導讀：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，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)外關注的熱點。

1.研究背景

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，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，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，重視對電力用戶的引導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。

2.負荷調(diào)度研究回顧

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

負荷響應潛力評估的主要步驟包括確定研究對象和需求響應項目類型、負荷用電特性分析、分類需求響應項目參與率辨識、價格彈性計算和響應潛力評估，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、響應前用戶用電狀態(tài)等因素密切相關，目前針對負荷在某一具體運行工況下的響應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。

在負荷響應行為建模方面，響應模型應能夠計及電價、激勵、消費者心理、用戶滿意度等因素對用戶響應行為的影響，方便獲取響應行為的時序特征。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。基于負荷聚合商的分層調(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, 柔性負荷如何從預測誤差、響應特性、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。

3.進一步研究方向

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

2) 多時間尺度互動交易模式設計。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), 互動機制設計應當以價格引導作用為主; 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。由于間歇式能源以及負荷響應的不確定性, 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電預測數(shù)據(jù)進行日前計劃的滾動修正, 這是柔性負荷調(diào)度技術研究的重點。

4) 集中式和分布式協(xié)調(diào)控制技術。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、快速分布式計算技術、分布式控制單元與調(diào)度中心協(xié)調(diào)優(yōu)化決策技術。

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

4.結(jié)語

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, 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、棄光現(xiàn)象嚴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高耗能負荷消納可再生能源; 在大中型商業(yè)、公共設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, 建設柔性負荷調(diào)度示范工程。