面向新型电力系统的负荷聚合商功能界定及其需求响应流程

曾 麟 谭 娟 向运鲲 郭雅格

国网湖南省电力有限公司节能管理分公司 湖南长沙 410114

随着经济的快速发展，人民生活质量得到了快速提升，随之而来的社会用电量也极具增加，尖峰时段用电紧张问题进一步加剧；新型电力系统的构建，清洁能源占比将逐渐增大，水力发电资源基本开发完成，风光发电机组占比逐渐增大，风光出力高峰与负荷不同步，高比例新能源接入的电力系统进一步拉大峰谷差，使得负荷尖峰时段电力紧张，负荷低谷时段弃风弃光严重，新能源消纳困难。

需求响应作为调节电力系统平衡的重要手段，可以引导用户参与市场调控，起到削峰填谷的作用，电力用户也获得了经济效益。需求侧资源在分布上具有离散性，且中小型电力用户达不到参与需求响应市场的准入门槛，导致中小型用户电力用户参与响应的积极性不高，负荷聚合商通过与用户签订合同来实现需求侧资源管理，发掘需求侧资源响应潜力，整合需求侧资源参与响应。

1 新型电力系统运行特点分析及其需求侧调节资源分类

“十三五”时期，我国经济社会发展取得巨大成就，居民生活质量水平得到显著提升，社会用电量极具增加，日峰谷差问题进一步拉大。如图1所示，峰谷矛盾主要集中在冬、夏两季，其中冬季最为突出，峰谷差的增大导致电网电力电量平衡困难。面对日益增长的负荷与巨大的峰谷差，在迎峰度夏和度冬期间常采用有序用电或限电举措。面对高峰时段电力供应不足，低谷时段弃风弃光严重等问题，亟须通过友好、经济的负荷调节方式解决电网供需平衡问题。

图1 某省2020年月度峰谷差变化

需求响应具有削峰填谷，促进清洁能源消纳，保障电网稳定运行等能力[1-2]。随着新型电力系统的构建，需求侧灵活资源开始作为调节电力系统供需矛盾的关键。为鼓励需求侧资源主动参与响应，供电公司通过调节电价以及和电力用户签订激励合同来改变电力用户的日常用电习惯。

负荷聚合商作为各类需求响应资源整合及调控的独立市场主体，基于智能电表对用户用电在毫秒级、分钟级、小时级等不同时间尺度上精准采集、感知用户的负荷功率和用电量，分析其最大负荷、最小负荷、平均负荷、负荷峰谷差等属性。针对不同负荷响应能力和响应速率，根据负荷响应时间、实际调用持续时间等参数将负荷按时间尺度分为常规响应资源和动态响应资源。以需求侧调节资源利用场景、响应性能、补偿形式对新型电力系统下需求侧调节资源进行分类设计，如下表1所示。

表1 新型电力系统下需求侧可调节资源分类

2 多元用户参与的负荷聚合商市场和技术功能界定

2.1 负荷聚合商的市场功能分析

目前我国电力市场以“计划+市场”双轨制运行，电力用户被分为非市场化用户与市场化用户，非市场化用户主要为居民用户，无法参与电力市场交易，通常由负荷聚合商代理购买计划电量，并根据上网标杆电价结算电费；市场化用户主要为大工业用户与一般工商业用户，可参与电力市场竞价交易，并按出清电价结算。

通常，电力交易中心会根据电力市场规则，按时组织电力市场的电力批发市场和电力零售市场，大工业用户可直接参与批发市场购电，或由负荷聚合商代理参与购电交易，而一般工商业用户则必须在零售市场通过负荷聚合商购电。

图2 负荷聚合商市场功能

如图2所示，负荷聚合商作为发电商与电力用户之间的业务代理商，所具备的市场功能应概述为以下两点。

一是代理非市场化用户购电。针对非市场化用户，负荷聚合商首先根据上网标杆电价与计划发电签订批发购电合同，再根据目录电价与非市场化用户签订零售售电合同[3]。

二是代理市场化用户参与购售电交易。在批发市场中，负荷聚合商首先以月电量为交易标的，通过集中竞价、双边协商等交易模式进行中长期月度交易，签订月度电力交易合同；随后，在电力中长期月度交易结果公布后，负荷聚合商可参与尖峰需求响应专场，申报所辖用户的可响应负荷能力及其补偿电价。在零售市场中，负荷聚合商接收调度中心的调度指令，在向用户售电的过程中结合价格型需求响应管理方法或激励型需求响应管理方法，引导用户改变习惯用电模式，获得购售电价差所产生的收益以及专场交易中的补偿收益。

