韋乾易

(國(guó)能(廣東)綜合能源有限公司，廣東 廣州 510000)

電力需求側(cè)響應(yīng)是隨著電力市場(chǎng)化改革的逐步深入、電力市場(chǎng)的建設(shè)逐漸完善，從電力需求側(cè)管理演變進(jìn)化而來(lái)，它通過(guò)市場(chǎng)手段和價(jià)格工具，調(diào)節(jié)電力需求的時(shí)間和水平，挖掘需求側(cè)響應(yīng)資源，提升用戶(hù)側(cè)用電彈性，平抑批發(fā)側(cè)價(jià)格波動(dòng)性，從而提高電力市場(chǎng)及整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[1-2]。目前對(duì)需求側(cè)響應(yīng)的研究主要針對(duì)電網(wǎng)整個(gè)地區(qū)的削峰規(guī)模[1-3]，缺乏對(duì)參與需求側(cè)響應(yīng)的單個(gè)用戶(hù)的潛力分析。文獻(xiàn)[4]分析了需求側(cè)響應(yīng)和負(fù)荷控制及需求側(cè)管理的區(qū)別；文獻(xiàn)[5]分析了河南省的供需情況，明確儲(chǔ)備目標(biāo)，優(yōu)化目標(biāo)分解順序，提出我國(guó)需求響應(yīng)的一些前瞻性設(shè)想。

負(fù)荷聚合商能夠整合分散的可調(diào)柔性資源，通過(guò)聚合用戶(hù)資源參與需求側(cè)響應(yīng)市場(chǎng)，形成整個(gè)市場(chǎng)需要的規(guī)?；枨箜憫?yīng)能力。在電力市場(chǎng)中，負(fù)荷聚合商不僅是用戶(hù)響應(yīng)資源的代理商，也可以是滿(mǎn)足用戶(hù)傳統(tǒng)用電需求的售電商，所以負(fù)荷聚合商是分散用戶(hù)與批發(fā)市場(chǎng)的紐帶，也是需求側(cè)響應(yīng)市場(chǎng)的核心關(guān)鍵。對(duì)可調(diào)負(fù)荷資源的聚合及挖掘能力是負(fù)荷聚合商的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一，對(duì)用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)潛力的量化評(píng)估研究則有助于指導(dǎo)負(fù)荷聚合商對(duì)于各類(lèi)型用戶(hù)可調(diào)資源的開(kāi)發(fā)。目前，需求側(cè)響應(yīng)潛力的評(píng)估方法一般為用電過(guò)程分析法，該方法需要大量數(shù)據(jù)，涉及企業(yè)生產(chǎn)流程和排產(chǎn)計(jì)劃等，評(píng)估工作量巨大，評(píng)估成本過(guò)高，若涉及企業(yè)商業(yè)機(jī)密，企業(yè)難以配合，導(dǎo)致評(píng)估中斷。

為了降低負(fù)荷聚合商在對(duì)企業(yè)開(kāi)展?jié)摿υu(píng)估時(shí)的調(diào)研成本，本文結(jié)合2021年廣東電力市場(chǎng)化需求響應(yīng)實(shí)際開(kāi)展情況，提出基于用戶(hù)實(shí)際用電數(shù)據(jù)的需求側(cè)響應(yīng)潛力量化評(píng)估方法，利用潛力評(píng)估量化數(shù)據(jù)，有效評(píng)價(jià)該用戶(hù)對(duì)負(fù)荷聚合商的重要性，指導(dǎo)負(fù)荷聚合商的開(kāi)發(fā)方向，進(jìn)而有針對(duì)性地深入挖掘重點(diǎn)用戶(hù)，大幅度減少調(diào)研和開(kāi)發(fā)成本。

