杨　鹏

(国网重庆市电力公司 市区供电分公司，重庆 400015)



基于紧急需求侧响应的输电网规划

杨鹏

(国网重庆市电力公司 市区供电分公司，重庆 400015)

摘要：随着电力市场的发展，普通的需求机制已经不能很好地解决电力供需矛盾，在输电网规划中考虑引入紧急需求侧响应策略，可以兼顾供电可靠性的同时保证系统运行的经济性和灵活性。其算例分析证明了方法的可行性和合理性。

关键词：输电网规划；需求侧响应；可靠性；经济性

电力系统中电能的生产、输送、分配和消费过程是同时进行的，电能无法大量廉价地存储。但是消费者对电能的需求量时刻都在变化，不受电力系统的控制。电网规模在不断扩大的同时，用电量也在不断增加，不能兼顾电能的有效利用和高峰需求，会影响电网的安全稳定运行。对于供需不平衡的问题，传统规划方法需要预留足够的容量满足用户的需求，但是对于电力系统，可靠性达到100%的投资过高。传统的不考虑成本一味满足需求的做法，其灵活性和经济性差，也会造成资源的浪费。

对于以上问题，许多西方国家已经开始寻求新的解决办法。美国在进行了电力市场化改革后，引入需求侧响应并取得了可喜的结果。近年来需求侧响应策略也逐步受到世界各国的重视，并应用到电力系统中。本文在输电网规划过程中引入紧急需求侧响应策略，以改变传统规划方法只单纯满足供电可靠性，而不考虑运行成本和灵活性的做法。

1需求侧响应策略

需求侧响应(DR)的概念是美国在进行了电力市场化改革后，针对电力需求侧管理如何在竞争市场中充分发挥作用，以维护系统可靠性和提高系统运行效率而提出的[1]。需求侧响应可以从不同的角度去理解，它可以是用户对电力市场相应的措施，如激励机制等作出的响应(参与改变常规的电能消费模式)，也可以认为是一种资源的节约(减小高峰负荷、减少装机容量)。对于电力市场发展较快的国家，需求侧响应可以分为“基于价格的需求侧响应”和“基于激励的需求侧响应”两大类。

基于价格的需求侧响应是：用户按照电价的不同(包括分时电价、实时电价和尖峰电价等)来调整自身用电情况。用户根据自身情况调整用电时间，充分利用低电价时段，减少电费支出。对于这一类用户，可以与实施需求侧响应的机构签订相关的定价合同，需要时用户自愿决定是否参与负荷调整。

基于激励的需求侧响应是：实施需求侧响应的机构在系统可靠性受到影响或者电价较高时，根据已制定的可行激励机制来激励用户及时响应并削减负荷。其方法有直接负荷控制、需求侧竞价、紧急需求侧响应等。激励费率有电价折扣或者削减负荷赔偿两种。对于参与这一类需求侧响应的用户，需要与实施需求侧响应的机构签署合同。

本文引入的紧急需求侧响应是激励型需求侧响应中的一种。紧急需求侧响应策略是指在出现影响可靠性的事故时削减用户负荷，并根据系统运营机构设置的激励性的支付价格对消费者进行补偿。这种削减是自愿的，激励性的支付价格也是事先规定好的，在美国一般是0.35～0.5美元/(kW·h)[2]。规划中考虑把通过紧急需求侧响应策略而节省的电能变为一种资源，综合规划考虑供需双方，以达到取得更好的社会及经济效益的目的。其优势在电力用户、电力企业、社会等几方面均有体现。

2基于紧急需求侧响应的输电网规划模型

电力系统负荷随着经济的发展在不断地变化，常规输电网规划方法得到的结果已经不能很好地满足电网经济、可靠运行的要求。电力负荷的不断变化难免会出现供需不平衡的情况，此时电网电压下降，电流增大，部分线路过负荷，线路长时间过负荷运行会引发事故。在输电网规划中引入紧急需求侧响应，综合分析比较由电网扩容带来的投资费用和削减负荷的补偿费用，能够有效应对负荷的增长和不确定性。

