【涨知识】电力柔性负荷调度技术

1.研究背景

作为发电调度的补充，柔性负荷调度能够削峰填谷、平衡间歇式能源波动和提供辅助服务，有利于丰富电网调度运行的调节手段，已成为国内外关注的热点。“柔性负荷”可定义为用电量在指定区间内变化或在不同时段间转移的负荷，包含具备需求弹性的可调节负荷或可转移负荷，具备双向调节能力的电动汽车、储能、蓄能，以及分布式电源、微网等。传统发电调度中，机组需按照调控指令完全响应，而柔性负荷调度在满足电网调度指令需求的同时还需尽量减少对用户正常用电的影响。柔性负荷调度在电力市场发展较为成熟的欧美国家表现为需求响应，重视对电力用户的引导和用户的参与满意度。中国目前处于市场发展的初级阶段，还缺乏完整的市场运营规则和电价形成机制，尚不能通过经济手段及时有效地调节市场供需，负荷调度更多表现为以分时电价和有序用电为代表的需求侧管理，强调集中调度体制下电网的安全性。

2.负荷调度研究回顾

近年来，国内外专家学者在柔性负荷响应潜力、调度模式、响应行为建模和调度架构等方面开展了大量研究工作。

负荷响应潜力评估的主要步骤包括确定研究对象和需求响应项目类型、负荷用电特性分析、分类需求响应项目参与率辨识、价格弹性计算和响应潜力评估，重点在于细分用户群的价格弹性计算方法。负荷响应潜力与电网运行工况、外界环境变化、用户用电消费心理、响应前用户用电状态等因素密切相关，目前针对负荷在某一具体运行工况下的响应潜力评估研究还较为少见。

负荷调度模式研究聚焦电价机制、合约机制、需求侧竞价以及有序用电等方面。电力公司通过制定合理的电价能够引导多数柔性负荷，但难以对其进行精确调度;基于合约机制的负荷调度可靠性高，可直接参与调度计划编制;需求侧竞价赋予电力负荷与发电商平等竞价的权利，但对市场发展程度要求较高;国内普遍采用的有序用电模式有利于保障电网安全运行，但对用户利益还缺乏充分的考虑。总的来说，负荷自主响应行为不确定性、不同时间尺度柔性负荷协调调度以及多类型柔性负荷的分解协调问题还需要进一步开展研究。在负荷响应行为建模方面，响应模型应能够计及电价、激励、消费者心理、用户满意度等因素对用户响应行为的影响，方便获取响应行为的时序特征。从电网优化调度角度，电网公司需根据合同约定的激励费率或电力市场的出清价格对参与调度的柔性负荷进行补偿，涉及发用电调度成本、用户参与满意度、电网安全约束等，通常在优化模型中将负荷响应量作为决策变量。

负荷调度架构包括集中式、分布式和基于负荷聚合商的分层架构。集中式架构由电网调度中心直接给每个负荷发布调控命令，这在实际电网调度中是不可行的。分布式架构具有投资小、通信和控制灵活等优点，但完全分散的分布式架构面临过度控制或控制量不足的问题，难以实现系统级控制目标。基于负荷聚合商的分层调度架构同时具备集中式架构的整体协调能力和分布式架构的分散自治灵活性，特别适合于居民、商业等中小负荷参与调度运行。

目前柔性负荷调度模式和控制策略研究中尚存在以下几点比较突出的问题。

1)在负荷自主响应行为不确定性方面还需要进一步深化研究，特别是大量柔性负荷基于电价的聚合响应的不确定性对电网调度的影响，计及不确定性后柔性负荷调度如何与常规发电调度相配合。

2)传统发电调度包括日前、日内和实时调度计划和AGC控制等多个时间尺度，柔性负荷如何从预测误差、响应特性、调节能力、调节范围、调度成本等角度协调参与不同时间尺度的调度还有待进一步分析和研究。

3)未深入探讨不同类型柔性负荷的分解协调问题。柔性负荷类型多，既有接入110kV以上电压等级的大用户，也有数量多、分布广、响应特性各异的中小负荷，在区域电力系统调度层面，往往只能给出参与调度的配电网、专变用户、大用户、负荷聚合商的调度计划、备用容量安排，尚不能将其分解到每一个负荷上。

4)研究成果集中于维持系统有功平衡方面，对柔性负荷作为控制手段支撑系统安全可靠运行方面的研究还十分有限。

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3.进一步研究方向

1)柔性负荷综合响应建模技术。电网调度更为关心的是以配电网、专变用户、负荷聚合商为单位的整体负荷的综合响应潜力，如何建立合理有效的柔性负荷多形态多响应综合预测模型是柔性负荷调度技术推广的基础。

2)多时间尺度互动交易模式设计。合理的互动交易模式是影响柔性负荷参与电网调度可操作性、运转效率和效益的关键因素，在中长期时间尺度无法知晓电网的确切运行状态，互动机制设计应当以价格引导作用为主;短期及实时时间尺度电网运行状态已能够准确获知，不确定因素较少，可制定更加精细化的互动交易机制。

3)多时间尺度负荷协调控制技术。由于间歇式能源以及负荷响应的不确定性，有必要在日内、实时时间尺度上根据滚动刷新的负荷和风电预测数据进行日前计划的滚动修正，这是柔性负荷调度技术研究的重点。

4)集中式和分布式协调控制技术。柔性负荷多以配电网、专变用户、负荷聚合商等分布式调度单元出现，如何实现控制单元分布自治与电网调度中心整体决策的协调是关键，包括分布式控制单元的在线动态等效建模与参数拟合技术、快速分布式计算技术、分布式控制单元与调度中心协调优化决策技术。

5)互动效益评估技术。需从时间、空间、考核对象等多层次对评估指标进行分解，从响应特性、响应过程、响应效果、响应履约度等方面构建多维度量化指标，最终形成适合于负荷调度的综合评估指标体系。

4.结语

柔性负荷调度改变了传统电网“发电跟踪负荷变化”的运行模式，通过引导柔性负荷主动参与电网调度运行，可有效改善电力系统调节能力不足，提高电网运行的安全性和经济性。考虑中国电价政策、营销模式、发展需求等现状，以下几点建议与设想供讨论。

1)从安全经济、节能减排等角度对电力公司和电力用户加强引导，认识到柔性负荷能够和发电机组一样参与电网的调度运行并具有充分的优越性。

2)根据区域发电资源禀赋和柔性负荷构成制定合理的调度模式。在弃风、弃光现象严重而高耗能负荷容量大的区域，可采用动态电价、签订合约等方式引导高耗能负荷消纳可再生能源;在大中型商业、公共设施以及居民负荷比重较高的区域，采用尖峰电价、可中断负荷等机制以实现削峰填谷。

3)尽快完善柔性负荷参与电网调度的激励补偿机制，建设柔性负荷调度示范工程。