1 廣東電力市場(chǎng)需求側(cè)響應(yīng)開(kāi)展情況及規(guī)則

2021年5月17日，廣東首次啟動(dòng)市場(chǎng)化需求響應(yīng)，運(yùn)用市場(chǎng)化手段，激勵(lì)引導(dǎo)用戶(hù)主動(dòng)節(jié)約用電參與削峰、避峰。截至12月底，共開(kāi)展需求響應(yīng)交易77 d，日前最大中標(biāo)容量1.491 GW，累計(jì)12 219個(gè)用電戶(hù)注冊(cè)，有效響應(yīng)電量2.6億kWh，需求響應(yīng)平均執(zhí)行率 90.5%。2021年5—12 月，響應(yīng)用戶(hù)凈獲利7.4億元，售電公司(即負(fù)荷聚合商)需求響應(yīng)凈獲利2.4億元，而該年廣東電力市場(chǎng)中售電公司在電能量市場(chǎng)中的凈收益為5.1億元，售電公司在77 d需求側(cè)響應(yīng)市場(chǎng)中獲取的凈收益已達(dá)到全年代理電量?jī)羰找娴囊话?。由此可?jiàn)，在廣東電力市場(chǎng)中，參與市場(chǎng)化需求側(cè)響應(yīng)已成為各售電公司的主要盈利方式。

廣東電力市場(chǎng)需求側(cè)響應(yīng)市場(chǎng)化實(shí)施規(guī)則如下：

a)確定用戶(hù)響應(yīng)程度。在實(shí)施需求側(cè)響應(yīng)邀約時(shí)，用戶(hù)要及時(shí)降低自身用電負(fù)荷，控制響應(yīng)時(shí)段的用電負(fù)荷低于近幾日在該時(shí)段的平均負(fù)荷(基線(xiàn)負(fù)荷)，響應(yīng)評(píng)價(jià)按小時(shí)計(jì)算，具體如下：

Pt=Qj-Qs.

(1)

式中：Pt為實(shí)際響應(yīng)容量；Qj為基線(xiàn)負(fù)荷；Qs為實(shí)際測(cè)量負(fù)荷。

b)確定基線(xiàn)負(fù)荷?；€(xiàn)負(fù)荷指未實(shí)施需求側(cè)響應(yīng)和有序用電時(shí)電力用戶(hù)的小時(shí)平均用電負(fù)荷，是判定需求側(cè)響應(yīng)執(zhí)行效果的依據(jù)，分為工作日、周六、周日和節(jié)假日4種類(lèi)型。工作日基線(xiàn)負(fù)荷選取最近 5 個(gè)經(jīng)擬合后不參與響應(yīng)和有序用電的同類(lèi)型日負(fù)荷作為負(fù)荷樣本，其余典型日基線(xiàn)負(fù)荷選取3個(gè)經(jīng)擬合后不參與響應(yīng)和有序用電的同類(lèi)型日負(fù)荷作為負(fù)荷樣本。基線(xiàn)負(fù)荷分別按虛擬電廠(chǎng)和單個(gè)需求響應(yīng)資源計(jì)算，虛擬電廠(chǎng)基線(xiàn)負(fù)荷為參與運(yùn)行日需求響應(yīng)資源組合中各資源基線(xiàn)負(fù)荷之和。

c)市場(chǎng)出清。調(diào)度中心開(kāi)展日前邀約型需求響應(yīng)出清，按照滿(mǎn)足需求容量且邊際虛擬電廠(chǎng)全量中標(biāo)的原則，采用邊際出清定價(jià)模式，出清價(jià)格為邊際虛擬電廠(chǎng)的申報(bào)價(jià)。

d)調(diào)用收益規(guī)則。每個(gè)連續(xù)需求時(shí)段內(nèi)需求響應(yīng)中標(biāo)并提供有效響應(yīng)容量的負(fù)荷集成商，按小時(shí)計(jì)算調(diào)用收益，日清月結(jié)，具體計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Rf為負(fù)荷聚合商需求側(cè)響應(yīng)總收益；Pi為用戶(hù)在響應(yīng)時(shí)段i的有效響應(yīng)容量；Ci為在響應(yīng)時(shí)段i的出清價(jià)格；m為當(dāng)日需求響應(yīng)開(kāi)展的時(shí)段總數(shù)。

根據(jù)上述廣東電力市場(chǎng)需求側(cè)響應(yīng)實(shí)時(shí)規(guī)則，用戶(hù)有效響應(yīng)的關(guān)鍵在于是否能將需求側(cè)響應(yīng)開(kāi)展時(shí)段的負(fù)荷，按照出清要求控制在基線(xiàn)負(fù)荷以下。如果售電公司能通過(guò)某種簡(jiǎn)單易行的方式，有效評(píng)估電力用戶(hù)在需求側(cè)響應(yīng)方面的能力，對(duì)其開(kāi)發(fā)工作具有指導(dǎo)意義。

