智能电网背景下用电需求响应关键技术研究探讨

郝鹏超

（中国航空规划设计研究总院有限公司）

1 引言

在智能电网建设背景下，基于需求响应机制的用电需求关键技术广泛应用到电网企业电力供应中，并取得了良好的应用成果。本文结合国内外文献成果和用电需求响应机制，深入研究智能电网背景下用电需求响应关键技术，以期为电力企业智能化建设提供有益的参考。

2 电网系统需求响应内涵分析

电网需求响应是指电力用户根据价格信号或激励机制作出响应，并改变固有用电模式的用电行为。用电用户需求响应是对电力企业激励措施的响应行为，是用户对自身用电行为调整负荷而发生变化。

随着风电、光伏发电等清洁能源并网，不仅可以有效缓解发电、输电容量扩建步伐，也实现了供电、发电新型用电关系的形成和发展。随着信息技术与智能电网深度融合，需求侧的作用日益受到重视，通过在电力市场竞争中引入需求响应机制，以价格信号和激励措施强化需求侧在电力市场竞争中的作用，合理优化供应侧与需求侧之间的关系，有利于构建灵活、互动的智能电网供、需新型关系。在智能电网新型关系中，灵活和互动是需求响应机制的重要特征。灵活包含两个层面含义。

①快速响应市场变化和客户需求。能够对市场需求快速做出响应，并依据用户个性化需求提供增值服务；

②满足新能源并网消纳需求。针对大规模风电、光伏发电并网削峰并网要求，单纯采用传统发电平衡电网波动耗能较大，且导致电力企业成本上升。根据国内外研究成果表明，以需求侧匹配供电功率，能够起到良好的削谷平峰作用，保障用电平稳。

3 电网需求响应机制及关键技术研究

3.1 需求响应技术及实现

根据需求响应技术方式差异，可将需求响应驱动分为基于价格的需求响应和基于激励的需求响应。基于价格驱动的需求响应中，用电价格对用户用电行为影响显著，可采用价格弹性量化电力价格对用户用电行为的影响，国内外研究中，部分研究建立相关模型研究用户对电力价格需求响应特征。在基于激励响应研究中，多采用响应速度、响应持续时间、响应频率和响应通知时间等指标研究中断负荷、直接负荷控制等响应特性[1]，部分专家学者借助回归模型研究电力用户在不同激励条件下响应行为机制。

3.2 需求响应目标多层次响应

针对不同需求主体进行需求响应时，应根据需求响应项目、响应决策变量、约束条件进行优化处理。决策变量是影响响应决策的负荷消减量、消减时间和直接负荷控制策略。目标函数主要为发电最小网损、需求激励补偿最小和供电企业效益最大化。基于价格因素需求响应决策时，决策变量应符合削谷平峰电价政策要求，以日负荷曲线最大峰荷最小化和日负荷曲线峰谷差最小化为控制目标，并综合用户满意度因素进行综合性决策。当用户接收到供电企业供电需求响应项目要求时，可通过智能终端或能量管理系统对生产生活活动进行合理安排，从整体来看，用户调整成本主要包括购电成本、服务成本和停电成本，工业用户对供电连续性要求较高，在供电需求响应时需要综合考虑设备连续性、生产班制等因素进行综合性决策，商业用户电能消耗一般商业建筑用电为主，其用电连续性要求相对较低，用电调整灵活性较高，可根据供电测激励政策为用户提供经济性最高的用电调度方案。居民用户可通过电价和激励信号调整家用电器用电使用区段。

3.3 需求响应效益评估

基于供给侧和需求侧精确对接，以响应侧调整电力市场运行参数，提高了电力市场资源利用效益，有利于平衡供需关系。需求响应项目效益主要为用户参与项目而节省的电费、经济补偿和用电成本降低，也包括因参与项目获得的公共效益、自然效益和外延效益。对需求响应效益进行评估时，应从时间、主体、项目等多维度进行效益评估，实现项目实施整体效益量化。

3.4 响应需求激励机制

响应需求激励机制是驱动用户响应项目的直接因素。根据供电企业管理实践经验，可行的响应需求激励机制包括两种。一种是通过电力交易中心对用户停电切换价格进行合理评估，另一种是用户自行申报可中断用电负荷和缺电成本[2]。针对后一种方案，不可避免存在用户策略性多报用电成本的情况，针对该问题，可根据用户供电长期用电监测数据，基于大数据模型分析同类企业缺电成本，以此识别、判断用户缺电成本合理性，鼓励用户上报真实 成本。

