自动需求响应的理论与实践综述

自动需求响应是智能电网的核心技术功能之一,但是对于自动需求响应及其在智能电网中的重要作用,国内外在学术研究、工业实践等方面都存在巨大的差距。自动需求响应不依赖于任何的人工操作,可以大大提高需求响应的时效性、可靠性、灵活性和成本效益。自动需求响应颠覆了传统的需求响应认识,将需求响应的主要功能从优化电能配置拓展到了向系统提供实时辅助服务,真正将需求响应纳入实时调度范畴,充分利用负荷的实时可调节潜力,极大地提高系统间歇性能源接入能力和安全稳定运行能力。文章还讨论了智能电网新技术对自动需求响应功能的支撑作标准及试点工程。最后,分析了国内实施自动需求响应存在的障碍,指出了我国开展自动需求响应的潜力和发展方向。     

楼宇负荷需求响应系统方案设计与实证分析

近年来,以空调为主的公共楼宇用电负荷快速增长,已成为夏冬两季用电峰谷差拉大的重要原因。将公共楼宇可调节负荷纳入电网调峰体系,可以有效改善楼宇负荷特性,减少电网供需矛盾。在智能电网新型电力系统的框架下,首先,提出了需求响应项目的系统平台构架,设计了从自动需求响应主站到末端的部署方案;其次,研制了自动需求响应双向适配装置;接着,提出了楼宇可控负荷的全局控制策略;最终,通过深圳罗湖供电公司新旧两栋办公楼开展了自动需求响应实证验证,实证结果表明楼宇负荷参与需求响应具有巨大的调节潜力,可以取得良好的经济和社会效益,具有广阔的推广前景。     

基于物理-数据融合的楼宇用电需求响应潜力分析

建筑楼宇能耗在能源总消耗量中所占比重较大,需求响应技术可以充分利用楼宇的用电需求响应(demand respond,DR)潜力,提高电网功率平衡的稳定性。提出了一种基于物理-数据融合的楼宇用电需求响应潜力分析方法,可以实现对楼宇DR潜力的准确评估。首先基于楼宇的用电能耗模型,提出了物理-数据融合算法可对模型的关键参数进行修正;其次,定量分析了楼宇DR潜力的时变特性,并通过物理-数据融合算法对计算过程中负荷模型产生的误差进行修正,表明DR潜力的容量、速率和概率是DR潜力的主要指标;最后,考虑建筑的固有蓄热特性,提出了提高楼宇DR潜力的智能优化策略。通过实例分析,给出了一种考虑楼宇DR潜力时变特性的智能DR策略,证明了该方法的合理性和有效性。     

智能电网需求侧用户参与度研究模型

为充分挖掘智能电网需求侧与用户参与度的响应能力,探究电网需求侧的用电负荷影响,建立了智能电网需求侧用户参与度研究模型。采用聚类算法在噪声、模糊数据中提取特征数据,并对其进行归一化处理。根据智能电网的调配用电需求量,构建收益函数模型;将用户群体划分结果与博弈论相结合,建立不同类型用户博弈论模型,并组建电网需求侧用户参与度研究模型,定义电价收益、价格响应、智能调配用电时间等参数,为智能电网参与市场环境下的用户参与度调控提供了模型支持。以河北电网为测试对象进行测试,结果表明：随着时间的增加以及电价的降低,用户参与比例为89%,用户满意度均值为90%。智能电网需求侧的响应特性受用户参与度的影响,所提模型可以准确完成智能电网需求侧下的用户参与度计算,确保电网需求侧电力市场的供需平衡。     

考虑5G宏基站空调负荷参与需求响应的潜力分析

随着5G网络的大规模应用,基站的能耗管理与优化是保证电网运行稳定性的同时,促进新能源电力消纳、优化用户用电行为所采取的行动之一。5G宏基站耗能设备参与需求响应能够在降低基站用电成本的同时为电力系统提供可调节资源。针对不断扩建的5G基站,提出了一种5G宏基站参与需求响应的负荷计算方法,并分析其参与需求响应的潜力。首先分析了基站无线利用率与能耗的关系,对基站通信设备及空调系统建模。其次,考虑通信设备以通道关断方式助力空调负荷参与需求响应的运行模式,并以典型日负荷参与需求响应为例,分析了该模式下基站空调负荷参与需求响应的潜力,仿真结果表明,基站通信设备采用智能通道关断可以增加空调负荷参与需求响应的潜力。     

