基于負(fù)荷曲線等效斜率提升光伏消納能力的需求響應(yīng)策略

唐一銘， 趙雙芝， 郭昭藝， 袁 泉， 湯 奕

（1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司， 江蘇 南京 211102； 2.東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096）

0 引言

在高滲透率光伏電網(wǎng)中， 當(dāng)光伏發(fā)電能夠滿足大多的負(fù)荷需求時(shí)， 火電機(jī)組出力及旋轉(zhuǎn)備用容量較低，當(dāng)光伏出力逐漸減少時(shí)，火電機(jī)組卻由于受到爬坡率限制，無(wú)法迅速地滿足功率平衡[1]～[4]，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量和安全運(yùn)行，甚至可能引起頻率失穩(wěn)、切負(fù)荷等問(wèn)題[5]。

火電機(jī)組的爬坡率是關(guān)于機(jī)組容量的函數(shù)，其大小被限制在一定范圍內(nèi)[6]。 若凈負(fù)荷曲線上升階段的斜率高于火電機(jī)組爬坡率限制， 則火電機(jī)組無(wú)法提供足夠的出力以維持電網(wǎng)平衡。 如果通過(guò)設(shè)置大量旋轉(zhuǎn)備用的方式提升火電機(jī)組的爬坡率，則會(huì)浪費(fèi)大量燃料能源及運(yùn)行費(fèi)用，大大降低系統(tǒng)的環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性。因此，在難以改變火電機(jī)組爬坡率的情況下， 只能通過(guò)降低凈負(fù)荷曲線的峰谷差來(lái)減少火電機(jī)組的爬坡量， 從而維持負(fù)荷平衡。然而，凈負(fù)荷曲線峰谷差的減少會(huì)帶來(lái)?xiàng)壒饬康脑黾?。因此，既考慮火電機(jī)組爬坡率的限制維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，又兼顧新能源的消納能力，已成為高光伏滲透率電網(wǎng)中的重要研究?jī)?nèi)容。

目前， 已有文獻(xiàn)通過(guò)規(guī)劃層面的研究解決光伏消納問(wèn)題。 文獻(xiàn)[7]以集中太陽(yáng)能、抽水蓄能和智能住宅中的燃料電池作為儲(chǔ)能方式來(lái)解決負(fù)荷曲線的高爬坡問(wèn)題， 且儲(chǔ)能系統(tǒng)的存在使棄光量減少。 文獻(xiàn)[8]利用儲(chǔ)能系統(tǒng)與需求響應(yīng)共同解決分布式光伏系統(tǒng)中新能源消納最優(yōu)的問(wèn)題。 文獻(xiàn)[9]通過(guò)鉛酸儲(chǔ)能系統(tǒng)改善饋線的光伏消納能力，然而光熱電站、 抽水蓄能電站以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用及其在傳輸和轉(zhuǎn)換電能時(shí)的能量損耗不可忽視。 文獻(xiàn)[10]提出了兩種需求響應(yīng)措施，包括可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和電力替代， 并對(duì)其在可再生能源電力調(diào)節(jié)中的作用進(jìn)行了定量分析， 從而增加光伏的消納能力。 在運(yùn)行層面上，文獻(xiàn)[11]提出高屋頂光伏滲透環(huán)境下的家庭能源管理系統(tǒng)， 將一部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到光伏充足的中午， 在減少電費(fèi)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了家庭負(fù)荷的合理分配和太陽(yáng)能資源的合理利用；然而使用HEMS 可能會(huì)造成負(fù)荷曲線出現(xiàn)新的峰值，不利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。 文獻(xiàn)[12]基于負(fù)荷與光伏發(fā)電的不確定性， 設(shè)計(jì)了一種機(jī)組組合雙層協(xié)同優(yōu)化方法， 使系統(tǒng)在有一定預(yù)測(cè)誤差的前提下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的運(yùn)行。雖然上述文獻(xiàn)在光伏消納問(wèn)題上已經(jīng)提出了很好的解決方法， 但是傍晚由火電機(jī)組爬坡率不足引起的數(shù)小時(shí)級(jí)大規(guī)模功率失衡尚未得到解決。

