網荷互動用戶可中斷負荷選擇與恢復策略研究

仇晨光， 程錦閩， 李新家，熊 政， 李 平

( 1. 國網江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210024;2. 江蘇方天電力技術有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

為全面落實國家全球能源互聯網發展戰略，全力支撐全球能源互聯網落地江蘇，國網江蘇省電力有限公司自主創新，建設大受端省級泛在智能電網，其核心內容就是大規模源網荷互動體系的設計和系統建設。

大規模源網荷友好互動系統通過快速精準控制客戶的可中斷負荷，將大電網的事故應急處理時間從原先的分鐘級提升至毫秒級，可顯著增強大電網嚴重故障情況下的彈性承受能力和彈性恢復能力，大幅提升電網消納可再生能源和充電負荷的彈性互動能力。這種可中斷負荷是國網江蘇省電力有限公司與用電客戶協商，由客戶自主選擇后確定的一部分非核心、參與互動的用電負荷，如啟停方便的生產線和空調用電、部分照明用電等。這部分負荷被切除后，客戶關鍵的生產和安全保障用電不受任何影響，可最大程度地保障企業產能和電網設備安全。

本文著重討論大規模源網荷友好互動系統中，在電網不同運行狀態和需求場景下，如何選擇大型工業企業內各類生產與輔助負分路荷，參與負荷進行互動，響應電網緊急狀態。

1 網荷互動執行介紹

1.1 大電網安全穩定控制的各個階段

大規模源網荷互動體系使用戶負荷參與電網穩定控制的各個階段，可避免直接拉限線路或變電站，加快恢復拉限線路供電，讓電網回歸到正常狀態中[1]。

(1) 電網三級主動防御過程，時限要求1 s以內。特高壓直流故障時，穩控系統中心站接收到特高壓換流站的故障信號，立即根據預案分組通過快速通道向預定的用戶側網荷終端發出緊急切負荷指令，動作在1 s內完成。系統的毫秒級設計改變了以往負荷管理系統不能直接參與電網三級主動防御過程的現象。

(2) 電網頻率穩定性控制，時限要求10～20 s。特高壓直流故障引發大電網擾動，在電網安全穩定的三級自動切負荷等動作后，調度自動化系統已經完成了故障判別和系統參數測量，但系統頻率還未恢復正常，調度機構發布事故限電指令。此時負荷控制指令通過省調D5000系統發送到負荷快速響應子系統實施一鍵式群控對用戶負荷快速切除，可替代直接拉限線路。

(3) 電網潮流控制，時限要求1～10 min。特高壓直流故障第一階段結束后，可能造成相關輸電通道潮流超過穩定限額，省調經計算分析后，確定特定地區或電網分區進行負荷控制。此時負荷控制指令通過省調D5000系統發送到負荷快速響應子系統實施快速用戶負荷切除。對江蘇電網，錦蘇特高壓直流雙極閉鎖時，近區500 kV線路潮流越限，需要在蘇州4個分區進行負荷控制。

(4) 地區發用電重新平衡，時限要求10～30 min。特高壓直流故障處理完成后，省級電網不能實現發用電平衡，區域聯絡線路負荷超計劃。省調立即計算限電容量，按一定比例分配到各地區，此時負荷控制指令通過省調D5000系統發送到負荷負荷快速響應子系統壓限用戶用電負荷。

(5) 恢復拉閘線路重新送電，時限要求30～60 min。在地區發用平衡后，通過進一步壓限用戶負荷，逐步恢復被緊急拉閘線路，恢復旋轉備用設備，讓電網恢復到正常運行狀態。

1.2 網荷互動執行過程

在智能電網環境下，用戶負荷參與電網互動，可分為3類場景：(1) 應對電網異常時的緊急負荷響應；(2) 應對電網供電能力不足時的有序用電；(3) 調節電網峰谷差的需求響應。負荷響應系統的過程如圖1。

圖1 負荷響應系統架構Fig.1 Diagram of load response system architecture

負荷響應系統可接收調度自動化系統下達的負荷調節指令，根據從營銷基礎數據平臺獲取的用戶檔案信息和用電行為，結合實時負荷數據，對指令進行快速分解，并通過用電信息采集(負控)系統和樓宇需求響應系統等其他控制系統，向各目的區域內、特定工業、商業、居民的可控負荷下發響應需求信號，完成負荷配合調度運行的全過程。

1.2.1 方案決策

快速負荷響應系統根據調度系統下達的不同指令，快速編制各種調節方案。

在快速故障處理階段，針對調度下發的全網快速控頻率、特定區域控潮流、分區比例分攤控聯絡線口子功率等指令，優先篩選相應地區內可切除容量大、具備迅速切除條件的用戶，基于用戶影響程度最小，制定一鍵式精準削峰方案，確定執行用戶及切負荷容量要求。

在旋轉備用補充及恢復階段，選擇負荷調節經濟性好、運行特性穩定的用戶，將不同調控容量、不同調控特性的用戶負荷組成多個“調峰機組”，制定經濟性調峰方案，確定執行用戶組合和負荷調節要求。

