淺談智能電網電力需求側管理

孫國海

摘 要：智能電網與用戶的友好互動賦予了需求側管理新內容。通過應用先進的通信、傳感、計量技術和計算方法，采用智能化電表、電器與用戶緊密相連，有效地促進了需求側管理全面開展。首先介紹了智能電網環境下需求側管理的特點，闡述了需求側管理內容：消減高峰時段負荷、增加低谷用電負荷和移峰填谷；其次介紹了電力需求側管理的峰谷分時電價數學模型，并詳細說明了目標函數和約束條件；最后總結了智能電網對電力需求管理的促進作用。

關鍵詞：智能電網 電力需求側管理 削峰填谷 分時電價

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（c）-0162-01

傳統電力需求側管理是指用戶和電力公司共同管理用電需求，以科學合理的能源利用方式，既滿足用戶用電需求又提高能源利用效率，最終使每個需求側管理參與者受益的用電管理技術。智能電網相較于傳統電網的優越性之一就是強化電網與用戶互動、支持用戶服務和需求響應。智能電網下需求側管理能更好引導用戶優化用電，提升供電企業負荷管理水平。

1 智能電網下電力需求側管理

1.1 智能電網需求側管理特點

與傳統電網的需求側管理相比，智能電網下的電力需求側管理有如下特點。

1.1.1 電力和信息的雙向流動

傳統電網中電能是以“發、輸、配、用”為核心單向傳輸，信息流也是從設備到監控中心單向流動，使電網的高峰和低谷負荷難以避免。智能電網采用先進通信、計算機技術使其實現了電力和信息的雙向流動，使智能電網下需求側管理能真正由供電企業與用戶共同進行。供電企業通過先進的通信網絡與用戶及時溝通，為用戶提供多種用電選擇并傳遞給用戶；用戶通過智能電表獲悉電能優惠、供電情況等信息后，結合自身實際情況調整用電行為，共同參與需求側管理，極大提高用戶改善用電行為的積極性。

1.1.2 電能選擇多元化

隨著太陽能、風能、潮汐能等多種清潔能源發電的興起，智能電網中不同能源形勢分布式電源接入也日益增多，用戶可根據實際需求選擇不同的電能，促進了需求側管理工作全面開展。智能電網通過對煤電、新能源發電等進行科學合理的調度，在保證用戶供電可靠性基礎上，提高能源利用效率，實現經濟利益最大化。

1.1.3 資源配置優化

在供電企業的引導和鼓勵下，用戶與供電企業共同參與需求側管理，將所節約電能與多種能源發電進行競爭，強化電能市場屬性，實現資源優化配置。

1.2 智能電網需求側管理內容

智能電網需求側管理涉及負荷管理、能效管理、能源替代及回收和分布式能源利用等內容，負荷管理是需求側管理主要內容，主要表現在如下三方面。

1.2.1 消減高峰時段用電負荷

智能電網需求側管理消減高峰時段負荷的主要措施有直接負荷控制和可中斷負荷控制。直接負荷控制是在高峰負荷時調度中心通過隨機甩負荷來降低峰荷，之后對被甩負荷進行經濟補償。由于該甩負荷方法是隨機行為，對用戶影響較大，特別是對于供電可靠性要求較高的用戶，可能產生不可彌補的后果?？芍袛嘭摵煽刂剖窃诟叻遑摵蓵r供電企業按照與用戶簽訂的中斷供電協議對其斷電，減小對被斷電用戶的影響，同時保證了對重要負荷的供電，該方法得到廣泛使用。隨著分布式發電及儲能設備的應用，可中斷負荷供電可靠性也有所提高，在負荷高峰時段由儲能裝置等繼續供電，避開用電高峰、提高了用電滿意度。

1.2.2 增加低谷用電負荷

該方法適用于電網峰谷負荷變化較大的情況，通過一系列措施鼓勵用戶在電網負荷低谷時段增加電能使用。電動汽車等設備可在電網低谷負荷時進行充電儲能，有效增加低谷負荷，既降低了用戶電費又提高了供電企業收入。

1.2.3 移峰填谷

移峰填谷指通過有效的電價政策，引導用戶避開用電高峰、選擇低谷用電、減小峰谷差，從而起到削峰和填谷的雙重作用。該方法可減少用戶電費支出，優化負荷曲線，實現用戶和供電企業雙贏。電動車儲能裝置、蓄冷蓄熱裝置、自備供電儲能裝置等可用于移峰填谷。

2 峰谷分時電價

價格杠桿是實施電力需求側管理最有效的經濟手段，峰谷分時電價憑借其較強的可操作性，仍是智能電網電力需求側管理的核心內容。

2.1 峰谷分時電價的含義

峰谷分時電價是指根據電網在每天不同時段的實際負荷情況和用戶需求，將時間劃分為高峰、平段、低谷三個時段，并設立與之對應的峰、平、谷電價。峰谷分時電價又可以分為工業用戶、商業用戶和居民用戶峰谷分時電價。峰電價較高谷電價較低有利于調動用戶削峰填谷、轉移用電負荷和降低峰谷時段的負荷差，提高設備容量利用率和節約能源。

2.2 峰谷分時電價的數學模型

2.2.1 優化目標

實行分時電價的主要目的是為了削峰填谷，減小峰谷差，從而提高電力系統的負荷率、電力系統的運行效率和穩定性。為了便于優化比較，取優化目標為：

min（Lmax=max（L（t，ζ，Δ））

min（max（L（t，ζ，Δ）-min（L（t，ζ，Δ））

其中：t為劃分時段的總數；

ζ為峰時段電價對平時段電價拉開度與谷時段電價對平時段電價拉開度的比值；

Δ為谷時段電價對平時段電價的拉開度；

L（t，ζ，Δ）為實行分時電價后，在給定ζ和Δ條件下用戶的反應負荷。

2.2.2 約束條件

（1）使供電方獲利：MTOU≥M0- M?

其中：MTOU為實行分時電價后供電方的銷售收入，即實行分時電價后用戶電費支出；M為實行分時電價后供電方通過削峰可以節約的電力建設投資；M0為實行分時電價前用戶電費支出。

（2）使用戶受益：MTOU≤M0

（3）用電總量不變：Lf+Lp+Lg=Lf+Lp+Lg

其中Lf、Lp、Lg 分別為實施峰谷電價后峰時段、平時段和谷時段的用電量， Lf、Lp、Lg分別為實施峰谷電價前峰時段、平時段和谷時段的用電量。

（4）峰谷分時電價的約束：考慮了發電成本和用戶的承受能力，峰谷差的范圍應為2～5倍之間，即2≤pf/pg5

其中pf和pg分別為峰時段電價和谷時段電價。

3 結語

智能電網通過應用先進的通信、傳感、計量技術和計算方法，采用智能化電表、電器與用戶緊密相連，有效地促進了需求側管理全面開展。智能家居、智能樓宇、智能小區等建設及節能設備使用可大量削減電網高峰時段負荷，有效緩解供電壓力并提高電能使用效率，對需求側管理水平提升有積極作用。

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