根據(jù)上述分析，本文在考慮火電機(jī)組爬坡率限制的基礎(chǔ)上，提出了基于等效斜率的需求響應(yīng)策略，即將峰值負(fù)荷轉(zhuǎn)移到光伏充足時(shí)段，在減小凈負(fù)荷曲線峰谷差，保證火電機(jī)組穩(wěn)定爬坡的同時(shí)，增加了光伏消納量。 該策略首先分析舒適度、 動(dòng)作次數(shù)等因素對(duì)需求響應(yīng)聚合功率的影響，然后提出等效斜率概念以表征凈負(fù)荷曲線的增長(zhǎng)速度，并基于等效斜率提出了動(dòng)態(tài)因素調(diào)整法及超前調(diào)整法，最后進(jìn)行算例仿真以驗(yàn)證該策略的有效性。

1 需求響應(yīng)協(xié)助光伏消納能力分析

高光伏滲透率電力系統(tǒng)中的光伏特性及負(fù)荷特性如圖1 所示。

圖1 需求響應(yīng)協(xié)助光伏消納示意圖Fig.1 Diagram of demand response assisted photovoltaic absorption

當(dāng)光伏出力最多時(shí)，電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷特性并不高；而在光伏出力逐漸減弱時(shí)， 負(fù)荷需求達(dá)到一天內(nèi)的峰值。凈負(fù)荷曲線為負(fù)荷曲線與光伏出力之差，凈負(fù)荷曲線在優(yōu)化前如實(shí)線所示， 峰值負(fù)荷幾乎全部由火電機(jī)組承擔(dān)。 但由于火電機(jī)組爬坡率的限制， 光伏發(fā)電充沛時(shí)段也要由火電機(jī)組承擔(dān)部分負(fù)荷，導(dǎo)致了大量棄光。 經(jīng)過(guò)需求響應(yīng)優(yōu)化后，負(fù)荷特性得到轉(zhuǎn)移，夜晚峰值負(fù)荷降低，中午時(shí)段負(fù)荷量增加， 凈負(fù)荷曲線的峰值也隨之降低。 同時(shí)， 凈負(fù)荷曲線在上升階段的爬坡率不超過(guò)火電機(jī)組爬坡率限制的情況下，降低了其最低值，增加了光伏消納能力。

需求響應(yīng)是合理分配負(fù)荷側(cè)資源、 提升電網(wǎng)穩(wěn)定性的有效方式。 合理利用居民側(cè)需求響應(yīng)資源有利于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷和降低用戶電費(fèi)。 因此，通過(guò)需求響應(yīng)的方式降低或轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求，從而減小負(fù)荷曲線的上升斜率。 本文將討論需求響應(yīng)聚合模型及負(fù)荷曲線等效斜率， 并基于等效斜率提出需求響應(yīng)協(xié)助光伏消納策略。

2 考慮需求響應(yīng)聚合功率的等效斜率

2.1 智能負(fù)荷需求響應(yīng)聚合模型

以空調(diào)、 熱水器和電動(dòng)汽車作為可控智能負(fù)荷進(jìn)行居民用電需求響應(yīng)， 其工作模型見(jiàn)文獻(xiàn)[13]。 設(shè)定某聚合商內(nèi)有10 000 戶家庭能夠參與需求響應(yīng)， 其需求響應(yīng)前的凈負(fù)荷曲線基于加州典型光伏曲線進(jìn)行蒙特卡洛模擬得出。 計(jì)算智能負(fù)荷需求響應(yīng)聚合功率的表達(dá)式為

式中：Pac為空調(diào)功率；Dac（t）為空調(diào)該時(shí)刻的需求響應(yīng)潛力；Pwh為熱水器功率；Dwh（t）為熱水器該時(shí)刻的需求響應(yīng)潛力；Pev為電動(dòng)汽車充電功率；Dev（t）為電動(dòng)汽車該時(shí)刻的需求響應(yīng)潛力；DRPtotal為需求響應(yīng)聚合功率；N1為空調(diào)數(shù)量；N2為熱水器數(shù)量；N3為電動(dòng)汽車數(shù)量。