2 用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)潛力評(píng)估方法

2.1 分析數(shù)據(jù)選取

a)典型日選取。當(dāng)全省存在電力供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn)或局部區(qū)域存在斷面、變壓器、線(xiàn)路、饋線(xiàn)、臺(tái)區(qū)重過(guò)載風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，廣東電力交易中心就會(huì)啟動(dòng)需求側(cè)響應(yīng)交易。工作日時(shí)負(fù)荷需求旺盛，存在電力供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn)更高，為使得結(jié)論更具一般性，避免需求側(cè)響應(yīng)對(duì)用戶(hù)用電數(shù)據(jù)真實(shí)性的影響，選取負(fù)荷曲線(xiàn)無(wú)異?；?、未開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)的工作日負(fù)荷數(shù)據(jù)作為分析樣本。

b)數(shù)據(jù)選取。在廣東電力市場(chǎng)需求側(cè)響應(yīng)規(guī)則中，工作日基線(xiàn)負(fù)荷判定的標(biāo)準(zhǔn)為：選取最近5個(gè)經(jīng)擬合后不參與響應(yīng)、有序用電以及未因主配輸、變電設(shè)備檢修導(dǎo)致停電的工作日負(fù)荷作為負(fù)荷樣本，剔除日電量低于5個(gè)樣本日均電量25%或高于5個(gè)樣本日均電量200%的樣本后，對(duì)剩余樣本求取小時(shí)平均值得到基線(xiàn)負(fù)荷。為貼合實(shí)際，本文研究的測(cè)算模型也選取5個(gè)剔除壞點(diǎn)的工作日基礎(chǔ)用電數(shù)據(jù)。

2.2 負(fù)荷特性分析

某時(shí)刻用戶(hù)負(fù)荷波動(dòng)越大，證明該用戶(hù)在該時(shí)刻的用電剛性較弱，用電可調(diào)性越強(qiáng)，柔性可調(diào)負(fù)荷越大。所以通過(guò)判斷用戶(hù)單點(diǎn)用電波動(dòng)性，以及模擬實(shí)際結(jié)算中有效響應(yīng)容量的判斷，就可以判斷該用戶(hù)的需求側(cè)響應(yīng)削峰潛力[3]。

統(tǒng)計(jì)分析單個(gè)用戶(hù)典型日在需求側(cè)響應(yīng)開(kāi)展時(shí)段的歷史用電數(shù)據(jù)，利用標(biāo)準(zhǔn)差公式測(cè)量出其負(fù)荷離散程度，即求出該時(shí)段用戶(hù)的用電波動(dòng)性α、需求側(cè)響應(yīng)時(shí)段最小用電量xmin以及需求側(cè)響應(yīng)時(shí)段的平均用電量xav。其中用電波動(dòng)性

(3)

式中：xi為用戶(hù)在需求側(cè)響應(yīng)時(shí)段i的用電量；n為開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)的時(shí)段數(shù)量。

2.3 企業(yè)需求側(cè)響應(yīng)能力評(píng)估模型

根據(jù)上述分析，再結(jié)合用電量測(cè)出最大響應(yīng)容量，可設(shè)定用戶(hù)單個(gè)小時(shí)的需求側(cè)響應(yīng)能力判定模型如下：

ηi=(xav-xmin)×α×λi×105.

(4)

將式(3)帶入式(4)得

(5)

式中：ηi為用戶(hù)在響應(yīng)時(shí)段i的需求側(cè)響應(yīng)潛力；λi為響應(yīng)時(shí)段i開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)次數(shù)占所有高頻開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)次數(shù)的比例。

對(duì)所有響應(yīng)潛力進(jìn)行求和，所得到的規(guī)模區(qū)間即為用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)的綜合潛力η，

(6)

3 典型算例分析

3.1 確定開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)時(shí)間

需求側(cè)響應(yīng)一般在負(fù)荷供應(yīng)最緊張、存在電力供應(yīng)尖峰缺口的時(shí)段實(shí)施，由于廣東電力市場(chǎng)在2021年已開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)市場(chǎng)，故在算例中統(tǒng)計(jì)2021年廣東需求側(cè)響應(yīng)開(kāi)展的所有時(shí)段(以某市單獨(dú)開(kāi)展的邀約不做統(tǒng)計(jì))，如圖1所示，根據(jù)統(tǒng)計(jì)確定需求側(cè)響應(yīng)開(kāi)展的高頻時(shí)段。