为简化计算，便于说明，本文将负荷波动分成供需平衡、供大于求、供小于求3种情况来分析。以上3种情况常规输电网规划的模型目标函数为

(1)

s.t.P=Bθ

(2)

(3)

∑PGi-∑PDi=0

(4)

引入紧急需求侧响应策略后对上述模型进行修改，引入负荷削减补偿量∑γδi，修改后的模型目标函数为

(5)

修改约束条件式(3)及式(4)得到

(6)

∑PGi+∑PWi-∑PDi+∑δi=0

(7)

式中：γ为激励性切负荷支付水平系数(考虑国内经济情况本文取0.1美元/(kW·h)；δi为节点i的负荷削减量；β为过负荷量度系数(本文取1.05)。

3算例分析

本文以典型的IEEE6节点系统为例进行分析计算，根据设定不同的节点负荷功率来模拟负荷波动的情况，进而得出3种供需情况，如表1所示。

表1　各节点网络数据设定　%

根据表1中的数据设定模拟负荷变动情况，如节点负荷占总功率的百分数为85%时，表明此时供大于求，设为情景Ⅰ。

表2所示为使用常规输电网规划方法(以P表示)和考虑紧急需求侧响应的输电网规划方法(以Q表示)，得出的规划结果，采用等年值法进行比较。

表2　输电网规划结果

根据表2中的数据可以看出，考虑紧急需求侧响应的输电网规划方法在负荷较大时，虽然需要支付一定的激励性补偿费用，但是其总投资仍要比常规输电网规划方法节省12.06%左右，而且不会像常规输电网规划方法那样出现严重的线路过负荷情况。如果进一步考虑用户在负荷高峰期主动削减负荷，把需要用电的时间改在负荷低谷期，这样不但提高了供电可靠性，还使电网的规划运行更加灵活、经济，进一步实现了资源的合理配置。

4结论

基于紧急需求侧响应的输电网规划方法，一改往常仅仅考虑增加电网容量来满足负荷需求的单一做法，从供需两个方面考虑来提高电网运行的稳定可靠性。通过鼓励用户参与负荷调节的方式，提高电网运行的可靠性，同时也加强了电网运行的灵活性。将此规划方法应用于输电网规划，不但可以减少投资费用，还可以避免线路过负荷情况的发生，对保证电网的安全、稳定、经济运行，具有一定的实用性。

参考文献：

[1]卢键明．我国电力需求侧响应的模型方法及实施模式研究[D]．北京：华北电力大学，2009：4-10．

[2]王冬容．激励型需求侧响应在美国的应用[J]．电力需求侧管理，2010，13(1)：74-77.

[3]聂宏展，吕盼，乔怡.基于人工鱼群算法的输电网络规划[J]．电工电能新技术，2008，27(2)：11-15．

[4]葛乃成，庄立伟．需求侧响应实施方法综述及案例分析[J]．华东电力，2012，40(5)：744-747.

[5]曾鸣，吕春泉，邱柳青，等.风电并网时基于需求侧响应的输电网规划模型[J].电网技术，2011，35(4)：129-134.

A Study on the Transmission Network Planning Based on the Emergency Demand Side Response

YANG Peng

(State Grid Chongqing Shiqu Power Supply Company，Chongqing 400015，P.R.China)

Abstract：With the development of the power market，the ordinary demand mechanism is not effective in solving the contradiction between power supply and demand．This paper discusses about the introduction of the emergency demand side response in the transmission network planning，which can ensure both the reliability of power supply and the economy and flexibility of the operation of the system．The example analysis has proved its feasibility and rationality．

Key words：transmission network planning；demand side response；reliability；economy

收稿日期：2015-10-19

作者简介：杨鹏(1979-)，助理工程师，主要从事电力工程管理。

中图分类号：TM715

文献标识码：A

文章编号：1008- 8032(2016)03- 0025- 02