2.3.2 精細化DR管理

 

在供需平衡方面,ADR系統為電力企業及負荷聚合商帶來了新的挑戰,作為負荷的上級管理者,需要優化DR事件的類型及次序,并為每一種類型的事件組織相應的DR資源。在DR聚合商的決策制定過程中需要實現DR資源的精細化管理,DR行為建模異常復雜,其中短期用戶行為的預測[45]、DR資源動態聚合特性[46]、特定場景的優化[47],均需要考慮。與傳統的負荷預測不同的是,在ADR項目執行期間,需要準確地判斷某個特定的用戶是否會參與一個即將發生的DR項目,并響應相應的DR指令。為了能夠準確地刻畫DR用戶的行為,必須考慮外界的激勵或者價格對不同類型用戶的影響,比如：對于工業用戶必須通過更改生產調度計劃才能調整負荷曲線[48]。

 

 

圖7 構建精細化DR模型的數據基礎

 

圖7給出了代表性的DR事件執行前后的負荷遷移曲線。DR事件數據不需要實時響應的數據,采用分鐘量級的數據即可。通過記憶型的方法加權回歸以及集群學習的方法也可以實現類似于非參數統計方法的效果。當需要進行預測時,可以存儲歷史數據,并根據當前的查詢條件找到歷史曲線中的類似樣本,通過加權回帶方法進行預測。記憶型

 

的預測方法具有一定的自然適應性,預測總是根據最近的數據進行并且能夠隨時間推進不斷優化。

 

目前雖然已有研究學者提出了基于人工智能的DR資源建模理論,但由于DR業務發展剛剛起步,現有試點項目平均每年僅執行1~2次,因此并沒有太多的歷史數據用于樣本訓練,僅可以作為輔助的數據支撐。此外,對于DR行為的建模難度較大,從用戶的角度而言用電數據僅僅反映了用戶的用電行為,如：日常較低的用電水平表明了用戶外出行為,對于外界因素影響、心理行為、政策環境等均需要考慮。

 

2.3.3 補貼結算

 

合理的DR補貼結算方式可以有效提升用戶參與需求響應的潛力,而用戶基線負荷作為激勵型需求響應項目的重要評估依據,其對制定合理的DR補貼結算標準具有重要的指導意義。目前國內外在基線負荷分析方面已有大量的研究成果。美國AEIC負荷研究委員會提出了基于DR動態量測數據的負荷基線分析方法,期待通過數據交互的方式對削減的電力和電量進行評估。用戶的負荷基線與實際的電力負荷曲線的差值也即是用戶的負荷削減貢獻,但是在實際的系統測量中,負荷的基線估計往往不夠準確。如果用戶負荷基線被過高的估計,電力公司或者聚合商需要為此支付高昂的補貼費用。反之,如果用戶基線被過低的估計,參與需求響應的用戶將無法得到補貼,而且還面臨著參與DR項目的信用風險,長此以往將嚴重打擊用戶參與電網互動的積極性,不利于DR市場的培育和健康發展。因此,通過動態交互的數據以及精準的狀態評估算法,才能夠幫助系統運營者能夠更好的掌握用戶的準確基線,文獻[49]提出的負荷態勢感知理論為精細化基線計算提供了一種有效的解決思路,未來在互操作規范完善后可實現單體DR資源的精細化補貼結算。

 

對于大型工商業用戶,應當充分考慮用戶在參與DR項目時的響應負荷與錯避峰負荷重疊的情況,確保在電力供應缺口時,能夠更好地應對短時區域性的電力供應缺口,同時也要避免對某一用戶的長時間持續限電。目前,對于小型居民用戶而言,計量、結算難度較大,也有相關研究在考慮通過區塊鏈等新型信息通信技術(information communications technology,ICT)解決該問題[50]。未來還需要充分結合我國電力市場環境以及相關政策的制定情況,進一步研究基線負荷計算策略,將根據用戶的性質制定多種基線負荷計算方法,如參考同比數據等,既要保障做出貢獻的DR用戶能夠拿到足額補貼,又要防止相關機構不運營,吃補貼。需求響應單靠電力公司難以廣泛推行,不僅需要提高用戶對需求響應的認知程度,讓用戶廣泛參與,還需要依靠政府的支持。通過出臺相應政策,完善負荷聚合商培育機制和融資機制,充分發揮第三方服務企業的作用,加入DR市場管理的環節。

 

2.3.4 商業模式

 