根據(jù)圖1，選擇09:00—11:00、14:00—16:00、18:00—20:00共計(jì)9 h作為分析時(shí)段(即9個(gè)時(shí)段)。根據(jù)開(kāi)展日期計(jì)算高頻開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)時(shí)段中單個(gè)時(shí)段次數(shù)占比，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 2021年廣東電力市場(chǎng)需求側(cè)響應(yīng)邀約時(shí)段統(tǒng)計(jì)

表1 2021年廣東需求側(cè)響應(yīng)高頻開(kāi)展時(shí)段次數(shù)占比

由表1可知，在09:00—10:00開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)次數(shù)占整個(gè)高頻時(shí)段開(kāi)展次數(shù)的比例為 6.6%，將該比例設(shè)為λ9，同理可得上述9個(gè)時(shí)段中每個(gè)時(shí)段開(kāi)展次數(shù)占全部高頻時(shí)段開(kāi)展次數(shù)的比例λi。分析算例以廣東電力市場(chǎng)為背景展開(kāi)，假定表1中9個(gè)時(shí)段為需求側(cè)響應(yīng)開(kāi)展的高頻時(shí)段，以此作為分析基礎(chǔ)。

3.2 算例分析

為更全面分析用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)潛力，采用數(shù)據(jù)分析的方法，從用電波動(dòng)性和波動(dòng)量[4-5]2個(gè)維度進(jìn)行測(cè)算，量化該用戶(hù)的響應(yīng)能力。本文選取4個(gè)不同類(lèi)型用戶(hù)進(jìn)行算例分析。

3.2.1 某商業(yè)類(lèi)型用戶(hù)1

根據(jù)上述測(cè)算方法，選取未開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)月份且負(fù)荷曲線(xiàn)無(wú)異常畸變的5個(gè)工作日用電數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)，由表1知λ9=6.6%，由表2可知xmin=0.85 MWh，xav=0.89 MWh，再將09:00—10:00的用電數(shù)據(jù)代入式(5)，計(jì)算得出用戶(hù)1在09:00—10:00需求側(cè)響應(yīng)潛力值為1.22。

表2 5個(gè)工作日的實(shí)際用電數(shù)據(jù)(用戶(hù)1)

將9個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)分別代入式(5)，可得用戶(hù)1每個(gè)時(shí)段響應(yīng)潛力，見(jiàn)表3。

表3 各時(shí)段需求側(cè)響應(yīng)潛力數(shù)值表(用戶(hù)1)

對(duì)9個(gè)時(shí)段的響應(yīng)潛力求和，得該用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)的綜合潛值為101.54。

3.2.2 某金屬制造業(yè)用戶(hù)2

選取未開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)月份且負(fù)荷曲線(xiàn)無(wú)異?；兊?個(gè)工作日用電數(shù)據(jù)(見(jiàn)表4)作為分析基礎(chǔ)。由表1知λ9=6.6%，由表4可知xmin=1.28 MWh，xav=1.70 MWh，再將09:00—10:00的用電數(shù)據(jù)代入式(5)，計(jì)算得出用戶(hù)2在09:00—10:00需求側(cè)響應(yīng)潛力值為72.17。

表4 5個(gè)工作日的實(shí)際用電數(shù)據(jù)(用戶(hù)2)

將9個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)分別代入式(5)，可得用戶(hù)2每個(gè)時(shí)段響應(yīng)潛力，見(jiàn)表5。

表5 各時(shí)段需求側(cè)響應(yīng)潛力數(shù)值表(用戶(hù)2)

對(duì)9個(gè)時(shí)段的響應(yīng)潛力求和，得該用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)的綜合潛力值為639.90。

3.2.3 某采礦業(yè)用戶(hù)3

選取用戶(hù)3未開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)月份且負(fù)荷曲線(xiàn)無(wú)異?；兊?個(gè)工作日用電數(shù)據(jù)(見(jiàn)表6)作為分析基礎(chǔ)。由表1知λ9=6.6%，由表6可知xmin=3.36 MWh，xav=3.6 MWh，再將09:00—10:00的用電數(shù)據(jù)代入式(5)，計(jì)算得出用戶(hù)3在09:00—10:00需求側(cè)響應(yīng)潛力值為30.19。

