基于国家电力需求侧管理综合试点城市的需求响应系统及机制研究

摘要：电力是企业赖以生存与发展的重要资源，但由于企业高峰产能或高温气候的原因，常规时间只用到总容量的50%左右，存在巨大浪费。因此，本文从用电侧着手，通过采用先进的电力需求响应技术在用电侧方面进行优化与调度管理，能够减缓电力系统的投资，节省的高峰负荷相当于新建发电厂与输配电设施，同时也能改善企业的能源管理，做到以负荷控制为基础的实时管控。研究表明，采用需求响应技术能够在不影响正常生产情况下削减高峰负荷削减10%以上，也相当于企业获得10%的电力增容。

关键词：需求响应 区域性 负荷交易

1. 引言

電力需求侧管理概念引入我国已有20多年， 它对我国节能减排和经济发展发挥了重要作用，但需求需求响应作为需求侧管理的一个特殊领域在我国尚处于起步阶段[1]。需求响应是一种以大数据为基础、以包括云服务在内的现代信息通信技术为手段，有巨量用电单位集体参与的用电与供电之间双向互动的有计划的项目活动，其目的是实现用电高峰期区域电力最高负荷的削减。需求响应本质上是一种用电负荷精细化管理方法，通过对企业的各种负荷的使用情况、历史数据或即时数据以及企业用电模式等进行精细分析，在企业内部寻找在用电高峰期被浪费掉的、可以调控的、可以节省的的负荷，把这些负荷分门别类与调控模式联系起来、储备起来，在电力高峰时使用。需求响应的作用取决于电力用户参与的规模。与传统的有序用电管理相比，需求响应是一种自觉自愿的的行动，客户参与的驱动力是公开、透明的政府的鼓励政策与激励办法。用户参与需求响应帮助电网削减了电力尖峰，维护了电网的稳定、节省了投资、节省了能源、为社会作出了贡献，因而可以得到相应的、各种可能的回报。国际上，美国加州及纽约通过十几年需求需求响应的实施，在不增加发电机组的情况下就满足的电力增长的要求，尤其是当遇到极端天气的情况下，需求响应对电网稳定性发挥了巨大的作用[2]。与新建发电厂、输配电设施相比，需求响应实施的成本一般只有他们的三分之一。

2. 目的

2.1 完成国家需求响应试点任务

开展需求响应是国家发改委为解决中国经济发展电力需求问题的一个核心战略之一，2012年底国家发改委选定北京、唐山、佛山、苏州市成为国内电力需求侧管理综合试点城市之一，要求完成需求响应试点任务。

2.2 帮助解决佛山的电力短缺及间歇性新能源问题

试点城市在目前夏季高峰用电期就存在电力短缺的问题，许多企业的生产受到影响，需要扩容的企业很多。随着经济的发展，试点城市需求更多的电力，通过需求响应建立虚拟电厂[4]是解决电力短缺的有效途径之一。

消纳新能源的间歇性，促进以风电与太阳能发电为代表的新能源的发展，为大量电动汽车的使用提供弹性的电网调节能力。

2.3 帮助企业节能降耗降低成本

试点城市的工业园区企业的电费每年近5个亿，电力高峰负荷在15万千瓦左右，负荷管理与节能潜力巨大，而且工业园区在考虑建设基于大数据的能源管理、生产调度改进系统。需求响应系统与大数据能源管理平台之许多方面是重合的，完成需求响应试点在很大程度上看是工业园区能源、运行管理平台的一部分。采用需求响应技术能够在不影响正常生产情况下削减高峰负荷削减10%以上，也就是相当于企业获得10%的电力增容。

3. 需求响应试点实施构架及实施过程分析

3.1 系统概述

电力需求响应系统是服务于需求响应的自动化信息系统，应能够有效地支持政府部门、电网企业、电能服务商、电力用户共同完成的需求响应活动，提供政府、电网、电能服务商和用户之间对需求响应互操作性的共同理解。需求响应系统划分成业务层、功能层、信息层、通信层和组件层5个层面。

电力需求响应系统5大特点：

（1）扩展性：原有系统及新设备的功能扩展时，应能合格运行原有设备及应用程序，尽可能避免设施及服务追加成本的大量投入。

（2）可升级性：需求响应系统应在其进行周期性局部系统升级过程中，具有无困难系统功能加强及保持原有运行状态的能力。

（3）灵活性：需求响应系统应按照一贯的政策进行持续设计和运行，但允许参与者自主选择需求响应项目的类型和顺序，且任一项目在实施过程中与原计划发生部分偏离时不被惩罚。

（4）可维护性：系统内的各个子系统可在其生命周期内实现稳定、安全、可靠的系统自维护，同时支持原有系统的合并和移除。

（5）安全性：需求响应系统应支持抵制未审核/未经授权入侵、访问、物理和网络资产使用的功能。

3.2 系统参与者

需求响应监管部门主要进行需求响应计划、动态价格或需求侧竞标规则的制定者、费率结构的审批者和实施过程的监督者。

电力公司主要提供需求响应服务，同时也负责需求响应系统与电力营销、电力调度和电能服务等业务系统之间的信息交换。主要负责发布动态电价、分解发布负荷需求及发布DR事件通知。监视系统运行、考核需求响应结果。对大量用户聚合后进行需求响应服务，需求响应聚合系统连接DR终端与需求响应服务系统，对需求响应系统发布的削减负荷进行再分配。

