需求側管理與響應環境下的新能源發電

王 巖,何德衛,項 灤

（1.廣東電網公司佛山供電局,廣東佛山,528000；2.廣東卓維網絡有限公司,廣東佛山,528200）

需求側管理與響應環境下的新能源發電

王 巖1,何德衛1,項 灤2

（1.廣東電網公司佛山供電局,廣東佛山,528000；2.廣東卓維網絡有限公司,廣東佛山,528200）

為了實現需求側管理與響應，需要建立一個具備高級量測能力、信息實時交互的信息管理平臺。在該平臺的支持下，電網對新能源發電的消納能力將大幅度提高。本文分析了影響需求側與新能源發電側聯動的因素：用戶響應資源與用戶響應速度；論述了為提高新能源消納能力及促進需求側管理與響應的發展，需求側管理響應平臺建設、需求側管理響應與新能源服務集成所需考慮的要點。

需求側管理與響應平臺；需求側管理與響應項目；新能源并網；響應速度；用戶響應資源

0 引言

隨著新能源并網數量的增加，由于新能源供給具有隨機性和間歇性，為了維持系統供需雙方的功率平衡及系統的穩定運行，要求需求側具備充足的可變化負荷和足夠的響應速度。如果需求側能夠迅速地增加或削減負荷，與風電、光伏發電等新能源發電聯動，將緩解新能源發電接入對電力系統的沖擊，進而可大大提高電網對新能源發電的消納能力。為了緩解我國能源壓力，增加新能源的利用效率，有必要開展需求側管理響應環境下，電網對新能源消納能力的研究。

國內外學者對需求側管理與響應環境下的新能源并網進行了總結和研究。文獻[1]總結了國外自動需求側響應的內容，闡述了自動需求側響應的對電網和新能源接入優勢；文獻[2]通過計算機模擬驗證了，借助需求側與儲能技術的協作，能夠提高系統對風電的消納能力。文獻[3]分析了風電功率波動特性與負荷響應特性的關系，設計了日前、日內到實時多時間尺度滾動協調的需求側響應調度策略；文獻[4]采用貪婪隨機自適應搜索過程對基于需求側響應的風電出力估算模型進行求解，驗證了需求側響應是應對風電不確定性的有效手段。

然而，以上理論分析尚沒有綜合化的信息平臺為其提供應用的空間。因此，還需要建立一個實際的需求側管理與響應的綜合服務平臺，設計出具體的需求側響應項目。本文分析了影響需求側與新能源發電側聯動的關鍵因素：用戶響應資源和響應速度；給出了為提高電網對新能源消納能力，綜合服務平臺建設和需求側響應服務集成所需要考慮的要點。

1 用戶響應資源與新能源并網電量

用戶的響應資源可以劃分為響應電量和響應容量。長時間而言，用戶響應電量應當能夠平衡新能源并網電量。短時間而言，為了保證系統的供需平衡和穩定運行，新能源接入容量不可超出預期的用戶響應容量。分析響應資源的影響因素，有利于挖掘能夠在長中期（季度、月、周）、短期（1~24h）及超短期（10min~1h）內控制平衡電量和容量的方法。

1.1 用戶響應資源的影響因素

為了保證用戶響應電量和容量，實施需求側響應時可以從以下幾個方面入手：保證用戶信息安全；設計合理的獎勵與懲罰措施；引入負荷聚合商。

1）保證用戶信息安全。用戶響應信息涉及到其成本管理，為用戶的負荷信息保密，是獲得可靠響應資源的最基本要求。

2）設計合理的獎勵與懲罰措施。合理的獎勵能夠保證用戶響應的電量和容量，而合理的懲罰能夠起到強制響應的作用，保證用戶響應資源可靠性。

3）引入負荷聚合商（Load aggregator ，LA）。在國外，負荷聚合商是一個為零散用戶提供負荷服務，并獨立于電網的第三方企業。用戶付出少量的費用，負荷聚合商為其管理負荷，一方面保證其生產的正常進行，一方面通過需求響應為其獲得利益。負荷聚合商能夠提供各類（長中期穩定、短期穩定和超短期快速）穩定的負荷響應資源。