表6 5個(gè)工作日的實(shí)際用電數(shù)據(jù)(用戶(hù)3)

將9個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)分別代入式(5)，可得用戶(hù)3每個(gè)時(shí)段響應(yīng)潛力，見(jiàn)表7。

表7 各時(shí)段需求側(cè)響應(yīng)潛力數(shù)值表(用戶(hù)3)

對(duì)9個(gè)時(shí)段的響應(yīng)潛力求和，得該用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)的綜合潛力值為393.42。

3.2.4 某商業(yè)用戶(hù)4

選取未開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)月份且負(fù)荷曲線(xiàn)無(wú)異?；兊?個(gè)工作日用電數(shù)據(jù)(見(jiàn)表8)作為分析基礎(chǔ)。由表1知λ9=6.6%，由表8可知xmin=7.68 MWh，xav=8.07 MWh，再將09:00—10:00的用電數(shù)據(jù)代入式(5)，計(jì)算得出用戶(hù)在09:00—10:00需求側(cè)響應(yīng)潛力值為83.70。

表8 5個(gè)工作日的實(shí)際用電數(shù)據(jù)表(用戶(hù)4)

將9個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)分別代入式(5)，可得用戶(hù)4每個(gè)時(shí)段響應(yīng)潛力，見(jiàn)表9。

表9 各時(shí)段需求側(cè)響應(yīng)潛力數(shù)值表(用戶(hù)4)

對(duì)9個(gè)時(shí)段的響應(yīng)潛力求和，得該用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)的綜合潛力值為2 358.21。

3.3 評(píng)估結(jié)果分析

將上述算例所分析得出的4家用戶(hù)綜合潛力值進(jìn)行匯總，并且計(jì)算出4家用戶(hù)在9個(gè)時(shí)段需求側(cè)響應(yīng)時(shí)段xav與xmin差值的均值，體現(xiàn)平均響應(yīng)程度。結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 4家用戶(hù)數(shù)據(jù)匯總

不考慮峰谷價(jià)差、需求響應(yīng)價(jià)格等因素對(duì)于用戶(hù)響應(yīng)意愿的影響，根據(jù)實(shí)際用電數(shù)據(jù)，計(jì)算其用電波動(dòng)性及其最大實(shí)際響應(yīng)容量，量化評(píng)估4家企業(yè)需求響應(yīng)的潛力。分析表10數(shù)據(jù)可以得出，用戶(hù)4的需求側(cè)響應(yīng)綜合潛力為2 358.21，排名第1，所以售電公司應(yīng)優(yōu)先對(duì)用戶(hù)4的可調(diào)柔性負(fù)荷進(jìn)行深度挖掘。售電公司通過(guò)上述方法對(duì)用戶(hù)進(jìn)行量化評(píng)估，可以初步篩選優(yōu)質(zhì)用戶(hù)，由此節(jié)約調(diào)研的時(shí)間成本，提高可調(diào)負(fù)荷深度挖掘的效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于用戶(hù)用電數(shù)據(jù)在響應(yīng)時(shí)段的特性分析，本文設(shè)置多個(gè)響應(yīng)能力評(píng)估指標(biāo)，并提出一種操作性強(qiáng)的電力用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)潛力評(píng)估方法，利用此方法可以初步判斷負(fù)荷聚合商所要聚合用戶(hù)的需求側(cè)響應(yīng)潛力，初篩出不適合開(kāi)展需求側(cè)響應(yīng)的電力用戶(hù)。

由于市場(chǎng)規(guī)模龐大，建議先以本文所提簡(jiǎn)單易行的方法評(píng)估用戶(hù)的響應(yīng)能力，對(duì)綜合潛力低的用戶(hù)，不再對(duì)其重點(diǎn)開(kāi)發(fā)，減輕后期響應(yīng)效果的評(píng)估工作量，降低開(kāi)發(fā)成本，為售電公司復(fù)合型業(yè)務(wù)的商務(wù)談判提供參考建議。

本文用實(shí)際用電數(shù)據(jù)初步分析用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)能力，在實(shí)際挖掘資源的過(guò)程中應(yīng)考慮需求側(cè)響應(yīng)的出清價(jià)格與用戶(hù)削峰成本等價(jià)格因素對(duì)用戶(hù)參與需求側(cè)響應(yīng)意愿的影響。