开放式自动需求响应通信规范的发展和应用综述

自动需求响应(automated demand response,Auto-DR)是美国智能电网的关键技术之一.开放式自动需求响应通信规范(open automated demand response communications specification,OpenADR)己列入美国智能电网优先行动计划.OpenADR提供了一个公用的、开放式、标准化的需求响应技术接口.文章介绍了OpenADR的发展历程、必要性、内容和OpenADR联盟,详细阐述了OpenADR的通信架构和数据模型.在此基础上,给出了一系列OpenADR的相关应用.OpenADR相关的产品和试点工程证明,OpenADR能给Auto-DR提供技术支撑,通过低成本的标准化通信架构提高DR的可靠性、易操作性、鲁棒性和成本效益.中国DR技术标准特别是自动需求响应技术标准的开发将有助于促进设备制造企业、服务提供商等单位研发相关的产品和服务,吸引更多的电力用户参与DR项目,从而为降低工商业高峰负荷和有序用电管理等工作提供技术支持,降低用电成本,促进节能减排.     

基于能源管理的自动需求响应应用研究

自动需求响应是智能电网的核心技术功能之一。从国内需求响应的现状出发,提出在需求侧、中间商和供给侧分别部署能源管理系统,提升用户终端能效管理水平,促进源网荷的互动,完成自动需求响应。通过对能源管理和自动需求响应的功能实现进行阐述,确定了需求侧节能的关键点以及调控措施。最后,对自动需求响应参与主体进行了分析,提出实施的具体过程,并探讨了新形势下自动需求响应的运作模式。     

需求响应在电力辅助服务市场中的应用

需求响应是智能电网的核心技术之一,它不仅可以在电力系统面临紧急情况时充当低成本的容量资源以供调度,还可以影响电力市场定价方式,起到减小电价波动、遏制市场力的作用。总结了国外市场环境下需求响应的参与形式及研究热点,从运营机制、调控策略、负荷潜力等方面着重分析了需求响应提供调频和备用辅助服务的技术问题,以及将需求响应融入辅助服务市场的经验,最后分析了国内需求响应参与辅助服务市场的障碍,指出了国内需求响应的发展潜力。     

智能园区需求响应项目实施效益研究

工业园区在全社会用电量中占有很大的比重,实现工业园区的智能用电对于智能电网建设非常重要。引导智能园区的电力用户主动开展需求响应,可以提升园区智能用电管理水平。智能园区需求响应项目的实施给电网公司、用户和政府三方带来经济效益、管理效益和社会效益。以智能园区为研究对象,定性分析与定量分析结合,采用动态评价法考察园区实施需求响应的经济性。实证分析结果表明,在智能园区实施需求响应项目具有可行性,并对相关参数进行灵敏度分析,寻找提高电网企业实施需求响应(DR)经济性的关键因素。     

基于多场景评估的区域电网需求响应潜力

潜力评估是制定需求响应规划和推广实施需求响应项目的前提。在调研不同类型负荷的用电特性和需求响应实施现状的基础上,设计了反映需求响应发展不同阶段的场景和假设条件,提出了针对不同类型需求响应项目的潜力评估方法。通过设计未来电价及计算每个行业的价格弹性,评估了价格型需求响应项目的潜力;以可中断负荷为例,对不同行业负荷的可中断特性进行统计分析,评估了激励型需求响应项目的潜力。根据文中所提评估方法对某区域电网未来10 a需求响应潜力进行了评估,结果表明,我国需求响应潜力巨大,区域电网内充分发挥需求响应潜力可以达到替代系统负荷备用的目的。评估结果能够为需求响应项目规划及需求响应参与电网调度运行提供一定参考。     

