能源互联网中综合需求侧响应的关键问题及展望

林垠 高亚洲 张超

摘要：我国能源发展方式主要是受到节能减排以及化石能源短缺问题影响，因此需要对其进行全面调整转型。随着不断应用的新能源发电模式，逐渐将我国传统电网转化为新能源电力系统方向，明显影响着电力系统的运行控制。新能源电力系统中需求侧响应能够有效刻度系能源的间接性问题，不断加强电网对于新能源的利用效率，有效提升荷源互动以及协调等。本文将简析能源互联网中综合需求侧响应的关键问题及展望，并提出个人见解。

关键词：能源互联网;综合需求侧响应;关键问题;展望

一、新能源电力系统具有以下特征

1）双侧随机性。在传统电力系统中，规划或运行决策仅主要考虑来自负荷的不确定性。然而，在新能源电力系统中，间歇性发电所占比例较高，因此电力系统在供需双侧都呈现出显著的随机性特征。

2）不可控性。电力系统是一个受控设备众多、分布广泛、控制精度要求高、未知扰动多的复杂系统。新能源发电的进入使电力系统总发电单位数量大幅度增长，系统中可调度容量与可调度电力所占比例大幅度降低，随机扰动性进一步增强，从而导致系统的可控性降低，安全风险增大。

3）整体性。新能源电力系统中，随着新能源发电比例的上升，传统电力系统“发输配售用”的功能界限将逐渐趋于模糊。利用可控发电机组和需求侧响应（DR）技术应对新能源发电的随机波动性，可以形成多能源互补的协同机制，实现源网荷多元协调，从而使得整个电力系统成为一个不可分割的整体。

4）智能性。在智能电网的宏观背景下，新能源电力系统的诸多环节，例如：新能源发电并网消纳、电动汽车与储能、DR等，都需要建立在先进的网络信息系统、智能控制与管理系统以及大数据处理、云计算等技术的基础上。因此，整个新能源电力系统表现出很强的智能性特征。

由于上述特征的存在，单纯依赖供应侧资源的模式要满足新能源电力系统运行可靠、安全、经济、高效的要求是十分困难的，因此必须挖掘新的可用资源，在实现上述目标的前提下，促进新能源的高效利用。DR作为一类市场化运作手段，通过鼓励电力用户主动改变自身用电行为，达到与供应侧资源相同的效果。作为虚拟的可控资源，DR可与多种发电类型结合，有效克服因新能源发电随机性及其与用电活动的时间不匹配性对电力系统运行造成的不利影响。

二、未来能源互联网中综合需求侧响应的关键问题

（一）支持技术问题

在未来能源互联的多能源网络系统中，IDR 需要借助一系列的支持技术才能够实现，主要包括多能流置换技术、多能源智能管理技术以及综合用能预测分析技术。

1、多能流置换技术。

多能流置换是实现用户能源消费具有可选择性的重要途径。能源集线器（energy  hub，EH）是实现多能流汇聚输入、置换输出以及多能互补利用的关键设备。国内外已经针对能源集线器展开了比较深入的研究。一方面，是先进电力电子技术在能源集线器中的应用，交直流配网下电力电子变压器、固态变压器作为能源集线器的核心技术之一，能够实现储能/ 电动汽车（EV）、分布式光伏以及其他分布式交流电机的接入，能够提供类似于 USB 的网络接口，保证各类型能量单元的即插即发，实现多类型分布能源的高效利用，日本“数字电网”以及美国 FREEDM 都提出了依托于上述设备的未来能源网络的构想。

另一方面，集中在能源集线器自身架构的设计和基于能源集线器的用能行为优化。

但对于能源集线器的基本结构仍没有统一的认识，目前主要包括小型热电联产（combined  heat  and  power，CHP）、电储能、电锅炉等，多能流置换也多集中在气-电置换。由于不同地区不同用户的用能需求都存在差异，应该根据用户实际的用能需求，确定能源集线器中各类型设备的组合方案和容量配比。因此，未来能源集线器应该向模块化的方向发展，具备开放式的体系架构，能够提供即插即用的模块接口，从而提高能源集线器设备利用效率。以能源集线器为节点的区域多能源系统规划是未来区域能源互联网研究的关键点之一。

2、综合用能特性预测分析技术。

在能源互联网背景下，用户的角色将逐步从单向的能源消费者向双向的生产消费者转变，用户的综合用能特性是其能量生产与消费单元自平衡后的外部表现特征。因此，对于用户综合用能特性的分析，应主要包括两个方面，一方面是各类型分布式能量单元出力预测，另一方面是用户基本用能需求以及可调控潜力分析。

（二）IDR 资源的协同运行机制问题

IDR 资源是能源互联网运行调控过程中的重要可控资源，是实现能源系统“源-网-荷-

储”协同的关键。能源互联网相关概念提出后，关于IDR资源协同优化机制的研究就已经展开，目前主要集中在用户层面和系统层面。在用户层面，相关研究主要集中在多能源市场条件下能源市场价格对各市场主体行为的影响分析。通过多主体效益建模，构建涵盖售电主体，售气主体和用户的三方博弈模型，通过模型的纳什均衡结果分析各参与主体的行为策略。部分研究还引入了碳交易市场，进一步分析碳排放约束对用户综合用能行为以及用户用能效益的影响。但对于用户用能需求的建模基本没有考虑用户不同能源需求之间的可替代性，没有对不同类型能源需求的关联性进行分析。在系統层面，相关研究主要集中在 IDR 资源对系统整体运行成本或者综合能源利用效率的影响分析，多以系统运行成本最小为目标对多能源网络的运行控制策略进行建模分析，但在 IDR 资源建模过程中考虑的影响因素较少，并且多数仍是从电力系统的角度出发，只是分析了其他形式的能源供给对电力负荷的优化结果，基本没有考虑 IDR 实施对其他能源系统运行的影响。

三、浅谈能源互联网中综合需求侧响应的展望趋势和相关建议

实现能源综合利用是能源互联网建设发展的重要目标，要发挥IDR在未来能源系统中的作用，首先要积极研发固态变压器、能源集线器等IDR实施的关键硬件设备，提高用户用能的可替代性;其次，开发用能数据智能采集技术，实现用户不同类型用能数据的实时采集，构建用户用能行为分析数据库;最后，开发用户侧的多能源智能管理技术，基于用户用能数据分析结果，对用户用能行为进行智能管理和实时调控。

结束语：

综上所述，实现能源综合利用，必须认真研发各种关键硬件设备，提高用能数据智能采集技术和多能源智能管理技术。

参考文献：

[1]马腾飞，吴俊勇，郝亮亮等.基于能源集线器的微能源网能量流建模及优化运行分析[J].电网技术，2017（07）

[2]别朝红，王旭，胡源.能源互联网规划研究综述及展望[J].中国电机工程学报，2017（10）

[3]刘福玉.新能源电力系统中需求侧响应的关键性问题探讨[J].电子测试，2017，（09）