（电力系统及其自动化专业论文）杭州市电力需求侧管理实践及直接负荷控制的研究.pdf

a b s t r a c t p o w e rd e m 蚴ds i d em a n 鑫g e m e n t ( p d s m ) p l a y sa ni m p o r t a n tr 0 i ei nt h e p r e s e n te i e c t r i c a le n e 喀ys c e n a f i on ow a sa ne 币c i e n t 啪yt 0r c d u c ea n dp o s t p o n e t h ec o n s t r u c t i o no fe l e c t r ；cn e t w o r k ，t oi m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n dr e l i 矗b i l i t yo f 也e n e t w o r ko p e r a t i o n ，t or e d u c et h ee l e c t r i ce n e 唱yc o s to f t h ec u s t o m e re t c ，t h e r ei so f g r e a ts i g n 讯c a n c et od e v e l o pa d e q u a t e l yt h ed s mt e c h n j q u e sf o rt h er e l e a s eo f e n e 喀ye m e 唱e n c y e n h a n c i n gt h ee f f i c i e n c y 卸dp r o t e c t i n gt h ee n v i r o n m e n t d i r e c t1 0 a dc o n t r o l i st h ei m p o r t a n tp r o g r a mo fd s m d i r e c tl o a dc o n t r o li s 柚 i m p o r t a n tc o n t e n ti nt h ee l e c t r i cp o w e rd e m a n ds i d em a n a g e m e n t t h i sp a p e rf i r s t i n t r o d u c e dt h eb a s i cc o n c e p t so fd e m a n ds i d em a n a g e m e n ta n dd i r e c ti o a dc o n t r o l a sw e i la st h eb a s i cd e v e i o p m e n ts i t u a t i o no fp o 、v c rd e m a n ds i d em a n a g c m e n tj n h a n g z h o up o 、v c r 鲈i d ，t h e n 仃i e dt os o i v et h eq u e s t j o no fd i r e c t l o a dc o n n o ii n h a n g z h o uu r b a n d i s t 订c tu s i n gt h ei i n e a rp r o g r a m m i n gm a t h e m a t i c a lm o d e ij n c o m b j n a t i o no ft h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c hr e s u l t st oe x p e c tt on n daf e a s i b i e a n du s a b l ec o n t r o is t r a t e g ya v o i d i n gp e a k ，o m p e a k b e t w e e nt h e o 吖a n dp r a c t i c e k e y w o r d ：d e m a n ds i d em a n a g e m e n th a n g z h o ug r i d d i r e c tl o a dc o n t m l i i n e a rp r o g r a m m i n g p e a kl o a ds h i n j n g 浙 1 ：人学碳士学位论文 第一章绪论 电力需求侧管理作为需求侧管理的一个分支( 本文如不特指需求侧管理就 是指电力需求侧管理) 在国外已开展了将近2 0 年，在国内开展也有1 0 年历 史，但主要还是以电力部门介入为多。所幸的是，2 0 0 3 年以来的场“电荒”， 使需求侧管理逐渐被各级政府和社会各界认同。需求侧管理方面的政策更趋完 善，措施更趋丰富。 2 0 0 3 年以来，由于受高温、干早、缺电的共同影响，杭州市在冬夏季出现 了电力严重紧缺的局面。2 0 0 3 年7 月1 4 日，杭州电网最高网供负荷达到了3 5 0 6 万千瓦，全社会用电负荷达到了3 8 1 2 万千瓦，创下了历史最高水平。