1.2.2 方案執行

一鍵式精準削峰面向方案確定的用戶，將切負荷指令快速下發給負控終端以及樓宇需求響應終端，對用戶的快速響應型可中斷負荷進行控制。典型手段包括非應急照明、非生產性電機、空調系統部分新風機組、可中斷電加熱鍋爐、熱水器等用電設備的快速控制。主要滿足電網調度運行及時控頻率、控潮流和控聯絡線電量的需求。

經濟性靈活調峰面向方案組合中的用戶，將負荷調節曲線下發給負控終端以及樓宇需求響應終端，對用戶的可調節負荷進行跟蹤調節，如圖2所示。常用手段既可以采用切除工業用戶非生產性負荷、關閉商業樓宇空調主機、水泵、新風系統、熱水器等剛性控制方式，也可以采用調節空調回水溫度、調節風量和全局溫度等柔性控制方式。主要在滿足電網旋轉備用補償及恢復的基礎上，達到電網穩定的經濟性要求。

圖2 負荷快速響應自行方案執行圖Fig.2 Diagram of load the rapid response to the implementation of their own plans

1.2.3 實時反饋

負荷快速響應系統根據終端設備反饋的控制結果以及控制前后實時負荷對比，對調控的效果進行評估，將評估結果實時返回給調度自動化系統，以便調度自動化系統進行進一步的優化控制。

2 用戶可中斷負荷的分類與選擇

可中斷負荷是指在電網高峰時段或緊急狀況下，用戶負荷中可以中斷的部分。電力公司與用戶簽訂相關合同，在系統峰值時和緊急狀態下，用戶按照合同規定中斷和削減負荷[2]。

從網荷互動場景分類，參與電網缺口調節和峰谷調節的可中斷負荷，是有計劃預案和提前預知的負荷中斷，而參與電網應急響應時頻率潮流控制的可中斷負荷其響應時效性在分鐘級以內，屬于秒級可中斷負荷[3]，對用戶而言不可預測也無提前通知，也就是常年預備。在大電網事故情況下，為了提升特高壓應急處置速度同時減小影響面，需對用戶秒級可中斷負荷實現精確控制。

2.1 用戶可中斷負荷的分類

不同行業、不同類別、不同性質的電力用戶用電設備、負荷特性、用電習慣均存在較大差別。參與網荷互動的用戶，以及用戶內部的各路分路負荷是否適宜參與，具體參與哪一個等級的負荷響應，根據日常用電管理的經驗以及網荷互動對可中斷負荷特性的要求，各用戶負荷及設備特點[4-9]概括如下。

(1) 鋼鐵、水泥等高耗能企業。此類行業用電負荷大，生產性質一般為三班制連續作業，且不受時段、季節、氣候影響。可中斷負荷包括可快速停用電爐、廢鋼處理線、水泥磨機、生料磨機等高耗電用電設備負荷，可中斷負荷快速調控能力較強。

(2) 化工等連續性生產企業。此類行業用電負荷較大，生產性質大多為三班制連續作業，且不受時段、季節、氣候影響。在不危及安全生產的前提下可中斷設備僅僅包括辦公用電設備、物料泵等輔助生產設備，而主要的生產設備具有連續性和重要(高危)性，不適宜參與快速調控。

(3) 機械等非連續性生產企業。此類行業用戶大多屬于三級負荷性質的普通工業用戶，多數企業采用白班制、非連續性生產，不受時段、季節、氣候影響。可中斷負荷包括辦公照明、電腦、空調等非生產性負荷及電鋸、切割機、機床等生產設備，相應設備均可快速切除。

(4) 賓館、商場、寫字樓等電力用戶。此類行業用戶負荷運行主要集中在早峰、腰峰、晚峰階段，運行時間較為固定，涉及用電設備多，人員密集。因此對于可靠供電的依賴性較大。該行業用戶負荷基本為重要(高危)用電負荷，可中斷負荷基本為空調負荷[10-17]。

2.2 用戶可應急中斷分路負荷接入原則

各地區用戶負荷主要分為以下幾類：一是中斷后會引起人身安全事故的安全保障負荷；二是中斷后可能造成一定損失的生產負荷；三是中斷后影響較低的輔助負荷和非生產負荷。在用戶現場改造時，可按照以下原則接入用戶分路負荷。

(1) 用戶負荷回路接入選擇順序按總進線、中斷后影響較低的輔助負荷和非生產負荷、中斷后可能造成一定損失的生產負荷逐級選擇，終端屏柜內端子接線按各路可控負荷重要性逐級提高，最后接總進的順序接入；

(2) 終端接線完成后，通過參數配置設置跳閘輪次與負荷回路對應的關系，每個輪次可任意對應多個負荷開關，建議同一輪次不可配置不同影響程度的負荷開關。按照國網企業標準“376.1.通信協議”一個終端的功控輪次上最多8輪。原則上1—2輪對應中斷后影響較低的輔助負荷和非生產負荷，3—6輪對應中斷后可能造成一定損失的生產負荷，7—8輪對應用戶主、備總開關；

