李雪峰
新疆锦龙电力集团有限公司，新疆奎屯833200
摘要：随着国家发展和改革委员会等部门发文，要求在试点城市实施需求响应并扩展需求侧管理内涵，需求响应成为未来我国用户侧资源利用的重要形式。出台需求响应实施细则的基础上，同步开展“大规模源网荷友好互动系统”建设，将用户侧资源利用方式从传统需求响应拓展到精准实时切负荷。通过需求响应与精准实时切负荷的协调配合，将实现友好互动理念指导下的系统安全、高效运行。因此，立足于我国用户侧资源利用发展趋势，需要针对用户侧资源利用相关问题进行理论与方法研究，支撑利用用户侧资源提升电网规划运行效率。
关键词：用户侧资源；利用潜力；源网荷互动；协调优化；电网运行效率
1用户侧资源现状
为构建清洁、低碳的现代能源体系，我国大力发展风电、光伏等新能源。风电、光伏出力具有不确定性和随机性，对电力系统调峰能力提出很高要求，目前电源侧调峰能力的欠缺使得弃风、弃光现象严重。近年来我国发达省市夏季尖峰负荷屡创新高，95%以上尖峰负荷持续时间在60h左右，满足电网尖峰负荷供电的电网投资经济性较差。综上，新能源发展和负荷特性变化对电力平衡与调峰的灵活性需求以及事故支撑的弹性需求日益增长，单纯依靠电源侧扩张的规划与优化调度方式，将导致电网规划投资和运行效率低。因此，亟须挖掘用户侧资源的灵活调节与支撑能力，满足新能源消纳和尖峰负荷供电需求，提高电网规划投资和运行效率效益。
针对用户侧资源利用问题，现有研究大多集中在潜力评估、运行优化与规划方面。潜力评估方面，提出需求响应潜力的量化评估方法，并针对我国某区域电网开展实例分析。运行优化方面，主要包括以整体负荷波动最小化为目标和以系统总成本最小为目标两种优化模式。以整体负荷波动最小化为目标，针对空调负荷、电动汽车、储能装置等多类型用户侧资源制定响应策略；通过建立响应评估模型对参与需求响应用户进行筛选，以降低居民响应的不确定性。以系统总成本最小为目标，利用价格型与激励型需求响应，建立考虑用户侧互动的运行优化模型；计及激励型需求响应资源的多时间尺度特性，建立包含日前–日内–实时阶段的系统滚动调度模型。在规划方面，虑能效管理与需求响应两种用户侧资源利用方式，在目标函数中纳入能效电厂项目成本、需求响应前期与运行成本，提出源网荷协调规划方法。然而，上述文献研究重点大多为在正常运行状态下，通过用户侧资源利用满足系统灵活性需求，对故障状态下通过精准实时切负荷利用方式满足系统弹性需求考虑不足。本文综合考虑用户侧资源参与约定需求响应、实时需求响应与精准实时切负荷，分别评估不同利用方式下多类型用户侧资源的利用潜力。为满足系统电力平衡、调峰平衡与事故支撑需求，以全社会综合经济成本最小为目标建立考虑用户侧资源的电力系统灵活性协调优化规划模型，以获得不同类型用户侧资源的最优改造规模、灵活性电源最佳建设容量，进而提升电网规划运行效率。
2用户侧资源利用潜力评估
本文采用自下而上式分析方法进行用户侧资源利用潜力评估，该方法流程包括用户侧资源类型划分、可利用比例评估与可利用规模计算。
2.1类型划分
特定终端用途使得不同用电设备的物理特性与运行方式各异，进而决定其能否参与用户侧资源利用及参与利用的意愿与能力。
因此，为实现用户侧资源利用潜力的精细化评估，按照典型用电设备将用户侧资源划分为空调负荷（可细分为中央空调与居民空调）、电动汽车、用户侧储能、工业生产（可细分为大工业生产与小工业生产）、自备电厂、冷热电三联供、电蓄热和冰蓄冷八类。