用电高 峰时段电力缺口达8 0 万千瓦左右。针对严峻的供用电形势，杭州市采取了以 电力需求侧管理结合有序供电的强有力措施，整个工作过程分两个阶段：第一 阶段，电力局承担实施主体，政府支持，提出让电于民、先生活后生产的原则， 并陆续出台了大工业用户的错峰用电、工矿企业的线路轮休、商业用户避峰用 电、讣划用电等凹项措施；第二阶段：政府伞面介入，电力局辅助开展工作， 采取了所有地南热电厂、顶峰电厂按电网负荷需求顶峰发电，限制高能耗企业 和设备的生产用电，非连续性生产企业实行“停三开凹”，连续性生产企业( 工 艺) 拧制早、晚峰用电，外资企业和省、市属重点企业实行“停二开五”，安 排3 0 0 余家工业企业避晚峰用电，暂停省、市重点工程以外的临时施工用电等 措施，取得了良好的政策效果，使得杭州市平稳度过了这次缺电危机。 审视2 0 0 3 年以来夏季严重的缺电问题，杭州市通过有效实旆电力需求侧 管理和有序供电措旖，最大程度地降低了对杭州经济发展和社会安定的不利影 响，充分说明了开展电力需求侧管理工作的重要性和迫切性。杭卅市电力局早 在2 0 0 1 年午初制定了电力市场需求侧管理试行办法，以期加强环境保护，优 化资源配置，提高能源效益和能源消费水平，扩大电力市场。近三年来，杭州 市的需求侧管理工作有了一定进展，特别在应对2 0 0 3 年高温期间严重缺电的 局而巾，发挥了积极的作用。 然而，在杭州市具体实施电力需求侧管理的过程中，仍然暴露了一些存在 的现实问题和亟需进一步改进的现状，为更好地开展好电力需求侧管理工作， i 浙江人譬硕士 口论文 还需要从体制、法规政策、价格、技术手段等各方面进行改革创新。 作为电力系统的一名营销管理人员，笔者亲身经历了2 0 0 3 年以来的这场 “电荒”，也体会到很多工矿企业无电用的苦处和无奈。特别是，在近年来“缺 电”的形势下，大量地运引井j 了直接负荷管理，广大企、l k 在被拉限电的同时， 很少有电力、电量上的补偿。 本文先简单介绍了需求侧管理的起源、概念和特点以及负荷管理的概念， 然后系统介绍了负荷管理中的直接负荷管理和间接负荷管理的研究现状。对杭 州1 1 j 近年电力i | j i 场发展情况和需求侧管理现状进行了介绍，分析面临的阻碍因 素，提出了下一步加强电力需求侧管理的建议。 同时，针对目前杭州市在直接负荷管理方面存在的不足。提出了一种新的 直接负荷管理技术，弗通过线性规划求解直接负荷控制数学模型的方式，对杭 州市区的负荷控制进行了仿真。 仿真结果，本方案既较好地实现了削蜂填谷的效果，又使用电侧( 客户) 的利益得到了一定程度的保护。在今后工作p 借以客户现场管理系统的建设 和完美具有较好的实用推广价值。 浙人尊矾士。伸论文 第二章需求侧管理及负荷管理的内涵 第一节需求侧管理 2 1 1 需求侧管理的起源1 2 0 世纪7 0 年代以来，随着世界性能源危机的不断爆发，各国政府，尤其 是能源短缺的国家，成市了多种困际能源机构，彼此磋商，相互协调，不断调 整能源战略。其中非常引人注目的是把节约能源和保护环境置于突出地位，制 定了系列相应法规、标准和政策，推动了能源开发和能源节约两种资源的竞 争，鼓励节能研究和开发高效节能，“品，强化民众的节能意识，大力培育节能 市场，特别是积极研究更适应现代社会发展要求的资源配置方法和管理方式， 使现行的管理职能符合市场经济体制要求。综合资源规划( i n t e g r a t e dr e s o u r c e p r o g r a m ，简写为i r p ) 和需求侧管理( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ，简写为d s m ) 就是在这种背景下提出的，它从根本卜改变了单纯注重依靠能源供应来满足需 求增长的传统思维模式，建立了把需求侧节约的能源作为供应方一种可替代资 源的新概念。 2 1 2 需求侧管理基本概念 电力需求侧管理作为需求侧管理的一个分支( 本文如1 i 特指需求侧管理就 是指电力需求侧管理) ，在国外已开展了将近2 0 年，在国内开展也有1 0 年历史。 随着社会经济的发展，计划体制下的电力j 二业逐渐向市场化过渡，电力需求侧 管理也发生了相应改变，相关措施和目的也发生变化。本文将需求侧管理定义 如f ：电力需求侧管理是指在电力市场中电能供应方、电能中介者、政府与用 户共同协力，采取各种措施( 包括经济激励、技术措施、政策措施等) 以改变用 户用电方式、减少用电消耗、降低系统负荷峰谷差，从而提高各参与方的利益 而进行的管理活动。该定义突出d s m 的经济性和用户的参与性，通过各参与 方的阱调优化运行，降低系统负荷峰谷差，减少环境污染吲。由于需求侧管理 减少用电和改变用电方式，从而提供供电资源，有人又把需求侧管理称为“负 浙 1 ：人学硕士学化论文 瓦管理。 2 1 3 需求侧管理的特点 需求侧管理与电力部门传统用电管理相比本质上小是一回枣，是管理方式 的一种演变和改革。 需求侧管理强调在提高用电效率的基础上取得直接的经济效益 电力市场条件下需求侧管理的实旄，在提高电力效率的同时也追求各参与 方的经济效益。没有效益的节能节电活动将损害社会的整体利益和电力公一j 及 用户的群体效益，从而有损各方实施d s m 的积极性。 