柔性負荷調(diào)度，發(fā)電調(diào)度的補充

導(dǎo)讀：作為發(fā)電調(diào)度的補充，柔性負荷調(diào)度能夠削峰填谷、平衡間歇式能源波動和提供輔助服務(wù)，有利于豐富電網(wǎng)調(diào)度運行的調(diào)節(jié)手段，已成為國內(nèi)外關(guān)注的熱點。

作為發(fā)電調(diào)度的補充，柔性負荷調(diào)度能夠削峰填谷、平衡間歇式能源波動和提供輔助服務(wù)，有利于豐富電網(wǎng)調(diào)度運行的調(diào)節(jié)手段，已成為國內(nèi)外關(guān)注的熱點。“柔性負荷”可定義為用電量在指定區(qū)間內(nèi)變化或在不同時段間轉(zhuǎn)移的負荷，包含具備需求彈性的可調(diào)節(jié)負荷或可轉(zhuǎn)移負荷，具備雙向調(diào)節(jié)能力的電動汽車、儲能、蓄能，以及分布式電源、微網(wǎng)等。傳統(tǒng)發(fā)電調(diào)度中，機組需按照調(diào)控指令完全響應(yīng)，而柔性負荷調(diào)度在滿足電網(wǎng)調(diào)度指令需求的同時還需盡量減少對用戶正常用電的影響。柔性負荷調(diào)度在電力市場發(fā)展較為成熟的歐美國家表現(xiàn)為需求響應(yīng)，重視對電力用戶的引導(dǎo)和用戶的參與滿意度。中國目前處于市場發(fā)展的初級階段，還缺乏完整的市場運營規(guī)則和電價形成機制，尚不能通過經(jīng)濟手段及時有效地調(diào)節(jié)市場供需，負荷調(diào)度更多表現(xiàn)為以分時電價和有序用電為代表的需求側(cè)管理，強調(diào)集中調(diào)度體制下電網(wǎng)的安全性。

近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者在柔性負荷響應(yīng)潛力、調(diào)度模式、響應(yīng)行為建模和調(diào)度架構(gòu)等方面開展了大量研究工作。

負荷響應(yīng)潛力評估的主要步驟包括確定研究對象和需求響應(yīng)項目類型、負荷用電特性分析、分類需求響應(yīng)項目參與率辨識、價格彈性計算和響應(yīng)潛力評估，重點在于細分用戶群的價格彈性計算方法。負荷響應(yīng)潛力與電網(wǎng)運行工況、外界環(huán)境變化、用戶用電消費心理、響應(yīng)前用戶用電狀態(tài)等因素密切相關(guān)，目前針對負荷在某一具體運行工況下的響應(yīng)潛力評估研究還較為少見。

負荷調(diào)度模式研究聚焦電價機制、合約機制、需求側(cè)競價以及有序用電等方面。電力公司通過制定合理的電價能夠引導(dǎo)多數(shù)柔性負荷，但難以對其進行精確調(diào)度；基于合約機制的負荷調(diào)度可靠性高，可直接參與調(diào)度計劃編制；需求側(cè)競價賦予電力負荷與發(fā)電商平等競價的權(quán)利，但對市場發(fā)展程度要求較高；國內(nèi)普遍采用的有序用電模式有利于保障電網(wǎng)安全運行，但對用戶利益還缺乏充分的考慮?？偟膩碚f，負荷自主響應(yīng)行為不確定性、不同時間尺度柔性負荷協(xié)調(diào)調(diào)度以及多類型柔性負荷的分解協(xié)調(diào)問題還需要進一步開展研究。

在負荷響應(yīng)行為建模方面，響應(yīng)模型應(yīng)能夠計及電價、激勵、消費者心理、用戶滿意度等因素對用戶響應(yīng)行為的影響，方便獲取響應(yīng)行為的時序特征。從電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度角度，電網(wǎng)公司需根據(jù)合同約定的激勵費率或電力市場的出清價格對參與調(diào)度的柔性負荷進行補償，涉及發(fā)用電調(diào)度成本、用戶參與滿意度、電網(wǎng)安全約束等，通常在優(yōu)化模型中將負荷響應(yīng)量作為決策變量。

負荷調(diào)度架構(gòu)包括集中式、分布式和基于負荷聚合商的分層架構(gòu)。集中式架構(gòu)由電網(wǎng)調(diào)度中心直接給每個負荷發(fā)布調(diào)控命令，這在實際電網(wǎng)調(diào)度中是不可行的。分布式架構(gòu)具有投資小、通信和控制靈活等優(yōu)點，但完全分散的分布式架構(gòu)面臨過度控制或控制量不足的問題，難以實現(xiàn)系統(tǒng)級控制目標(biāo)?；谪摵删酆仙痰姆謱诱{(diào)度架構(gòu)同時具備集中式架構(gòu)的整體協(xié)調(diào)能力和分布式架構(gòu)的分散自治靈活性，特別適合于居民、商業(yè)等中小負荷參與調(diào)度運行。

