新能源電力系統中需求側響應關鍵問題及未來研究展望

肖堯

（南方電網廣東廣州供電局客服中心，廣東 廣州 510620）

氣候環境變化問題日益嚴峻，注重發展新能源發電模式，已經成為現代發展重點。按照相關數據可知，中國風電裝機率、太陽能發電裝機率均呈現出倍數增長趨勢[1]。采用新能源發電模式后，會顯著影響電力系統運行控制效果。

1 需求側響應對新能源電力系統的作用分析

1.1 需求側響應資源與分類

在物理形態、使用習慣方面，終端負荷具備顯著差異，導致需求側響應用戶呈現出多種響應特征與響應能力。

按照不同角度，將需求側響應資源分為多種類型：①根據用戶類別，劃分為工業負荷、居民負荷、商業負荷、其他負荷。②根據響應特性，劃分為可平移負荷、可轉移負荷、可削減負荷。在特定周期內，可轉移負荷的總用電量不變，可以靈活調節不同時段用電量；平移負荷會受到生產生活流程限制，在不同時間段內，平移用電曲線，該類資源包括工業流水線設備；按照實際需求，削減用電量負荷，該類資源涉及到大型洗衣、居民空調、農村灌溉設備等[2]。③根據能量流向劃分，包括雙向互動資源、單向可調節資源。對于雙向互動，主要是電能輸出功能負荷，涉及到儲能設備、電動汽車、分布式電源等；針對單向可調節來說，在用電功率上、運行時間上，具備可控性純用電單元。④根據調節目標，劃分為削峰型資源、填谷型資源。針對削峰型資源，可以在用電高峰期減少電力消費量，改變過程中，不會涉及到高峰期以外時段；填谷型資源可以推遲高峰用電負荷，使其轉移到低谷時間段。

1.2 需求側響應對新能源電力系統的作用

在新能源電力系統中，需求側響應資源可以作為虛擬發電機組和常規電源參與到調度計劃中，同時為系統提供輔助服務，比如旋轉備用、調頻等。

按照不同調控機制與方法，需求側響應對新能源電力運行貢獻的差異較大，如表1所示。

表1 需求側響應對新能源電力系統的貢獻作用

從表1可知，針對實時電價、分時電價、尖峰電價的需求側響應項目來說，相關控制信號的控制周期為“小時級”，負荷不能按照新能源出力情況做出反應，無法有效處理由于新能源發電短時波動問題所造成的并網難度影響。在應用實踐中，單一按照價格型需求側響應維護新能源電力系統運行安全性、高效性的難度大。與價格型需求側響應相比，合同激勵型需求側響應能源能夠促進新能源發電大規模并網、高效運行[3]。分析原因可知，激勵型需求側響應能源是一種直控方式，能夠直接對用電活動負荷予以管控，確保其可以快速、準確響應系統信號，追蹤匹配新能源出力。國家發改委開展了全國性用電工作，為未來實施經濟激勵的需求側響應供電奠定基礎，高效激勵需求側響應能源實施。

1.3 需求側響應技術

在新能源電力系統中，需求側響應需要通過支持技術實現，包括智能控制技術、信息通信技術、高級量測技術等。

信息通信技術：信息通信是在連接系統間，利用模擬、數字信號調制手段，對不同信息實施電子傳輸的技術。需求側響應管理目標應當通過遠方通信方式支持。遠方通信技術涉及到電力線載波、電力線寬帶手段、專用公共網絡、固定無線電網絡等。

智能控制技術：智能控制技術可以確保需求側響應在用戶側落實和執行。典型控制設備，涉及到智能電器與插座、雙向智能表計、智能用電信息管理技術、智能用電終端。通過該類設備，系統運行者對負荷控制、需求側響應進行集中化控制，確認執行效果。

高級量測技術：高級量測技術能夠對用戶用電信息進行測量、收集、存儲與應用，屬于新型信息技術，組成包括量測數據管理系統、通信網絡、智能電表、相關接口等。采用高級量測技術，電網企業能夠統一監控和管理用電設備，用戶用電信息涉及到負荷控制信號、實時負荷數據、用戶服務信息等，可以實時采集分析，同時在電力企業和用戶間獲取雙向通信。利用指導用戶合理用電，能夠實現電網與用戶互動操作。

2 新能源電力系統的需求側響應關鍵問題

2.1 綜合資源規劃技術

確保規劃策略科學性，能夠實現需求側響應效益。針對新能源電力系統，必須全面分析供應側、需求側響應資源，按照標準化策略，規劃綜合資源。在限制新能源發電規模化接入中，全面發揮出需求側響應效果。根據不同對象，可以劃分為需求側響應獨立規劃、源網荷聯合規劃、源荷綜合規劃。在需求側響應資源中，涉及到電動汽車、可轉移負荷、暖通空調。

在研究中，建立多樣化優化模型，求解需求側響應設備、電網架構、布設位置[4]。規劃目標能夠降低總經濟成本，全面提升能源利用率。按照研究結果顯示，在規劃決策中，深入分析需求側響應管理影響，增加方案效益。需求側響應對新能源發電貢獻大，并且和電網特點及位置相關。合理應用不同負荷互補性，能夠增加規劃方案效益。引入需求側響應，在建立模型時，注重分析系統運行狀態。新能源電力系統具備雙側隨機特點，會加大模型求解難度。所以，針對不確定性優化問題，注重算法求解，已經成為重要問題。

