需求侧管理与响应环境下的新能源发电

王 岩,何德卫,项 滦

（1.广东电网公司佛山供电局,广东佛山,528000；2.广东卓维网络有限公司,广东佛山,528200）

需求侧管理与响应环境下的新能源发电

王 岩1,何德卫1,项 滦2

（1.广东电网公司佛山供电局,广东佛山,528000；2.广东卓维网络有限公司,广东佛山,528200）

为了实现需求侧管理与响应，需要建立一个具备高级量测能力、信息实时交互的信息管理平台。在该平台的支持下，电网对新能源发电的消纳能力将大幅度提高。本文分析了影响需求侧与新能源发电侧联动的因素：用户响应资源与用户响应速度；论述了为提高新能源消纳能力及促进需求侧管理与响应的发展，需求侧管理响应平台建设、需求侧管理响应与新能源服务集成所需考虑的要点。

需求侧管理与响应平台；需求侧管理与响应项目；新能源并网；响应速度；用户响应资源

0 引言

随着新能源并网数量的增加，由于新能源供给具有随机性和间歇性，为了维持系统供需双方的功率平衡及系统的稳定运行，要求需求侧具备充足的可变化负荷和足够的响应速度。如果需求侧能够迅速地增加或削减负荷，与风电、光伏发电等新能源发电联动，将缓解新能源发电接入对电力系统的冲击，进而可大大提高电网对新能源发电的消纳能力。为了缓解我国能源压力，增加新能源的利用效率，有必要开展需求侧管理响应环境下，电网对新能源消纳能力的研究。

国内外学者对需求侧管理与响应环境下的新能源并网进行了总结和研究。文献[1]总结了国外自动需求侧响应的内容，阐述了自动需求侧响应的对电网和新能源接入优势；文献[2]通过计算机模拟验证了，借助需求侧与储能技术的协作，能够提高系统对风电的消纳能力。文献[3]分析了风电功率波动特性与负荷响应特性的关系，设计了日前、日内到实时多时间尺度滚动协调的需求侧响应调度策略；文献[4]采用贪婪随机自适应搜索过程对基于需求侧响应的风电出力估算模型进行求解，验证了需求侧响应是应对风电不确定性的有效手段。

然而，以上理论分析尚没有综合化的信息平台为其提供应用的空间。因此，还需要建立一个实际的需求侧管理与响应的综合服务平台，设计出具体的需求侧响应项目。本文分析了影响需求侧与新能源发电侧联动的关键因素：用户响应资源和响应速度；给出了为提高电网对新能源消纳能力，综合服务平台建设和需求侧响应服务集成所需要考虑的要点。

1 用户响应资源与新能源并网电量

用户的响应资源可以划分为响应电量和响应容量。长时间而言，用户响应电量应当能够平衡新能源并网电量。短时间而言，为了保证系统的供需平衡和稳定运行，新能源接入容量不可超出预期的用户响应容量。分析响应资源的影响因素，有利于挖掘能够在长中期（季度、月、周）、短期（1~24h）及超短期（10min~1h）内控制平衡电量和容量的方法。

1.1 用户响应资源的影响因素

为了保证用户响应电量和容量，实施需求侧响应时可以从以下几个方面入手：保证用户信息安全；设计合理的奖励与惩罚措施；引入负荷聚合商。

1）保证用户信息安全。用户响应信息涉及到其成本管理，为用户的负荷信息保密，是获得可靠响应资源的最基本要求。

2）设计合理的奖励与惩罚措施。合理的奖励能够保证用户响应的电量和容量，而合理的惩罚能够起到强制响应的作用，保证用户响应资源可靠性。

3）引入负荷聚合商（Load aggregator ，LA）。在国外，负荷聚合商是一个为零散用户提供负荷服务，并独立于电网的第三方企业。用户付出少量的费用，负荷聚合商为其管理负荷，一方面保证其生产的正常进行，一方面通过需求响应为其获得利益。负荷聚合商能够提供各类（长中期稳定、短期稳定和超短期快速）稳定的负荷响应资源。

