新能源电力系统的需求侧资源利用关键技术分析

吴文龙 戚思源 朱 慧 周 艳

（国网江苏省电力有限公司盐城市大丰区供电分公司）

0 引言

参照需求侧资源整合、分配的实践情况，需求侧方面的资源分配、资源管理方式较多，具体包括有序用电、资源利用率管理、需求应答、动态负荷控制。其中，有序用电具体表示在电力供应量较少、各类突发问题出现时，借助行政措施、经济调控方法、技术措施，有效调整部分用电需求，保持用电秩序，确保用电管理的有序性。

1 基于新能源下全新电力平台需求侧资源整合与调度的关键技术

1.1 系统安防技术

当有较多新能源连接电力系统时，电力平台运行方式会更为复杂，相应产生多样性、不确定的系统故障问题，对电力平台形成的攻击力更强。初期的系统防御技术，应对各类安全问题的灵活性不强，难以及时消除各类故障问题，由此降低了电网运行的平稳性。在电网运行期间，融合安防技术。电力平台获取需求侧资源时，尝试在需求侧、能源等多个层面位置，逐一落实系统控制，给出相应的、可用的安防策略，稳步提升电网系统的故障处理能力［1］。

1.2 多层次、多主体的源网荷储协同调度技术

以平常资源形式，在电网调度平台内，连接需求侧资源，保持源网荷储各系统处于协同运行、有序调度的状态，以此最大程度地展现需求侧资源的重要性。对源网荷储各个平台，进行系统协同管理，选用合理的调度技术，尝试从多层面、各系统视角，全面进行协调优化处理。在较大区域内，针对负荷数据，进行精准调节，保持电力系统处于安全、平稳的运行状态。以多条安全约束规则为前提，进行负荷调整、系统优化的处理。各类系统优化、负荷调整的技术，均是保证电力平台有序运行的关键技术。

1.3 各级电力平台的协同规划技术

在分布式电源的供能条件下，致使负荷曲线出现多种改变，用电设备内形成了多种新的风险。电力单位需要运行可行的监测技术，针对非侵入行为进行有效监测，引入相关的数据分析技术，准确识别需求侧资源，采取建模分析方式，分析电力平台潜在的问题。针对新型电力平台的各类技术场景，合理使用资源管理技术，有效减少资源浪费量，综合对比各类源网荷储的能源管理成本，找出各类方案的资源调节方法，尝试顺应源网荷储各平台的运行需求，建立各平台协同发展的效益评估体系，从极端气象视角，找出安全供能的技术方案。

1.4 大基数通信交互技术

在需求侧获得资源类型、资源量逐渐增加的情况下，电力平台应对各类场景的需求响应方式，具有复杂性、信息交互性、可调节性的特点。电力需求的检测技术、识别系统、调度技术，在技术先进性、平台智慧性各方面，均有增强，逐渐开发出技术层级多、技术整合量大、参与主体多等管理系统。需求侧层面，针对资源利用，给出的利用措施相应增多，相应提高了协调管控的困难性。为此，需要创建电网、资源需求两者之间的互操作体系，添加相应的规则与协议，保证协议内容能够支持复杂业务有序进行。针对需求侧资源的运用，尝试从应用场景入手，从不同视角梳理通信质量的规范，给出相应的通信服务，配合必要的通信控制方案，优化各类控制方案。各类新能源连接，交互的需求下，电力平台调度管理者应高度关注电网安全问题，在身份认证、风险隔离等方面，逐一给出安全防护［2］。

2 基于新能源下需求侧资源分配的智慧用电管理分析

2.1 智慧用电资源分配的数字模型

2.1.1 目标函数

在电力平台内，引入价格DR 机制，运行IEMS系统，对电力新能源，进行智慧管理。此系统会利用电力成本最小值Vcost为参考数值，以用电负荷为目标，做出优化调整处理。电力负荷的表达方式，如式（1）：

式中，Vcost表示电力成本，元；minVcost表示用电支出的最小值，元；λt表示t点时间的电价，元，γ表示PV 电力平台的电价，元；Pbt表示t时间节点的购电功率，W；Pst表示t时间节点的售电功率，W；t表示时间，几点几分；h表示分析功率的一段时间，小时；n表示数据中的t时刻个数，个。式（1）实际描述的目标函数，综合考量工业主体与电力单位进行交换新能源的实际收益，电力单位会以γ元获取新能源，补充供电能源。

2.1.2 约束条件

电功率处于平衡状态时，存在的平衡关系，如式（2）：

式中，表示t时间点新能源发电设施的运行功率，W；表示t时间点新能源供电装置的基础用电功率，W。此约束条件，能够使t时间节点下工业用户拥有的电能资源，等同于实际消耗的电能量。

买入电量、交易电量之间的约束关系：如式（3）：

式中，表示工业用电主体在t 时间节点，买入电量时0-1状态值，无单位；表示工业用电组织在t时间节点，出售电量的0-1 状态参数，无单位。当为1、为0 时，工业主体需要从电力单位买入电力资源，当为0、为1 时，工业主体向电力组织售出电力能源。此约束条件，指明了工业主体与电力单位之间的资源交互方式，具备单向性，不可同时买入电力资源与售出新能源。

