江２０１３年１１月 苏电机工程 第３２卷第６期 ５９ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 基于电力需求响应的负荷管理系统 史湘谊 ，李颖 ，王春宁 ，宋杰２田伟 ，陈璐 （１．南京供电公司，江苏南京２１０００８；２．南京南瑞集团公司，江苏南京２１０００３； ３．中国电力科学研究院，江苏南京２１０００３） 摘 要：文中对电力需求侧管理和需求响应的概念进行了介绍，在此基础上，对电力负荷管理系统的发展进行回顾，并结 合智能电网的建设，从电力需求响应的视角，指出了电力负荷管理系统的参考发展方向，电力负荷管理主站应能掌握用 户响应能力数据，负控终端应具有精细化用电控制能力。通过电力负荷管理系统，为需求响应的实施作准备。 关键词：电力需求侧管理；需求响应；电力负荷管理；接口标准 中图分类号：ＴＭ７３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—０６６５（２０１３）０６—００５９—０３ 电力需求响应概念自从提出后．成为了缓解系统 短期容量短缺和推迟电网升级投资的有效方法．对电 力工业和经济发展以及环保等方面都有着重要的战 略作用…。国内也有很多学者进行了大量研究工作。 激励的ＤＲ（ｉｎｃｅｎｔｉｖｅ—ｂａｓｅｄ ＤＲ）口］ 需求响应概念提出后．国内学者进行了大量研究， 文献［８］则指出需求响应的本质是依靠市场价格机制 和激励机制来激活市场各参与方的全面竞争与协作 同时也有学者指出了我国现有体制下开展需求响应面 临的问题。文献［９］指出我国厂网分开后，销售电价由 政府管制．用户无法看到批发市场的价格信号．当用电 需求变化时．不能做出购电决策．也就不可能形成需求 响应 文献［１０］指出我国供电企业实施峰谷分时电价 但在我国的实际推广过程中．面临着销售电价政府管 制［２］、激励政策不足等问题而难以实施基于市场化的 需求响应 我国从１９７７年开始电力负荷控制技术的 研究．于上世纪９０年代建设电力负荷管理信息系统． 有效支持了电力需求侧管理的实施．在确保电网安 全、稳定，支持国民经济可持续发展、促进降耗减排， 确保社会稳定．提高电网企业经营管理水平等方面发 所面临的供电成本不确定性、峰谷倒置、合同电量比重 过大导致的经营风险 文献［１１］指出输配电没有分离． 就算找到便宜的电．怎样租用输电网络也是个问题。 本文根据国内外对需求响应的相关研究．认为实 施需求响应的核心目的在于协助维持电网供需平衡． 其本质是通过调动用户积极性．根据电网的需求调节 用电，当发电不足时，减少用电；当电网低谷时，增加用 挥了重要作用［３］。以江苏电网为例．用电负荷管理系 统已覆盖全省１７万家企业、最大可控负荷超过 ３０００万ｋＷ．有效保障了夏季高峰期间的电网供需平 衡 本文首先简单介绍了电力需求响应的概念和认 识．指出需求响应定义中在本质上是如何调动用户积 极性和用户如何实现用电调节．是一种电网与用户的 友好互动行为．而需求响应系统就是提供电网与用户 互动的手段 随着电动汽车等新兴用电负荷的出现． 能量双向、实时、可控地在车辆和电网之间流动 ］，并 电：当电网中可再生能源波动时，及时调节用电，以达 到电网经济、稳定运行的目的。 １－２基于电力负荷管理的需求响应技术支持系统 需求响应的实施包括两方面的内容．一是电网公 司如何调动用户积极性．根据电网的需求调节用电行 为．其中价格机制和激励机制实质上是调动用户积极 性的手段．属于需求响应项目设计范畴：二是电网和用 户如何实现友好的双向互动。即如何实现价格信号与 激励信号在电网与用户之间的顺畅交互．属于需求响 可以合理量化预测其需求［ ．用户与电网的互动能力 将极大提高 １电力需求响应概念 １．１需求响应概念认识 ２００６年．美国能源部在其一份报告中正式提出 了需求响应的概念．并将其定义为电力用户响应电价 变化或激励支付．改变其固有的电力消费模式，其中 激励支付的目的是在批发市场价很高或系统可靠性 有威胁时促使终端用户减少用电［６］。按照用户不同的 响应方式可将电力市场下的经典需求响应划分为以 下２种类型：基于价格的ＤＲ（ｐｒｉｃｅ—ｂａｓｅｄ ＤＲ）和基于 收稿日期：２０１３—０６—２５；修回日期：２０１３—０８—０３ 应支持系统的功能范畴 文献［１２］总结了需求响应实 施所需要的技术支持，指出需要建立先进计量技术、远 方通信技术、智能控制技术，并需要重视技术标准和政 策的保障作用 文献［１３］认为需求响应可以根据用户 响应性能分为高性能、一般性能和低性能项目。并提出 实现对需求资源调度的方法可以由可中断负荷、紧急 需求响应、直接负荷轮流控制和用电设备托管等构成。 经过多年发展．电力负荷管理系统已经基本实现了多 ６０ 江 苏 电 机 工 程 功能用电监控、远方抄表与自动采集、防窃电、异常工 况报警、外延联网功能、灵活可靠的通信手段、易升级 等口 ．为电网公司实施负荷管理提供了有效的基础设 施，也为需求响应的实施提供了一定的技术条件 本文就第二方面．