新型电力系统构建下的需求侧响应介绍及技术探讨

新型电力系统构建下的需求侧响应介绍及技术探讨

胡明健

广州白云电器设备股份有限公司   510000

摘要：通过介绍新型电力系统的定义与特征，说明对需求侧响应对于新型电力系统的重要意义。并对需求侧响应的不同负荷根据响应特性进行了分类，提出了一种基于智慧用能系统的需求侧响应流程示例，认为在“双碳”政策下，国内需求侧响应将迎来蓬勃的发展时期。

关键词：新型电力系统、需求侧响应、负荷分类、响应流程、负荷聚合商。

0 引言

2020年9月22日，中国在第七十五届联合国大会宣布了中国的碳达峰目标与碳中和愿景。据统计，在能源系统的碳排放中，能源活动占排放总量的88%，电力系统排放占37%，要实现碳达峰、碳中和，电力系统必须向以新能源为主体的零碳电力系统发展。在2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上，对碳达峰、碳中和作出了进一步部署，明确了实现“双碳”战略目标的基本思路和主要举措，强调要构建以新能源为主体的新型电力系统。

新型电力系统是以新能源为供给主体、以确保能源电力安全为基本前提、以满足经济社会发展电力需求为首要目标，以数字电网为支撑平台，具备多能协同互补、源网荷储互动、用能需求智控功能，具有绿色高效、柔性开发、数字赋能基本特征的新一代电力系统[1]。

图1 以新能源为主体的新型电力系统

与传统的电力系统相比，以新能源为主体的电力系统具有以下特征[2]。

1）源荷双侧随机性。在传统电力系统中，由于负荷的不确定性，采取的是“源随荷动”的规划或运行决策。由于新能源发电的间歇性特征，当其装机容量占比提升后，新型电力系统将在供需双侧都呈现出随机性的特征。

2）源网荷储互动。新能源电力系统中，随着新能源发电比例的上升，传统电力系统“发输配售用”的功能界限将逐渐趋于模糊。源网荷储互动将成为新型电力系统运行常态，可中断负荷和虚拟电厂得到普及应用，电力负荷将实现由传统的刚性、纯消费型向柔性、生产与消费兼具型转变。

3）需求侧参与电力系统平衡控制。受限于新能源的出力特性，灵活性资源将是保障电力系统稳定运行的重要因素，有效挖掘用户侧的灵活性、减少电力系统峰谷差、提高电源利用效率将成为经济可行的重要措施。

4）智能性。在智能电网的宏观背景下，新能源电力系统的诸多环节，都需要建立在先进的网络信息系统、智能控制与管理系统以及大数据处理、云计算等技术的基础上。因此，整个新能源电力系统表现出很强的智能性特征。

由于上述特征的存在，最大负荷与平均负荷之比将随着新能源占比的加大而持续提升，发电侧随机性和负荷侧峰谷差加大了对电力系统的冲击。而储能只能作为短时间尺度调节手段，系统的调节能力将难以满足负荷侧的刚性需求，必然对需求侧的灵活调节提出要求，包括在各种时间尺度的调节。

需求侧响应（Demand Response, DR）是通过实时电价、激励等措施，鼓励电力与用户主动改变自身用电行为，主动做出调整用电需求的反应，达到与发电侧资源平衡的效果。作为虚拟的可控资源，DR可与多种发电类型结合，有效克服因新能源发电随机性及其与用电活动的时间不匹配性对电力系统运行造成的不理影响。

1 需求侧资源分类

根据DL/T 2161-2020《电力需求侧资源分类与特性分析技术导则》，终端负荷由于物理形态及用电习惯都存在着显著的差异性，造就了需求侧用户具有多样化的响应能力与响应特性，而这种多样性又能很好的与新能源发电随机性进行匹配。按照用户类别、响应特性、能量流向、调节方式等不同的角度，可以把需求侧资源分为多种类型[3]，如下表所示：

表1-1 需求侧资料分类表

1）按照用户类型，可以划分为居民负荷、工业负荷、商业负荷和其他负荷，并在在每种类型的负荷中还可以根据负荷的重要性（一级负荷、二级负荷、三级负荷）来选择是否参与需求侧响应。

2）按照响应特性，可以分为可转移负荷、可平移负荷和可削减负荷。可转移负荷在特定周期（例如1天内）内总用电量不变，而各个时段的用电量可以灵活调节，例如电动汽车充电站、储能电站等；可平移负荷是指受生产顺序与生活流程约束，在启动后需要连续不可调节使用电能，但其启动时间可以改变，表现为用电曲线可以在不同时间段进行平移，主要包括工业流水线设备等；可削减负荷是指可以根据需要对用电量进行部分或全部削减的负荷，这类负荷包括居民空调、大型洗衣机和农村灌溉设备等。