3.5 大规模清洁能源需求响应

在大规模清洁能源并网时，由于风电、光伏发电具有波动性、随机性等特点，给电网调度造成一定的困难[3]。针对该问题，借助需求响应分析平衡清洁能源发电是切实可行的解决方案。在大规模清洁能源并网时，可采用潜在动态博弈理论实现供电、用电行为互动。同时，根据大规模新能源并网消纳需求，可通过大数据技术挖掘不同需求用户主体用电行为特征，改善用户分散性、响应时间多样性、响应效果不确定性对供电企业的影响，以此提高电力企业电力调度的有效性，确定经济性合理的商业运营模式。

4 需求响应支持技术

需求响应支持技术由高级测量系统、电能公共服务平台、需求响应系统和智能用电设备等组成，其中，高级测量系统主要实现用户用电信息的自动化采集，电能服务平台实现用电信息采集数据集成化、自动化传输，需求响应系统是对用户用电需求的响应与支持。

4.1 高级测量系统

高级测量系统主要功能是实现用户用电数据统一采集、监控和数据分析，以此支撑供电企业业务决策。高级测量系统由智能终端层、通信层和主站层组成[4]。

①智能终端层主要包括转变终端、配变终端、低压集抄终端、需求响应终端及变电终端等。智能终端设备通过传输和控制要求进行组网，通过集中组网实现用户终端数据向上集中。

②通信层。通信层主要宽带电力载波通信、光纤通信、无线专网和公网传输电力终端数据。

③主站层。主站层包括终端数据存储、业务应用、数据展示三个层面，数据存储用于存储用电终端采集数据，与用电终端建立通信连接，满足大规模、不同类型终端通信需求。

4.2 电能公共服务平台

电能公共服务平台包括5个部分，即节能服务管理、节能监测与分析、需求响应、需求侧考核、有序用电与负荷管理、能效知识库等，其中，电能公共服务平台建设的重点是节能服务管理、能效监测与分析和需求响应功能。

5 配电需求响应技术建议措施研究

智能电网背景下，需求响应关键技术应用面临一些突出问题，主要体现为定位不明确、配置资源手段不完善、电能公共服务平台建设滞后、需求响应技术规范不健全等问题。应结合智能电网建设要求，强化需求响应技术应用效能，构建基于用户需求动态响应的电力调度管理机制。

5.1 明确需求响应定位

在高级测量系统支持下，需求响应技术可满足用户自主调整用电负荷要求，实现需求侧用电自主控制、配网自动响应，转变传统电网电力负荷不可控特性，实现配网调度自动化、智能化。针对大规模清洁能源并网消纳要求，可基于需求响应技术实现电力系统调峰移峰，实现用电响应与清洁能源供给相适应。为深入挖掘需求响应技术潜力，电力行业企业应加强技术研究和交流，不断创新需求响应技术体系，实现需求响应技术快速推广和融合应用，提高供电企业服务能力和服务质量。

5.2 需求响应市场配置资源手段完善

当前，我国逐步落实了峰谷分时电价政策，但峰谷电价执行范围和峰谷价差相对较小，价格杠杆作用不明显，其激励作用不显著，难以发挥需求响应技术应用优势。针对该问题，应合理引入激励机制，制定合理的财政、税收、贷款优惠政策，增强需求响应激励政策弹性，切实发挥需求响应市场配置资源手段导向作用和调节作用，形成多方共赢的良好格局。

5.3 完善电能公共服务平台

随着电力供需形势变化，电力需求侧管理重心应从用电管理转向用电效率提升和能效提升方面。电能公共服务平台应借助智能电网建设契机，不断完善电能公共服务平台服务内容和服务效果评价，提高电能公共服务平台管理实效性。

5.4 建立需求响应技术规范

为加快需求响应技术推广与应用，政府应从顶层设计层面制定需求响应技术规范，明确需求响应设备接口、协议标准等内容，培育标准化需求响应技术集成商，形成电力需求响应技术创新产业体系，促进需求响应技术成为电力行业技术规范，消除需求响应技术障碍、管理障碍，为需求响应项目实施提供技术保障和设备保障。

6 结语

新时期背景下，智能电网为需求响应技术应用和推广提供了基础环境，可实现需求响应由不可控电力负荷转变为柔性可控，增强电力负荷自适应能力。需求响应技术的应用，是电力行业适应清洁能源大规模并网、实现电力系统调峰移峰的重要变革。在此背景下，电力行业需求响应技术激励机制主要依赖于价格激励影响用户用电行为，仍存在激励效果不佳、作用不明显等问题，有必要从国家顶层设计层面，出台一定的需求响应激励措施，提高需求响应技术应用有效性。