1.2 响应资源与新能源发电的滚动平衡

为了包容新能源的间歇性和波动性，需要建立长中期（季、月、周）、短期（1~24h）的电量平衡机制，以及超短期（10min~1h）的容量平衡机制。

对长中期而言，需求侧响应参与各方需要摸索出电网调度所辖区域内，本季/月/周风电和光伏发电可能的并网电量，提前规划本季/月/周所需的响应电量。类似于日前市场，需求侧参与各方通过博弈，最终确定本季/月/周所需的响应电量及相关奖励惩罚细则。

短期（4~24h）的平衡是在长中期平衡的基础上进行的。短期平衡需要考虑当日发电计划及用户负荷安排，以维持当日的电量平衡，因此需要保留足够的可在较长时间段（4~24h）内削减或中断的负荷。

超短期（10min~4h）容量平衡是在短期平衡的基础上进行的。超短期响应资源需要根据新能源发电的短时波动情况而变化，以维持容量平衡，因此需要用户及时迅速地响应激励信号。

2 用户响应速度与新能源发电

用户响应速度是及时平衡新能源对系统波动性冲击的关键因素。为了及时减缓新能源功率对系统的冲击，在新能源功率接入时，需求侧必须迅速增大负荷。分析影响用户响应速度的因素，有利于找到提高用户响应速度的方法，实现系统供需双方的容量平衡。

2.1 用户响应速度的影响因素

响应速度的影响因素包括：通信网络的可靠性、实时性；对响应速度的惩罚机制。

通信网络的可靠性决定了用户能否收到激励信号，进而决定了用户能否可靠做出响应。通信网络的实时性决定了用户能否及时收到激励信号，进而决定用户能否及时做出响应。国外成功的需求侧响应案例表明，一个可靠、实时的通信网络是实现电量容量平衡的基础。

另外，为了保证响应速度，还需要对响应速度进行监督，设立对响应速度的惩罚机制。在长中短期的电量平衡及超短期容量平衡实时过程中，不同响应资源的响应速度有所区别，应当设立响应速度的考核标准，评价用户响应速度。

2.2 响应与新能源功率变化匹配

在发电功率增减时，需求侧应能够同时增减负荷。用户响应与新能源发电功率变化相匹配，才能形成需求侧响应与新能源并网的有效联动。为了匹配响应与新能源功率变化，应当规范新能源对响应速度的要求。可以根据新能源波动性和间歇性，按波动变化的不同时间尺度，将新能源划分为：持续稳定的新能源发电；波动较小、确定性高的新能源发电；波动剧烈、确定性低的新能源发电。

按不同的时间尺度对新能源发电进行分类，有利于划分出不同响应速度的响应资源。按与新能源发电的时间尺度，对应的响应资源可划分为：电量响应、容量响应、辅助响应。划分出不同时间尺度的响应资源，有利于需求侧响应项目的设计。

另外，国外也将储能类负荷作为一种快速响应的负荷。如电动汽车、蓄能设备、冰蓄冷空调、冰库等，都被看作是平缓负荷曲线的重要响应资源。为了抹平由新能源导致负荷曲线出现的毛刺，设立蓄能类负荷管理措施，作为一种能快速响应的响应资源。

3 我国需求侧管理响应和新能源发电的建设

用户响应电量和容量、响应速度是影响新能源发电并网的主要因素。综合考虑需求侧管理与响应的发展现状，及需求侧管理响应与新能源发电今后的发展，需要搭建一个符合管理响应资源、响应速度要求的需求侧管理与响应的平台。同时，为了满足需求侧、新能源发电侧、电网侧、负荷管理侧等参与各方对信息管理系统的需求，落实联动机制，还需要集成需求侧管理响应与新能源的相关服务。