3）按照能量流向，可以划分为双向互动资源和单相可调节资源。随着风不是电源、电动汽车、储能设备的兴起，负荷侧可具有一定电能输出的功能，而单相可调节负荷则是在运行时间或用电功率上具有一定可控性的纯用电单元。

4）按照调节方式，可以分为削峰型资源和削峰填谷型资源。前者是可以在用电高峰期直接减少电力消费量，但不改变高峰期以外的其他时段用电量；后者是可将部分高峰用电负荷推迟或转移到低谷时间段。

需求侧的主动、快速、多样性响应，不仅极大地丰富了新能源电力系统运行中的调节控制手段，还将在提升可再生能源消纳能力及电力资源利用效率等方面发挥重要作用。实施DR能够为不同的对象都带来可观的收益：对于电网公司，有效降低新发电并网带来的不利影响，延缓扩容建设需求，同时，改善电网资产利用率；对于发电商，可以降低机组的调峰成本和发电碳排放；对于用户，通过参与DR可减少自身用电支出，甚至获得额外经济收益；对于全社会，源荷互动可促进新能源发电并网，推动实现真正意义上的电能低碳化。

2 需求侧响应

需求侧响应方式根据调控手段可以分为电网直接控制与需求侧主动响应两种模式[4]，前者需赋予电网（或运营单位）对负荷的直接调控权，后者通过在需求侧设置智慧用能系统接收电网侧的需求曲线进行自主智能调控。

电网直接控制模式，负荷预测、调控策略及操作指令都在电网侧完成，用户侧只需要进行全景监视与智能控制的改造，在建立信息通信通道后由电网直接操作负荷来实现需求侧响应。但是由于电网直接堆负荷进行调度控制，需求侧的自主性较差、用电灵活性降低，比较适合用电计划比较固定的负荷类型。

与电网直接控制模式相比，需求侧主动响应模式除了进行全景监视与智能改造外，用户侧需要单独建立智慧用能系统。在电网发出需求侧响应邀约后，智慧用能系统将综合负荷侧发电、用电和储能环节监测与预测结果，给出需求侧响应裕度，评估用能成本和用能影响，制定参与需求侧响应的策略。进入需求响应模式，开始设备的负荷调控，响应结束后，停止调度退出需求响应模式，进行需求响应收益结算和需求响应效果评估。

图2 智慧用能系统数据处理流程图

智能用能系统需要参考用户历史发电数据，预测系统未来发电量，根据环境、人员用电习惯、天气、电价等信息，预测各环节设备的用电量并制定用电计划，根据发电、用电和电网需求响应邀约情况，制定需求侧响应策略。

需求侧主动响应虽然能够在保证自身用电灵活条件下为用户创造利益，但对于需求侧响应的策略制定要求较高，一般的非专业用户很难实现。另外，由于中小型用户的个体可响应容量较小，单独设置一个智慧用能系统进行需求侧响应的性价比不高，可由专业的公司（电力公司或负荷聚合商）依据网络或地理层面进行负荷聚合。聚合后的负荷，可以作为一个微电网，除了扩大需求侧响应容量外，还确保系统发电尽量实现自消纳，减少余电上网，实现用电收益最大。

3 总结与展望

需求侧响应在国内外已有示范性工程应用，其可行性与可推广性得到了工程实践的验证，具有以下效益：提高电网对大规模新能源发电的接纳能力；改善新能源发电与负荷用电的时间匹配度，从而提高对新能源的有效利用率；实现电网—用户双向互动，激励需求侧用户主动参与电网运行及合理用电；推动电动汽车服务的发展，促进交通出行用能的低碳化转变。

可有效当原本“刚性”的需求侧负荷转变为一类可调控资源后，其规模化应用将赋予电力系统规划、运行、控制以全新内涵。而大规模开发及推广不单单需要更加强大的技术支撑，还需要完善的市场化运作机制才能实现。随着双碳政策的落地，丰枯峰谷电价、尖峰电价、可中断负荷电价、调节电源电价、绿色电价、碳交易价格等市场体系的完善，以及2022年4月21日南方电网发布的10千伏及以上工商业专变用户的需求响应邀约，让我们看到未来已来。

参考文献

[1] 喻小宝,郑丹丹,杨康,等. “双碳”目标下能源电力行业的机遇与挑战[J].华电科技. 2021,43(06) ：21-32；

[2] 李晖,刘栋,姚丹阳,等. 面向碳达峰碳中和目标的我国电力系统发展研判[J] 中国电机工程学报,2021,41(18) ：45-59；

[3] 高赐威,梁甜甜,李扬,等. 自动需求响应的理论与实践综述[J]. 电网技术, 2014,38(04) ：52-59；

[4]潘明明,田世明,刘宗杰，等. 能源互联网中需求侧资源参与电网控制的边云协同技术研究[J].电子技术应用. 2021,47(04)：24-29.