新能源电力系统中需求侧响应关键问题及未来研究展望

2022-05-27肖尧

科技与创新 2022年10期

关键词：用电负荷发电

肖尧

（南方电网广东广州供电局客服中心，广东广州 510620）

气候环境变化问题日益严峻，注重发展新能源发电模式，已经成为现代发展重点。按照相关数据可知，中国风电装机率、太阳能发电装机率均呈现出倍数增长趋势[1]。采用新能源发电模式后，会显著影响电力系统运行控制效果。

1 需求侧响应对新能源电力系统的作用分析

1.1 需求侧响应资源与分类

在物理形态、使用习惯方面，终端负荷具备显著差异，导致需求侧响应用户呈现出多种响应特征与响应能力。

按照不同角度，将需求侧响应资源分为多种类型：①根据用户类别，划分为工业负荷、居民负荷、商业负荷、其他负荷。②根据响应特性，划分为可平移负荷、可转移负荷、可削减负荷。在特定周期内，可转移负荷的总用电量不变，可以灵活调节不同时段用电量；平移负荷会受到生产生活流程限制，在不同时间段内，平移用电曲线，该类资源包括工业流水线设备；按照实际需求，削减用电量负荷，该类资源涉及到大型洗衣、居民空调、农村灌溉设备等[2]。③根据能量流向划分，包括双向互动资源、单向可调节资源。对于双向互动，主要是电能输出功能负荷，涉及到储能设备、电动汽车、分布式电源等；针对单向可调节来说，在用电功率上、运行时间上，具备可控性纯用电单元。④根据调节目标，划分为削峰型资源、填谷型资源。针对削峰型资源，可以在用电高峰期减少电力消费量，改变过程中，不会涉及到高峰期以外时段；填谷型资源可以推迟高峰用电负荷，使其转移到低谷时间段。

1.2 需求侧响应对新能源电力系统的作用

在新能源电力系统中，需求侧响应资源可以作为虚拟发电机组和常规电源参与到调度计划中，同时为系统提供辅助服务，比如旋转备用、调频等。

按照不同调控机制与方法，需求侧响应对新能源电力运行贡献的差异较大，如表1所示。

表1 需求侧响应对新能源电力系统的贡献作用

从表1可知，针对实时电价、分时电价、尖峰电价的需求侧响应项目来说，相关控制信号的控制周期为“小时级”，负荷不能按照新能源出力情况做出反应，无法有效处理由于新能源发电短时波动问题所造成的并网难度影响。在应用实践中，单一按照价格型需求侧响应维护新能源电力系统运行安全性、高效性的难度大。与价格型需求侧响应相比，合同激励型需求侧响应能源能够促进新能源发电大规模并网、高效运行[3]。分析原因可知，激励型需求侧响应能源是一种直控方式，能够直接对用电活动负荷予以管控，确保其可以快速、准确响应系统信号，追踪匹配新能源出力。国家发改委开展了全国性用电工作，为未来实施经济激励的需求侧响应供电奠定基础，高效激励需求侧响应能源实施。

1.3 需求侧响应技术

在新能源电力系统中，需求侧响应需要通过支持技术实现，包括智能控制技术、信息通信技术、高级量测技术等。

信息通信技术：信息通信是在连接系统间，利用模拟、数字信号调制手段，对不同信息实施电子传输的技术。需求侧响应管理目标应当通过远方通信方式支持。远方通信技术涉及到电力线载波、电力线宽带手段、专用公共网络、固定无线电网络等。

智能控制技术：智能控制技术可以确保需求侧响应在用户侧落实和执行。典型控制设备，涉及到智能电器与插座、双向智能表计、智能用电信息管理技术、智能用电终端。通过该类设备，系统运行者对负荷控制、需求侧响应进行集中化控制，确认执行效果。

高级量测技术：高级量测技术能够对用户用电信息进行测量、收集、存储与应用，属于新型信息技术，组成包括量测数据管理系统、通信网络、智能电表、相关接口等。采用高级量测技术，电网企业能够统一监控和管理用电设备，用户用电信息涉及到负荷控制信号、实时负荷数据、用户服务信息等，可以实时采集分析，同时在电力企业和用户间获取双向通信。利用指导用户合理用电，能够实现电网与用户互动操作。

2 新能源电力系统的需求侧响应关键问题

2.1 综合资源规划技术

确保规划策略科学性，能够实现需求侧响应效益。针对新能源电力系统，必须全面分析供应侧、需求侧响应资源，按照标准化策略，规划综合资源。在限制新能源发电规模化接入中，全面发挥出需求侧响应效果。根据不同对象，可以划分为需求侧响应独立规划、源网荷联合规划、源荷综合规划。在需求侧响应资源中，涉及到电动汽车、可转移负荷、暖通空调。