即需求响应技术支持系统的内 容．提出基于电力负荷管理系统的解决方案．即不研究 国内现阶段下电价信号与激励机制如何建立等涉及经 济、政策、电力监管等方面的问题与障碍，只从技术支 持的角度．考虑如何通过电力负荷管理系统的发展为 需求响应的实施提供技术支撑 １．３需求响应实施架构 需求响应技术支持系统的主要功能在于实现电网 与用户间需求信号和响应状态的双向交互．即能将需 求信号由电网下发给电力用户．电力用户的响应状态 可以及时反馈给电网 其实施架构如图１所示。 电网 电网 需求 用户 双向信息通信 络 事件 响应 信号 状态 信息 互模 ’—人机交互接口 —————～－ 肿 响应 … 移动配置 曩 控制器 传感器 管理终端 图１需求响应技术支持系统逻辑架构图 技术支持系统由位于电网公司的需求响应调度管 理平台、用户侧需求响应交互管理平台构成，２个平台 间通过双向信息通信网络实现通信连接 同时，为便于 用户对响应策略进行管理和配置．需要提供良好的人 机交互接Ｉ２１．并考虑可以通过移动配置管理终端进行 更便捷的管理 ２电网需求响应调度管理平台 电网需求响应调度管理平台可在既有电力负荷管 理系统的基础上．增加需求响应调度模块来予以实现． 从而有助于在电力企业与用户之间架起互动的服务体 系．建立双向互动的服务渠道【１ ２．１主要功能 需求响应调度管理平台．作为需求响应的请求发 起方．协调电网区域内用户的负荷调节行为．在已有电 力负荷管理功能基础上．提供电网与用户交互的平台 （１）接入电网供需数据，根据发电计划和负荷预测数 据，分析需要用户响应调节的功率、区域、时间，以制定 需求响应计划；（２）根据区域电网供需状况，确定需要 调节的用户群体：（３）根据电价表和协议，生成需求响 应信号．并向用户设备发送需求响应信号：（４）接收用 户设备的运行状态和响应反馈．以便于制定和调整负 荷管理预案 ２．２价格型需求响应信号设计与实现 价格信号是调动用户响应的有效措施．也是需求 响应两种项目中的一种主要形式．其实现可以有几种 方式。（１）由于电价调整较少，用户一般可根据电网公 司发布的电价表，手动调节用电，实现削峰填谷；（２） 由于手动方式实施难度和不确定性较大．电网公司可 以向用户下发电价信号、用户侧设备根据电价配置用 电策略自动调整用电 本文就第二种方式提供技术实现手段 即电网公 司根据政府审核的电价表．采用一定的通信协议．将电 价信息进行编码并下发 其实施流程如图２所示 图２价格型需求响应项目实施流程图 电价信号可以通过ｘｍｌ协议文本的形式来完成下 发，清楚表示任一时段的电价．以便于用户端设备识别 和配置用电策略 ２．３激励型需求响应信号设计与实现 激励信号是弥补用户调整用电成本的一种措施． 也是需求响应两种项目中的一种．一般称为“可中断负 荷”，其实现流程是：（１）电网与用户签订协议，约定提 前通知时间、中断用电容量、中断持续时间．以及对应 的补偿标准：（２）当电网需要用户调节用电时，调度管 理平台提前向用户设备发送信号．并通知到用户用电 管理人员：（３）用户根据签订的协议，调节用电设备完 成响应行为；（４）响应完成后，电网公司根据用户中断 功率、持续时间和补偿协议进行交易结算：如果没有达 到协议规定．则进行违约责任处理 本文需求响应技术支持系统主要提供中断信号的 下发功能 即用户在与电网公司签署协议后．可进行用 电策略的预先配置：而电网公司下发中断信号．则可自 动启动用户的策略．实现用电行为的调整如图３所示 激励信号可以通过ｘｍｌ协议文本的形式来完成 下发．表示未来某一时间段内削减用电的补偿价格［２ 元／（ｋＷ．ｈ）］ ３用户需求响应交互管理平台 用户侧的需求响应交互管理平台是实施需求响应 的最终执行者．可以在电力负荷管理终端的基础上．增 史湘谊等：基于电力需求响应的负荷管理系统 ６１ 政 运 ・采集系统 ・－ 一 ・Ｉ一．一． 一一．一一 一 ｔ一一一一一．．．一一．一一＿ 图３传输激励型需求响应项目实施流程图 加模块．可以作为电网和用户用电设备的沟通桥梁。如 图４所示。 电网需求响应 调度管理平台 曩蟹 潮 电表 可调用 可调用 电设备 电设备 图４用户需求响应交互管理平台架构图 需求响应交互管理平台一般由一个交互管理终端 连接主要可调设备或用户能源管理系统．需要具备以 下功能： （１）接收电网需求响应调度管理平台下发的各种 信号．并根据接口标准，按照约定协议进行解析； （２）配置用电策略，即配置好收到信号后将启用 的设备运行状态 如果用户具有本地设备管理系统，可 以在管理系统中配置：如果不具备本地设备管理系统， 则连接主要的分路或可调设备： （３）响应控制功能．用电管理人员可以登录交互 终端．设定是否响应以及中断推出指令。 用户交互管理平台的响应工作流程．以电价型项 目为例，其一般流程如图５所示。 电网公司 。 申力用户 图５用户需求响应交互管理平台工作流程图 ４结束语 通过对需求响应概念实质的认识．结合我国电力 负荷管理工作的实践经验．