目前試點項目中的最大問題就是沒有建立起成熟的商業模式,我國全面放開售電側市場后,社會資本參與售電業務的積極性較高,在后續試點中尤其需要進一步探索負荷聚合商的盈利途徑[51-52]。由于缺少合理的商業模式,目前我國的DR試點城市大多依賴于半行政化的有序用電系統配合才能夠順利開展DR的業務,居民用戶的參與積極性則很難調動起來。由于居民用戶的單個負荷體量非常小,往往被電網企業所忽略,但在其聚合后會形成巨大的可調節潛力[53]。普通居民用戶即使完全參與DR業務,每個月的收益也不會太高,因此僅僅靠直接電費節省是不能挖掘用戶的深度參與潛力的,需要借鑒互聯網共享經濟理論,設計新型商業模式,才能提升居民用戶的自主參與度。

 

在未來完全競爭的電力市場環境中,負荷聚合商還需要具有可盈利的商業模式才能夠生存,負荷聚合商對負荷的控制需要專用ICT設備或者相應的技術改造升級才能夠實現,在DR低收益的條件下,該成本很難回收。不同于工商業用戶,居民用戶的主觀行為隨機性較大,而且在現有國內外的DR項目設計上均允許用戶自由退出[54]。一旦用戶收回負載的控制權,負荷聚合商在參與DR項目時將非常被動,必須通過更為高級的算法,從統計學的角度依概率對用戶進行調度,否則甚至可能會由于對電網企業或者上一級負荷聚合商所承諾的服務沒有完成而虧損。因此,負荷聚合商未來的增值業務模式也是決定該實體能否在市場環境下發揮作用的重要環節,DR業務在居民用戶的推廣,需要優先考慮在智能用電領域有相應規劃的領頭企業配合才能夠大規模拓展應用。江蘇電力公司已經與海爾、美的等家電企業簽署《互聯網+智能用電領域戰略合作協議書》,并致力于智能用電及負荷級需求響應業務的推進。未來除了常規的數據采集、控制等基礎功能外,還應當進一步調度其積極性,為需求側資源提供額外的能源管理、設備維護、節能等增值服務,利用平臺所積累的海量數據,深度推進智能用電業務的開展。

 

3 結語

 

我國雖然在多地實施了需求響應試點項目,積累了大量的實踐經驗,但需求響應在大規模推廣應用方面仍存在許多問題。隨著能源領域的變革進程推進,未來DR業務將會向實施主體多元化、運行機制市場化、系統決策智能化、執行方式自動化、應用場景多樣化、能源種類綜合化方向發展,業務模式將更為復雜和多樣。本文基于當前國內外需求響應發展狀況,分別從政策機制保障、信息化支撐、平臺部署及組織實施層面,同時針對以上各方面存在的問題提出了一些未來發展建議,旨在為我國需求響應在大規模實施過程中提供一些參考。此外隨著市場機制逐步健全、新型信息化技術不斷發展,未來還需要充分挖掘DR用戶的參與積極性,不斷豐富和完善需求響應業務內涵,才能真正意義地實現DR業務大規模發展。

 

參考文獻

 

[1]夏鑫.電力需求響應的推廣與實踐[J].供用電,2017,34(3):1-1.XiaXin.The promotion and practice of power demand response[J].Distribution & Utilization,2017,34(3):1-1(in Chinese).

 

[2]祁兵,張榮,李彬,等.自動需求響應信息交換接口設計.中國電機工程學報,2014,34(31):5590-5596.QiBing,ZhangRong,LiBin,et al.Design of automated demand response information exchange interface[J.Proceedings of the CSEE,2014,34(31):5590-5596(in Chinese).

 

[3]祖向榮,白焰,陽建坤.基于復雜事件處理的用戶需求響應性能實時監測分析[J].電網技術,2016,40(10):3220-3227.ZuXiangrong,BaiYan,YangJiankun.Real-time monitoring analysis of customer demand response performance based on complex event processing[J].Power System Technology,2016,40(10):3220-3227(in Chinese).

 

[4]中華人民共和國國家發展和改革委員會.電力發展“十三五”規劃(2016—2020年)[EB/OL].(2016-12-22)[2018-03-15]..

 

[5]國家能源局.2017年全國電力工業統計數據[EB/OL].(2018-01-22)[2018-03-10].

 

[6]全國智能電網用戶接口標準化技術委員會.電力需求響應系統通用技術規范:GB/T 32672—2016[S].北京:中國標準出版社,2016.

