面向新型電力系統(tǒng)的負荷聚合商功能界定及其需求響應(yīng)流程

曾 麟 譚 娟 向運鯤 郭雅格

國網(wǎng)湖南省電力有限公司節(jié)能管理分公司 湖南長沙 410114

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活質(zhì)量得到了快速提升，隨之而來的社會用電量也極具增加，尖峰時段用電緊張問題進一步加劇；新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，清潔能源占比將逐漸增大，水力發(fā)電資源基本開發(fā)完成，風(fēng)光發(fā)電機組占比逐漸增大，風(fēng)光出力高峰與負荷不同步，高比例新能源接入的電力系統(tǒng)進一步拉大峰谷差，使得負荷尖峰時段電力緊張，負荷低谷時段棄風(fēng)棄光嚴(yán)重，新能源消納困難。

需求響應(yīng)作為調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)平衡的重要手段，可以引導(dǎo)用戶參與市場調(diào)控，起到削峰填谷的作用，電力用戶也獲得了經(jīng)濟效益。需求側(cè)資源在分布上具有離散性，且中小型電力用戶達不到參與需求響應(yīng)市場的準(zhǔn)入門檻，導(dǎo)致中小型用戶電力用戶參與響應(yīng)的積極性不高，負荷聚合商通過與用戶簽訂合同來實現(xiàn)需求側(cè)資源管理，發(fā)掘需求側(cè)資源響應(yīng)潛力，整合需求側(cè)資源參與響應(yīng)。

1 新型電力系統(tǒng)運行特點分析及其需求側(cè)調(diào)節(jié)資源分類

“十三五”時期，我國經(jīng)濟社會發(fā)展取得巨大成就，居民生活質(zhì)量水平得到顯著提升，社會用電量極具增加，日峰谷差問題進一步拉大。如圖1所示，峰谷矛盾主要集中在冬、夏兩季，其中冬季最為突出，峰谷差的增大導(dǎo)致電網(wǎng)電力電量平衡困難。面對日益增長的負荷與巨大的峰谷差，在迎峰度夏和度冬期間常采用有序用電或限電舉措。面對高峰時段電力供應(yīng)不足，低谷時段棄風(fēng)棄光嚴(yán)重等問題，亟須通過友好、經(jīng)濟的負荷調(diào)節(jié)方式解決電網(wǎng)供需平衡問題。

圖1 某省2020年月度峰谷差變化

需求響應(yīng)具有削峰填谷，促進清潔能源消納，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行等能力[1-2]。隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，需求側(cè)靈活資源開始作為調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)供需矛盾的關(guān)鍵。為鼓勵需求側(cè)資源主動參與響應(yīng)，供電公司通過調(diào)節(jié)電價以及和電力用戶簽訂激勵合同來改變電力用戶的日常用電習(xí)慣。

負荷聚合商作為各類需求響應(yīng)資源整合及調(diào)控的獨立市場主體，基于智能電表對用戶用電在毫秒級、分鐘級、小時級等不同時間尺度上精準(zhǔn)采集、感知用戶的負荷功率和用電量，分析其最大負荷、最小負荷、平均負荷、負荷峰谷差等屬性。針對不同負荷響應(yīng)能力和響應(yīng)速率，根據(jù)負荷響應(yīng)時間、實際調(diào)用持續(xù)時間等參數(shù)將負荷按時間尺度分為常規(guī)響應(yīng)資源和動態(tài)響應(yīng)資源。以需求側(cè)調(diào)節(jié)資源利用場景、響應(yīng)性能、補償形式對新型電力系統(tǒng)下需求側(cè)調(diào)節(jié)資源進行分類設(shè)計，如下表1所示。

表1 新型電力系統(tǒng)下需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源分類

2 多元用戶參與的負荷聚合商市場和技術(shù)功能界定

2.1 負荷聚合商的市場功能分析

目前我國電力市場以“計劃+市場”雙軌制運行，電力用戶被分為非市場化用戶與市場化用戶，非市場化用戶主要為居民用戶，無法參與電力市場交易，通常由負荷聚合商代理購買計劃電量，并根據(jù)上網(wǎng)標(biāo)桿電價結(jié)算電費；市場化用戶主要為大工業(yè)用戶與一般工商業(yè)用戶，可參與電力市場競價交易，并按出清電價結(jié)算。

通常，電力交易中心會根據(jù)電力市場規(guī)則，按時組織電力市場的電力批發(fā)市場和電力零售市場，大工業(yè)用戶可直接參與批發(fā)市場購電，或由負荷聚合商代理參與購電交易，而一般工商業(yè)用戶則必須在零售市場通過負荷聚合商購電。

圖2 負荷聚合商市場功能

如圖2所示，負荷聚合商作為發(fā)電商與電力用戶之間的業(yè)務(wù)代理商，所具備的市場功能應(yīng)概述為以下兩點。

一是代理非市場化用戶購電。針對非市場化用戶，負荷聚合商首先根據(jù)上網(wǎng)標(biāo)桿電價與計劃發(fā)電簽訂批發(fā)購電合同，再根據(jù)目錄電價與非市場化用戶簽訂零售售電合同[3]。

二是代理市場化用戶參與購售電交易。在批發(fā)市場中，負荷聚合商首先以月電量為交易標(biāo)的，通過集中競價、雙邊協(xié)商等交易模式進行中長期月度交易，簽訂月度電力交易合同；隨后，在電力中長期月度交易結(jié)果公布后，負荷聚合商可參與尖峰需求響應(yīng)專場，申報所轄用戶的可響應(yīng)負荷能力及其補償電價。在零售市場中，負荷聚合商接收調(diào)度中心的調(diào)度指令，在向用戶售電的過程中結(jié)合價格型需求響應(yīng)管理方法或激勵型需求響應(yīng)管理方法，引導(dǎo)用戶改變習(xí)慣用電模式，獲得購售電價差所產(chǎn)生的收益以及專場交易中的補償收益。