智能設(shè)備聚合響應(yīng)功率及需求響應(yīng)前后凈負(fù)荷功率曲線如圖2 所示。

圖2 需求響應(yīng)前后凈負(fù)荷曲線Fig.2 Net load curve before and after DR

由圖2 可知，將智能負(fù)荷分組響應(yīng)后，負(fù)荷曲線近似斜率顯著降低。 分組后的負(fù)荷曲線雖有些許波動(dòng)，但于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行無(wú)礙。

2.2 需求響應(yīng)聚合功率影響因素分析

改變需求響應(yīng)策略，如智能設(shè)備舒適度區(qū)間、3 種智能設(shè)備數(shù)量比例、需求響應(yīng)次數(shù)等，觀察不同因素對(duì)智能負(fù)荷聚合響應(yīng)功率及響應(yīng)后負(fù)荷曲線的影響，如圖3 所示。

圖3 需求響應(yīng)策略對(duì)聚合響應(yīng)功率的影響Fig.3 Effect of DR strategies on aggregation power

由圖3（a）可知，3 條曲線分別為響應(yīng)1 次、2次和3 次時(shí)的響應(yīng)后負(fù)荷曲線，隨著響應(yīng)次數(shù)的增多，負(fù)荷曲線降低程度更為明顯。 圖3（b）中3條曲線分別為總功率相等的情況下空調(diào)、熱水器、電動(dòng)汽車的數(shù)量比分別為2∶2∶1，1∶1∶1，2∶1∶1，其中實(shí)線明顯比其他二者更低，即空調(diào)比重較大時(shí)能夠提供較高的聚合響應(yīng)功率。 圖3（c）中3 條曲線分別為不同舒適度區(qū)間下的響應(yīng)曲線，三者對(duì)應(yīng)舒適度較為嚴(yán)格（空調(diào)26 ℃以下，熱水器50 ℃以上和電動(dòng)汽車電量90%以上）、舒適度中等（空調(diào)27 ℃以下，熱水器45 ℃以上和電動(dòng)汽車電量80%以上）和舒適度較為寬松（空調(diào)28 ℃以下， 熱水器40 ℃以上和電動(dòng)汽車電量70%以上）的場(chǎng)景。舒適度越為寬松，響應(yīng)開(kāi)始時(shí)段能夠提供的聚合響應(yīng)功率越大，負(fù)荷曲線越低，但響應(yīng)結(jié)束后就會(huì)使用更多的功率使智能負(fù)荷回到響應(yīng)前的工作狀態(tài)以滿足用戶使用要求，響應(yīng)結(jié)束后負(fù)荷曲線反而更高。

由圖3 可知， 智能負(fù)荷聚合響應(yīng)功率主要受需求響應(yīng)次數(shù)及舒適度區(qū)間因素影響， 增加需求響應(yīng)次數(shù)以及擴(kuò)大負(fù)荷的舒適度區(qū)間時(shí)， 聚合響應(yīng)功率增加，負(fù)荷曲線上升速度明顯減緩?？偣β氏嗟葧r(shí)， 空調(diào)負(fù)荷占比更大的情況也有助于提供更多的聚合響應(yīng)功率。

2.3 負(fù)荷曲線等效斜率計(jì)算方法

由前文分析可知， 需求響應(yīng)可能使負(fù)荷功率曲線斜率多變， 須提出可量化指標(biāo)與爬坡率限制值相比較。本文提出負(fù)荷曲線等效斜率，以定量計(jì)算需求響應(yīng)后負(fù)荷曲線上升的近似斜率， 如圖4所示。

