能源互聯網中綜合需求側響應的關鍵問題及展望

林垠 高亞洲 張超

摘要：我國能源發展方式主要是受到節能減排以及化石能源短缺問題影響，因此需要對其進行全面調整轉型。隨著不斷應用的新能源發電模式，逐漸將我國傳統電網轉化為新能源電力系統方向，明顯影響著電力系統的運行控制。新能源電力系統中需求側響應能夠有效刻度系能源的間接性問題，不斷加強電網對于新能源的利用效率，有效提升荷源互動以及協調等。本文將簡析能源互聯網中綜合需求側響應的關鍵問題及展望，并提出個人見解。

關鍵詞：能源互聯網;綜合需求側響應;關鍵問題;展望

一、新能源電力系統具有以下特征

1）雙側隨機性。在傳統電力系統中，規劃或運行決策僅主要考慮來自負荷的不確定性。然而，在新能源電力系統中，間歇性發電所占比例較高，因此電力系統在供需雙側都呈現出顯著的隨機性特征。

2）不可控性。電力系統是一個受控設備眾多、分布廣泛、控制精度要求高、未知擾動多的復雜系統。新能源發電的進入使電力系統總發電單位數量大幅度增長，系統中可調度容量與可調度電力所占比例大幅度降低，隨機擾動性進一步增強，從而導致系統的可控性降低，安全風險增大。

3）整體性。新能源電力系統中，隨著新能源發電比例的上升，傳統電力系統“發輸配售用”的功能界限將逐漸趨于模糊。利用可控發電機組和需求側響應（DR）技術應對新能源發電的隨機波動性，可以形成多能源互補的協同機制，實現源網荷多元協調，從而使得整個電力系統成為一個不可分割的整體。

4）智能性。在智能電網的宏觀背景下，新能源電力系統的諸多環節，例如：新能源發電并網消納、電動汽車與儲能、DR等，都需要建立在先進的網絡信息系統、智能控制與管理系統以及大數據處理、云計算等技術的基礎上。因此，整個新能源電力系統表現出很強的智能性特征。

由于上述特征的存在，單純依賴供應側資源的模式要滿足新能源電力系統運行可靠、安全、經濟、高效的要求是十分困難的，因此必須挖掘新的可用資源，在實現上述目標的前提下，促進新能源的高效利用。DR作為一類市場化運作手段，通過鼓勵電力用戶主動改變自身用電行為，達到與供應側資源相同的效果。作為虛擬的可控資源，DR可與多種發電類型結合，有效克服因新能源發電隨機性及其與用電活動的時間不匹配性對電力系統運行造成的不利影響。

二、未來能源互聯網中綜合需求側響應的關鍵問題

（一）支持技術問題

在未來能源互聯的多能源網絡系統中，IDR 需要借助一系列的支持技術才能夠實現，主要包括多能流置換技術、多能源智能管理技術以及綜合用能預測分析技術。

1、多能流置換技術。

多能流置換是實現用戶能源消費具有可選擇性的重要途徑。能源集線器（energy? hub，EH）是實現多能流匯聚輸入、置換輸出以及多能互補利用的關鍵設備。國內外已經針對能源集線器展開了比較深入的研究。一方面，是先進電力電子技術在能源集線器中的應用，交直流配網下電力電子變壓器、固態變壓器作為能源集線器的核心技術之一，能夠實現儲能/ 電動汽車（EV）、分布式光伏以及其他分布式交流電機的接入，能夠提供類似于 USB 的網絡接口，保證各類型能量單元的即插即發，實現多類型分布能源的高效利用，日本“數字電網”以及美國 FREEDM 都提出了依托于上述設備的未來能源網絡的構想。

另一方面，集中在能源集線器自身架構的設計和基于能源集線器的用能行為優化。

但對于能源集線器的基本結構仍沒有統一的認識，目前主要包括小型熱電聯產（combined? heat? and? power，CHP）、電儲能、電鍋爐等，多能流置換也多集中在氣-電置換。由于不同地區不同用戶的用能需求都存在差異，應該根據用戶實際的用能需求，確定能源集線器中各類型設備的組合方案和容量配比。因此，未來能源集線器應該向模塊化的方向發展，具備開放式的體系架構，能夠提供即插即用的模塊接口，從而提高能源集線器設備利用效率。以能源集線器為節點的區域多能源系統規劃是未來區域能源互聯網研究的關鍵點之一。

2、綜合用能特性預測分析技術。

在能源互聯網背景下，用戶的角色將逐步從單向的能源消費者向雙向的生產消費者轉變，用戶的綜合用能特性是其能量生產與消費單元自平衡后的外部表現特征。因此，對于用戶綜合用能特性的分析，應主要包括兩個方面，一方面是各類型分布式能量單元出力預測，另一方面是用戶基本用能需求以及可調控潛力分析。

（二）IDR 資源的協同運行機制問題

IDR 資源是能源互聯網運行調控過程中的重要可控資源，是實現能源系統“源-網-荷-

儲”協同的關鍵。能源互聯網相關概念提出后，關于IDR資源協同優化機制的研究就已經展開，目前主要集中在用戶層面和系統層面。在用戶層面，相關研究主要集中在多能源市場條件下能源市場價格對各市場主體行為的影響分析。通過多主體效益建模，構建涵蓋售電主體，售氣主體和用戶的三方博弈模型，通過模型的納什均衡結果分析各參與主體的行為策略。部分研究還引入了碳交易市場，進一步分析碳排放約束對用戶綜合用能行為以及用戶用能效益的影響。但對于用戶用能需求的建模基本沒有考慮用戶不同能源需求之間的可替代性，沒有對不同類型能源需求的關聯性進行分析。在系統層面，相關研究主要集中在 IDR 資源對系統整體運行成本或者綜合能源利用效率的影響分析，多以系統運行成本最小為目標對多能源網絡的運行控制策略進行建模分析，但在 IDR 資源建模過程中考慮的影響因素較少，并且多數仍是從電力系統的角度出發，只是分析了其他形式的能源供給對電力負荷的優化結果，基本沒有考慮 IDR 實施對其他能源系統運行的影響。

三、淺談能源互聯網中綜合需求側響應的展望趨勢和相關建議

實現能源綜合利用是能源互聯網建設發展的重要目標，要發揮IDR在未來能源系統中的作用，首先要積極研發固態變壓器、能源集線器等IDR實施的關鍵硬件設備，提高用戶用能的可替代性;其次，開發用能數據智能采集技術，實現用戶不同類型用能數據的實時采集，構建用戶用能行為分析數據庫;最后，開發用戶側的多能源智能管理技術，基于用戶用能數據分析結果，對用戶用能行為進行智能管理和實時調控。

結束語：

綜上所述，實現能源綜合利用，必須認真研發各種關鍵硬件設備，提高用能數據智能采集技術和多能源智能管理技術。

參考文獻：

[1]馬騰飛，吳俊勇，郝亮亮等.基于能源集線器的微能源網能量流建模及優化運行分析[J].電網技術，2017（07）

[2]別朝紅，王旭，胡源.能源互聯網規劃研究綜述及展望[J].中國電機工程學報，2017（10）

[3]劉福玉.新能源電力系統中需求側響應的關鍵性問題探討[J].電子測試，2017，（09）