在研究中，建立多样化优化模型，求解需求侧响应设备、电网架构、布设位置[4]。规划目标能够降低总经济成本，全面提升能源利用率。按照研究结果显示，在规划决策中，深入分析需求侧响应管理影响，增加方案效益。需求侧响应对新能源发电贡献大，并且和电网特点及位置相关。合理应用不同负荷互补性，能够增加规划方案效益。引入需求侧响应，在建立模型时，注重分析系统运行状态。新能源电力系统具备双侧随机特点，会加大模型求解难度。所以，针对不确定性优化问题，注重算法求解，已经成为重要问题。

2.2 发用电一体化调度技术

在智能电网体系下，需求侧响应负荷则为虚拟发电资源和常规电源均参与到调度计划中。负荷效应速度能够丰富电力运行效益，加强调节与控制效果，同时可以加强可再生能源消纳能力，全面提升电力资源利用效率。在互动模式下，注重用电一体化调度问题，现存研究非常多。

新能源电力系统中，发用电联合调度，合理应用高级能量管理系统实现，该系统按照各测量点，收集电气参数、设备状态，对协调控制系统中的电源、负荷、运行形态进行计算[5]。其中，电价模式引入动态电价信号，削减用户负荷；在执行相关指令时，对用户行为依赖较大，导致执行强制性不足；电价模式为间接负荷调控模式，可以应用到价格信号敏感用户中；按照合同、市场竞争模式，运行者可以直接调控负荷。

2.3 协调优化控制技术

在新能源电力系统中，需求侧响应资源能够补充常规机组调节问题，参与到电网稳定、调频控制中。相比于集中调控方式，采用聚合接入方式，需求侧响应资源需要复杂控制技术。基于当前发展，研究集中在单一需求侧响应资源，即优化设计控制策略、协调配合需求侧响应资源。

针对控制策略设计，应当针对潜在需求侧响应资源、蓄热、电动汽车、电加热、温度控制负荷等方式，提出针对性控制策略。常用控制目标能够对新能源发电波动进行抑制，全面提升系统运行经济性、安全裕度。按照研究显示，通过标准化调控策略，需求侧响应资源可以抑制发电波动，加强应对外部不确定能力。在部分情况下，依赖供应侧资源方案，具备显著经济性。针对协调需求侧响应资源，按照不同类型需求侧响应资源互补性，比如基于负荷集成商角度，提出综合利用混合动力汽车，可控热负荷、热点联产，提供辅助调频控制法。

2.4 新需求侧响应效益评价

在新能源电力环境下，实行需求侧响应，可以为电力系统提供有效经济效益。针对电网企业，降低新发电并网不良影响，延缓扩容建设需求，全面提升电网资源利用效率。针对发电企业，降低机组调峰成本，合理控制发电碳排放。针对用户，参与需求侧响应，能够降低用电支出，获得高经济效益。针对全社会发展，源荷互动能够实现新能源发电并网，实现电能低碳化发展。注重分析电力系统需求侧响应效益，关注经济性问题，通过需求侧响应，深入分析和研究市场运营效率问题。

2.5 市场化运作机制

在新能源环境下，系统运动不确定性非常多，不管是容量规模，还是多样类型，都对需求侧响应提出严格要求。在现有基础上，探索科学市场化运作模式。现阶段，为了确保各方积极参与，学者提出金融模式的需求侧响应运作。将实时电价作为基础，按照用户响应方式，新能源发电匹配关系，优化设计不同类型需求侧响应期权，对用户进行合理定价。提出上述机制，不仅能够准确评估需求侧响应市场价值，还可以降低用户需求侧响应参与风险，全面提升参与积极性。从上述分析可知，智能电网、电力市场快速发展，出现多元化电力金融工具，市场风险管理、需求侧响应商业化应用，都可以发挥出显著作用。

3 建议与展望

3.1 完善技术支撑体系

引入智能采集、量测技术，制定用电信息采集路线，全方位采集用户用电信息，以此满足不同业务应用系统，特别是数据共享、智能应用需求等；注重调度控制技术升级，加强系统调度能力，注重软件开发与升级；应用智能设备控制技术，促进用能设备控制技术、智能生产、智能建筑融合发展。

3.2 完善投资促进机制，保障需求侧响应资源充裕性

针对新能源接入，系统要求需求侧响应资源，以此确保系统运行可靠性与稳定性。首先，建立投资促进体，在新能源集中区域，针对新能源并网的需求侧响应项目，纳入政府推进方案，授权电力调度机构，负责实施需求侧响应项目，同时评价和考核实施效果。其次，建设投资补贴机制，通过基金方式，对新能源需求侧响应项目实行一次性投资补贴。最后，引入市场项目投资机制，通过合同能源管理方式，确保需求侧响应投资效果，同时建立风险、收益均摊机制。

3.3 完善经济补偿机制，加强用户参与度

针对需求侧响应资源，应当提供辅助服务补偿机制，以此调动用户参与度。首先，基于需求侧响应资源，建立分担共享机制，适应新能源、新服务要求，包括系统调峰、调频等，优化辅助服务考核机制、补偿机制。其次，基于需求侧响应，建立辅助服务市场。对于新能源并网运行特点，当各项条件成熟时，建设供需双向投标辅助服务交易机制，采用市场化手段，掌握需求侧响应资源服务价值。