(3) 用戶1—6輪開關接入的可監控負荷不得低于用戶正常用電負荷的50%，不得高于用戶正常生產負荷的70%。

3 可中斷負荷控制與恢復策略

3.1 負荷控制策略

為有效降低事故影響面，在負荷調控時優先考慮影響用戶數的多少，以影響用戶最少為優先目標，主要對用戶1—6路負荷進行控制，用戶的安全保障用電予以保留。主要考慮以下幾條控制策略[4]：

(1) 高耗能優先策略。各地區參與網荷互動改造的用戶中，高耗能用戶優先參與特高壓應急處置，因此高耗能用戶群組單列，在任何時段的特高壓事故均按需優先投入控制。

(2) 分時段選擇策略。根據用戶時段負荷特性，將除高耗能用戶外用戶分為A、B、C、D、E 5種類型，其中A、B、C、D 4種類型分別為早峰型，腰峰型，晚峰型及倒掛型，即分別在各自類型所屬時段控制能力較其他時段更強，在其所屬時段優先控制。E類型無明顯特征，僅參加循環補備控制。混合類型例如AB型用戶，在A時段視為A型，B時段視為B型用戶。

(3) 可中斷容量優先策略。高耗能及5種類型用戶中，在各自所屬類型范圍內按可中斷容量進行優先級排序，可中斷負荷動態計算，中斷能力強用戶優先控制，各分組用戶執行時按需投入控制。

(4) 各時段循環補備策略。在各時段發生的特高壓應急處置事故，如果本時段對應類型用戶處置能力不足的情況下，考慮公平性，需按照圖3所示順序進行循環補備。在4個類型補備后仍無法滿足要求的情況，補備E類型用戶。本地區網荷互動用戶全部參與仍無法滿足缺口要求的情況下，啟動調度群控拉路序位。

圖3 各類型用戶循環補備順序Fig.3 The order of each type of user cycle

3.2 執行流程

用戶參與特高壓應急處置執行過程中，首先由調度部門確認地區缺口指標并分解下達至負荷快速響應子系統，再分解地區指標至用戶并執行控制，高耗能用戶按需優先投入控制，如圖4所示。若滿足地區缺口需求，則進行動態監測并將控制效果反饋至調度部門；如果不能滿足缺口需求，則采取分時段選擇策略，各時段用戶按需投入，這時判斷是否滿足缺口，若滿足則將動態監測控制效果反饋至調度部門；若不滿足，則采取各時段循環補備策略，此時確認缺口是否已滿足，如果滿足，則控制結束；若所采取策略不能滿足地區缺口，則通知調度部門啟動分組群控拉路。

圖4 用戶參與特高壓應急處置執行過程Fig.4 The process of user participating extra-high voltage emergency disposal

3.3 恢復原則

在特高壓事故執行秒級控制后，在調度部門通知營銷可以釋放部分容量后，各地區營銷按以下原則進行中斷用戶恢復。

(1) 較小容量優先恢復原則。在已實施可中斷負荷秒級控制的用戶中，按照實際中斷負荷大小進行排序。根據調度部門恢復供電負荷執行計劃，中斷用戶按中斷負荷由小到大的次序進行恢復。一方面盡可能減小事故影響面，另一方面為后續執行有序用電進一步壓限大用戶留有余地。

(2) 實時互動原則。在事故恢復過程中，在當期恢復用戶確定后，由營銷負控通過手機APP、手機短信、終端短信及聲光告警方式向用戶下發允許合閘指令。用戶接到指令后，在確保設備及人身安全的前提下，自行恢復被中斷負荷。

(3) 營銷補備負荷置換原則。在特高壓故障持續時間較長，需要通過有序用電進行較長時間控制負荷的情況下，由省調向省營銷下達負荷控制需求，營銷部通過各地市公司啟動空調高級調控、投入有序用電方案分組等措施實施負荷控制。負荷控制到位后，省營銷將已實施秒級控制，但未納入本次有序用電執行序位用戶下達允許合閘通知，對其已中斷回路恢復供電，實現有序用電控制負荷與秒級中斷控制負荷的負荷置換。

4 結語

本文以研究用戶負荷分類為切入點，提出用戶可應急中斷分路負荷接入原則、可中斷負荷控制與恢復策略，實現了對用戶側負荷的精準化、實時化的精益管理，保證了用戶用電質量和電網有序恢復。未來將針對用戶的不同設備負荷特性，研究其具體的恢復方式(如立即恢復、約時恢復、提醒恢復等)。

本文得到國網江蘇省電力有限公司科技項目“特高壓直流故障處置后期負荷恢復策略研究”資助，謹此致謝！

仇晨光

仇晨光(1977—)，男，碩士，高級工程師，從事電力系統運行和控制相關工作(E-mail：cgqiu@hotmail.com)；

程錦閩(1984—)，男，碩士，工程師，從事電力系統運行和控制相關工作(E-mail：cjm-03@163.com)；

李新家(1967—)，男，本科，研究員級高級工程師，從事信息系統自動化與有序用電相關工作。