需求侧管理注重用户的参与积极性 需求侧管理打破过去用户与电力公司的不平等关系，强调用户积极参与提 商电能使用效率等活动的必要性。在实施需求侧管理措施过程中，如果用户积 极性得不到提高或用户没有参与d s m 沂动的动力，需求侧管理很难得以开展。 需求侧管理需要行政部门的法律规范为依托 电力市场中，为了保障d s m 措施成功实施，政府法律规范必不可少。保 障市场秩序性、监督参与方利益分配、需求侧经济激励咨询等管理活动都离不 开政府的参与。 2 1 4 需求侧管理的内容和方法 需求侧管理的管理目标，对电力公司来说，丰要集中在用户电力和电量的 节约上。电力的节约是通过负荷管理技术，改变用户的用电方式，降低电网的 最大负荷，取得节约电力，减少电力系统装机容量的效益，这方面的技术不一 定带来电量的节省，如移峰填谷技术。电量的节约是通过用户采取先进的技术 和高效设备提高终端用户效率，减少电量消耗，取得节电效率。 需求侧管理丰要包括：负荷管理，新用电服务项目，战略性节能，电气化， 用户自各发电和用电市场调整等内容。目前较为成熟的电力需求侧管理技术项 目分为两大类：一为提高能效的产品和技术，如绿色照明工程、高效通用机电 发各及其节能技术( 燮领调速、无功补偿、智能控制技术等) 、热电冷联产技术， 以达到提高电能用能效益、降低整体消耗水平及改善工业产品质量，减缓高蜂 浙人学硕士0 ：似论文 用电压力的鼠的；二为移峰填谷技术，如电蓄能技术( 蓄冷( 热 ) 技术、大功 率的蓄电池等、地热源储能技术等等。 需求侧管理的技术手段：d s m 管理的技术手段对电力公司来说包括节约电 量手段和节约电力手段等。 节约电力技术，是指通过负荷管理改变用户的用电方式，达到节约电力的 效果。有以下几种： ( 1 ) 削峰技术，如常见的拉闸限电，可中断负荷等，即根据双方事先签定 的合同约定，电力公司在电网峰荷时段向崩户发出信号并得到响应后中断部分 或全部负荷： ( 2 ) 填谷技术，增加季节性负荷，增加蓄能用电； ( 3 ) 移峰填谷，如蓄冷蓄热技术比如窄调蓄冷技术等； ( 4 ) 能源替代运行，如用煤气和太阳能与电能柑互替代。 节约电量技术，通过改变用户的消费行为，采用先进的节能技术和高效设 备，来提高终端用电效率，达到节约用电的目的。它包括以下几方面： ( 1 ) 照明方面，尽量采用节能灯替代普通白炽灯，用电子整流器代替普通 电感整流器； ( 2 ) 电动机与面，采用高导电、高磁性能电动机代替普通电动机，应用变 频调速技术； ( 3 ) 制冷空调采用溴化银吸收式制冷建设用电等； ( 4 ) 变配电方面，采用高效变压器。 2 1 5 需求侧管理的作用和意义 电力需求侧管理是9 0 年代初期与综合资源规划方法一起介绍到我国的， 足当前国际上推行的一种先进的资源规划方法和管理技术；其实质是运用市场 模式，强调利益、满足需求原则，来引导客户改变用电方式、用电时间，合理 消费多用低谷电、季节电，多采用高效殴备；一方面使自己的用电成本下降， 见一方面使电网负荷率获得提高，既改善了电网的经济性，又使国家电力资源 得到优化配置，且环境受到有效保护( 减少高蜂发电的资源配置，减少锅炉烟 尘的排放量，从中获得社会效益) 。这是一项使国家、用电客户和电力公司三 靳：犬。登硕士学位论文 者共同受益的先进的电力资源优化配置管理技术。 需求侧管理是综合资源规划i r p 的一项卜耍内容，重在提高终端用电效率 和改善用电方式，提供节电资源，减少对供电的依赖。d s m 是作为一个新的概 念纳入i r p 中的，其实质内容为：需求侧管焊是作为供应侧的电力公司采取有 效的激励和诱导措施以及适宜的运作方式，与用户同心协力提高终端用电效率 和改变崩电方式，为减少电量消耗和电力需求所进行的管理活动。 可以说，开展电力需求侧管理，其优越性在于：对政府，可以更为合理、 有效地利片j 电力资源，发挥l l ，场经济化社会资源配置的功能，同时有效地控制 环境质量；对客户，可以降低单位节电成本，减少电费支出，以合理j = j 电改善 成本效益；对电力公司，可以避免新增电量成本和峰荷容量成本，降低供电成 本，减少电建投资同时通过推广节电技术、电蓄能技术，达到既为客户提供 低成本的优质电能服务，又可扩大电量销售、提高电网负荷率和发电设备利用 率的效益目的。因此，在当前电闻形井下，只有进一步做好电力需求侧管理工 作，才能有效加速电力资源的优化配置，实现社会、用电客户与电力公司“三 赢”的目标咿4 】。 2 1 6 我国开展d s m 工作的意义 删顾过去，特别是近2 0 年来，我国社会生活发生了重大的变化，2 0 0 0 年 人均生产总值超过了8 4 0 美元，步入了中等收入国家的行列。党的十六大提出 了今后我国经济和社会发展的宏伟目标，展望未来，我们国内牛产总值要用2 0 年的时间再翻两番，全面建设小康社会，人民享有更高的物质与精神文明。这 一宏伟目标能否顺利实现，相当程度上圾决丁i 能源( 电力) 在未来2 0 年所能 做出的贡献。 ( 1 ) 实施d s m 是町持续发展战略的需要 町持续发展土要有三个方面的内涌：从自然属性看，指保护和加强自然环 境系统的生存和自我更新的能力；从经济属性看，指在保护自然资源的质量的 前提下，使经济发展的净利润达到最大；从科技属性看，是指建立极少产生废 物和污染的生产和技术支撑体制，尽可能减少能源和其他自然资源的消耗。 