王鵬,劉敏

（貴州大學電氣工程學院，貴州 貴陽 520025）

0 引言

需求響應（Demand Response,DR）是電力需求側(cè)響應的簡稱，是指由于用戶負荷是具有波動性，具有高峰與低谷的特征，當用戶負荷達到高峰時，此時發(fā)電廠的發(fā)電成本會增加，輸電網(wǎng)的負載率也會增大，整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性受到威脅，當用戶負荷達到低谷時，電力系統(tǒng)的發(fā)電剩余電量較多，資源未優(yōu)化配置，電力公司通過調(diào)整電價并將電價告知電力電力用戶或者通過直接控制的方式來調(diào)整負荷，用戶根據(jù)自己的實際情況來調(diào)整自己的用電計劃使之用電成本降低，對于電力系統(tǒng)具有削峰填谷的作用以及系統(tǒng)電力資源的優(yōu)化配置。

實時的減少供需不匹配，是能夠提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵，但是要實現(xiàn)供需的完美平衡是很困難的，因為在供需兩側(cè)都有不可以預見的變化，需求側(cè)響應所要解決的問題就是盡力的解決供需的平衡問題[1]，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)都是單向調(diào)節(jié)的，都在發(fā)電側(cè)來進行調(diào)節(jié)，在隨著新型的分布式能源的滲透率越來越高的前提下，智能電網(wǎng)與需求側(cè)響應就顯得尤為重要。

需求響應根據(jù)調(diào)節(jié)的手段不同，可以分為兩種類型：一種是基于價格的DR，一種是基于激勵的DR[2]。

基于價格的DR，就是電力公司利用定價策略來調(diào)節(jié)用戶的用電方式，所有的基于價格型的DR都會遵循一個規(guī)律：該DR的負荷值與電價成負相關(guān)關(guān)系，即電價升高，用戶會降低該時段的負荷值，電價降低，用戶會增加該時段的負荷值以期達到用電費用較低的目的。在目前的應用中價格型DR根據(jù)價格調(diào)整的策略不同又可以分為以下幾種：① 分時電價（Time of Use Pricing,TOU）：即將一天的時間根據(jù)用電高峰低谷分為若干的時段，在用電高峰時調(diào)高電價，在用電低谷時降低電價，來達到削峰填谷的作用。② 尖峰電價（Critical Peak Pricing, CPP）是一種改良的分時電價，是一種比較激進對的分時電價，在尖峰電價的制定中，尖峰時刻的價格是高峰時刻的5倍左右，使用戶在尖峰時刻的用電成本大大增加，正因為此，尖峰電價只有在極端情況下使用，比如部分大城市在夏季負荷較高的時段實施尖峰電價。③ 實時電價（Real Time Pricing, RTP）是電力價格隨著時間一直變化，能夠?qū)崟r的反應出生產(chǎn)電力的邊際成本，相比與分時電價，實時電價的更新周期更短，而且實時電價的制定也與分時電價有所不同。

基于激勵的DR是指電力企業(yè)與電力用戶事先簽訂合同，合同中制定DR的相關(guān)指標，比如時間與負荷量。基于激勵的DR主要包括：① 直接負荷控制（Direct Load Control, DLC）；②可中斷負荷（Ιnterruptible Load, ΙL）；③ 需求側(cè)競價(Demand Side Bidding, DSB)；④ 緊急需求響應（Emergency Demand Response, EDR）等。

1 需求響應的作用

1.1 在負荷側(cè)的優(yōu)化配置

電力企業(yè)主要是給用戶提供電能，在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，電能只能由發(fā)電側(cè)提供，在電力系統(tǒng)發(fā)展的今天，通過需求響應項目也可以提供“電能”，在電力市場中，如果發(fā)電側(cè)與需求側(cè)的用電量不匹配，可通過需求響應來直接控制負荷或者通過價格來引導用戶的用電行為，來達到電能資源的優(yōu)化配置。

文獻[3]將每小時的需求響應納入機組組合的模型之中，達到了調(diào)度計劃的經(jīng)濟性和安全性，研究表明，DR可以縮短峰值負荷，降低系統(tǒng)運行成本，減少碳排放。文獻[4]提出一種在日前電力市場中考慮需求響應的邊際電價確定方法，算例表明該方法對于減少電力分銷公司或者大用電客戶的能源消費很有幫助。文獻[5]在西班牙電力市場中，分別考慮日前和小時的需求響應資源參與，建立了仿真模型，該模型表明需求響應對于電網(wǎng)穩(wěn)定性和緊急性的積極作用。文獻[6-7]將需求側(cè)資源和發(fā)電側(cè)資源同等對待，以虛擬電廠的概念更方便的來解決需求響應問題。文獻[8-9]在電力零售商的角度建立了考慮需求響應的實時電價確定模型。

1.2 提供輔助服務

電力系統(tǒng)為了更安全可靠的向用戶供應電力資源，就需要輔助服務來保持正常的電力供應，相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)，需求側(cè)響應資源也可以提供電力系統(tǒng)輔助服務，作為電力系統(tǒng)的調(diào)頻備用、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用等。文獻[10]提出了一種基于直接負荷控制的策略，將可中斷負荷引入輔助服務的競爭中。文獻[11-12]中，在安全約束機組的組合模型中，將需求側(cè)資源作為系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用，取得了較好的經(jīng)濟效果。