1.2 響應資源與新能源發電的滾動平衡

為了包容新能源的間歇性和波動性，需要建立長中期（季、月、周）、短期（1~24h）的電量平衡機制，以及超短期（10min~1h）的容量平衡機制。

對長中期而言，需求側響應參與各方需要摸索出電網調度所轄區域內，本季/月/周風電和光伏發電可能的并網電量，提前規劃本季/月/周所需的響應電量。類似于日前市場，需求側參與各方通過博弈，最終確定本季/月/周所需的響應電量及相關獎勵懲罰細則。

短期（4~24h）的平衡是在長中期平衡的基礎上進行的。短期平衡需要考慮當日發電計劃及用戶負荷安排，以維持當日的電量平衡，因此需要保留足夠的可在較長時間段（4~24h）內削減或中斷的負荷。

超短期（10min~4h）容量平衡是在短期平衡的基礎上進行的。超短期響應資源需要根據新能源發電的短時波動情況而變化，以維持容量平衡，因此需要用戶及時迅速地響應激勵信號。

2 用戶響應速度與新能源發電

用戶響應速度是及時平衡新能源對系統波動性沖擊的關鍵因素。為了及時減緩新能源功率對系統的沖擊，在新能源功率接入時，需求側必須迅速增大負荷。分析影響用戶響應速度的因素，有利于找到提高用戶響應速度的方法，實現系統供需雙方的容量平衡。

2.1 用戶響應速度的影響因素

響應速度的影響因素包括：通信網絡的可靠性、實時性；對響應速度的懲罰機制。

通信網絡的可靠性決定了用戶能否收到激勵信號，進而決定了用戶能否可靠做出響應。通信網絡的實時性決定了用戶能否及時收到激勵信號，進而決定用戶能否及時做出響應。國外成功的需求側響應案例表明，一個可靠、實時的通信網絡是實現電量容量平衡的基礎。

另外，為了保證響應速度，還需要對響應速度進行監督，設立對響應速度的懲罰機制。在長中短期的電量平衡及超短期容量平衡實時過程中，不同響應資源的響應速度有所區別，應當設立響應速度的考核標準，評價用戶響應速度。

2.2 響應與新能源功率變化匹配

在發電功率增減時，需求側應能夠同時增減負荷。用戶響應與新能源發電功率變化相匹配，才能形成需求側響應與新能源并網的有效聯動。為了匹配響應與新能源功率變化，應當規范新能源對響應速度的要求。可以根據新能源波動性和間歇性，按波動變化的不同時間尺度，將新能源劃分為：持續穩定的新能源發電；波動較小、確定性高的新能源發電；波動劇烈、確定性低的新能源發電。

按不同的時間尺度對新能源發電進行分類，有利于劃分出不同響應速度的響應資源。按與新能源發電的時間尺度，對應的響應資源可劃分為：電量響應、容量響應、輔助響應。劃分出不同時間尺度的響應資源，有利于需求側響應項目的設計。

另外，國外也將儲能類負荷作為一種快速響應的負荷。如電動汽車、蓄能設備、冰蓄冷空調、冰庫等，都被看作是平緩負荷曲線的重要響應資源。為了抹平由新能源導致負荷曲線出現的毛刺，設立蓄能類負荷管理措施，作為一種能快速響應的響應資源。

3 我國需求側管理響應和新能源發電的建設

用戶響應電量和容量、響應速度是影響新能源發電并網的主要因素。綜合考慮需求側管理與響應的發展現狀，及需求側管理響應與新能源發電今后的發展，需要搭建一個符合管理響應資源、響應速度要求的需求側管理與響應的平臺。同時，為了滿足需求側、新能源發電側、電網側、負荷管理側等參與各方對信息管理系統的需求，落實聯動機制，還需要集成需求側管理響應與新能源的相關服務。