我国是世界上煤炭消费第一大国，而且短期内要改变以煤炭为主的能源结 新汀人学硕士学位论文 构比较困难。面对能源短缺和环境日益恶化的双重压力，电力t 业部门只能在 满足供电服务的同时，大力提高用能用电效率，减少经济增长对能源供应的依 赖程度。也就是说，面对未来如此巨大的能源和电力需求，要以较低的能耗和 电耗实现台斗目标，就必须赶上发达国家的能源利用效率。近一年来我国能源 电力严重短缺的局面警示我们：当电力短缺局面出现阶段性缓解的时候，决不 能放弃或忽视提高能效的努力，而提高用能用电效率需要一个长期渐进的历史 过程，受长期的不懈努力。 实施电力d s m ，努力提高能效和节约能源，楚缓解中长期能源和环境压力、 增强经济竞争力的有效手段，是适应可持续发展的资源配置方式和管理方式。 ( 2 ) 实施d s m 是改善电力负荷特性、优化电网运行的有效途径 由于我国近几年经济的飞快发展和人民生活水平的提高，电力负荷特性也 发生了很大的变化。上世纪9 0 年代以来，伞国各地电网负荷特性总体上都有 一个共同的特点：年最大负荷、年最大峰谷差、年平均口峰谷差、年平均口峰 谷差率逐年上升，年平均日负荷率呈现总体下滑趋势。我国上世纪9 0 年代各 地电阿统涮部分负荷特性情况如表2 一l 所示： 衰2 1 各地电网统调负倚特性 地区电网最大负荷增长率年最大峰谷差增长率电网负荷率增长率 东北电网( 9 5 9 9 ) 2 21 8 61 1 3 华东电网( 9 5 9 9 ) 8 88 53 1 华中电网( 9 5 9 9 ) 9 o 1 0 39 6 山东电网( 9 5 9 9 ) 8 51 2 77 5 华北电网( 9 5 9 9 ) 6 4 1 0 73 5 我国“九五”期间主要地区电网统调最人峰谷差情况如图2 一l 所示，火部分地 区的峰谷差有逐年递增的趋势，其中华东电网的最人峰谷差远远高于全国其他 地区。此外，近几年各电网失峰负荷持续山现的时问逐年f 降，尤其是夏季尖 峰负荷持续时问很短。咀负荷形势严峻的华东电网为例，2 0 0 1 年用电最高负荷 的9 5 ( 4 0 1 5 万k w ) 以上持续时间约为8 4 小时，仅占7 、8 月份的5 6 ， 浙人学硕士学位论文 i 叶全年的0 9 6 。2 0 0 2 年7 、8 月份用电高峰期间，用电负荷达到最高负荷9 5 ( 4 8 5 l 万k w ) 以上的持续时间约为1 3 小时，仅f j7 、8 月份的0 8 7 ，t 与全 年的0 15 。 图2 一l 我国“九五”期间主要地区电网统调最大峰谷差 我国“九五”期间发电机组利用小时数如图2 2 所示。 罔2 2 我国“九五”期间发电机组利用小时数 由于系统峰谷差的拉人，峰荷时段与低谷时段发电设备利用率的差值也拉 浙扪：大学硕士学能论文 人，即峰荷时要运行较多的发电设备，低谷时又要停下部分发电设备，严重影 响了发电机组的运行效益。以3 0 万k w 的国产机组为例，机组的经济负荷区为 8 0 1 0 0 额定负荷，在8 0 负荷卜降到6 0 负荷阶段，机组煤耗上升很快，负 荷过低则需要投油助燃，从而人人增加发电成本，国产3 0 万机组启停一次的 额外费用约为5 0 万元。此外机组的频繁启停也使电网的安全稳定运行受到威 胁。 有些大电网为应付过大的峰谷差，不得不投入巨资建设调峰电厂、抽水蓄 能电站，调峰成本很高。在这样的情况f ，如果单纯依靠扩大投资规模增加装 机容量来满足短暂的失峰用电，不仅要付出巨大的投资，而且会造成发电设备 利用小时数进步下滑，很不经济。 采用d s m 措旌可以达到移峰填谷的效果，一方面减少高峰负荷，同时增 加低谷用电，不仅提高了发电设备的利用小时数，而且减少了停机次数，直接 降低了发电氽业的发电成本；另一方面增加了电力系统运行的稳定性和可靠 性，优化，电网的运行。 ( 3 ) 实施d s m 町以提高企业的竞争力 大力实施d s m ，提高- t 业产品的能效，是转变经济增长方式、增强企业竞 争力的重要措施。资料显示，我国r 业产品能源、原材料的消耗叶企业牛产成 本的7 j 走右，若降低一个百分点就能取得l o o 多亿元的效益。目前我国能源 利用效率为3 2 左右，仅仅相当于发达国家8 0 年代的效率水平，主要工业产品 单耗比发达国家高出3 0 曲o ，| 主要耗能设备效率低1 0 一2 0 。由于低能效造 成的巨大电费支出造成许多高能耗行q k 成本上丌、经济效益差，在国际市场上 与同类产品对比缺乏竞争力。 ( 4 ) 实施d s m 是电力市场发展的客观需要 随着电力市场从计划供电的卖方市场向市场销售的买方市场转变，消费者 越来越成熟，消费行为越来越理性。客户会按照经济准则选择电器设备及用电 方式。客户对电力公司的要求也越来越高、不再是单纯的要求电力公司供电、 也要求电力公司提供各类配套服务。 近年来，国外一些电力公司的客户已经开始主动要求电力公司提供需求侧 管理服务，存我国，也有一些客户向当地电力公司提出诸如分时电价、负荷管 浙人学硕士学位论文 理等方丽的服务要求。 