（电力系统及其自动化专业论文）电力需求侧管理（pdsm）的应用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t b a s e do nt h er a t i o n a lu n d e r s t a n d i n gf o rt h em o d e mp o w e rs y s t e ma n dp o w e rm a r k e t ， t h et h e s i ss y n t h e s i z e st h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o na c t u a l i t yo fp o w e rd e m a n ds i d e m a n a g e m e n ta th o m ea n da b r o a d , a n da n a l y s e st h es i t u a t i o no fp o w e rs y s t e ma n dp o w e r m a r k e ti nc o u r t t r y ，t h e nr a i s e st h et h e m eo ft h ea p p l i c a t i o nf o rp d s m t h et h e s i sp l a c e sa ne m p h a s i so nt h ec o r ep r o b l e m “h o wt ou s ee l e c t r i cp o w e ra n d h o wt ou s ee l e c t r i cp o w e rw e l l ”，t r y i n gt os e a r c ht h en e wk n o w l e d g ef o rt h ep o w e r s y s t e m ，p o w e rm a r k e ta n dp d s mf r o mt h ep o i n to fv i e wo fd e m a n ds i d e ，s e e k i n g a f t e r s a f e r ，m o r er e a s o n a b l e ，m o r ee f f i c i e n t ，m o r es c i e n t i f i cm e a l l sa n dw a y st ou s ee l e c t r i c p o w e r ，a n dp r o m o t i n g t h ee l e c t r i c s y s t e m a n dt h ee l e c t r i cm a r k e tt ou n i n e h a r m o n i o u s l y t h e ni tr e a c h e st h ea i mo fp d s m ，n a m e l ym a k e s t h ee c o n o m i cb e b e f i t , s o c i e t yb e n e f i ta n de n v i r o n m e n tb e b e f i tc o m b i n eo r g a n i c a l y f i r s t l y , t h et h e s i se x p a t i a t e st h et h e m ei t s e l f ，i n c l u d i n gt h eb a c k g r o u n df o rt h et h e s i s s e l e c t i n gt h e m e ，a n di t ss i g n i f i c a n c e ，t h eb a s i ck n o w l e d g eo fp d s m a n di t ss t u d y i n g m e t h o d t h e nt h et h e s i sa n a l y s e st h ee f f e c ta n ds i g n i f i c a n c et h a tt h ep d s mt ot h ep o w e r s y s t e ma n dt h ep o w e rm a r k e t ，p o i n t i n gt h a tt h ep d s mi sn o to n l yap r o b l e m o fh o wt o u s ee l e c t r i cp o w e r ，b u ta l s oap r o b l e mr e l a t i n gt ot h ep o w e rs y s t e m so p e r a t i o na n d e l e c t r i cp o w e rq u a l i t y o nt h i sb a s i s ，t h et h e s i se x p a t i a t e st w om e t h o d so ft h ea p p l i c a t i o n f o rp d s m ，n a m e l yt h et e c h n o l o g ya n de c o n o m yw a y s a n a l y s i n gt h ee l e c t r i cl o a dt h a t a p p l i e dw i d e l yi nt h ep r a c t i c e ，t h et h e s i sr a i s e ss o m em e a s u r e s a sa ne c o m o m ym e t h o d ， t h ee l e c t r i c i t yp r i c er e l a t i n gt ot h ep o w e rc o s ta n dt h er e l a t i o nb e t w e e