需求侧可调节资源分类及负荷聚合商功能探索

刘 行 刘 勇 蒋 磊 张蓝宇

湖南电力交易中心 湖南长沙 410000

近年来，随着国民经济的高速发展和电能需求的日益增长，我国能源消耗量巨大，电力供应时常偏紧，电力行业的节能减排同样面临压力。国家发改委联合国家能源局印发了《清洁能源消纳行动计划(2018—2020年)》，国网公司提出能源互联网战略落地，将客户侧灵活资源参与电网高效互动作为其中一项重要举措，要灵活应用好需求侧资源，把需求侧响应资源作为和供应侧资源平等对待，从需求响应等角度促进源网荷储互动，积极推进电力消费方式变革。2021年，南方某省全社会用电量为2154.54亿千瓦时，同比增长11.7%。“十四五”期间，我国用电仍将持续快速增长，电力供需保障形势十分严峻，通过体量巨大需求侧可调资源来缓解供需矛盾。由于需求侧资源分布广泛、离散，亟须对需求侧资源进行分类，并建立需求侧可调节资源库。负荷聚合商能高效整合分散的需求响应资源，并代理需求侧用户参与中长期购电和需求响应，有效缓解尖峰时段电力供需矛盾。

1 需求侧可调节资源分类

1.1 基于行业可调节潜力的需求侧资源分类

2021年南方某省工业用电量为1106.94亿千瓦时，占比51.37%，是需求侧可重点挖掘可调节潜力的对象。根据某省电力用户606户数据调查，需求侧可调节资源主要集中于工业。其中排名前六的行业分别为：非金属矿物制品业、金属制品业、采矿业、有色金属冶炼和压延加工业、黑色金属冶炼和压延加工业以及化学原料和化学制品制造业。

图1 需求侧可调节资源行业分布图

不同行业用户用电设备种类众多，其可调节潜力各不相同，根据用电设备停电或缺电所引起的损失程度，可将用户的负荷重要性分为四个等级。安全保障负荷为Ⅰ级，如传动设备、消防及治安用电设备；主要生产负荷为Ⅱ级，如电炉、水泥磨等；辅助生产性负荷为Ⅲ级，如风机、制冷机组等；非生产性负荷为Ⅳ级，如照明、中央空调等。

对于工业用户，安全保障负荷是断电后将会发生危险的负荷，其可调节潜力不在考虑范围内；主要生产负荷断电后通常会对产量或生产设备造成影响，辅助生产负荷通常指生产线的辅助设备，这两类负荷可以根据工艺特性及生产计划进行调节或中断；非生产负荷是除上述负荷外的负荷，原则上可以直接中断；新兴负荷主要包括电动汽车与用户侧储能，属于直控负荷，安全、响应速度快、可操作性强，在尖峰负荷时段进行调控，效果明显。

根据各行业的生产特性和设备重要性等级，在保证生产安全和生产条件下，各行业综合可调控负荷占比如表1所示。

表1 各行业负荷可调控资源

1.2 基于时间尺度的可调节潜力的需求侧资源分类

基于不同生产设备的响应时间尺度可对需求侧资源进行分类。Ⅰ级负荷响应时间长且不可轻易中断；Ⅱ级负荷在车间占比大，启停会影响到车间生产率，响应时间为小时级；Ⅲ级负荷响应时间较短，为分钟级；Ⅳ级负荷在工业车间占比较小，准备和恢复时间可以达到秒级，可实现瞬时响应。

负荷按照响应时间、实际调用持续时间等参数可以分为以下8类，每类负荷响应能力和响应速率不同，适于参加不同的需求响应项目，具体如表2所示。

表2 基于时间尺度的可调节资源分类

2 面向需求侧可调节资源负荷聚合商的市场和技术功能探索

负荷聚合商是在需求响应发展背景下，售电公司通过需求响应管理平台注册而成的新兴服务企业，是参与需求侧响应的主体之一，可聚合3000千瓦及以上需求响应资源，主要职责是作为中间代理商向电力交易中心提供聚合电力用户的负荷曲线及其他信息，参与需求响应竞价交易并签订和履行各类交易合同。负荷聚合商在市场功能上提供电力销售、配电运营等服务，在技术功能上应具备满足负荷聚合及负荷控制的技术支持手段，可采集用户全天96点负荷曲线，并实时接收系统指令，精准调控负荷大小。

2.1 负荷聚合商的市场功能探索

电力批发年度交易市场中，负荷聚合商具有售电公司的职责，通过集中竞价、双边协商等交易模式参与中长期年度交易，由交易中心进行统一磋商和出清，公示负荷聚合商的中标电量以及电价，并将中标电量分解到月、日、时段。

电力批发月/旬/多日交易市场中，当负荷聚合商在年度分解到月的电量的基础上，通过管理可控负荷，上调月平均功率，增加用户月度用电电量时，所管辖用户的实际用电将大于年度合同分解到月的电量，负荷聚合商可作为售电公司，通过集中竞价、双边协商等交易参与中长期月/旬/多日的电量交易购电。当负荷聚合商在年度分解到月的电量的基础上，通过管理可控负荷，下调月平均功率，减少用户月度用电电量时，所管辖用户的实际用电将小于年度合同分解到月的电量，负荷聚合商作为发电公司，通过集中竞价、双边协商交易参与中长期月/旬/多日的电量交易售电。

在电力零售市场，负荷聚合商与电力用户通过双边协商方式签订年/月/旬/多日售电合同以及需求响应代理协议，按售电合同为用户提供供电服务；按需求响应代理协议，通过负荷聚合及控制系统组织并监督用户调整负荷，履行响应职责。最后，负荷聚合商根据年/月/旬/多日的售电合同收取售电费用，根据需求响应代理协议收取参与可调控资源库收益的15%。

图2 负荷聚合商市场功能

2.2 负荷聚合商的技术功能探索——“云—边—端”结合的调控平台

需求侧可调控资源具有分散性及多样性等特征，在需求资源作用逐渐增大的情况下，把可调控资源纳入电力系统调度框架并实现快速响应。当前对可调控资源一般采用集中控制方法，即电力系统出现频率与电压偏差时，由调度中心下发调度指令给每个负荷聚合商，然后由各个负荷聚合商对自身控制的可调控负荷进行统一调度与控制。因此，负荷聚合商为了能随时调度与控制其下各类可调负荷，需要在每一个用户侧安装智能终端实时监测系统，能随时监测电网电压与频率变化，同时根据电网功率变化与系统控制指令做出负荷调节，如图3所示。

图3 “云—边—端”结合的负荷聚合商优化用能调控系统

负荷聚合商优化用能调控系统采用先进信息通信技术，采用“管”的先进信息通信技术，接入“端侧”多样化用户设备和控制装置，应用“边缘计算”技术提升负荷用能优化策略的智能化、自动化，与“云侧”负荷聚合商系统进行协同，实现用能优化数据流、能源流、业务流的协调互动。

结语

本文调研了某省2021年工业可调节资源各行业占比，根据用电设备停电或缺电所引起的损失程度，将用户的负荷重要性分为四个等级，各行业生产设备以不同的重要性等级确定可调节负荷占比，再根据用电设备的响应时间划分不同时间尺度的可调节负荷资源；由于可调节资源具有分散性及多样性等特征，引入负荷聚合商整合需求侧资源，然后对负荷聚合商进行界定，明确其市场功能和技术功能。