圖4 等效斜率示意圖Fig.4 Schematic diagram of equivalent slope

以需求響應(yīng)開(kāi)始的時(shí)刻為起始點(diǎn)S， 以負(fù)荷曲線最高點(diǎn)為結(jié)束點(diǎn)E， 計(jì)算ts～te之間負(fù)荷曲線的積分，并用一個(gè)與其面積相等的三角形代替，則三角形斜邊斜率能夠等效代替負(fù)荷曲線的上升斜率。 負(fù)荷曲線上升斜率的物理意義為在增發(fā)相同電量的情況下，用恒定斜率代替不斷變化的斜率，等效斜率計(jì)算方法為

式中：θ 為三角形斜邊與x 軸夾角；Pafter（t）為需求響應(yīng)后負(fù)荷曲線隨時(shí)間變化的函數(shù)；ts為需求響應(yīng)開(kāi)始時(shí)間；te為負(fù)荷曲線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)時(shí)間；Ps為需求響應(yīng)開(kāi)始時(shí)間對(duì)應(yīng)的負(fù)荷功率。

3 需求響應(yīng)協(xié)助光伏消納量化策略

將負(fù)荷曲線等效斜率與火電機(jī)組爬坡率限制值（tanθlimit）相比，在火電機(jī)組能夠維持功率平衡的情況下， 盡可能將負(fù)荷需求轉(zhuǎn)移至光伏出力充足的時(shí)段，以提升光伏消納的能力。在滿足火電機(jī)組爬坡率限制、能夠維持功率平衡的情況下，以消納光伏最多為目標(biāo)制定需求響應(yīng)策略； 對(duì)凈負(fù)荷曲線等效斜率超出火電機(jī)組爬坡率限制、 無(wú)法維持功率平衡的情況， 基于該等效斜率給出相應(yīng)的需求響應(yīng)策略。

3.1 基于低等效斜率的需求響應(yīng)策略

若tanθ≤tanθlimit，說(shuō)明當(dāng)前凈負(fù)荷曲線等效斜率不超過(guò)火電機(jī)組爬坡率限制， 則應(yīng)當(dāng)在維持功率平衡的情況下盡可能增大光伏消納的量。 其中tanθ=tanθlimit時(shí)，負(fù)荷曲線等效斜率與火電機(jī)組爬坡率限值相等， 火電機(jī)組恰好補(bǔ)償光伏減少的發(fā)電功率，維持電網(wǎng)功率平衡。當(dāng)tanθ＜tanθlimit時(shí)，負(fù)荷曲線等效斜率小于火電機(jī)組爬坡率限制， 說(shuō)明當(dāng)前需求響應(yīng)策略能夠提供多于維持電網(wǎng)功率平衡所需的聚合響應(yīng)功率。 此時(shí)則應(yīng)當(dāng)充分利用光伏出力，將多出的負(fù)荷用于光伏消納。

因此，在tanθ≤tanθlimit的情況下，均以火電機(jī)組爬坡率限制為標(biāo)準(zhǔn)， 將多出的負(fù)荷用于光伏消納。

需求響應(yīng)功率PDR（t）為

式中：Pbefore（ts）為需求響應(yīng)前負(fù)荷曲線。

3.2 日前需求響應(yīng)消納策略

當(dāng)tanθ＞tanθlimit時(shí)，負(fù)荷曲線等效斜率大于火電機(jī)組爬坡率限制， 當(dāng)前需求響應(yīng)策略提供的聚合響應(yīng)功率不足以維持電網(wǎng)功率平衡。 首先通過(guò)日前負(fù)荷預(yù)測(cè)獲得次日凈負(fù)荷曲線的等效斜率，以火電機(jī)組爬坡率限制為標(biāo)準(zhǔn)， 計(jì)算應(yīng)當(dāng)削減的峰值負(fù)荷量，即：

將計(jì)算出的負(fù)荷量轉(zhuǎn)移至光伏充足時(shí)段，以提升光伏消納能力， 此需求響應(yīng)策略稱為超前調(diào)整法，如圖5 所示。