随着电力市场化转变，会有越来越多的客户提出这方面的要求，客观上也 要求电力公司展开需求侧管理研究。 2 1 7 开展d s m 的主要措施 实现dsm 宵多种措施，这些措施是以先进的技术设备为基础，采用市场 经济运行方式，遵循法制原则，讲究贡献和效益，主要措施有技术措施、财政 措施，诱导措施、行政措施等四种。 ( 1 ) 技术措施主要是指能灵活编制各种削峰填谷方案，具有功控、电控 功能的电力负荷管理系统，蓄冷蓄热蓄电技术、溴化锂制冷技术、远红外加热 技术、无功补偿技术、高效变压器和高效绝热保温技术、自动控制技术、电动 机变频调速技术、余热余压发电技术、太阳能利用技术，以及对用电设备和家 用电器进行节电技术的改造( 如高效节能灯具，高效电冰箱、高效热水器、高 效空调器、高效电动机) 等。 ( 2 ) 财政措施是开拓节电市场，增强节电活动力最：卜要的激励措施，也 是dsm 在运营策略方面的重点。其同的在r 刺激和鼓励用户j i 动改变消费行 为和用电方式，减少电量消耗和电力需求。j i 要措施有电价鼓励、折让鼓励、 免费安装鼓励、借贷鼓励、节电设备租赁鼓励、节电特别奖励等。 ( 3 ) 诱导措施是对用户进行消费引导。关键是要消除用户在信息、技术、 认识、经济等方面存在的心理障碍，提高他们对节电的响应能力。 土耍的诱导措施有两种：一种是利剧电视、广播、报刊等各种媒介把节能 技术、有关政策的信息传递给用户；另一种是与片j 户直接接触，为他们举办与 节电有关的技术讲座、人员培训、产品展视等。根据国外的经验，诱导措施的 时效长、成本低、活力强，关键是选准诱导方向和建立起诱导信誉。 ( 4 ) 行政措施是指政府和有关职能部门，通过法规、条例、标准、政策、 制度等来规范电力消费和市场行为，以政府特有的行政力量来推动节能、约束 浪费、保护环境的一种管理活动。 浙引：人学硕士学位论文 2 1 8 当前国内外d s m 实践经验 ( 1 ) 荚国加卅f 2 0 0 0 年，持续8 个月的美国加州电力供应短缺最终发展成一场危机。为此， 以联邦能源管理委员会为代表的的各级管理部门、当地政府以及学术界都提出 了秘极的应对措旃：建造新的发电设施，新增发电容量，并将批发电价维持 在反映市场竞争的水平上，同时鼓励投次发电领域，确保2 0 3 0 的备用； 鼓励扩大长期合同( 期货) 市场，减少对现货市场的依赖：加强对现货市场 竞价、相似资源竞价模式和电力设备停运率的市场监管：推进包括价格响应 和负荷控制存内的电力需求侧管理，实施需求反应计划( 存夏季用电高峰缺电 时，采用可中断负荷电价，谁能在高峰时把最高负荷降低2 0 ，就给谁降低2 0 的容量电费，这笔优惠电费由加州政府出钱) 。权威资料显示，2 0 0 0 年美国共 9 6 2 个电力公司参与需求侧管理项目实施，涉及1 3 0 0 多个项目，参与用户达 2 0 0 0 万以卜，削减高峰用电负荷达2 2 9 0 万k w 。 ( 2 ) 日本东京 尔京为应对用电紧张的矛盾，东京电力公司和一些用电大户达成了“供求 调整协议”，旦m 现电力供应严惩紧张的局面，作为种i 临时应急措施，要 求这些企业停产，暂停向他们提供电能：作为回报，东京电力将向这些企业提 供更加优惠的用电价格。 ( 3 ) 香港巾华 香港中华全而推行能源效益计划、教育信息计划、建筑物能源守则等，鼓 励客户减压用电需求，或把用电时间由高峰转至非高峰时间：同时注重宣传， 提高市民的节能意识，大力提倡以高效能电器取代一般电器，为市民提供有效 的用电方法，以及为建筑设计专业人员提供指导，使其设计的建筑物能有效使 用能源。 ( 4 ) 法国 法国电力部fj 认为从上业用电性质来看，一般比较稳定，但商业和民用用 屯时问太集中，往往会导致在一定时间段的用电紧张。所以，从供用电平衡来 讲，限电是必须的。但峰谷差并不是真止的缺电，而是电力供麻的技术问题。 浙l 大学硕士学位论文 如在用电低谷时，应用抽水蓄能发电以及煤气( 天然气) 循环发电来应付电力 供应紧张，是一种方法；提高用电尖峰时段的电力价格以及设计合理的可供客 户选择的价格方案，也是一种非常必要的手段。 ( 5 ) 汀苏 汀苏省出台了汀苏省电力需求侧管理实施办法，在对6 人行业实行分 时电价的基础上，每年从电力市场竞价上网的空间中筹集补贴资金4 0 0 0 多万 元，扶持高耗能待业的节能项目。同时还实施了可中断负荷经济补偿试点，仅 此项2 0 0 2 年累计错峰约4 0 万k w ，实现节屯2 8 7 亿千瓦时。 ( 6 ) 河北 河北省在城市建设附加赞中，每千瓦时电拿出一厘钱作为全省需求侧管理 的专项资金，同绕目标制定了以实旋冰蓄冷、电蓄热和绿色照明工程为重点的 电力需求侧管理措施，取得了良好的效果。 第二节负荷管理 2 2 1 负荷管理的内容和目标 负荷管珥( l o a dm a n a g e m e n t ，简写为l m ) 是配电管理系统中的一个r 系统， 同时也是需求侧管理中的一项荩本工作。它面向用户，借助于各种经济、技术 手段，在保证电力网络可靠性的同时，改变系统负荷曲线形状以达到不同负荷 管理目标，从而为电力系统安全、经济运行服务。