2.2可利用比例评估
基于我国电网运行特点及安全运行情况，用户侧资源利用主要涵盖电力平衡、调峰平衡与事故支撑三类场景。在电力平衡场景下，用户侧资源通过削峰需求响应，改善夏季高温天气或冬季极寒天气等其他用电高峰期负荷水平，减轻电网供需形势和重载情况；在调峰平衡场景下，通过填谷需求响应缓解低谷负荷期间火电机组调峰压力，促进清洁能源消纳；在事故支撑场景下，则通过精准实时切负荷对突发情况作紧急容量响应，保障电网安全稳定运行。因此，针对每一类用户侧资源应分别评估其削峰需求响应、填谷需求响应与精准实时切负荷潜力。本文采用可利用比例刻画不同类型资源用电需求在参与利用期间可增加或削减的程度，表示为相对于自身容量规模的比例。可利用比例的评估方法包括专家判断法、基准对照法与用户调查法等。针对不同类型用户侧资源，应依据实际利用情况、设备物理特性与运行约束等条件选择评估方法。对于具备利用实例的资源类型，可采用基准对照法参考国内其他区域的可利用比例研究成果；对于其他资源类型，可通过理论分析法确定可利用比例。
2.3可利用规模计算
基于各类用户侧资源削峰需求响应、填谷需求响应与精准实时切负荷的可利用比例，在资源规模已知的前提下，可获得各类型用户侧资源在电力平衡、调峰平衡与事故支撑场景下的可利用规模。
3考虑用户侧资源的电力系统灵活性协调优化规划模型
基于用户侧资源可利用潜力的挖掘，为满足系统安全、高效运行提出的灵活性与弹性容量需求，需要充分调动源网荷之间的互动能力。因此，本文综合考虑各类用户侧资源、灵活性电源及其配套电网资源，以全社会综合经济成本最小为目标建立基于源网荷互动的用户侧资源协调优化模型，以获得各类用户侧资源的最优利用容量、灵活性电源与配套电网的最佳建设规模。考虑用户侧资源的电力系统灵活性协调优化规划问题包含两个阶段。第一阶段为初始的建设改造阶段，在该阶段针对用户实施智能互动终端安装、技术平台接入等改造工程，同时进行灵活性电源与配套电网建设，该阶段决策变量为各类型用户是否参与改造，以及灵活性电源与配套电网建设规模。第二阶段为目标年内通过用户侧资源利用与电源出力调节满足系统需求的运行过程，该阶段的决策变量为各类型用户侧资源实际参与利用容量与电源调整出力大小。因此，基于源网荷互动的用户侧资源协调优化模型目标函数需要综合考虑第一阶段的改造建设成本与第二阶段激励用户侧资源参与利用带来的补贴成本。
4结语
在智能互动、灵活柔性的新一代电力系统发展方向指引下，本文针对用户侧资源进行系统分类与利用潜力评估，综合考虑电力系统灵活性与弹性需求，提出了考虑用户侧资源的电力系统灵活性协调优化规划方法。算例结果表明，用户侧资源利用与源网建设并举是技术经济性更优的系统灵活性需求满足方式。系统优先选择兼具削峰、填谷需求响应与精准实时切负荷潜力的用户侧资源类型参与利用，并按照单位响应容量所需改造成本由低至高的顺序依次调用。本文研究成果可为我国用户侧资源利用提供理论和方法支撑。
参考文献
［1］周孝信，陈树勇，鲁宗相，等．能源转型中我国新一代电力系统的技术特征［J］．中国电机工程学报，2018，38（7）：1893-1904，2205．
［2］国家发展改革委，国家能源局．能源发展“十三五”规划（发改能源
〔2016〕2744号）［Z/OL］．［2018-2-28］．
［3］李丽．两部委发布《关于完善电力应急机制做好电力需求侧管理城市综合试点工作的通知》［J］．电力需求侧管理，2015，17（3）：45．