用户侧设施通常由用户直接管理、也可以委托DR服务供应商管理，用户侧管理的主要资源有：

（1）能源系统：包括家庭能源管理系统（HEMS）、楼宇能源管理系统（BEMS）、工业能源管理系统（FEMS）、储能系统、分布式能源系统等。

（2）用电设备：电梯、电机、工业设备、空调、照明灯具、家用电器等。

（3）智能设备：可编程控制器、智能家电、智能终端等。

（4）网关设备：家庭通信网关、工厂能源网关等。

（5）局域网：家庭、楼宇、工厂、社区等本地局域网。

（6）充电桩：电动汽车充电桩等。

3.3 系统架构

业务层规定需求响应政策、业务模式、参与者的分工、业务能力和业务过程。支持管理者开展需求响应业务，支持监管者定义新的市场模式，支持业务细化，保证各个具体业务的实现。

功能层规定的功能和服务及其之间的关系，提供相应功能，支撑业务流程。功能必须从用例中提取出来的，功能的表示是逻辑的、独立于参与者和物理实现。

信息层规定在功能、服务和组件之间进行交互的信息，定义信息对象和数据模型的基本规范，提供了通信互操作的通用语义。信息层主要包括业務环境和语义理解功能。规范帮助语义理解与业务内容表达。

通信层重点规定了信息交换的协议和机制。基于用例、功能服务、信息对象或数据模型。通信层主要包括语法的互操作性功能。提供网络交互，主要交互流程应包括。

物理层重点规定了需求响应系统的物理分布，包括系统参与者、智能应用程序、用户设备、电力设施、网络基础设施（有线/无线通信连接，路由器，交换机，服务器）和计算机。物理层主要包括网络的互操作性功能，提供基本连接。

4. 需求响应负荷来源分析及响应流程

4.1 需求响应负荷来源分析

工业园区需求响应试点初步的削减负荷来源初步分析如下：

需求响应策略 负荷总量

（MW） 削减

比例 削减负荷

（MW） 响应类型 实施办法

A 中央空调/

照明系统 6 8% 0.48 自动 提前一天

或当天

B 试验室负荷

管理与优化 20 20% 4 半自动 提前30分

钟或即时

C 企业生产经

济负荷调度 10 15% 1.5 半自动 提前30分钟或即时

D 分布式太阳能光伏发电系统 32 5% 2.2 自动 提前30分

钟或即时

E 变压器群负

荷管理优化 10 15% 1.5 半自动 提前一天或当天

总计： 9.68

4.2 响应流程

（1）准备：发动企业自愿参与，并于政府管理部门签订自动需求响应协议。

（2）发布：供电局根据负荷预测提前一天（或者当天上午）在需求侧管理平台发布需响应的负荷量，并通过需求侧管理平台发布至需求响应集成服务商平台或参与企业。

（3）负荷自动分配：需求侧管理平台根据模型自动分配响应负荷至需求响应集成服务商平台或参与企业，并通知参与企业。（在高级应用阶段，参与企业可以对响应负荷进行竞价和交易）。

（4）实施与监控：参与企业根据预先制定的需求响应策略对电力需求做成响应，通过需求侧管理平台客户终端或负荷集成商提供的用户终端监测需求响应事件过程，并及时对削减负荷做出调整。

（5）效果评估：需求响应平台根据负荷集成商或参与企业的实际负荷与先前计算的基准负荷计算企业的响应负荷，并实施奖励。对于以负荷集成商为主体实施的需求响应试点结果，政府的奖励资金将与负荷集成商结算，参与企业的收益由负荷集成商根据双方协议结算。

5. 结语

需求响应是智能电网技术的关键应用，是智能用电中最能体现灵活互动特征的核心业务之一，对提高供需动态优化程度、提升电力资源优化配置水平，以及构建供用电和谐关系等方面具有重要作用。自动需求响应作为需求响应的发展趋势，主要特征是信息交互标准化、决策智能化和执行自动化[5]。本文为开发自动需求响应管理平台提供了理论研究，提出针对不同参与方（政府，电力公司，用户），且具备商业运行的各种激励方式，并开展试点应用，建立国内首个电力自动需求响应工业园区，成为我国电力需求响应的重要试验田。

参考文献：

[1] 张钦，王锡凡，王建学，等.电力市场下需求响应研究综述[J].电力系统自动化，2008，32：97-106.

[2] 张晶，皮学军，张翠霞.电力需求响应技术标准研究初探[C]2012中国国际供电会议，2012年9月5日，上海.

[3] 曾鸣，王冬容，陈贞. 需求响应的实施障碍[J].电力需求侧管理，2010，12（1）：8-11.

[4] 国网能源研究院. 2010 年中国电力供需分析报告[M]. 北京中国电力出版社，2010.

[5] 张钦，王锡凡，王建学等. 电力市场下需求响应研究综述[J]. 电力系统自动化，2008，（3）：97-106.

作者简介：

汪振，1983-03，男，汉族，工程师，南方电网综合能源有限公司，硕士，研究方向：电力需求侧管理。