圖5 超前調(diào)整法Fig.5 Leading adjustment method

在參與響應(yīng)的3 種智能負(fù)荷中， 空調(diào)負(fù)荷工作時(shí)的實(shí)時(shí)性要求較高， 長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉會(huì)使室溫快速提高，嚴(yán)重影響用戶使用舒適度，因此空調(diào)負(fù)荷不宜參與超前調(diào)整。熱水器工作時(shí)開(kāi)關(guān)頻率很低，其水箱具有一定保溫作用， 即使提前工作也能保證用戶使用時(shí)有足夠的水溫； 電動(dòng)汽車行駛時(shí)間之外的電量消耗可以忽略不計(jì)， 提前充電也能夠保證用戶的出行計(jì)劃不受影響， 因此熱水器和電動(dòng)汽車負(fù)荷適合參與超前調(diào)整。

3.3 日內(nèi)需求響應(yīng)消納策略

負(fù)荷具有較強(qiáng)不確定性， 日前負(fù)荷預(yù)測(cè)不一定能夠滿足受火電機(jī)組爬坡率限制的需求響應(yīng)聚合功率。本文提出日內(nèi)需求響應(yīng)消納策略，即動(dòng)態(tài)因素調(diào)整法 （Dynamic Factor Adjustment， DFA），在更短的時(shí)間尺度內(nèi)計(jì)算凈負(fù)荷曲線的等效斜率，并隨時(shí)調(diào)整需求響應(yīng)策略。

由前文分析可知， 凈負(fù)荷曲線的等效斜率受到需求響應(yīng)次數(shù)及需求響應(yīng)舒適度等因素的影響。 凈負(fù)荷曲線等效斜率超出火電機(jī)組爬坡率限制，立即改變需求響應(yīng)策略，放寬智能設(shè)備的舒適度區(qū)間或提升智能設(shè)備參與需求響應(yīng)的次數(shù)，以獲得更多的需求響應(yīng)聚合功率。 本文所提方法考慮了一段時(shí)間內(nèi)的負(fù)荷曲線， 其中包括了當(dāng)前動(dòng)作可能對(duì)未來(lái)需求響應(yīng)能力的影響， 這樣能夠?yàn)榛痣姍C(jī)組日內(nèi)計(jì)劃提供支持。

超前調(diào)整后，用式（2）計(jì)算調(diào)整后的tanθ′，并與tanθlimit比較。 若tanθ′≤tanθlimit，則按照式（3）計(jì)算需求響應(yīng)功率。 若tanθ′＞tanθlimit，則須要進(jìn)一步調(diào)整需求響應(yīng)策略，如圖6 所示。

圖6 動(dòng)態(tài)因素調(diào)整法Fig.6 Dynamic factor adjustment method

根據(jù)上述分析， 本文所提基于等效斜率的需求響應(yīng)量化策略具體有如下。

①首先進(jìn)行日前負(fù)荷預(yù)測(cè)， 計(jì)算次日凈負(fù)荷曲線的等效斜率。 若等效斜率大于火電機(jī)組爬坡率限值，進(jìn)行超前調(diào)整，轉(zhuǎn)移峰值負(fù)荷；②進(jìn)行日內(nèi)負(fù)荷預(yù)測(cè)并進(jìn)行等效斜率計(jì)算， 將計(jì)算結(jié)果與火電機(jī)組爬坡率限值比較， 若其不大于爬坡率限值則按限值進(jìn)行需求響應(yīng)策略制定； ③若超前調(diào)整后等效斜率依舊大于火電機(jī)組爬坡率限值，則動(dòng)態(tài)因素調(diào)整結(jié)束。

調(diào)整后增加的光伏消納量為

式中：tanθ′為進(jìn)行超前調(diào)整與動(dòng)態(tài)因素調(diào)整后的凈負(fù)荷曲線等效斜率。

在上述需求響應(yīng)量化策略中， 對(duì)于任意給定的電網(wǎng)、 火電機(jī)組裝機(jī)及旋轉(zhuǎn)備用容量和爬坡率限制，均可以量化計(jì)算出所需的需求響應(yīng)功率，在實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)保障用戶舒適度， 增加區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的光伏消納能力。

