浅谈智能电网电力需求侧管理

孙国海

摘 要：智能电网与用户的友好互动赋予了需求侧管理新内容。通过应用先进的通信、传感、计量技术和计算方法，采用智能化电表、电器与用户紧密相连，有效地促进了需求侧管理全面开展。首先介绍了智能电网环境下需求侧管理的特点，阐述了需求侧管理内容：消减高峰时段负荷、增加低谷用电负荷和移峰填谷；其次介绍了电力需求侧管理的峰谷分时电价数学模型，并详细说明了目标函数和约束条件；最后总结了智能电网对电力需求管理的促进作用。

关键词：智能电网 电力需求侧管理 削峰填谷 分时电价

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（c）-0162-01

传统电力需求侧管理是指用户和电力公司共同管理用电需求，以科学合理的能源利用方式，既满足用户用电需求又提高能源利用效率，最终使每个需求侧管理参与者受益的用电管理技术。智能电网相较于传统电网的优越性之一就是强化电网与用户互动、支持用户服务和需求响应。智能电网下需求侧管理能更好引导用户优化用电，提升供电企业负荷管理水平。

1 智能电网下电力需求侧管理

1.1 智能电网需求侧管理特点

与传统电网的需求侧管理相比，智能电网下的电力需求侧管理有如下特点。

1.1.1 电力和信息的双向流动

传统电网中电能是以“发、输、配、用”为核心单向传输，信息流也是从设备到监控中心单向流动，使电网的高峰和低谷负荷难以避免。智能电网采用先进通信、计算机技术使其实现了电力和信息的双向流动，使智能电网下需求侧管理能真正由供电企业与用户共同进行。供电企业通过先进的通信网络与用户及时沟通，为用户提供多种用电选择并传递给用户；用户通过智能电表获悉电能优惠、供电情况等信息后，结合自身实际情况调整用电行为，共同参与需求侧管理，极大提高用户改善用电行为的积极性。

1.1.2 电能选择多元化

随着太阳能、风能、潮汐能等多种清洁能源发电的兴起，智能电网中不同能源形势分布式电源接入也日益增多，用户可根据实际需求选择不同的电能，促进了需求侧管理工作全面开展。智能电网通过对煤电、新能源发电等进行科学合理的调度，在保证用户供电可靠性基础上，提高能源利用效率，实现经济利益最大化。

1.1.3 资源配置优化

在供电企业的引导和鼓励下，用户与供电企业共同参与需求侧管理，将所节约电能与多种能源发电进行竞争，强化电能市场属性，实现资源优化配置。

1.2 智能电网需求侧管理内容

智能电网需求侧管理涉及负荷管理、能效管理、能源替代及回收和分布式能源利用等内容，负荷管理是需求侧管理主要内容，主要表现在如下三方面。

1.2.1 消减高峰时段用电负荷

智能电网需求侧管理消减高峰时段负荷的主要措施有直接负荷控制和可中断负荷控制。直接负荷控制是在高峰负荷时调度中心通过随机甩负荷来降低峰荷，之后对被甩负荷进行经济补偿。由于该甩负荷方法是随机行为，对用户影响较大，特别是对于供电可靠性要求较高的用户，可能产生不可弥补的后果。可中断负荷控制是在高峰负荷时供电企业按照与用户签订的中断供电协议对其断电，减小对被断电用户的影响，同时保证了对重要负荷的供电，该方法得到广泛使用。随着分布式发电及储能设备的应用，可中断负荷供电可靠性也有所提高，在负荷高峰时段由储能装置等继续供电，避开用电高峰、提高了用电满意度。

1.2.2 增加低谷用电负荷

该方法适用于电网峰谷负荷变化较大的情况，通过一系列措施鼓励用户在电网负荷低谷时段增加电能使用。电动汽车等设备可在电网低谷负荷时进行充电储能，有效增加低谷负荷，既降低了用户电费又提高了供电企业收入。

1.2.3 移峰填谷

移峰填谷指通过有效的电价政策，引导用户避开用电高峰、选择低谷用电、减小峰谷差，从而起到削峰和填谷的双重作用。该方法可减少用户电费支出，优化负荷曲线，实现用户和供电企业双赢。电动车储能装置、蓄冷蓄热装置、自备供电储能装置等可用于移峰填谷。

2 峰谷分时电价

价格杠杆是实施电力需求侧管理最有效的经济手段，峰谷分时电价凭借其较强的可操作性，仍是智能电网电力需求侧管理的核心内容。

2.1 峰谷分时电价的含义

峰谷分时电价是指根据电网在每天不同时段的实际负荷情况和用户需求，将时间划分为高峰、平段、低谷三个时段，并设立与之对应的峰、平、谷电价。峰谷分时电价又可以分为工业用户、商业用户和居民用户峰谷分时电价。峰电价较高谷电价较低有利于调动用户削峰填谷、转移用电负荷和降低峰谷时段的负荷差，提高设备容量利用率和节约能源。

2.2 峰谷分时电价的数学模型

2.2.1 优化目标

实行分时电价的主要目的是为了削峰填谷，减小峰谷差，从而提高电力系统的负荷率、电力系统的运行效率和稳定性。为了便于优化比较，取优化目标为：

min（Lmax=max（L（t，ζ，Δ））

min（max（L（t，ζ，Δ）-min（L（t，ζ，Δ））

其中：t为划分时段的总数；

ζ为峰时段电价对平时段电价拉开度与谷时段电价对平时段电价拉开度的比值；

Δ为谷时段电价对平时段电价的拉开度；

L（t，ζ，Δ）为实行分时电价后，在给定ζ和Δ条件下用户的反应负荷。

2.2.2 约束条件

（1）使供电方获利：MTOU≥M0- M?

其中：MTOU为实行分时电价后供电方的销售收入，即实行分时电价后用户电费支出；M为实行分时电价后供电方通过削峰可以节约的电力建设投资；M0为实行分时电价前用户电费支出。

（2）使用户受益：MTOU≤M0

（3）用电总量不变：Lf+Lp+Lg=Lf+Lp+Lg

其中Lf、Lp、Lg 分别为实施峰谷电价后峰时段、平时段和谷时段的用电量， Lf、Lp、Lg分别为实施峰谷电价前峰时段、平时段和谷时段的用电量。

（4）峰谷分时电价的约束：考虑了发电成本和用户的承受能力，峰谷差的范围应为2～5倍之间，即2≤pf/pg5

其中pf和pg分别为峰时段电价和谷时段电价。

3 结语

智能电网通过应用先进的通信、传感、计量技术和计算方法，采用智能化电表、电器与用户紧密相连，有效地促进了需求侧管理全面开展。智能家居、智能楼宇、智能小区等建设及节能设备使用可大量削减电网高峰时段负荷，有效缓解供电压力并提高电能使用效率，对需求侧管理水平提升有积极作用。

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