新电改背景下需求响应成本效益分析及其融资渠道

在研究国内外需求响应实施情况的基础上,分析需求响应项目各参与者的成本与效益,从而建立需求响应的成本效益模型;提出合理的需求响应融资渠道。通过算例对所提模型进行实证分析,选取参与需求响应的典型负荷进行模拟分析,验证了需求响应融资渠道的可行性和有效性。研究表明,合理回收提高电网企业益本比可以在控制电网峰谷差的同时为各参与方带来直接的经济利益和社会效益。     

考虑负荷聚合商调节潜力的需求响应双层优化模型

需求响应参与电力系统调节是发电侧调节的有效补充。为了充分挖掘需求侧资源调节潜力,考虑电网、配电系统运营商(distribution system operator,DSO)、负荷聚合商(load aggregator,LA)之间的互动关系及交易模式,设计了配电系统双层优化模型,明确各主体在需求响应中的作用及交易对象。上层考虑DSO内部源荷储主体及LA的协调互动,以DSO利润最大化为目标进行配电系统优化调度;下层以聚合变频空调和电动汽车的LA利润最大化为目标,基于变频空调和电动汽车实际运行特性构建其需求响应模型,充分挖掘其调节潜力并制定负荷调节策略。在模型求解方面,通过Karush-Kuhn-Tucker条件和大M法将构建的双层优化问题转化为易求解的线性规划问题。算例结果表明：所提双层优化模型可以充分挖掘LA的调节潜力,减少向主网购电量,同时提高DSO和LA的收益。     

考虑负荷聚合商调节潜力的需求响应双层优化模型

需求响应参与电力系统调节是发电侧调节的有效补充。为了充分挖掘需求侧资源调节潜力,考虑电网、配电系统运营商(distribution system operator,DSO)、负荷聚合商(load aggregator,LA)之间的互动关系及交易模式,设计了配电系统双层优化模型,明确各主体在需求响应中的作用及交易对象。上层考虑DSO内部源荷储主体及LA的协调互动,以DSO利润最大化为目标进行配电系统优化调度;下层以聚合变频空调和电动汽车的LA利润最大化为目标,基于变频空调和电动汽车实际运行特性构建其需求响应模型,充分挖掘其调节潜力并制定负荷调节策略。在模型求解方面,通过Karush-Kuhn-Tucker条件和大M法将构建的双层优化问题转化为易求解的线性规划问题。算例结果表明：所提双层优化模型可以充分挖掘LA的调节潜力,减少向主网购电量,同时提高DSO和LA的收益。     

自动需求响应在中国参与主体的职责与运作模式研究

需求响应理念被引入中国三十多年来,不断得到发展,已经形成了政府为主导、电网企业为实施主体、电力用户参与的格局,并取得了一定的经济效益和社会效益。自动需求响应对电力工业、能源经济发展以及环境保护有着重要的战略意义。本文从广义和狭义两方面解析自动需求响应的定义,分析参与自动需求响应主体之间的关系及内在联系,研究提出适合我国的自动需求响应运作模式。     

需求响应调度树的构建及评价方法研究

电力需求响应以其较低的运行成本和实现电力系统供需平衡的较高潜力逐渐成为智能电网研究的新热点。需求响应技术可以通过电价或激励信号使用户做出响应,改变电力消费模式,为用户侧带来经济效益,为电网侧实现削峰填谷和电力系统安全稳定运行提供可调度资源。基于需求响应业务的发展现状,在OpenADR标准框架下对比了寻求最小生成树的Kruskal算法和Prim算法,并以此为基础,以苏州城区光缆路由的网络拓扑图为例,构建出物理距离最小的基本调度树和基于考虑链路损坏问题的多播调度树。最后,从阻塞率和资源占用率的角度,分别对由容量矩阵和距离矩阵所构建的需求响应调度树进行评价,并进行累积分布分析。     