一般有六种修正目标：移峰 ( p e a kc i i p p i n g ) 、填谷( v a l l e yf l i n g ) 、移峰填谷( l o a ds h 嘣n g ) 、战略性增加电 力( s t r a t e g yl o a dj n c r e m e n t ) 、战略性节电( s t r a t e g yc o n s e r v a t i o n ) 和柔性负荷 ( f l e x i b i el o a d ) 。圈2 3 中分别为六种需求侧管理下的负荷改变目标。 随着电力市场研究的不断深入，圳( l o a dm a n a g e m e n t 电力负荷管理系统) 在d s m 得到了广泛的推广和应用。在需求侧管理中，采用电力负荷管理系统对 建立正常的供电秩序，防止无计划拉闸限电，保证重点企业和重要市政及人民 生活用电，维护社会安定，促进经济发展，具有十分重要的作用”1 。 浙i 1 人学硎士化论文 咎i 嘲答 椰洲岗口曲 繁囊蠢繁患 靳勰咖翻晌甜痢砷 斛性赍衢增长 s 嗽窖缸l a 娃a 卿吣 2 3 震性负德 舳踟怫) 图2 3 负荷管理的目标 d s m 的l m 书要目标就是为了改善负荷陆线的形状，使之趋于甲坦，更重要 的是提供其它措施改变电力需求的绝对水平。其手段有：削峰、填谷、错峰以 及战略节电、战略用电和提高用户控制能力，前三者为传统的l m 的目标，后 三者为其增加目标。所以d s m 的l m 与传统的l m 有所不同，它不由电力公司( 供 方) 单方面管理用户负荷，而楚调动崩户( 需方) 的积极性，双方密切配合， 共同实现管理负荷的目标： ( 1 ) 削峰可减少在峰荷时调用机组，减少备用容量，降低运行费用。 ( 2 ) 填谷是提高低谷负荷，用峰谷电价刺激低谷时的用电需要，充分利用 窄闲机组、降低峰谷差，增加电力销售的收入。 ( 3 ) 负荷转移将高峰负荷推移到非高峰阶段。实施手段：分时电价，对储 热、储冷设备提供优惠电价，鼓励电力设备交换运行。 ( 4 ) 节能。鼓励用户采用新技术，以减少对电力电量的总需求，提高用电 浙i 1 人学硕士学位论文 效率；为用户提供灵活的供电方式选择。 ( 5 ) 战略负荷增睦。供电方利用空闲容量，鼓励用户实施新的电气技术， 如用电瓶代替汽车的燃油。 负荷管理的手段主要有行政和商业手段：在行政手段方面：有宣传推广， 投术交流，法规制度。在商业手段方面：主要是电价结构、折价、奖励、补贴， 遵循电力经济运行规律，严防“空运”。 另外，在电价结构中，分时电价、季节性电价等，均用于实现需求的目标。 负荷管理主要可以分为两部分：l 直接负荷控制( d i r e c tl o a dc o n t m l ，简 写为d l c ) ，允许电力部l j 单方面控制终端用户负荷；2 间接负荷管理( i n d i r e c t l o a dc o n t r o i ) ，用户根据r 乜力公司提供的r 乜价激励信号主动进行独立自主的负 荷控制。 2 2 2 直接负荷控制( d l c ) 研究现状 直接负荷控制是指电力部门在系统高峰负荷时段利用电力监控和电力信 号切断所需控制负荷( n t e dc o n t r o ll o a d ，简写为w c l ) ( ：# 要指空调和电热 水器负荷) 与系统的联系，由丁在不同时段对不同负荷进行控制，即控制方式 是循环的( c y c l e d ) 和分布式的，从而町以降低系统高峰负荷，提高负荷率，而 且口j 以尽n j 能降低对用户和电力公司的影响。国外对d l c 的控制策略求解算法 进行了大量研究： 6 将已有的评价各种负荷控制口j 带来的收益的方法归结为两种：负荷 修币：确定性的仿真。作者指出确定性的仿真要更贴近实际，但同时也由于 没有考虑随机因素而不能克分地估计出潜在的可变成本节约。作者最后在确定 性的仿真的基础上，引入一个考虑了随机负荷模型，系统故障率和备用经济性 的算法，通过一个实例，做出结论认为使用d l c 来减少系统旋转备用可以节省 大量的可变成本。 7 描述了威斯康辛电力公司载波负荷管理系统。通过对热水器的负荷控 制，将电能消费从高峰段转向低谷段，消除机组的开机费用或者在一天中早一 些时候开启机组从而减少系统的运行费用。作者还另外描述热水器负荷从中断 浙札，大学预士学位论文 到进入补偿后随时间早指数递减的负荷特性。 8 是一篇经典文章，被许多论义列为参考文献。作者认为电力公司进行 负荷控制的目的与运行成本，系统安全和负荷研究有关，两个主要的目标是最 小化系统峰荷和运行成本。通过总结以往的负荷管理的算法，作者作山结论认 为人部分的这些算法存在r 面局限性。一是需要所有的备选方案是预先确定 的。二是没有解决在负荷控制的中间时段重新调度的问题。最后，本文改进了 其列举的参考文献 9 的算法，详细的描述了问题的模型，通过一次优化一组 d l c 可控负荷的方法，利用前向动态规划求解问题。文章最后还通过实例表明 了允许循环率( c y c l er a t e ) 变动的优点。循环率是指：例如2 5 的循环率是指 在一组负荷被控制时，该组中的每个小负荷将被控制1 4 个时段，并且彼此足 错开的。 1 0 f 1 0 r i d ap o w e r l i g h t ( f p l ) 的负荷管理包括两个部分：对居民装 置的d l c 和对包括t 业，商业和居民用户的t o u 。