4 算例仿真分析

設(shè)有10 000 戶家庭參與需求響應(yīng)，每戶家庭中有空調(diào)、熱水器和電動(dòng)汽車3 種智能負(fù)荷，其工作設(shè)定點(diǎn)和各相關(guān)物理參數(shù)運(yùn)用蒙特卡洛法模擬生成。 假設(shè)負(fù)荷曲線最高點(diǎn)為240 MW 且火電機(jī)組爬坡率限制為0.6 MW/min。 運(yùn)用等效斜率法計(jì)算得到需求響應(yīng)前負(fù)荷曲線的等效斜率為0.738 MW/min。 進(jìn)行多組算例仿真，計(jì)算不同因素影響下的等效斜率，參數(shù)設(shè)定如表1 所示。

表1 不同場(chǎng)景下需求響應(yīng)策略設(shè)定Table 1 Demand response strategy setting in different scenarios

（1）改變舒適度區(qū)間

算例1 改變智能負(fù)荷響應(yīng)的舒適度區(qū)間，3個(gè)場(chǎng)景下智能負(fù)荷均響應(yīng)2 次，空調(diào)、熱水器和電動(dòng)汽車數(shù)量比為2∶2∶1。場(chǎng)景1 中空調(diào)舒適度26 ℃以下， 熱水器舒適度50 ℃以上， 電動(dòng)汽車電量90%以上，負(fù)荷曲線等效斜率為0.722 MW/min，消納光伏2.88 MW·h。場(chǎng)景2 中空調(diào)舒適度27 ℃以下，熱水器舒適度45 ℃以上，電動(dòng)汽車電量80%以上，負(fù)荷曲線等效斜率為0.637 MW/min，消納光伏18.18 MW·h。 場(chǎng)景3 中空調(diào)舒適度28 ℃以下，熱水器舒適度40 ℃以上，電動(dòng)汽車電量70%以上，負(fù)荷曲線等效斜率為0.612 MW/min，消納光伏22.68 MW·h。

（2）改變需求響應(yīng)次數(shù)

算例2 改變智能負(fù)荷響應(yīng)的次數(shù)，3 個(gè)場(chǎng)景下智能負(fù)荷舒適度均為空調(diào)27 ℃以下， 熱水器45 ℃以上，電動(dòng)汽車電量80%以上，空調(diào)、熱水器和電動(dòng)汽車數(shù)量比為2∶2∶1。 場(chǎng)景1 中智能負(fù)荷響應(yīng)1 次， 負(fù)荷曲線等效斜率為0.716 MW/min，消納光伏3.96 MW·h。場(chǎng)景2 中智能負(fù)荷響應(yīng)2 次，負(fù)荷曲線等效斜率為0.637 MW/min， 消納光伏18.18 MW·h。 場(chǎng)景3 中智能負(fù)荷響應(yīng)3 次，負(fù)荷曲線等效斜率為0.585 MW/min， 消納光伏27.54 MW·h。

（3）改變負(fù)荷比例

算例3 改變智能負(fù)荷的數(shù)量比例，3 個(gè)場(chǎng)景下智能負(fù)荷舒適度均為空調(diào)27 ℃以下， 熱水器45 ℃以上，電動(dòng)汽車電量80%以上，響應(yīng)次數(shù)為2次。 場(chǎng)景1 中空調(diào)、 熱水器和電動(dòng)汽車數(shù)量比為2：2：1，負(fù)荷曲線等效斜率為0.637 MW/min，消納光伏18.18 MW·h。 場(chǎng)景2 中空調(diào)、熱水器和電動(dòng)汽車數(shù)量比為1∶1∶1， 負(fù)荷曲線等效斜率為0.587 MW/min，消納光伏27.18 MW·h。 場(chǎng)景3 中空調(diào)、熱水器和電動(dòng)汽車數(shù)量比為2∶1∶1，負(fù)荷曲線等效斜率為0.504 MW/min，消納光伏42.12 MW·h。 3個(gè)場(chǎng)景下，負(fù)荷總功率保持不變。

