基于时序生产模拟的电力需求响应优化配比研究

基于时序生产模拟的电力需求响应优化配比研究

王睿晨

乌兰察布供电公司卓资供电分公司 内蒙古自治区乌兰察布市 012000

  摘要：从电力系统运行的角度来看，需求响应(DR)可以使用户在短时间内降低电力需求，改善系统负荷曲线，等效增加电力系统的备用容量，保证电力系统的可靠运行。在系统紧急情况下，可以实施各种需求响应项目，避免大规模停电。需求响应资源除了可以缓解电力系统容量不足之外，还可以像发电资源一样参与电力市场交易，保证实时供需平衡，提高电网可靠性。

关键词：电力系统生产模拟；需求响应；机组组合；区外来电；

  从电力系统生产模拟的角度出发，将负荷划分为居民负荷和工业负荷，并分析了各自在需求响应中的角色与价值。根据当前国内部分省份制定的需求响应补贴政策，提出了工业负荷和居民负荷在需求响应中的优化配比方法。
一、概述

  生产模拟是研究现代电力系统运营的一个重要工具，能够提供系统在最优运行方式下生产成本的期望值、可靠性及新能源消纳率等重要指标，在电力行业已取得广泛应用。从电源侧多种能源共同并网的实际特点出发，基于时序负荷曲线对系统进行生产模拟；考虑光热机组的运行特性，建立了含光热聚合等效模型的电力系统运行模拟模型；研究了含有可再生能源系统的生产模拟特点及模拟方法。建立了计及大规模风能和太阳能发电并网的年度时序仿真模型，实现了新能源并网后电网的低碳效益的评估；所提的多能互补电力系统时序运行模拟模型，考虑了可再生能源出力的随机性，能够有效分析风/光/水/火协同运行对促进可再生能源消纳的效果。但上述研究均未考虑电力系统生产模拟时，引入需求响应对电力系统的影响。将需求响应资源作为部分系统备用参与生产模拟，用于应对风电的反调峰特性和间接性。

二、需求响应优化配比模型

  根据构建的电力系统时序生产模拟模型，可以得到系统的最优运行状态、运行成本以及各时刻系统内参与需求响应的电量。以需求响应补贴成本最低为目标，研究居民负荷和工业负荷在需求响应中的优化配比方法。

  1.居民负荷需求响应特性。在需求侧资源中，居民用户用电量占社会总用电量的36.6%，居民负荷具有负荷变化大、负荷同时率高和负荷功率因数低等特点。可将居民负荷分为不可控负荷、可转移负荷和可削减负荷3大类。不可控负荷如照明类设备，其通断电将影响居民正常生活，一般不参与需求响应；可转移负荷如电热水器、洗碗机等设备，用电时间较为灵活，在某一时间内完成工作需求即可；可中断负荷短时断电不影响居民的正常生活，因此可转移负荷与可中断负荷可作为主动负荷参与需求响应，满足分布式电源消纳需求。系统内居民负荷在各时刻可提供的最大可参与削峰响应的容量。
  2.工业负荷需求响应特性。大型工业负荷的数量很少，用电量却很大，在国民经济中具有举足轻重的地位。工业负荷由于生产设备、工艺流程、电价敏感度等因素不同，提供需求响应的潜力及经济性存在较大差异。在仅考虑负荷提供调频和非旋转备用服务的系统中，参与需求响应的工业负荷在调度周期内时刻t的可提供最大可参与削峰响应的容量。
三、算例分析

  1.算例介绍。为验证所提方法与模型的正确性，以下通过算例说明。基于2025年东部某省的电源规划方案，采用所提的时序运行模拟方法，对2025年该省电网进行生产模拟。在算例中，时序生产模拟的总时长为8 760个时段，模拟的时间间隔为1 h。算例中的系统电源包括火电机组、储能电站、核电机组、可再生能源以及区外来电。
   据该省的需求响应政策，在削峰方面，考虑全时序负荷曲线5%全省最大负荷的需求响应；在填谷方面，对负荷曲线特性中日峰谷差率大于35%的天进行日内填谷。工业负荷的补贴方式为按参与需求响应的用电量进行补贴，据该省最新发布的电力需求响应实施细则，对通过需求响应临时性增加（填谷）负荷，促进可再生能源电力消纳，执行可再生能源消纳补贴。约定响应谷时段可再生能源消纳补贴为5元/kW，平时段补贴为8元/kW。居民负荷的补贴方式则是对自愿参与需求响应的居民按月给予补贴。
    2.算例求解。根据所建立的电力系统时序生产模拟模型，结合该省的预测数据，得到全省2025年全年各时刻需求响应的削峰和填谷电量，通过统计优化后的2025年全时序负荷曲线可知，全年通过需求响应完成削峰60 h、最大响应容量750万kW，共计电量2.16亿kWh；通过需求响应完成填谷15 h、最大响应容量218万kW，共计电量0.123亿kWh。依据该省的需求响应政策，结合上述仿真结果，可以看出2025年该省在3—5月、9—11月无需开展需求响应。仿真结果可以得出，7—8月需求响应次数较多，应当在7月和8月分别对11.3%和24.9%的居民用户给予补贴，以激励这部分用户参与需求响应，补贴价格分别为每户47元/月和56元/月。而在其他月份，由于响应次数较少，宜仅调度工业负荷参与响应，从而使所需的补贴成本更少。为进一步说明所提方法的经济性，引入2个对比场景：场景1为各月仅有工业负荷参与需求响应；场景2为7—8月居民用户参与需求响应比例均不大于11.3%，其余设置不变。

总之，需求响应作为一种需求侧管理的解决方案，不仅可以有效缓解我国发电和输电容量迅速扩建的步伐，对可再生能源的消纳也有较好的促进作用。开展了含需求响应的时序生产模拟模型研究，在此基础上求解居民负荷和工业负荷在需求响应中的配比。得到结论如下：含需求响应的时序生产模拟模型综合考虑新能源出力特性、负荷特性、机组调峰特性等因素，以电力系统运行成本最低为目标，模拟各发电机组全年运行状况，模型将系统负荷、新能源出力、常规机组出力、需求响应电量看作随时间变化的时间序列，能够计及时序变化特性。居民负荷和工业负荷的最优配比与所研究电力系统的负荷曲线和需求响应政策等因素有关。该优化配比方法可为电力系统调度和确定需求响应补贴价格提供指导。

参考文献：

［1］杨丽.电力市场下需求响应研究综述.2019.

［2］张建学，关于基于时序生产模拟的电力需求响应优化配比研究.2020.