下，各行業綜合可調控負荷占比如表1所示。

表1 各行業負荷可調控資源

1.2 基于時間尺度的可調節潛力的需求側資源分類

基于不同生產設備的響應時間尺度可對需求側資源進行分類。Ⅰ級負荷響應時間長且不可輕易中斷；Ⅱ級負荷在車間占比大，啟停會影響到車間生產率，響應時間為小時級；Ⅲ級負荷響應時間較短，為分鐘級；Ⅳ級負荷在工業車間占比較小，準備和恢復時間可以達到秒級，可實現瞬時響應。

負荷按照響應時間、實際調用持續時間等參數可以分為以下8類，每類負荷響應能力和響應速率不同，適于參加不同的需求響應項目，具體如表2所示。

表2 基于時間尺度的可調節資源分類

2 面向需求側可調節資源負荷聚合商的市場和技術功能探索

負荷聚合商是在需求響應發展背景下，售電公司通過需求響應管理平臺注冊而成的新興服務企業，是參與需求側響應的主體之一，可聚合3000千瓦及以上需求響應資源，主要職責是作為中間代理商向電力交易中心提供聚合電力用戶的負荷曲線及其他信息，參與需求響應競價交易并簽訂和履行各類交易合同。負荷聚合商在市場功能上提供電力銷售、配電運營等服務，在技術功能上應具備滿足負荷聚合及負荷控制的技術支持手段，可采集用戶全天96點負荷曲線，并實時接收系統指令，精準調控負荷大小。

2.1 負荷聚合商的市場功能探索

電力批發年度交易市場中，負荷聚合商具有售電公司的職責，通過集中競價、雙邊協商等交易模式參與中長期年度交易，由交易中心進行統一磋商和出清，公示負荷聚合商的中標電量以及電價，并將中標電量分解到月、日、時段。

電力批發月/旬/多日交易市場中，當負荷聚合商在年度分解到月的電量的基礎上，通過管理可控負荷，上調月平均功率，增加用戶月度用電電量時，所管轄用戶的實際用電將大于年度合同分解到月的電量，負荷聚合商可作為售電公司，通過集中競價、雙邊協商等交易參與中長期月/旬/多日的電量交易購電。當負荷聚合商在年度分解到月的電量的基礎上，通過管理可控負荷，下調月平均功率，減少用戶月度用電電量時，所管轄用戶的實際用電將小于年度合同分解到月的電量，負荷聚合商作為發電公司，通過集中競價、雙邊協商交易參與中長期月/旬/多日的電量交易售電。

在電力零售市場，負荷聚合商與電力用戶通過雙邊協商方式簽訂年/月/旬/多日售電合同以及需求響應代理協議，按售電合同為用戶提供供電服務；按需求響應代理協議，通過負荷聚合及控制系統組織并監督用戶調整負荷，履行響應職責。最后，負荷聚合商根據年/月/旬/多日的售電合同收取售電費用，根據需求響應代理協議收取參與可調控資源庫收益的15%。

圖2 負荷聚合商市場功能

2.2 負荷聚合商的技術功能探索——“云—邊—端”結合的調控平臺

需求側可調控資源具有分散性及多樣性等特征，在需求資源作用逐漸增大的情況下，把可調控資源納入電力系統調度框架并實現快速響應。當前對可調控資源一般采用集中控制方法，即電力系統出現頻率與電壓偏差時，由調度中心下發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可調控負荷進行統一調度與控制。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測系統，能隨時監測電網電壓與頻率變化，同時根據電網功率變化與系統控制指令做出負荷調節，如圖3所示。

圖3 “云—邊—端”結合的負荷聚合商優化用能調控系統

負荷聚合商優化用能調控系統采用先進信息通信技術，采用“管”的先進信息通信技術，接入“端側”多樣化用戶設備和控制裝置，應用“邊緣計算”技術提升負荷用能優化策略的智能化、自動化，與“云側”負荷聚合商系統進行協同，實現用能優化數據流、能源流、業務流的協調互動。

結語

本文調研了某省2021年工業可調節資源各行業占比，根據用電設備停電或缺電所引起的損失程度，將用戶的負荷重要性分為四個等級，各行業生產設備以不同的重要性等級確定可調節負荷占比，再根據用電設備的響應時間劃分不同時間尺度的可調節負荷資源；由于可調節資源具有分散性及多樣性等特征，引入負荷聚合商整合需求側資源，然后對負荷聚合商進行界定，明確其市場功能和技術功能。