通過(guò)以上量化計(jì)算可以看出， 增加負(fù)荷參與需求響應(yīng)的次數(shù)和拓寬智能負(fù)荷的舒適度能夠明顯降低負(fù)荷曲線等效斜率，增加光伏消納量。由于空調(diào)負(fù)荷的工作循環(huán)頻率比熱水器、 電動(dòng)汽車要高，因此相同總功率情況下空調(diào)負(fù)荷占比重越高，等效斜率越低，光伏消納越多。

在算例2 的場(chǎng)景3 以及算例3 的場(chǎng)景2、場(chǎng)景3 中，均有，說(shuō)明在這些場(chǎng)景下需求響應(yīng)能夠?qū)⒇?fù)荷曲線等效斜率降低至火電機(jī)組爬坡率限制之下， 可以以爬坡率限制為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算實(shí)時(shí)需求響應(yīng)功率。 算例1 全部場(chǎng)景、算例2 場(chǎng)景1、場(chǎng)景2 及算例3 的場(chǎng)景1 中， 其需求響應(yīng)策略需要進(jìn)一步調(diào)整。

對(duì)于算例2 場(chǎng)景2， 由于其本身凈負(fù)荷曲線的等效斜率與火電機(jī)組爬坡率限制相差不大，僅對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)因素調(diào)整即可滿足電網(wǎng)功率平衡的要求。 將響應(yīng)次數(shù)從2 次改為3 次后凈負(fù)荷曲線等效斜率降至爬坡率限制以下。

對(duì)于需要聚合響應(yīng)功率較大的情景來(lái)說(shuō)，只進(jìn)行動(dòng)態(tài)因素調(diào)整不足以解決功率失衡問(wèn)題，還須要將超前調(diào)整與動(dòng)態(tài)因素調(diào)整法相結(jié)合。

假設(shè)某場(chǎng)景下需求響應(yīng)策略初始設(shè)定為智能負(fù)荷均響應(yīng)1 次，空調(diào)舒適度26 ℃以下，熱水器舒適度50 ℃以上，電動(dòng)汽車電量90%以上，負(fù)荷比例2∶2∶1， 計(jì)算出初始凈負(fù)荷曲線等效斜率為0.921 MW/min。進(jìn)行超前調(diào)整和動(dòng)態(tài)因素調(diào)整后，凈負(fù)荷曲線的等效斜率等于0.716 MW/min，調(diào)整后增加光伏消納36.90 MW·h。

調(diào)整前、后負(fù)荷曲線如圖7 所示。

圖7 動(dòng)態(tài)因素調(diào)整及超前調(diào)整后凈負(fù)荷曲線Fig.7 Net load curve of dynamic factor adjustment and leading adjustment

由圖7 可知， 同時(shí)進(jìn)行超前調(diào)整和動(dòng)態(tài)因素調(diào)整后， 負(fù)荷曲線等效斜率與火電機(jī)組爬坡率限制基本一致，保證了區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)光伏消納能力，同時(shí)，火電機(jī)組出力與負(fù)荷曲線同步增長(zhǎng)，能夠維持電網(wǎng)功率平衡。

5 結(jié)論

針對(duì)高滲透率光伏電網(wǎng)中棄光現(xiàn)象嚴(yán)重，且火電機(jī)組存在爬坡率限制導(dǎo)致光伏下降時(shí)電網(wǎng)可能出現(xiàn)大規(guī)模功率失衡問(wèn)題， 本文首先分析了需求響應(yīng)聚合功率的影響因素， 然后提出了負(fù)荷曲線等效斜率計(jì)算方法， 并基于等效斜率提出了動(dòng)態(tài)因素調(diào)整法、超前調(diào)整法等需求響應(yīng)策略，使系統(tǒng)峰值負(fù)荷需求轉(zhuǎn)移， 消納光伏能力增加的同時(shí)維持了電網(wǎng)功率平衡。 算例仿真結(jié)果表明了該策略的有效性。