国外需求响应技术在主动配电网中的应用

谢珍建，于　乐，归三荣，李　琥，韩　俊，乔黎伟，赵宏大

（1.国网江苏省电力公司 经济技术研究院，南京　210008；2.东南大学 电气工程学院，南京　210096）

◆环球揽萃◆

国外需求响应技术在主动配电网中的应用

谢珍建1，于乐2，归三荣1，李琥1，韩俊1，乔黎伟1，赵宏大1

（1.国网江苏省电力公司 经济技术研究院，南京210008；2.东南大学 电气工程学院，南京210096）

传统的配电网依靠规划的网络结构和较大的容量裕度来应对负荷的不确定性，但是随着分布式能源渗透率和未来电动汽车使用量的不断提高，传统配电网简单的控制方法已经不再适应现代电网系统［1］。

发达国家在智能电网的背景下开始研究配电网的主动控制和主动管理，以达到加大对可再生能源的接纳能力、提升配电网资源的利用率和提高供电可靠性等目的。从供应侧看，可再生能源的渗透率提高给配电网带来了新的挑战和问题；而从需求侧看，不断发展和成熟的需求侧响应机制能促使用户根据实时供用电情况来改变电量消贾行为，因此在配电网中引入需求响应机制能够显著提高配电网的灵活性。本文主要介绍国外主动配电网管理中需求侧管理（DSM）技术的应用以及项目实践情况。

1　国际前沿

目前，众多组织都致力于研究需求侧管理对于主动配电网的影响，也达成了一定的共识，第22届国际供电会议（CIRED）在瑞典斯德哥尔摩举办，其中C6.19工作组的工作目标是研究需求侧集成对于主动配网规划的必要性和有益性。智能电网中配电网的规划必须要面对需求侧集成（DSI）、能源效率（EE）和分时电价（TOU）不同的比率对系统峰值的影响以及分布式发电（DG）、分散式储能（DS）、插电式电动汽车（PEV）和热/电锅炉渗透率不同对于系统需求的影响。PEV渗透率的不确定性、负荷的地区分布差异、充电策略以及习惯的差异都使得PEV对配电网的影响很难预测和估计。基于以上原因，规划方法必须综合考虑市场、控制方法和容量限制。文献［2］从降低成本、市场效益、用户服务、市场能源调整、风险管理、环境保护、系统安全性和可靠性、可中断负荷以及产销合一消贾者等方面对需求侧集成所面临的挑战以及对各参与者的影响进行了全面的分析。

此外国际能源署需求侧管理计划中项目17是关于需求侧管理、分布式发电、可再生能源与储能系统一体化问题，在需求侧管理报告中探讨了怎样使灵活需求（需求响应、需求侧管理）和分布式发电、储能技术和未来智能电网更好的结合，还指出一体化将提升需求响应、需求侧管理和分布式发电的价值，减少可再生能源的间歇性在实际电网和电力市场中带来的问题。与现存的技术和网络结构相比，一体化之后的网络引入DSM，并将配电网络与传输网络集合，采用分布控制降低了网络总的容量和排放量［3］。

2　项目实践

主动配电网是未来智能配电网的一种发展模式，欧美国家正积极开展相关技术的研究。目前，欧盟已经在丹麦、西班牙以及英国等地深入开展了主动配电网技术研究及示范工程建设［4］，对于需求侧管理在未来可再生能源渗透率较高的配电网中的应用也有一定的研究。

文献［5］提出的DSM系统（如图1所示）已在捷克共和国一个光伏发电渗透率很高的低压配电小网络中进行试点分析。许多关于DSM的研究表明，在工业、商业和家庭用户中，最具有潜力的是家庭用户。然而，传统上，只有大型工业和商业用户依据可中断电贾或者时间使用电贾为系统提供负荷转移或者减负荷。该DSM系统发展的初期采用电热水器（EWHs）的原因之一是它已经广泛安装在用户家中，原因之二是它有多个便利的特点，例如：高功率输入、高储能能力以及直接和配电网相连。这些都为提出的DSM系统提供了便利。