3.1 新能源并网的需求侧管理响应平台建设

需求侧管理响应平台是实现需求侧与新能源发电联动的物理载体。根据上述对用户响应资源及响应速度的要求和参与各方的需要，该平台应当具备以下功能：高级量测功能；信息双向可靠实时互动；自动需求侧响应；功能服务高集成性、可拓展性及开放性。

1）高级量测系统

为了考核响应资源和响应速度，平台底层应当由高级电能量测系统及负荷控制装置作为基础。电量容量的计量、响应速度和响应持续时间的考核关系到参与各方的利益，因此，高级电能量测系统必须要求全网统一精确对时，而且能够长时间可靠运行，断电后能够自动恢复。同时，为了满足电网公司和用户自身电能管理的需求，高级量测系统应能为用户提供电度、基本电参量（电流、电压、有功、无功、功率因数等）和电能质量（电压合格率、电压电流畸变率、不平衡度、高次谐波等）的监测，应具备远程波形召测和异常故障录波、预警、报警等功能。

2）双向可靠通信、实时互动及信息安全性

平台的通信网络应能满足信息双向可靠通信、实时互动和信息安全性的要求。对于长中期和短期的信息互动，平台应能为新能源发电侧、电网侧和需求侧提供长中期和短期的响应资源状况和新能源发电信息（包括长时电量、功率及其对应时间等）。对于超短期的信息互动，为了保证响应资源和新能源发电侧的实时联动，平台应能支持各方的供需博弈。同时，通信网络需要支撑起海量信息的传递。

3.2 需求侧管理响应与新能源服务的建设

在云平台基础上，考虑多方参与（调度、供电部门、新能源发电公司、负荷聚合商、需求侧），建立协调互动博弈机制和集成多种服务来实现多方联动。

1）多方协调互动博弈机制

在平台上实现多方联动优化，将传统火力发电出力、机组启停因子、新能源发电实时出力、用户响应资源等作为决策变量，以全局能源成本最小化为目标，进行新能源发电侧、电网侧、负荷聚合商与需求侧的多方博弈，实现新能源与需求侧的电量容量平衡。

4 结语

本文根据我国需求侧管理与响应和新能源发电的研究现状，指出需要根据影响需求侧与新能源发电侧联动的关键因素：用户响应资源和响应速度。为了提高电网对新能源消纳能力，促进智能电网与需求侧响应的发展，本文指出需要建立需求侧管理与响应综合服务平台，集成需求侧响应与新能源服务，并给出了建立该平台和集成服务所需考虑的要点。

[1] 高赐威,梁甜甜,李扬.自动需求响应的理论与实践综述[J].电网技术, 2014, 38(2): 352-359.

[2] 宋艺航,谭忠富,李欢欢,等.促进风电消纳的发电侧, 储能及需求侧联合优化模型[J].电网技术,2014, 38(3): 610-615.

[3] 姚建国,杨胜春,王珂,等.平衡风功率波动的需求响应调度框架与策略设计[J].电力系统自动化,2014,9: 013.

Demand side management and response under the environment of new energy power generation

Wang Yan1,He Dewei1,Xiang Luan2
(1.Foshan Power Supply Bureau 528000；2.Guangdong Topway Network CO.，LTD.528200）

It is necessary to establish an information management platform with advanced metering infrastructure and real-time information interaction for the development of DSM/DR.With the support of the platform,the wind power consumption capability of power system will be greatly improved.This paper analyses the key factors impacting the linked-action of Demand Side and power generation of new energy.In this paper the main points which need to be considered in establishing the platform and integrating services of DSM/DR and new energy,for improving the new energy power consumption in power grid and promoting the development of DSM/DR.

Platform for DSM/DR；DSM/DR Project；Grid-connection of new energy resources；User response speed；User Response Resources

王岩（1979-），男，高级工程师，研究方向为需求侧管理及需求响应、节能技术；

何德卫（1984-），男，高级工程师，研究方向为需求侧管理及需求响应、新能源应用技术；

项滦（1981-）男， 中级工程师，研究方向智能电网、需求响应技术。