本文讨论了其中d l c 功能 的设计。特别的，介绍了f p l 在设计中提供的计划和使用的灵活性以得到有 价值的系统资源。 11 莆先将d l c 调度模型与机组启停模型相结合，在前面所述的d l c 调度 模型做了一定的简化：l 就是假设每组町控制的负荷容量相等；2 就是采用 1 0 0 的补偿率，1 个单位的能量中断将分别在随后的3 个时段分别补偿 o 6 ，o 3 ，o 1 。然后将每个对段的机组调度和d l c 负荷控制组数作为状态变量， 利用动态规划水解，最小化运行成本，最后以台湾电力系统的某一天的负荷曲 线为例证明了其有效性。在本文中，作者是通过仿真求解得到最大的负荷控制 容量的，现在看来是不符合事实的，它应该电力公司与用户签订的协议来决 定。j ；彳面的文章随即改正了这一点。本文数学模型很清晰，算法也明了。 1 2 作者首先分析了已有的文献，指出生产成本的节省和峰荷的减少是负 荷管理的最重要的目的。然后，它分析了文献 1 1 一文，指出崔传统的动态规 划方法中，大数目的状态点将导致多到不合理程度的计算时间和存储管理，这 将导致只能研究很短的一段时问。因此，在 1 1 的基础上，提出了一个多步的 动态规划算法，该算法能迅速的收敛到d l c 的最优调度。该算法的思想是由粗 到精，逐步细化。他先把所有的可控负荷均分为1 6 组，每一次的求解时每个 浙汀人一荆硪士学能论文 时段 有0 ，中问，最高i 种控制负荷状态。在第一次的求解时，可控负荷j 在0 ，8 ，1 6 组中选择，当第一次的求解完成后。假设某个时段得到的结果是 控制8 组，则第二次的求解开始前，该时段的可控负荷选择范围为( 8 4 ，8 + 4 ) 组，然后进行第二次的动态规划求解。这样通过四轮的迭代，以及最后 的可能的一定调整后，将得到最优的d l c 调度。除此之外，与 “ 比较起来， 都是以最小化成本为目标函数，但也有自己的特点和改进：l 、由于不用考虑 数目庞大的状态数，所以考虑了很长一段时问的d l c 调度问题，在最后的例证 中就是考虑了1 9 2 个小时的调度问题，2 、没有考虑开停机问题，而是简化成 将开停机成本折算到可变成本中的模型3 、比 11 要实际，认为最大的可控制 的负荷由用户与电力公司的盼议决定。最后，作者以台湾电力系统的例子进行 了实例分析。本文数学模型和算法都根清晰的。 1 3 本文禽金量很高，堪称用鸡刀杀死了牛。作者提出观点，将d s m 分为 两类，前面引言已经陈述。与 8 样，也是采用的每次优化一组d l c 可控负 荷，保持其它组负荷控制不变的前提下，本文采用的方法是两步走：在第一步， ( 为了简化没有考虑丌停机问题而只是经济分配问题，后面将把开停机问题拉 进来) ，在所有町能的控制方案中，挑选出有“利润”的控制方案；第二步， 在所有的方案集合中，建立一个二进制网络流问题( b i n a r yn e t w o r kf l o w d r o b l e m ) 的模型，挑选出最好的方案组合。完成一组以后再进行第二组，直到 最后一组。提出其基本思路以后，作者进行了两个深化：l 就是考虑了机组启 停问题。他采用了机组启停和d l c 调度互相迭代，最后收敛于一点的算法2 考 虑长期成本的投资节省。考虑了一个系数c ( t ) ，用c ( t ) 于该时间系统负荷的 变化柬表示投资的节省。本文还有另外两处新意：l 就是告诉了我们d l c 的可 控负荷是要p a y b a c k 的，而不是可中断的负荷，告诉了我们d l c 与可中断负荷 的区别2 就是在计算成本节约时，提出要把由于补偿因子导致的消费能量减 少而导致的生产成本减少排除在外。本文的数学方法很简单，有趣。数学模型 清晰。 9 一文以最小化系统峰荷为目标函数，巧妙的用线性规划求解了问题。 首先，它将直接控制负荷分为工商业和居民负荷两类，对于工商业负荷是实行 可l | 断负荷管理，即中断负荷后不用补偿，补偿系数为零，不在本文之列。将 浙# ：大学硕士学佗论文 居民负荷分为p 0 0 1p u m p ( p p ) ， i rc o n d i t i o n i n gs h e d ( a c s ) ，a i rc o n d i t i o n i n g c y c l e ( a c c ) ，w a t e rh e a t e r ( w h ) 四类。在考虑时间段允许i 种控制方式：例如 以w h 为例，其最人的可连续中断的时间为4 小时，最少的两次控制间隙为l 小时，这样，以1 5 分钟为一个周期的话，允许j 种控制方式：1 在考虑时段 内只允许次中断，且连续中断1 6 个周期2 在考虑时段内只允许一次中断， 且连续中断8 个周期3 在考虑时段内允许两次中断，且每次中断8 个周期， 中间问隔4 个周期。线性规划就是以每个时段发生的每类居民负荷的控制数目 为变量求解。另外，现有的研究还采用了模糊线性规划、多目标规划和遗传算 法等来求解域优的d l c 策略，详见 1 4 ， 1 5 ， 1 6 ， 1 7 ， 1 8 。 