 

[7]全國智能電網用戶接口標準化技術委員會.智能電網用戶自動需求響應:分散式空調系統終端技術條件:GB/T 34116—2017[S].北京:中國標準出版社,2017.

 

[8]全國智能電網用戶接口標準化技術委員會.電力需求響應系統功能規范:GB/T 35681—2017[S].北京:中國標準出版社,2017.

 

[9]全國智能電網用戶接口標準化技術委員會.需求響應效果監測與綜合效益評價導則:GB/T 32127—2015[S].北京:中國標準出版社.2015.

 

[10]楊曉東,張有兵,趙波,等.供需兩側協同優化的電動汽車充放電自動需求響應方法[J].中國電機工程學報,2017,37(1):120-130.YangXiaodong,ZhangYoubing,ZhaoBo,et al.Automated demand response method for electric vehicles ging and disging to achieve supply-demand coordinated optimization[J].Proceedings of the CSEE,2017,37(1):120-130(in Chinese).

 

[11]王怡嵐,童亦斌,黃梅,等.基于需求側響應的空調負荷虛擬儲能模型研究[J].電網技術.2017,41(2):394-401.WangYilan,TongYibin,HuangMei,et al.Research on virtual energy storage model of air conditioning loads based on demand response[J].Power System Technology.2017,41(2):394-401(in Chinese).

 

[12]孫毅,周晉宇,李彬,等.基于啟動時間延遲的家庭負荷管理優化策略[J].電力自動化設備,2017,37(2):83-89.SunYi,ZhouJinyu,LiBin,et al.Optimization strategy based on start-time delay for domestic load management[J].Electric Power Automation Equipment.2017,37(2):83-89(in Chinese).

 

[13]鞠立偉,秦超,吳鴻亮,等.計及多類型需求響應的風電消納隨機優化調度模型[J].電網技術,2015,39(7):1839-1846.JuLiwei,QinChao,WuHongliang,et al.Wind power accommodation stochastic optimization model with multi-type demand response[J].Power System Technology,2015.39(7):1839-1846(in Chinese).

 

[14]沈運帷,李揚,高賜威,等.需求響應在電力輔助服務市場中的應用[J].電力系統自動化,2017,41(22):151-161.ShenYunwei,LiYang,GaoCiwei,et al.Application of demand response in ancillary service market[J].Automation of Electric Power Systems,2017,41(22):151-161(in Chinese).

 

[15]docs.cpuc.ca.gov/publisheddocs/published/g000/m205/k545/205545760.pdf.

 

[16]OpenADR Alliance.OPEN automated demand response communications specification(Version1.0)[EB/OL].Morgan Hill: California Energy Commission,2009.[2015-12-06].

 

[17]OpenADR Alliance.OpenADR2.0 profile specification a profile [EB/OL].Morgan Hill:California Energy Commission,2011- 12.[2015-11-02].https://openadr.memberclicks.net/assets/DoNotChange/penadr%202%200a%20profile%20specification_v1.0.zip.

 

[18]OpenADR Alliance.OpenADR2.0 profile specification B profile [EB/OL].Morgan Hill:California Energy Commission,2013-07.[2015-12-21].https://openadr.memberclicks.net/assets/DoNotChange/ openadr_2_0b_profile_specification_v1.1_package_public.zip.

 

[19]OpenADRAlliance.OpenADR:using OpenADR for DER [EB/ OL].(2017-01-22)[2018-03-11]..

 

[20]T&D World.Power Efficiency Corp.win 2-Year 12 MW bid in Con Edison BQDM auction[EB/OL].(2016-08-25)[2018-03-11]..

 

[21]ZhangX,Fields RL,AbreuK.Financial benefits of implementing Demand Response in CAISO market[C]//IEEE Power and Energy Society General Meeting.Providence,RI,USA:IEEE,2010:1-3.

 

[22]HaoH,LinY,Kowli AS,et al.Ancillary service to the grid through control of fans in commercial building HVAC systems[J].IEEE Transactions on Smart Grid,2014,5(4):2066-2074.

 

[23]White CD,Zhang KM.Using vehicle-to-grid technology for frequency regulation and peak-load reduction[J].Journal of Power Sources,2011,196(8):3972-3980.

 

[24]Heydarian-ForushaniE,Moghaddam MP,Sheikh-El-Eslami M K, et al. Risk-constrained offering strategy of wind power producers considering intraday demand response exchange[J].IEEE Transactions on Sustainable Energy,2017,5(4):1036-1047.