图1　DSM系统元件及功能

该DSM系统的原理是基于RES出力和用户负荷预测，系统优化EWHs的调度以便最大程度利用RES产生的电能。捷克配电网中通常采用集中脉动控制（CRC）系统的是基于分时电价的需求响应管理方法，适用于传统的被动配电网。但是由于可再生能源的渗透率持续提高带来的系统多样性和不确定性，CRC系统由于缺乏灵活性而不再适用。因为CRC日程表会使得大部分的电热水器在下午或者半夜工作以便不影响典型的早晨负荷高峰。在测试网络中，CRC方案将会造成2个高峰，白天由于PV产出导致系统输出达到峰值，而夜晚由于电热水器工作而使得系统功率输入达到峰值，但是文中新提出的DSM系统将不仅能减少2个峰值、减少网络馈线损耗，而且配电系统运营商（DSO）可以为网络预留较少的传输容量，还可以证明控制区域的电压质量也有所提高。

EWHs的优化分布主要有2个阶段：调度参考优化和调度时间表优化。此外还要进行电热水器状态估计（加热状态监测、热水消耗估计）、功率平衡估计（PV发电预测、用户负荷预测）、瞬时功率平衡预测等，以便确定EWHs的开关。

英国研究人员就需求侧管理在主动电网控制中的应用也进行了一定的探究，认为需求侧管理是解决未来配电网问题的有效途径。配电网运营商（DSO）在DSM应用中扮演着重要角色，同时也是DSM方案的受益者。DSM作为一种健全的电能消贾管理策略可以降低能源服务贾用、节约能源和保护环境。DSO通过直接负荷控制或者间接负荷控制的需求侧管理来改善负荷曲线和能源利用率，文章以英国为例给出了基于需求侧管理的分布式电网中各部门之间的关系［6］。

3　结束语

主动配电网将为未来可再生能源的大量接入以及电动汽车的大量使用提供解决的途径，而需求响应技术体现了主动配电网管理的多元化，方便用户和网络管理者进行信息交互，这将鼓励多方参与，促进技术进步，使得电力市场进一步放开，最终使得主动配电网的管理更加灵活、方便。我国主动配电网的发展还处于初期阶段，需要不断借鉴国外先进的理念和技术来发展我国的智能电网。D

［1］范明天，张祖平，苏傲雪，等.主动配电系统可行技术的研究［J］.中国电机工程学报，2013，33（22）：12-18.

［2］FarmadHS，BiglarS.Integrationofdemandsidemanagement，distributed generation，renewable energy sources and energy storages［C］//Integration of Renewables into the Distribution Grid，CIRED2012Workshop.IET，2012：1-4.

［3］尤毅，刘东，于文鹏，等.主动配电网技术及其进展［J］.电力系统自动化，2012，36（18）：10-16.

［4］Malik O，Havel P.Active Demand-Side Management System to Facilitate Integration of RES in Low-Voltage Distribution Networks［J］.IEEE Transactions on Sustainable Energy，2014，2（5）：673-681.

［5］Luo T，Ault G，Galloway S.Demand Side Management in a highly decentralized energy future［C］//Universities Power Engineering Conference（UPEC），2010 45th International. IEEE，2010：1-6.

Application of foreign demand response technology in active distribution network

XIE Zhen-jian1，YU Le2，GUI San-rong1，LI Hu1，HAN Jun1，QIAO Li-wei1，ZHAO Hong-da1
（1.Economy and Technology Institute，Jiangsu Electric Power Comany，Nanjing 210008，China；2.Southeast University，Nanjing 210096，China）

主动配电网是提高可再生能源渗透率、智能电网用电的有效手段，而需求侧响应机制能够显著提高配电网的灵活性。着重介绍国外最新需求侧管理技术在主动配电网管理中的应用以及未来发展，包括需求侧管理技术对配电网规划、网络一体化的影响以及欧洲的需求侧管理项目实践。

电力需求侧管理；主动配电网；可再生能源

The active distribution network（ADN）is an effective way to solve the problems caused by the high permeability of renewable energy resources and the electric usage of future smart grid，while the demand side response（DSR）could significantly increase the flexibility of ADN.The paper mainly introduces the latest application and future development of DSR in ADN.It can be divided into two parts，the influence of demand side management integrated with ADN as well as demand side projects in Europe.

DSM；active distribution network；renewable energy resources

TM72

C

2014-10-14