数据网络参与多调峰辅助服务市场组合优化调度策略

数据中心负荷是负荷侧具有极大应用前景的可调节资源,云计算及大数据技术确保了数据中心能够通过网络将数据负荷快速地进行地域转移,与此同时,智能电网、自动需求响应等技术的发展,为快速自动地调整数据中心电负荷提供了可能。目前我国电力供应总体富余,调峰问题尤其是低谷调峰成为系统运行管理的困难环节之一。作为一种优质需求响应资源,数据中心能够通过数据网络在多个电力市场中实现电力电量的转移,具备极强的调峰潜力。文章设计了数据中心参与调峰辅助服务市场的需求响应方式,提出了数据网络参与多调峰辅助服务市场的总体架构,并建立了数据网络参与调峰辅助服务的决策模型,算例表明,所建模型的最优调度方案能够保证数据中心在参与多个电力市场调峰辅助服务市场时的调峰有效性与自身运行的经济性。     

智能用电网络的设计与初步实现

发展智能用电是建设智能电网的重要环节之一。本文综合以往智能用电、智能家居与自动需求响应的认识,提出了"智能用电网络",给出其定义。智能用电网络是将用户侧的各种电器通过能量信息网关互连而形成的网络。它旨在建立基于物联网、互联网与智能电网技术的联系海量电力用户的大型用电网,不仅可以帮助用户节能,给电力用户提供智能友好的个性化、差异化服务,还可以引导电力用户灵活互动地参与协同需求响应,帮助电网实现优化运行。智能用电网络的硬件部分由智能插座、智能红外控制器、能量信息网关、云端服务器、移动终端等部分组成;软件部分基于Android平台进行开发。目前,该网络已在清华大学紫荆公寓投入试运行,运行结果表明本文方法的可行性与有效性。     

计及用户舒适度与用电成本的空调负荷优化控制方法

智能电网环境下,应用于空调(商业与居民用户最主要的用电负荷)的需求响应措施对电网稳定运行有重要意义。针对用户参与需求响应过程中导致舒适度明显降低的问题,本文提出了一种用户可参与自主决策的空调负荷优化控制方法,基于改进的免疫克隆选择算法,建立了同时考虑用户舒适度与用电成本的空调负荷多目标优化调控模型;并将原始免疫克隆选择算法中的变异算子改进为一种自适应的非一致性变异算子,进一步提高算法的收敛能力,逼近Pareto最优面。仿真及实验结果表明,本文算法在对空调负荷执行基于分时电价的需求响应过程中,能够有效兼顾用户对经济性和舒适性的需求;优化结果相对用户期望值的亲和力得到明显提升,验证了该算法的有效性和优越性。     

用户参与电力需求响应的从众影响研究

双向互动智能电网技术的普及使得电网受端的电力用户从被动接受电力能源的消费者转变为可以与电网互动的、电网运行的主动参与者。需求响应即是电力用户参与电网互动的主要实现形式。然而无论是价格型需求响应或者是激励型需求响应,不同电力用户参与的意愿各不相同。对于一定的外界需求响应刺激信号,用户在参与过程中往往受到社会环境、其他用户反馈等的影响,从而呈现出从众的特征。针对电力用户参与需求响应的过程,运用关联矩阵及权重表征熟识及陌生用户间相互影响,结合社会学中的从众心理理论,建立电力用户参与需求响应的从众行为模型。基于社会影响与个人主观倾向,在从众行为模型的基础上建立电力用户参与需求响应参与度模型,并通过软件对场景案例进行仿真,验证模型的合理性。     

基于负荷分解的用户侧自动需求响应系统

针对用户侧负荷如何自动化、智能化地参与需求响应,设计并实现了一种基于负荷分解的用户侧自动需求响应系统。系统通过负荷分解算法辨识得到各类设备的电气信息,并计算用户实时的需求响应资源,通过感知电网紧急状态实现自动切负荷的激励型需求响应。考虑到高渗透率分布式能源接入用户侧的趋势,提出以促进分布式能源消纳为目标的日前调度模型,实现用户参与价格型需求响应。最后,实际测试结果表明系统部署便捷、易于推广,可有效实现用户不同类型的自动需求响应。