 

[25]SamadiP,Mohsenian-RadH,Wong V W S,et al.Real-time pricing for demand response based on stochastic approximation[J].IEEE Transactions on Smart Grid,2017,5(2):789-798.

 

[26]閆華光,陳宋宋,李世豪,等.需求響應發展現狀及趨勢研究[J].供用電,2017,34(3):2-8.YanHuaguang,ChenSongsong,LiShihao,et al.Research on the current situation and development trend of demand response[J].Distribution & Utilization.34(3):2-8(in Chinese).

 

[27]YaoM,HuZhaoguang,ZhangN,et al.Low-carbon benefits analysis of energy-intensive industrial demand response resources for ancillary services[J].Journal of Modern Power Systems & Clean Energy,2015,3(1):131-138.

 

[28]高賜威,董力,孫玲玲,等.售電側放開下的需求響應[J].供用電,2017,34(3):21-25.GaoCiwei,DongLi,SunLingling,et al.Demand response under deregulated electric power retail market[J].Distribution & Utilization,2017,34(3):21-25(in Chinese).

 

[29]高志遠,曹陽,田偉,等.需求響應概念模型及其實現架構研究[J].電力信息與通信技術,2016,14(11):8-13.GaoZhiyuan,CaoYang,TianWei.Research on conceptual model of demand response and its implementation architecture[J].Electric Power ICT,2016,14(11):8-13(in Chinese).

 

[30]ShakeriM,ShayesteganM,AbunimaH,et al.An intelligent system architecture in home energy management systems (HEMS) for efficient demand response in smart grid[J].Energy & Buildings,2017(138):154-164.

 

[31]孫建偉,唐升衛,劉菲,等.面向需求響應控制的家用電熱水器建模和控制策略評估[J].電力系統及其自動化學報,2016,28(4):51-55.SunJianwei,TangShengwei,LiuFei,et al.Modeling method and control strategy evaluation of electric water heater for demand response program[J].Proceedings of the CSU-EPSA,2016,28(4) :51-55(in Chinese).

 

[32]宋夢,高賜威,蘇衛華.面向需求響應應用的空調負荷建模及控制[J].電力系統自動化,2016,40(14):158-167.SongMeng,GaoCiwei,SuWeihua.Modeling and controlling of air-conditioning load for demand response applications[J].Automation of Electric Power System,2016,40(14):158-167(in Chinese).

 

[33]侯建朝,胡群豐,譚忠富.計及需求響應的風電-電動汽車協同調度多目標優化模型[J].電力自動化設備,2016,36(7):22-27.HouJianchao,HuQunfeng,TanZhongfu.Multi-objective optimization model of collaborative WP-EV dispatch considering demand response[J].Electric Power Automation Equipment,2016,36(7):22-27(in Chinese).

 

[34]高賜威,曹曉峻,閆華光,等.數據中心電能管理及參與需求側資源調度的展望[J].電力系統自動化,2017,41(23):1-7.GaoCiwei,CaoXiaojun,YanHuaguang,et al.Energy management of data center and prospect for participation in demand side resource scheduling[J].Automation of Electric Power System,2017,41(23):1-7(in Chinese).

 

[35]SevlianR,RajagopalR.A scaling law for short term load foreing on varying levels of aggregation[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems,2018(98):350-361.

 

[36]李彬,賈濱誠,曹望璋,等.邊緣計算在電力需求響應業務中的應用展望[J].電網技術,2018,42(1):79-87.LiBin,JiaBincheng,CaoWangzhang,et al.Application prospect of edge computing in power demand response business[J].Power System Technology,2018,42(1):79-87(in Chinese).

 

[37]張鐵峰,張旭,趙云,等.OpenADR2.0標準架構及應用[J].電力科學與工程,2017,33(3):55-60.ZhangTiefeng,ZhangXu,ZhaoYun,et al.A review of standard architecture and application of OpenADR2.0[J].Electric Power Science and Engineering,2017,33(3):55-60(in Chinese).

 

[38]高賜威,梁甜甜,李慧星,等.開放式自動需求響應通信規范的發展和應用綜述[J].電網技術,2013,37(3):692-698.GaoCiwei,LiangTiantian,LiHuixing,et al.Development and application of open automated demand Response[J].Power System Technology,2013,37(3):362-368(in Chinese).