目前柔性負荷調(diào)度模式和控制策略研究中尚存在以下幾點比較突出的問題。

1) 在負荷自主響應(yīng)行為不確定性方面還需要進一步深化研究, 特別是大量柔性負荷基于電價的聚合響應(yīng)的不確定性對電網(wǎng)調(diào)度的影響, 計及不確定性后柔性負荷調(diào)度如何與常規(guī)發(fā)電調(diào)度相配合。

2) 傳統(tǒng)發(fā)電調(diào)度包括日前、日內(nèi)和實時調(diào)度計劃和AGC控制等多個時間尺度, 柔性負荷如何從預(yù)測誤差、響應(yīng)特性、調(diào)節(jié)能力、調(diào)節(jié)范圍、調(diào)度成本等角度協(xié)調(diào)參與不同時間尺度的調(diào)度還有待進一步分析和研究。

3) 未深入探討不同類型柔性負荷的分解協(xié)調(diào)問題。柔性負荷類型多, 既有接入110kV以上電壓等級的大用戶, 也有數(shù)量多、分布廣、響應(yīng)特性各異的中小負荷, 在區(qū)域電力系統(tǒng)調(diào)度層面, 往往只能給出參與調(diào)度的配電網(wǎng)、專變用戶、大用戶、負荷聚合商的調(diào)度計劃、備用容量安排, 尚不能將其分解到每一個負荷上。

4) 研究成果集中于維持系統(tǒng)有功平衡方面, 對柔性負荷作為控制手段支撐系統(tǒng)安全可靠運行方面的研究還十分有限。

1) 柔性負荷綜合響應(yīng)建模技術(shù)。電網(wǎng)調(diào)度更為關(guān)心的是以配電網(wǎng)、專變用戶、負荷聚合商為單位的整體負荷的綜合響應(yīng)潛力, 如何建立合理有效的柔性負荷多形態(tài)多響應(yīng)綜合預(yù)測模型是柔性負荷調(diào)度技術(shù)推廣的基礎(chǔ)。

2) 多時間尺度互動交易模式設(shè)計。合理的互動交易模式是影響柔性負荷參與電網(wǎng)調(diào)度可操作性、運轉(zhuǎn)效率和效益的關(guān)鍵因素, 在中長期時間尺度無法知曉電網(wǎng)的確切運行狀態(tài), 互動機制設(shè)計應(yīng)當(dāng)以價格引導(dǎo)作用為主; 短期及實時時間尺度電網(wǎng)運行狀態(tài)已能夠準(zhǔn)確獲知, 不確定因素較少, 可制定更加精細化的互動交易機制。

3) 多時間尺度負荷協(xié)調(diào)控制技術(shù)。由于間歇式能源以及負荷響應(yīng)的不確定性, 有必要在日內(nèi)、實時時間尺度上根據(jù)滾動刷新的負荷和風(fēng)電預(yù)測數(shù)據(jù)進行日前計劃的滾動修正, 這是柔性負荷調(diào)度技術(shù)研究的重點。

4) 集中式和分布式協(xié)調(diào)控制技術(shù)。柔性負荷多以配電網(wǎng)、專變用戶、負荷聚合商等分布式調(diào)度單元出現(xiàn), 如何實現(xiàn)控制單元分布自治與電網(wǎng)調(diào)度中心整體決策的協(xié)調(diào)是關(guān)鍵, 包括分布式控制單元的在線動態(tài)等效建模與參數(shù)擬合技術(shù)、快速分布式計算技術(shù)、分布式控制單元與調(diào)度中心協(xié)調(diào)優(yōu)化決策技術(shù)。

5) 互動效益評估技術(shù)。需從時間、空間、考核對象等多層次對評估指標(biāo)進行分解, 從響應(yīng)特性、響應(yīng)過程、響應(yīng)效果、響應(yīng)履約度等方面構(gòu)建多維度量化指標(biāo), 最終形成適合于負荷調(diào)度的綜合評估指標(biāo)體系。

柔性負荷調(diào)度改變了傳統(tǒng)電網(wǎng)“發(fā)電跟蹤負荷變化”的運行模式, 通過引導(dǎo)柔性負荷主動參與電網(wǎng)調(diào)度運行, 可有效改善電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足, 提高電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性?？紤]中國電價政策、營銷模式、發(fā)展需求等現(xiàn)狀, 以下幾點建議與設(shè)想供討論。

1)從安全經(jīng)濟、節(jié)能減排等角度對電力公司和電力用戶加強引導(dǎo), 認識到柔性負荷能夠和發(fā)電機組一樣參與電網(wǎng)的調(diào)度運行并具有充分的優(yōu)越性。

2)根據(jù)區(qū)域發(fā)電資源稟賦和柔性負荷構(gòu)成制定合理的調(diào)度模式。在棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象嚴(yán)重而高耗能負荷容量大的區(qū)域, 可采用動態(tài)電價、簽訂合約等方式引導(dǎo)高耗能負荷消納可再生能源; 在大中型商業(yè)、公共設(shè)施以及居民負荷比重較高的區(qū)域, 采用尖峰電價、可中斷負荷等機制以實現(xiàn)削峰填谷。

3)盡快完善柔性負荷參與電網(wǎng)調(diào)度的激勵補償機制, 建設(shè)柔性負荷調(diào)度示范工程。