3.1 新能源并網的需求側管理響應平臺建設

需求側管理響應平臺是實現需求側與新能源發電聯動的物理載體。根據上述對用戶響應資源及響應速度的要求和參與各方的需要，該平臺應當具備以下功能：高級量測功能；信息雙向可靠實時互動；自動需求側響應；功能服務高集成性、可拓展性及開放性。

1）高級量測系統

為了考核響應資源和響應速度，平臺底層應當由高級電能量測系統及負荷控制裝置作為基礎。電量容量的計量、響應速度和響應持續時間的考核關系到參與各方的利益，因此，高級電能量測系統必須要求全網統一精確對時，而且能夠長時間可靠運行，斷電后能夠自動恢復。同時，為了滿足電網公司和用戶自身電能管理的需求，高級量測系統應能為用戶提供電度、基本電參量（電流、電壓、有功、無功、功率因數等）和電能質量（電壓合格率、電壓電流畸變率、不平衡度、高次諧波等）的監測，應具備遠程波形召測和異常故障錄波、預警、報警等功能。

2）雙向可靠通信、實時互動及信息安全性

平臺的通信網絡應能滿足信息雙向可靠通信、實時互動和信息安全性的要求。對于長中期和短期的信息互動，平臺應能為新能源發電側、電網側和需求側提供長中期和短期的響應資源狀況和新能源發電信息（包括長時電量、功率及其對應時間等）。對于超短期的信息互動，為了保證響應資源和新能源發電側的實時聯動，平臺應能支持各方的供需博弈。同時，通信網絡需要支撐起海量信息的傳遞。

3.2 需求側管理響應與新能源服務的建設

在云平臺基礎上，考慮多方參與（調度、供電部門、新能源發電公司、負荷聚合商、需求側），建立協調互動博弈機制和集成多種服務來實現多方聯動。

1）多方協調互動博弈機制

在平臺上實現多方聯動優化，將傳統火力發電出力、機組啟停因子、新能源發電實時出力、用戶響應資源等作為決策變量，以全局能源成本最小化為目標，進行新能源發電側、電網側、負荷聚合商與需求側的多方博弈，實現新能源與需求側的電量容量平衡。

4 結語

本文根據我國需求側管理與響應和新能源發電的研究現狀，指出需要根據影響需求側與新能源發電側聯動的關鍵因素：用戶響應資源和響應速度。為了提高電網對新能源消納能力，促進智能電網與需求側響應的發展，本文指出需要建立需求側管理與響應綜合服務平臺，集成需求側響應與新能源服務，并給出了建立該平臺和集成服務所需考慮的要點。

[1] 高賜威,梁甜甜,李揚.自動需求響應的理論與實踐綜述[J].電網技術, 2014, 38(2): 352-359.

[2] 宋藝航,譚忠富,李歡歡,等.促進風電消納的發電側, 儲能及需求側聯合優化模型[J].電網技術,2014, 38(3): 610-615.

[3] 姚建國,楊勝春,王珂,等.平衡風功率波動的需求響應調度框架與策略設計[J].電力系統自動化,2014,9: 013.

Demand side management and response under the environment of new energy power generation

Wang Yan1,He Dewei1,Xiang Luan2
(1.Foshan Power Supply Bureau 528000；2.Guangdong Topway Network CO.，LTD.528200）

It is necessary to establish an information management platform with advanced metering infrastructure and real-time information interaction for the development of DSM/DR.With the support of the platform,the wind power consumption capability of power system will be greatly improved.This paper analyses the key factors impacting the linked-action of Demand Side and power generation of new energy.In this paper the main points which need to be considered in establishing the platform and integrating services of DSM/DR and new energy,for improving the new energy power consumption in power grid and promoting the development of DSM/DR.

Platform for DSM/DR；DSM/DR Project；Grid-connection of new energy resources；User response speed；User Response Resources

王巖（1979-），男，高級工程師，研究方向為需求側管理及需求響應、節能技術；

何德衛（1984-），男，高級工程師，研究方向為需求側管理及需求響應、新能源應用技術；

項灤（1981-）男， 中級工程師，研究方向智能電網、需求響應技術。