2.2 算例分析

2.2.1 用电资源管理概况

以某零部件生产为例，从晴天、阴天两个气象条件入手，分析需求侧电力情况，给出相应的智慧管理方案。每日24h，每半个小时划定一个时间单元，合计48h。0.5h 内各类生产任务，零部件的生产个数，取整数，以此规避生产线多次运行、频繁关闭的运行问题。假设电力单位使用分时段的方式，进行电价设计，促使工业用户成为DR 计划的成员，新能源供电均采取固定电价。综合考量智慧用电管理的各类因素，将其管理结果，对比新能源发电的相关数据。而新能源发电，在一定程度上会受到气象因素的干扰，主要体现在如下四类场景。其一，参与DR 计划，阴天时新能源供电量较少。其二，未参与DR 计划，阴天时未连接新能源供电资源。其三，参与DR 计划，晴天新能源供电量较多。其四，未参与DR 计划，晴天时适当调度新能源电量［3］。

2.2.2 各场景用电调度分析

各个用电场景中，有两个场景中，用户参与了DR 计划，对各时段电价给出了相应策略，此时可使用智慧方法，进行电力优化，调度相应的电力资源。运行线上平台，进行智慧调度处理，场景一的资源调度时间T 值为1.93s、场景三的资源方案优化用时T值为63.76s。采取此种数值分析方法，再次获取初期场景、未参与DR 计划的优化时间。如表1 所示，是各场景电力调度、资源优化的用电成本。

表1 各场景用电成本（单位：万元）

表中的生产成本，是指生产零部件运行各类设施的用电成本，万元。表中的温控成本，具体表示零部件生产区内温度调节设施的用电支出，万元。在初始用电场景、两个未参与DR 计划的场景中，形成的用电计划，不会受到电价信号变化的干扰。此三种用电场景，运行的各类零部件生产设施，在“生产成本”、“温控成本”两个方面，资金需求量具有一致性。在使用新能源后，场景二、场景四的供电成本变化较大。主要是在日间6点至晚间18点的时段内，新能源补充了一定电力资源，由此降低了购电量，相应减少了用电支出。晴天相比阴天的新能源供应量更高，场景4实际买入的电量更少。

场景1、场景3并未参与DR计划，对其进行智慧资源分配、调度优化各项处理时，管理平台会参照电价信号的实际情况，设定最小用电成本为控制方向，对案例组织零部件各个生产环节，从生产设施、温控设备两个方面，综合开展用电优化、电力资源调度分析。在上午9 点半开始，有持续90min 的高电价时段，下午19 点，有持续60min 的高电价时段，有效控制此两个时段的用电量，以此达到用电优化的效果。在生产约束条件下，将高电价时段的设备运行，调整至低电价时段。从电力资源调度整体效果来看，场景1 调整用电设施运行时间后，可有效减少9.12%的用电支出，相比场景3的优化效果更好。

2.2.3 生产设施用电需求的系统分析

在场景一、三两种场景内，智慧用电平台，以电价信号为参考，从零部件生产用电情况，进行合理的电力资源调度。如表2 所示，是未参加DR 计划时，各时段生产设施耗电时的用电功率。

表2 各时段生产设施耗电时的用电功率（单位：元/kWh）

未参加DR 计划的三个场景中，生产设施运行期间，在电价信号的驱动指引下，电价最高时间范围内，使其用电需求相应减少，此时段用电需求，未能成功调整至0 点至6 点的最低电价时间范围。主要是0 点至6 点时间范围内，各类调度任务的人工在岗人员较少，无法进行各项调度工作，此时用电功率参数为零。因此，进行用电优化时，需调整生产设施用电的时间，使其在0点至6点低价位的时间范围内运行，相应补充此时段的调度人员。

2.2.4 温控设施电力需求的系统分析

当用电主体选择DR 计划后，会在高电价时段，减少温控设施的运行量，在低电价时段，恢复温控设施的运行。比如，制冷设备，可在夜间低电价时间范围内，进行前期制冷处理，在蓄冷槽内存储“冷量”，在高电价时间节点内，放出存储的“冷量”，以此保证生产区域内环境调节效果。此项调节期间，设备内蓄冷槽存储冷量的空间有限，仅能满足上午7点至11点的冷量需求，下午的高电价时段，仍然需要运行制冷剂。为此，可适当增加蓄冷槽容量，相应调整用电负荷转移方案［4］。

3 结束语

综上所述，以用电成本最优方案为目标，创建智慧用电的调度管理模型。经过算例分析发现，此智慧用电调度方案，可适用于工业生产需求侧，符合其各时段的用电调整需求。在电价信号主导的条件下，灵活调整不同类型用电设施的运行量，以此控制用电支出，加强系统负荷的优化性，综合改善电力平台的整体运行能力，提高资源利用的效果，尽可能地获取电力资源调度管理收益。