2.2 负荷聚合商的技术功能分析——“云—边—端”结合的调控平台

由于需求侧资源具有分散性及多样性等特征，在需求响应作用逐渐增大的情况下，如何把需求侧资源纳入电力系统调度框架并实现快速响应成为重大难题。当前对需求侧资源一般采用集中控制方法，即电力系统出现频率与电压偏差时，由调度中心下发调度指令给每个负荷聚合商，然后由各个负荷聚合商对自身控制的需求侧资源进行统一调度与控制。因此，负荷聚合商为了能随时调度与控制其下各类可调负荷，需要在每一个用户侧安装智能终端实时监测系统，能随时监测电网电压与频率变化，同时根据电网功率变化与系统控制指令做出负荷调节，如图3所示。此平台基于CPS系统架构设计理念和泛在电力物联网技术架构，打造“一硬、一软、一网络、一平台”的云—边—端用能优化体系。“一硬”指用户侧设备的智能感知与控制终端，“一软”指基于大数据、人工智能、边缘计算的用能优化核心算法软件包，“一网络”指用户负荷的综合数据网，“一平台”指用能优化调控系统。负荷聚合商优化用能调控系统采用先进信息通信技术，接入“端侧”多样化用户设备和控制装置，利用泛在物联网，基于状态感知、边缘计算和云边协同控制等手段，采取动态寻优控制策略，实现用户用能的实时优化和云边协同优化。

图3 “云—边—端”结合的负荷聚合商优化用能调控系统

综上所述，负荷聚合商其应该具备的技术功能可简述为：协助用户实现计量改造，采集用户的功率、启停控制信号、需求响应意愿等信息，挖掘并评估终端用户需求响应潜力，实时接收电网调度指令，上传下达响应事件，帮助用户执行响应[4]。

3 负荷聚合商需求响应市场交易流程分析

随着新能源开发总量持续上升，风电、光伏等新能源发电机组的反调峰特性将难以忽略不计，使尖峰时段电力供应紧张与峰谷差距大等问题更加严峻。本节结合负荷聚合商的市场功能，探讨负荷聚合商参与中长期月度市场交易与尖峰需求响应专场交易流程。

3.1 负荷聚合商参与中长期集中竞价的交易流程

中长期月度交易采用双边集中竞价，按高低匹配方式出清，以“价格优先、时间优先、环保优先”为出清计算原则。市场主体包括火、水、风、光伏等发电商，大工业用户、一般工商用户等市场化用户，以及电力交易中心和电力调度机构，具体交易组织流程如图4所示。

图4 中长期月度交易流程

3.2 负荷聚合商参与尖峰需求响应专场交易流程

尖峰需求响应专场是针对尖峰负荷时段的交易专场，采用用户侧单边集中竞价交易，统一出清算法进行出清，以“价差优先、时间优先、环保优先”为出清计算原则，交易组织流程如图5所示。

图5 尖峰需求响应专场交易流程

随着中国电力市场建设的稳步推进，市场化电量比例逐渐升高，需求侧市场化用户的占比越来越大，用户种类逐渐趋向多元化，大工业、一般工商业等用户在市场化环境中的电力需求响应行为对电力市场和电力系统的影响也越来越大。亟须采取市场手段引导用户改变自身习惯用电模式，削减或转移尖峰时段用电负荷，达到削峰填谷、稳定电力系统运行的目的。

结语

本文首先分析了某省2020年月度峰谷差，随着新型电力系统构建，清洁能源占比逐渐增大，峰谷差问题将进一步加剧，电力系统调节资源由用户侧变为需求侧，从而引出需求响应与负荷聚合商；同时以需求侧调节资源利用场景、响应性能、补偿形式对新型电力系统下需求侧调节资源进行分类设计；然后对负荷聚合商进行界定，明确其市场功能和技术功能；最后分析负荷聚合商参与电力市场的几种典型场景流程，进一步呈现了负荷聚合商的基本功能与交易形式。