2.2 負荷聚合商的技術(shù)功能分析——“云—邊—端”結(jié)合的調(diào)控平臺

由于需求側(cè)資源具有分散性及多樣性等特征，在需求響應(yīng)作用逐漸增大的情況下，如何把需求側(cè)資源納入電力系統(tǒng)調(diào)度框架并實現(xiàn)快速響應(yīng)成為重大難題。當(dāng)前對需求側(cè)資源一般采用集中控制方法，即電力系統(tǒng)出現(xiàn)頻率與電壓偏差時，由調(diào)度中心下發(fā)調(diào)度指令給每個負荷聚合商，然后由各個負荷聚合商對自身控制的需求側(cè)資源進行統(tǒng)一調(diào)度與控制。因此，負荷聚合商為了能隨時調(diào)度與控制其下各類可調(diào)負荷，需要在每一個用戶側(cè)安裝智能終端實時監(jiān)測系統(tǒng)，能隨時監(jiān)測電網(wǎng)電壓與頻率變化，同時根據(jù)電網(wǎng)功率變化與系統(tǒng)控制指令做出負荷調(diào)節(jié)，如圖3所示。此平臺基于CPS系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計理念和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，打造“一硬、一軟、一網(wǎng)絡(luò)、一平臺”的云—邊—端用能優(yōu)化體系。“一硬”指用戶側(cè)設(shè)備的智能感知與控制終端，“一軟”指基于大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算的用能優(yōu)化核心算法軟件包，“一網(wǎng)絡(luò)”指用戶負荷的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，“一平臺”指用能優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)。負荷聚合商優(yōu)化用能調(diào)控系統(tǒng)采用先進信息通信技術(shù)，接入“端側(cè)”多樣化用戶設(shè)備和控制裝置，利用泛在物聯(lián)網(wǎng)，基于狀態(tài)感知、邊緣計算和云邊協(xié)同控制等手段，采取動態(tài)尋優(yōu)控制策略，實現(xiàn)用戶用能的實時優(yōu)化和云邊協(xié)同優(yōu)化。

圖3 “云—邊—端”結(jié)合的負荷聚合商優(yōu)化用能調(diào)控系統(tǒng)

綜上所述，負荷聚合商其應(yīng)該具備的技術(shù)功能可簡述為：協(xié)助用戶實現(xiàn)計量改造，采集用戶的功率、啟?？刂菩盘?、需求響應(yīng)意愿等信息，挖掘并評估終端用戶需求響應(yīng)潛力，實時接收電網(wǎng)調(diào)度指令，上傳下達響應(yīng)事件，幫助用戶執(zhí)行響應(yīng)[4]。

3 負荷聚合商需求響應(yīng)市場交易流程分析

隨著新能源開發(fā)總量持續(xù)上升，風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電機組的反調(diào)峰特性將難以忽略不計，使尖峰時段電力供應(yīng)緊張與峰谷差距大等問題更加嚴(yán)峻。本節(jié)結(jié)合負荷聚合商的市場功能，探討負荷聚合商參與中長期月度市場交易與尖峰需求響應(yīng)專場交易流程。

3.1 負荷聚合商參與中長期集中競價的交易流程

中長期月度交易采用雙邊集中競價，按高低匹配方式出清，以“價格優(yōu)先、時間優(yōu)先、環(huán)保優(yōu)先”為出清計算原則。市場主體包括火、水、風(fēng)、光伏等發(fā)電商，大工業(yè)用戶、一般工商用戶等市場化用戶，以及電力交易中心和電力調(diào)度機構(gòu)，具體交易組織流程如圖4所示。

圖4 中長期月度交易流程

3.2 負荷聚合商參與尖峰需求響應(yīng)專場交易流程

尖峰需求響應(yīng)專場是針對尖峰負荷時段的交易專場，采用用戶側(cè)單邊集中競價交易，統(tǒng)一出清算法進行出清，以“價差優(yōu)先、時間優(yōu)先、環(huán)保優(yōu)先”為出清計算原則，交易組織流程如圖5所示。

圖5 尖峰需求響應(yīng)專場交易流程

隨著中國電力市場建設(shè)的穩(wěn)步推進，市場化電量比例逐漸升高，需求側(cè)市場化用戶的占比越來越大，用戶種類逐漸趨向多元化，大工業(yè)、一般工商業(yè)等用戶在市場化環(huán)境中的電力需求響應(yīng)行為對電力市場和電力系統(tǒng)的影響也越來越大。亟須采取市場手段引導(dǎo)用戶改變自身習(xí)慣用電模式，削減或轉(zhuǎn)移尖峰時段用電負荷，達到削峰填谷、穩(wěn)定電力系統(tǒng)運行的目的。

結(jié)語

本文首先分析了某省2020年月度峰谷差，隨著新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，清潔能源占比逐漸增大，峰谷差問題將進一步加劇，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源由用戶側(cè)變?yōu)樾枨髠?cè)，從而引出需求響應(yīng)與負荷聚合商；同時以需求側(cè)調(diào)節(jié)資源利用場景、響應(yīng)性能、補償形式對新型電力系統(tǒng)下需求側(cè)調(diào)節(jié)資源進行分類設(shè)計；然后對負荷聚合商進行界定，明確其市場功能和技術(shù)功能；最后分析負荷聚合商參與電力市場的幾種典型場景流程，進一步呈現(xiàn)了負荷聚合商的基本功能與交易形式。