 

[39]Andrén FP,StrasserT,KastnerW.Applying the SGAM methodology for rapid prototyping of smart Grid applications[C]//Industrial Electronics Society,IECON 2016-Conference of the IEEE.IEEE,2016:3812-3818.

 

[40]Rahman MS,BasuA,KiyomotoS,et al.Privacy-friendly secure bidding for smart grid demand-response[J].Information Sciences,2016(379):229-240.

 

[41]GongY,CaiY,GuoY,et al.A privacy-preserving scheme for incentive-based demand response in the smart grid[J].IEEE Transactions on Smart Grid,2017,7(3):1304-1313.

 

[42]李彬,盧超,陳宋宋,等.面向電力需求響應業務的P圈保護算法[J].電力系統自動化,2017,41(23):8-14.LiBin,LuChao,ChengSongsong,et al.P-cycle protection algorithm oriented to demand response service[J].Automation of Electric Power Systems,2017,41(23):8-14(in Chinese).

 

[43]曹望璋.基于多代理技術的需求響應資源預留策略研究[D].北京:華北電力大學,2018.

 

[44]姜勇,楊雪純,王蓓蓓,等.計及需求響應不確定性的智能用電雙向互動仿真[J].電力系統及其自動化學報,2016,28(9):48-55.JiangYong,YangXuechun,WangBeibei,et al.Simulation of smart power consumption and bilateral interaction considering uncertainty of demand response[J].Proceedings of the CSU-EPSA,2016,28(9):48-55(in Chinese).

 

[45]張碩,曾鳴,李英姿,等.新能源電力系統用戶需求響應復雜適應行為研究[J].電力建設,2017,38(11):136-143.ZhangShuo,ZengMing,LiYingzi,et al.Complex adaptive behaviors of user’s demand response in renewable energy power system[J].Electric Power Construction,2017,38(11):136-143(in Chinese).

 

[46]朱文超.計及用戶響應不確定性的負荷聚合商運營決策模型研究[D].北京:華北電力大學,2016.

 

[47]沈瑜,岳園園,閆華光,等.地區電網需求響應資源聚合與調控策略研究[J].電網技術,2017,41(10):3341-3347.ShenYu,YueYuanyuan,YanHuaguang,et al.Research on aggregation and optimization strategies of demand response resources for district power grid[J].Power System Technology,2017,41(10):3341-3347(in Chinese).

 

[48]史俊祎,文福拴,崔鵬程,等.參與需求響應的工業用戶智能用電管理[J].電力系統自動化,2017,41(14):45-53.ShiJunyi,WenFushuan,CuiPengcheng,et al.Intelligent energy management of industrial loads considering participation in demand response program[J].Automation of Electric Power Systems,2017,41(14):45-53(in Chinese).

 

[49]許鵬,孫毅,石墨,等.負荷態勢感知:概念、架構及關鍵技術[J].中國電機工程學報,DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.171328.XuPeng,SunYi,ShiMo,et al.Load situation awareness:concept,framework,and key technologies[J].Proceedings of the CSEE,DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.171328(in Chinese).

 

[50]李彬,盧超,曹望璋,等.基于區塊鏈技術的自動需求響應系統應用初探.中國電機工程學報,2017,37(13):3691-3702.LiBin,LuChao,CaoWangzhang,et al.A preliminary study of block chain based automated demand response system[J].Proceedings of the CSEE,2017,37(13):3691-3702(in Chinese).

 

[51]黃甜.面向智能電網的電力需求響應商業運作模式研究[D].南京:東南大學,2016.

 

[52]梁茜.智能用電環境下的工業用戶雙向互動需求響應技術研究[D].南京:東南大學,2013.

 

[53]祁兵,柏慧,陳宋宋,等.基于互聯網家電的需求響應聚合系統信息接口研究與設計[J].電網技術,2016,40(12):3918-3922.QiBing,BaiHui,ChenSongsong,et al.Research and design of aggregate system information interface based on demand response of internet appliance[J].Power System Technology.2016,40(12):3918-3922(in Chinese).

 

[54]陸俊,朱炎平,彭文昊,等.計及用電行為聚類的智能小區互動化需求響應方法[J].電力系統自動化,2017,41(17):113-120.LuJun,ZhuYanping,PengWenhao,et al.Interactive demand response method of smart community considering clustering of electricity consumption behavior[J].Automation of Electric Power Systems,2017,41(17):113-120(in Chinese).

 

原標題:我國實施大規模需求響應的關鍵問題剖析與展望