2 需求響應的響應方式

2.1 電價型需求響應方式

根據(jù)電價措施的作用機理不同，一般對于響應后的負荷曲線有以下三種描述方式[13]：第一種是基于消費者彈性理論。文獻[14]系統(tǒng)的給出了電量電價彈性矩陣建立的過程，并且分析了各種用戶和各種電價引起的彈性矩陣的不同結(jié)構(gòu)，實際應用表明該方法能夠反映電力系統(tǒng)的需求規(guī)律。第二種是消費者心理學原理，文獻[15]基于消費者心理學原理，建立了用戶響應度的參數(shù)辨識模型，能夠較好的反映實施峰谷分時電價后的用戶響應行為。第三是統(tǒng)計學原理，文獻[16]通過調(diào)查統(tǒng)計的方法對某地區(qū)的典型行業(yè)用戶需求響應行為的調(diào)查，利用因子分析法找到影響需求響應的主要因素，來得到需求響應后的負荷曲線。

2.2 激勵型需求響應方式

激勵型需求響應對于響應后的負荷狀況是一個確定的值，故對于該類型的響應研究主要集中在該響應負荷的持續(xù)時間、響應速率、反彈性質(zhì)的約束下，解決一個如何進行激勵型響應負荷的最優(yōu)的調(diào)度決策問題。

2.3 響應的自動化程度

需求響應技術(shù)從誕生之日起，經(jīng)歷了三個階段[17]：第一階段：人工需求響應階段，在最初的需求響應過程都是通過人工調(diào)度的方式來實現(xiàn)，在自動化水平不高的時代，人工響應是必須采用的方式，但人工需求響應呈現(xiàn)響應速度慢、可靠性低、靈活性差且效率低下。第二階段：半自動需求響應，指的是通過工作人員觸發(fā)相應的需求響應程序，該方法相較于人工方法在可靠性以及效率上有所提高。第三階段：自動需求響應，基于智能電網(wǎng)技術(shù)所提出的，自動根據(jù)各種自動化設備傳回的數(shù)據(jù)自動進行需求響應的過程，自動需求響應技術(shù)是智能電網(wǎng)的重要內(nèi)容以及發(fā)展方向。

2.4 不同時間尺度下的響應

需求響應根據(jù)時間響應的尺度不一樣可分為：① 針對年度月度的中長期市場；② 日前經(jīng)濟調(diào)度市場；③ 日內(nèi)經(jīng)濟調(diào)度市場，包括現(xiàn)貨、實時市場。在目前的研究中，特別是在配電網(wǎng)的需求響應調(diào)度中，會考慮多時間尺度，在長時間尺度上利用分時電價來調(diào)整負荷，在短時間尺度上利用直接負荷控制、可中斷負荷或者利用自動需求響應來達到需求響應的目的。文獻[18]構(gòu)建了考慮需求響應的日前-日內(nèi)時間尺度的源荷互動決策模型，通過不同資源種類的以及不同時間尺度的決策優(yōu)化，增強了源荷互動效果。

3 需求響應建模

3.1 單一用戶

由于負荷的特征具有行業(yè)特性，對于不同的行業(yè)有不同的建模方法，文獻[19-20]對于不同類型的需求響應在工業(yè)負荷之中的應用，通過需求響應的方式來達到節(jié)省經(jīng)濟的目的，文獻[21-22]建立了普通居民用戶的習慣模型，以此來評估需求響應對于用戶的影響。

3.2 虛擬電廠

虛擬電廠是指在能量管理系統(tǒng)及其下屬的各種分布式電源的集成電廠，能夠?qū)⒐夥L電的不確定性在廠內(nèi)解決[23-25],虛擬電廠是提高可再生能源發(fā)電可靠性的一種重要方法。

3.3 溫控負荷

在電力系統(tǒng)中，溫控負荷是一類特殊的負荷，比如熱水器、電冰箱等，溫控負荷具備較大的負荷調(diào)節(jié)能力，成為需求響應控制的研究熱點，文獻[26-28]研究了溫控負荷的物理模型、空調(diào)調(diào)峰、聚合控制模型，文獻[29]通過回歸分析法從歷史數(shù)據(jù)的角度分析出空調(diào)負荷的變化趨勢。

3.4 具有儲能功能的電動汽車建模

在電動汽車發(fā)展的今天，電動汽車與電網(wǎng)雙向互動（vehicle to grid，V2G）技術(shù)發(fā)展很快。

電動汽車的模型主要涉及的基本參數(shù)：電池特性、用戶出行規(guī)律、充電方式等。文獻[30]通過出行需求的確定性分析方法來確定充電負荷，文獻[31]通過蒙特卡洛模擬法來確定，文獻[32]通過充電負荷的概率分析法，同時考慮公共交通時段、平均行車能量消耗、電池容量等因素，取得了不錯的效果。

4 結(jié)語

在目前的電力系統(tǒng)朝著智能電網(wǎng)的方面發(fā)展背景下，需求側(cè)是研究的核心內(nèi)容，需求響應對于電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠性、穩(wěn)定性都有很大的提升，對于電力用戶來說，積極的實行需求響應，電量支出費用也會有所降低。自動需求響應會是未來發(fā)展的方向，中國電力系統(tǒng)實行更開放更智能的需求響應勢在必行，在2015年發(fā)改委所發(fā)的《做好電力需求側(cè)管理城市綜合試點工作的通知》中，也明確了發(fā)展需求側(cè)管理的作用及試點安排，對于中國發(fā)展自動需求響應主要存在以下幾點的挑戰(zhàn)：首先是用戶的觀念改變，現(xiàn)在用戶還未認識到需求響應能夠減少自身電費支出，自愿參與到需求響應的積極性還不高，電力部門應該多宣傳多普及自愿參與需求響應的優(yōu)勢。其次是相關(guān)的電力需求響應標準的制定，目前的需求響應標準還不夠完善，還需要有關(guān)部門制定相應的標準，做到有標準可依。最后是輔助服務的合理定價：需求響應提供輔助服務的定價現(xiàn)在還沒有相應實施定價標準，這個也是未來應該考慮的實際問題。