2.2 發用電一體化調度技術

在智能電網體系下，需求側響應負荷則為虛擬發電資源和常規電源均參與到調度計劃中。負荷效應速度能夠豐富電力運行效益，加強調節與控制效果，同時可以加強可再生能源消納能力，全面提升電力資源利用效率。在互動模式下，注重用電一體化調度問題，現存研究非常多。

新能源電力系統中，發用電聯合調度，合理應用高級能量管理系統實現，該系統按照各測量點，收集電氣參數、設備狀態，對協調控制系統中的電源、負荷、運行形態進行計算[5]。其中，電價模式引入動態電價信號，削減用戶負荷；在執行相關指令時，對用戶行為依賴較大，導致執行強制性不足；電價模式為間接負荷調控模式，可以應用到價格信號敏感用戶中；按照合同、市場競爭模式，運行者可以直接調控負荷。

2.3 協調優化控制技術

在新能源電力系統中，需求側響應資源能夠補充常規機組調節問題，參與到電網穩定、調頻控制中。相比于集中調控方式，采用聚合接入方式，需求側響應資源需要復雜控制技術。基于當前發展，研究集中在單一需求側響應資源，即優化設計控制策略、協調配合需求側響應資源。

針對控制策略設計，應當針對潛在需求側響應資源、蓄熱、電動汽車、電加熱、溫度控制負荷等方式，提出針對性控制策略。常用控制目標能夠對新能源發電波動進行抑制，全面提升系統運行經濟性、安全裕度。按照研究顯示，通過標準化調控策略，需求側響應資源可以抑制發電波動，加強應對外部不確定能力。在部分情況下，依賴供應側資源方案，具備顯著經濟性。針對協調需求側響應資源，按照不同類型需求側響應資源互補性，比如基于負荷集成商角度，提出綜合利用混合動力汽車，可控熱負荷、熱點聯產，提供輔助調頻控制法。

2.4 新需求側響應效益評價

在新能源電力環境下，實行需求側響應，可以為電力系統提供有效經濟效益。針對電網企業，降低新發電并網不良影響，延緩擴容建設需求，全面提升電網資源利用效率。針對發電企業，降低機組調峰成本，合理控制發電碳排放。針對用戶，參與需求側響應，能夠降低用電支出，獲得高經濟效益。針對全社會發展，源荷互動能夠實現新能源發電并網，實現電能低碳化發展。注重分析電力系統需求側響應效益，關注經濟性問題，通過需求側響應，深入分析和研究市場運營效率問題。

2.5 市場化運作機制

在新能源環境下，系統運動不確定性非常多，不管是容量規模，還是多樣類型，都對需求側響應提出嚴格要求。在現有基礎上，探索科學市場化運作模式。現階段，為了確保各方積極參與，學者提出金融模式的需求側響應運作。將實時電價作為基礎，按照用戶響應方式，新能源發電匹配關系，優化設計不同類型需求側響應期權，對用戶進行合理定價。提出上述機制，不僅能夠準確評估需求側響應市場價值，還可以降低用戶需求側響應參與風險，全面提升參與積極性。從上述分析可知，智能電網、電力市場快速發展，出現多元化電力金融工具，市場風險管理、需求側響應商業化應用，都可以發揮出顯著作用。

3 建議與展望

3.1 完善技術支撐體系

引入智能采集、量測技術，制定用電信息采集路線，全方位采集用戶用電信息，以此滿足不同業務應用系統，特別是數據共享、智能應用需求等；注重調度控制技術升級，加強系統調度能力，注重軟件開發與升級；應用智能設備控制技術，促進用能設備控制技術、智能生產、智能建筑融合發展。

3.2 完善投資促進機制，保障需求側響應資源充裕性

針對新能源接入，系統要求需求側響應資源，以此確保系統運行可靠性與穩定性。首先，建立投資促進體，在新能源集中區域，針對新能源并網的需求側響應項目，納入政府推進方案，授權電力調度機構，負責實施需求側響應項目，同時評價和考核實施效果。其次，建設投資補貼機制，通過基金方式，對新能源需求側響應項目實行一次性投資補貼。最后，引入市場項目投資機制，通過合同能源管理方式，確保需求側響應投資效果，同時建立風險、收益均攤機制。

3.3 完善經濟補償機制，加強用戶參與度

針對需求側響應資源，應當提供輔助服務補償機制，以此調動用戶參與度。首先，基于需求側響應資源，建立分擔共享機制，適應新能源、新服務要求，包括系統調峰、調頻等，優化輔助服務考核機制、補償機制。其次，基于需求側響應，建立輔助服務市場。對于新能源并網運行特點，當各項條件成熟時，建設供需雙向投標輔助服務交易機制，采用市場化手段，掌握需求側響應資源服務價值。

4 結束語

綜上所述，針對虛擬可控資源，新能源電力系統運行期間應當深入分析需求側響應問題，克服新能源發電間歇性問題，提升新能源利用率，實現源荷互動增效。在未來發展中，新能源電力將成為能源結構重要組成。相比于傳統能源，新能源供給會受到自然環境影響，隨機性較強，無法準確預測。