【中国电力科学研究院】新型电力系统下供需互动挑战及技术支撑体系_71页_37mb

新型电力系统下供需互动挑战及技术支撑体系总结

一、背景与现状

1. 极端天气频发，局部电力供需矛盾加剧

• 2022年8月5日，国网经营区最高负荷达10.69亿千瓦，执行负荷管理措施容量为3663.6万千瓦。
• 预计2025年、2030年国网经营区最高负荷将分别达到12.8亿千瓦、14.07亿千瓦。
• 2021年，国网经营区“三华”电网95%以上尖峰负荷持续时间在5~65小时之间。

2. 新能源装机增长，灵活性调节资源紧缺

• 截至2021年底，我国风、光可再生能源装机达6.4亿千瓦，预计2022年底将达7.2亿千瓦。
• 按2025年风、光装机10亿千瓦测算，将产生5.62亿千瓦的调节需求。
• 传统调节手段（如灵活煤电机组、天然气发电、抽水蓄能、电化学储能）在未来将面临容量不足问题。

3. 分布式新能源并网增加负荷预测与调峰难度

• 截至2021年底，我国分布式光伏装机达1.075亿千瓦，占全部光伏并网装机的三分之一。
• 预计2025年、2030年将分别达1.8亿、3.0亿千瓦。
• 分布式新能源出力不确定性高，影响负荷预测精度，增大调峰难度。

4. 政策推动电力需求响应发展

• 国家发改委、能源局等出台多项政策，明确要求提升电力系统综合调节能力。
• 2025年目标是电力需求侧响应能力达到最大负荷的3%~5%，其中华东、华中、南方等地区达5%。
• 2030年目标是形成占年度最大用电负荷3%左右的需求侧机动调峰能力。
• 已有20个省份出台需求响应试点支持政策，南网经营区广东、广西、贵州也已出台相关政策。

二、面临的挑战

1. 用户种类繁多，感知交互难度大

• 用户类型包括工业、商业、居民、新兴负荷，设备品牌型号多样，信息采集和监测难度大。
• 负荷类型包括空调类、电拖动类、电弧炉类、照明类等，特性各异。
• 感知信息包括用户资源参与电网互动信息、设备信息、环境参数等。

2. 信息获取不健全，可调节潜力评估准确度低

• 可调节潜力分析涉及气候、地域、用户等多因素，受用户生产流程和安排影响大。
• 缺乏统一的评估模型，导致不同应用场景下的多时空尺度潜力评估准确度不高。

3. 用户生产约束多，设备控制风险高

• 在调节用户侧设备时需考虑设备实时运行状态、安全生产要求、产品质量要求等。
• 若调节不当，可能导致设备损坏，责任界定困难。

4. 市场机制不成熟，用户参与意愿低

• 单个用户调节能力有限，参与频次少，收益不高，导致参与度低。
• 缺乏成熟的市场机制保障资金来源，目前资金来源包括尖峰电价增收资金、现货市场试点资金、需求侧管理专项资金等。
• 国外有辅助服务市场交易、实时电价等更成熟的激励机制。

5. 需求侧资源参与电网互动标准化工作仍处于起步阶段

• 电网与用户互操作相关国际标准转化、采纳程度低，国内各标准化组织间缺少协调。
• 供需互动业务领域内，相关产品、系统及示范试点缺乏统一标准，标准应用实施情况缺少监督。

三、技术支撑体系

1. 总体技术框架

• 数据监测与感知：采集用户设备运行参数，支持用户EMS系统与智能设备便捷接入。
• 可调潜力分析：结合物理与数据驱动方法，开展多尺度潜力评估。
• 控制策略：根据用户类型制定不同策略，如电压型、电流型、频率型等。
• 互动效果测量与验证：通过基线负荷计算、响应电量与节约电力计算等方式评估互动效果。
• 效益综合评估：从电网、用户、发电、社会等维度评估效益。

2. 感知交互

• 需求分析：采集设备信息（电压、电流、功率、开关状态等）、交互信息（可调容量、调节速度等）、环境信息（温度、湿度等）。
• 统一信息模型构建：基于DL/T1867标准，推广信息交换规范。
• 用户侧系统架构设计：支持工业、商业、居民、新兴负荷接入，包括能源管理系统、智能网关、新型智慧能源单元等。

3. 潜力分析

• 技术路线：融合模型驱动与数据驱动方法，构建多行业、多时间尺度的可调节潜力测算模型。
• 典型案例：
  • 钢铁行业：采用“模型-数据-知识”联合驱动方法，构建电量参数与非电量参数耦合模型。
  • 污水处理行业：通过数据驱动方法提取典型用电行为模型，分为满负荷、中间、低负荷三种模式。
  • 商业与居民：基于用户负荷数据、气象数据、日类型等进行多尺度潜力分析。

4. 控制策略

• 电压型控制：通过调节负荷两端电压实现功率调整，适用于工业、商业设备。
• 电流型控制：包括瞬时值与平均值控制，用于调节设备运行状态。
• 频率型控制：通过变频调速控制电机转速，适用于空调、压缩机等设备。
• 其他控制方式：基于温度、压力等参数进行调节，适用于空调、空压机等设备。

5. 效果测量与验证

• 基线负荷计算：通过选取典型日并计算平均负荷值，进行基线负荷修正。
• 节约电力与消纳电量计算：基于互动时段与基线负荷进行计算。
• 收益结算：根据激励标准与响应速度系数，计算用户参与互动的收益。
• 效益评估指标：包括用户电费减少、获得激励补偿、电网运营成本降低、发电成本减少、社会环境效益等。

6. 成果与应用

• 可调节负荷互动响应系统及终端：支持工业、商业、居民等用户接入，具备设备监控、资源管理、计划实施等功能，已在多地部署应用。
• 可调节负荷资源普查与容量核证分析系统：支持普查统计、信息录入、多维度分析与核证，已应用于12个省份。
• 数字仿真系统：用于典型场景仿真，支持远程控制、异常矫正、多实例同步运行等功能。
• 客户侧柔性资源互动运营平台：为负荷聚合商、大用户提供档案管理、交易辅助决策、结算服务等。
• 现场负荷管理运维检测仪：用于检测负荷管理终端、分项计量单元、负荷开关等功能，支持快速搭建测试环境。
• 非侵入式负荷辨识系列产品：包括3P和2P监测模块，用于识别用户设备类型和工作状态，支持动态电价制定和电力决策。

四、工作展望

• 推动电力需求响应常态化，完善市场机制，提升用户参与意愿。
• 推广标准化建设，提升供需互动效率。
• 加强负荷预测与调节潜力分析，提升电网灵活性与稳定性。
• 推进数字仿真与运营平台建设，支撑电力系统智能化发展。
• 持续优化负荷控制策略，提升可调节负荷的响应速度与精度。