需求响应对智能电网的可靠性与风险研究

魏务卿　雷敏　莫霜叶

摘 要：需求响应作为一种高效、经济的调节用户负荷措施，已被多个国家采用，各国学者大部分从经济角度分析需求响应项目决策与收益风险的评估，很少有从可靠性角度分析需求响应对系统带来的影响，尤其是从可靠性角度分析风险变化。本文从可靠性角度出发，提出了需求响应分时电价下负荷模型与配电网需求响应下的可靠性指标计算流程，同时对需求响应可靠性与风险之间进行了探讨。

关键词：需求响应 可靠性指标 风险评估

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（c）-0040-02

随着电力市场的开放与发展，用户参与智能配电网负荷之间的互动变得尤为重要。而需求响应作为一种重要的调节用户负荷手段，能够降低峰时需求，提高配电网的可靠性、降低风险而被广泛采用。

需求响应一般是通过电价或激励措施对用户施加影响，从而达到改变其负荷使用模式的目的，减少在高峰时刻用电量，使其在平、谷时段用电，降低峰谷差，从而提高系统的可靠性、减少风险。一般电价模式有分时电价、尖峰电价、实时电价等，激励措施包含直接负荷控制、可中断负荷与需求侧竞价计划。在实施过程中，电网公司需要将操作的信息发送给用户，保持双方信息交流，而智能配电网能够通过其需求侧管理系统满足需求响应实施的条件。

美国是最早实施需求响应的国家，为应对20世纪70年代能源危机，开展了对需求负荷控制的研究。依靠智能电网与电力市场的不断完善，在2013年其需求响应资源达到了峰时负荷的7.2%。我国江苏、河北、福建、上海、浙江等省份也早在2004年开展了可中断负荷的研究，并一直推广实施对电能有效利用措施。目前对需求响应的研究主要集中在项目制定上，而其在实施过程中对系统可靠性的影响的研究不多，而从可靠性角度出发研究其风险值的还很少。

1 需求响应配电网的可靠性计算

需求响应基于电价的措施中，分时电价最为普遍。通过对峰、谷、平时段的划分，制定各个区间的电价，以此达到调节用户用电的目的。而对于配电网而言，衡量其可靠性水平的高低主要通过一系列指标大小来反映。因此，需求响应配电网的可靠性模型需建立负荷与可靠性指标对应模型。

基于电价的需求响应是通过电价调整用户负荷，在时段划分、电价制定结束后，一般通过价格弹性矩阵来描述电价与用户负荷变化关系，其表达式如下：

（1）

式（1）中，E为弹性系数，q为用户负荷，ρ为当前的电价；ρ0表示初始电价；q0为未采用需求响应措施前的负荷。

通过时段划分结果，可以建立一天24h的价格弹性系数矩阵。

（2）

在得到24h的价格弹性后，采用需求响应措施后的负荷可以通过下式求得：

（3）

在求得需求响应负荷后，通过分析计算原负荷情况下配电网的可靠性指标与需求响应负荷带来的可靠性指标变化，定量研究需求响应对配电网可靠性的影响。蒙特卡洛模拟法具有计算快速的优点，因此被用来计算配电网可靠性指标。

一般的配电网可靠性指标分为三类，分别为频率指标、概率指标、电力电量指标，其中频率指标有SAIFI系统平均中断频率、CAIFI用户平均中断频率。概率指标有SAIDI系统平均中断时间、CAIDI用户平均中断时间。电力电量指标有：ENS电量不足期望、LOLP电力电量不足概率等。其在需求响应条件下的计算流程如图1所示。

2 可靠性与风险關系

电网风险一般是描述系统在正常运行时面临一定概率下可能发生事故中所受到的影响，一般是通过求其带来的损失描述其风险大小，因此可以通过求其故障概率下的损失评估风险大小。从可靠性角度来看，一般可靠性越高的系统，其故障概率较低因此风险越小。

在用电高峰时，负荷裕度减少，系统可靠性降低，而在使用的过程中若发生故障相比低负荷状态则会造成更大损失，因此需求响应不仅能够增加系统可靠性的同时还能够降低风险。

在从可靠性角度分析其风险时，需要从多个可靠性指标角度分析，频率指标会反映风险中不确定事件的概率，概率指标与电力电量指标则会反映到事故每一次的损失大小。因此，在构建风险指标数学模型时，可以充分考虑不同类型可靠性指标对风险的影响，如下式：

（4）

先通过计算可靠性指标如SAIFI、SAIDI、CAIDI等，然后通过式（4）对风险进行分析，得到需求响应负荷下大的可靠性指标。最后，通过可靠性指标，分析其与原负荷下的风险水平。

3 结语

本文利用价格弹性矩阵推导了需求响应分时电价下的负荷模型，并以此为依据，采用蒙特卡洛方法对配电网可靠性指标进行计算，介绍了不同类型指标对可靠性的影响，并从配电网运行可靠性角度探讨了其风险与可靠性指标的联系，建立了从可靠性角度分析的风险指标评估概念。

参考文献

[1] 赵洪山，王莹莹，陈松.需求响应对配电网供电可靠性的影响[J].电力系统自动化，2015（17）：49-55.

[2] Teh J，Cotton I.Risk assessment of dynamic thermal rating system[A].Iet International Conference on Resilience of Transmission and Distribution Networks.IET[C].2015：1-6.

[3] 田世明，王蓓蓓，张晶.智能电网条件下的需求响应关键技术[J].中国电机工程学报，2014，34（22）：3576-3589.

[4] 孔祥玉，杨群，穆云飞，等.分时电价环境下用户负荷需求响应分析方法[J].电力系统及其自动化学报，2015， 27（10）：75-80.

[5] 梁惠施，程林，刘思革.基于蒙特卡罗模拟的含微网配电网可靠性评估[J].电网技术，2011，35（10）：76-81.

[6] 赵洪山，赵航宇，侯杰群，等.需求响应对配电网供电可靠性影响分析[J].电力自动化设备，2017（1）：8-14.