在我国尚缺乏实施电力需 求响应政策的环境下．从需求响应的核心理念出发，提 出了基于电力负荷管理系统的需求响应技术支持系 统．既为需求响应的实施提供了技术准备．也为电力负 荷管理系统的进一步发展进行了展望．其实施将有助 于减少有序用电的工作量与工作难度。 参考文献： ［１］张钦，王锡凡，王建学，等．电力市场环境下需求响应研究综 述［Ｊ］．电力系统及其自动化，２００８，３２（３）：１０２—１０４． ［２］全生明．需求侧响应机制的国际经验及对我国的启示［Ｊ］．电力 需求侧管理，２００９，１１（２）：７６—７８． ［３］张惟．智能电网下电力负荷管理系统功能拓展及实施研究 ［Ｄ］．北京：华北电力大学．２０１２． ［４］许晓慧．陈丽娟．张浩，等．规模化电动汽车与电网互动的方 案设想［Ｊ］．江苏电机工程．２０１２，３１（２）：５３—５５． ［５］许文超．电动汽车充电站需求影响因素及预测方法［Ｊ］．江苏电 机工程，２０ｌ１，３０（３）：４２． ［６］赵欣．高山．美国电力市场中的需求响应与高级计量［Ｊ］．电 力需求侧管理．２００７．０９（４）：６８—７０． ［７］ＵＳ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ．Ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ Ｄｅｍａｎｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｉｎ Ｅｌｅｃ— ｔｒｉｃｉｔｙ Ｍａｒｋｅｔｓ ａｎｄ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ Ｔｈｅｍ：ａ Ｒｅ— ｐｏｒｔ ｔｏ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ｐｕｒｓｕａｎｔ ｔｏ Ｓｅｃｔｉｏｎ １２５２ ｏｆｔｈｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｏｌｉｃｙ Ａｃｔ ｏｆ２００５［ＥＢ／ＯＬＪ．１２００７—０７—２１ ｊ． ［８］赵鸿图．朱冶中．于尔铿．电力市场中需求响应市场与需求响 应项目研究［Ｊ］．电网技术．２０１０，３４（５）：１４６—１５３． 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王建明（１９６３），男，江苏如东人，高级工程师，长期从事电网设备运 行管理和技术工作： 苏电机工程，２００３．２２（３）：６－９． ［７］曹良．主变压器微机型保护的双重化［Ｊ］．江苏电机工程． 李鹏（１９８２），男，陕西周至人，博士，研究方向为电力系统继电保 护、直流控保系统等。 Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｗｉｎｇ Ｆａｕｌｔ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ＷＡＮＧ Ｊｉａｎｍｉｎｇ，ＬＩ Ｐｅｎｇ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２ １ １ １０３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａ ２２０ｋＶ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｆａｕｌｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ａｎ ｅｘｔｅｍａｌ ｚｏｎｅ ｆａｕｌｔ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｅｎｔ ｆａｕｌｔ ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｄａｔａ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｙｐｅ ｉｓ ｉｄｅｎｔｉｉｆｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｂｙ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔ ｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｆａｕｌｔ ｉｓ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｗｉｎｇ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｕｅ ｔｏ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｔｒｉｐｐｅｄ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｆａｕｌｔ．Ｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｆａｕｌｔ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｔ ｔｏ ｐｒｉｍａｒｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅａｌ ｗｉｈ ｔｆａｕｌｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｗｉｎｇ （上接第６１页） 王春宁（１９６６），男，江苏南京人，高级工程师，从事供电企业科技开 发及管理工作： 宋杰（１９８１），男，山东威海人，工程师，从事智能电网、需求响应、 陈田伟（１９８５），女，安徽颍上人，工程师，从事智能电网、调度自动 化等研究工作： 璐（１９８７），女，江苏常州人，助理工程师，从事智能电网、需求 电力负荷管理方面的研究和开发工作： 响应、电力负荷管理方面的研究和开发工作。 Ｌｏａｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ＳＨＩ Ｘｉａｎｇｙｉ ，ＬＩ ｙｉｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｃｈｕｎｎｉｎｇ ，ＳＯＮＧ Ｊｉｅ ，ＴＩＡＮ Ｗｅｉ ，ＣＨＥＮ Ｌｕ （１．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｕｔｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００３， Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｕｔｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆｐｏｗｅｒ ｄｅｍａｎｄ ｓｉｄｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｍａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｌ＇ｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｌｏａｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｄｅｍａｎｄ ．ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｌｏａｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｏｗｅｒ ｌｏａｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｅｎｔｅｒ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｂｌｅ ｔｏ ｇｒａｓｐ ｕｓｅｒｓ’ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｄａｔａ ａｎｄ ｌｏａｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｂｌｅ ｔｏ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｔｓ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｌｏａｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａ ｂａｓｉｓ ｏｆｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｍａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｍａｎｄ Ｓｉｄｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｄｅｍａｎｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ，Ｐｏｗｅｒ Ｌｏａｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ 广， 口承告索丁Ｉ引 南京南瑞继保电气有限公司 思源电气股份有限公司 封一 封二 《江苏电机工程》协办单位 宿迁电力设计院有限公司 前插４ （黑白）文前 封三 南瑞科技股份有限公司 《江苏电机工程》协办单位 前插１ 前插２、３ 江苏南瑞帕威尔电气有限公司 南京苏逸实业有限公司 封四