2 2 3 间接负荷控制( i d l c ) 研究现状 l d l c 足指非直接负荷控制，足指用户在电价信号( 如分时电价，实时电价 等等) 的驱使下自土控制它们的负荷而不是由电力部门直接控制负荷。 1 9 作者指出，在任何短期边际电价的情况下，优化用户反应的技术对于 最大化用户和电力公司的综合利益是必要的。作者首先阐明了边际电价的经济 模型，然后将负荷模型分成了下面的几类：1 存储类型的：2 过程类型的；3 简 单丌j 转移的负荷：4 排他性的负荷；5 家庭和其他类型的负荷。并且分别进行 了模型上的分析。最后，作者分别给出了1 2 ，3 种类型负荷各自一个简单的 例r 柬说明其对现货电价最优的反应。该文数学模型很清晰。 2 0 作者根据_ h j 户对现货电价的反应分为三类：l 减少负荷：2 其他能源 取代电力：3 存储类型。然后作者提出了存储类型负荷的数学模型，j 1 ：提出 一种迅速的，最优的，非单纯形的( 该模型可用单纯形法求解) 方法求解，并 用实例证明。作者的方法将实际问题作了两点简化：l 没有考虑存储设备热损 失；2 没有考虑存储设备开、停的费用。 ( 2 1 该文是一篇叙述性的文章，讲述了动态电价对达到电力公司需求侧管 理目标的必要和潜在的重嬖作用。首先作者介绍了动态电价，包括如可中断 电价，分时电价，工业动机商业发展电价。随后，作者指出动态电价的合理 性在于实际情况总是与价格被预计算出来时的情况有很大的改变，从而使预先 浙江火学硼士学能论文 决定的以及静态电价可能会发送不正确的价格信号。作者又说明了现货电价的 各部分组成，而且向读者介绍了成本持续曲线及其作用。然后，作者讲述了各 国的动态电价实行情况及其对需求侧管理的目标实现的作用。最后，作者做出 结论认为动态电价为设计更有效的负荷管理策略提供了基础，该策略是对容量 缺少和供给暂时超出做山反应的。作者提山并不一定动态电价就比静态电价要 好。问题是决定在每种情况卜，决定最少的实时参数以获得经济效益。 2 2 实时电价( r e a lt i m ep r i c i n gr t p ) 为电力部门和电力用户提供了提 高电力服务计划的途径。本文报道了一个r t p 用于储热设备的一个第一阶段实 验，该实验足1 9 8 9 1 9 9 0 年的冬天在e p r i 和n e w y o r k 电力公司的支持下进行 的。三个具有e l e c t r i ct h e r m a ls t o r a g e s ( e t s ) 系统的用户将他们的h e 8 t i n g l o a d 置丁i 实验中的r t p 电价中。一个完全的自动的r t p 电价基础的控制系统 被设计用来取代已有的分时电价t o u 控制系统。本文描述了r t p 电价，用户反 映算+ 法，能量管理系统的设计，发展和执行。提供这项服务的电力部门减低了 成本达l o 以上，相对1 ：没有存储设备的t 0 u 控制下的情况。 2 3 本文验证了选出的五种，r 业用户对t i m e o f u s e ( 分时电价) 的反映。 一种自然对数模型电力成本用来估计价格弹性。模型显示价格弹性是电力成本 分摊( e l e c t r i c i t yc o s ts h a r e ，指各个时段成本所l 总成本的比例) 的函数。 对选出的工、j k 的分析表明t o u 下的电力消费对价格改变具有高度的反映能力。 不同时段的电力使用是相互替代的。通过对t 0 u 情况下的负荷形状与假设的在 e u r ( e q u i v a l e n tu n i f o r mr a t e ) 下的负荷形状相比较，表明t o u 用户大大的减 少了峰荷的电能使爿j ，增加了非蜂荷的使j q j 。在t o u 和e u r 情形下的社会财富 分析表明通过t o u 可以达到巨大的社会收益。一般的，社会财富的大小依靠子 蹦户埘t 0 u 的反映。住峰荷时段巨大的电力消费减少，可以太大的增加社会财 富。 2 4 这篇文章研究了同时安排发电机生产和需求侧负荷减少的重要性，这 对完伞电力市场是必要的，其中，需求侧有机会同发电机竞争，正如英格兰和 威尔士联营电力市场中的需求侧竞价一样( d e m 8 n d s i d eb i d d i n gd s b ) 。这篇 文章也强调了需求减少不能简单的视为仅仅是减少负荷，因为它具有随电价变 动而重新分布的能力。也就是说，对可利用资源( 从发电侧和需求侧来看) 的充 浙 1 人学硕士学化论文 分安排是必要的，以利于电力市场。但是，当需求可以减少时，传统的发电机 经济分配方法是无用的，因为它是以负荷已知为前提。因此，本文提出模型以 对发电机出力分配和需求侧减少同时优化。这个模型可以对电力市场中需求侧 竞价，d s b 对生产费用，系统边际价格，容量费用( c a p a c i t ye l e m e n tp a y m e n t ) ， 发电商和用户利益分配的影响这些可能的情形作一个综合的评价。本文数学模 型明了，提出了一个系数矩阵来模拟负荷的减少，很有新意。 2 5 d s m 用于工业部门看来是经济可行的，冈为其很大的可控制的负荷以 及相对小的每个控制点的控制成本。革新的电价形式提供了一种许多d s m 措施 中的一种。冈为实时电价r e a 卜t j m