nt h es u p p l ya n d d e m a n di sr a i s e d ，a n dt h es t r a t e g yo ft i m e - o f f - u s ep r i c i n gi sa l s or a i s e da n dp r o v e d t h ep d s mr e a c h e si t sa i mt h r o u g hc h a n g i n gt h el o a dc l l l v e ，s ot h ef l e x i b l el o a di sa n i m p o r t a n tc o n c e p t ，a st h et w oi m p o r t a n tf o r m so f t h ef l e x i b l el o a d , t h ei n t e r r u p t a b l el o a d a n dd e m a n ds i d eg e n e r a t i n ga r ee x p a t i a t e di nd e t a i l a sa ni m p o r t a n tt a c h e ，t h es u p e r v i s i o na n dc o n t r o ls y s t e mi si n d i s p e n s a b l e ，am o d e l o fp d s ms y s t e mi ss e tu p a tl a s t ，t h ew h o l et h e s i si ss u m m e du p ，a n ds o m ep r o b l e m sn e e dt ob ed e e p l ys t u d i e d a r ea l s op u tf o r w a r d k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e mp o w e rm a r k e tp o w e rd e m a n ds i d em a n a g e m e n t ( p d s m ) d e m a n ds i d er e s p o n s ed e m a n ds i d es o u r c ef l e x s i b l el o a d i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：舷 日期：0 瓣，f 月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：谚爹半、跃 日期：枷舌年i f jie l 指导教师签名 日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 本章首先阐述了论文的选题背景，指出了在我国推广实施电力需求侧管理( p d s m ) 的紧迫必要性和充分可行性。其次，阐述了电力需求侧管理应用这一课题的研究意 义。最后，介绍了论文的主要内容和章节安排。 i i 论文的选题背景 1 1 1 我国电力系统现状及发展趋势 我国电力系统起步较早，1 8 8 2 年7 月， 汽机带动的直流发电机，正式发电。但是， 缓慢。 成立了上海电气公司，安装了i 台以蒸 由于历史的原因，在以后6 0 多年中发展 新中国成立后，特别是1 9 7 8 年改革开放以来，我国电力系统取得长足发展。 1 9 9 6 年起，我国发电机装机容量和年发电量居世界第二位，仅次于美国，进入 电力生产和消耗大国行列。单机容量增大，水电已经达到7 0 万k w ( 三峡电厂) ，火 电达到9 0 万k w ( 外高桥第二发电厂) ，核电达到1 0 0 万k w ( 岭澳核电厂) 。 表卜i 是我国总装机容量的年度采样： 表卜i 我国总装机容量的年度采样表 年度 1 9 4 9 焦1 9 7 8 年1 9 9 5 年2 0 0 0 矩2 0 0 3 年2 0 0 6 年 容釜 ( 万浴叉 1 8 55 7 1 22 1 7 2 23 1 8 9 93 8 4 5 05 7 0 0 0 1 9 7 4 年，我国建成了第一条3 3 0 k v 输电线路，由甘肃刘家峡水电厂到陕西关中 地区；1 9 8 1 年建成了第一条5 0 0 k v 输电线路，由河南姚孟火电厂到武汉。目前，国 内各省都已形成2 2 0 k v 网架，华北、东北、华东、华中、南方等电网都已建成5 0 0 k v 大容量输电线路和跨省联络线，并将逐步形成跨大区互联的骨干网络。其中，华东、 东北、华北、华中四大电力系统的容量均已超过4 0 0 0 万k w 。同时，直流输电迅速发 展，1 9 8 8 年建成从葛洲坝到上海南桥的5 0 0 k v 直流输电线路，2 0 0 3 年建成从三峡 到常熟等几条5 0 0 k v 线路。 华中科技大学硕士学位论文 不但如此，现代电力电子技术、现代控制理论、微电子技术、计算机网络技术、 人工智能等新技术的发展和应用，使电力系统的运行、调度、监控、保护等实现了 高度的自动化和智能化。 从需求侧看，我国电力需求的质和量发生了巨大变化：大量新的用电设备的投入， 负荷需求量的激增，负荷结构的不断变化等，使得负荷特性变得更加复杂，对电力 系统提出了更高的要求。 综上所述，现代电力系统的主要特征和发展趋势是：大机组、大电厂、大电网， 超高压远距离交直流混合输电、大量采用新技术及高度自动化水平，负荷特性发生 了巨大变化。 1 1 2 我国电力市场的形成和发展 许多国家在电力系统中引入竞争机制，形成电力市场，这是1 0 0 多年来电力工业 的重要改革。电力市场既是电能生产、组织、控制和管理中心，也是电能商品集中 交易与结算的场所，是对发电、输电、供电和用户等进行协调和管理的机构。 改革开放以来，我国形成了国家、外资和地方等多家办电的局面，缓和了电力供 需矛盾。同时，由于产权多元化而导致利益主体多元化。因此，如何协调好投资各 方、以及投资各方与用户的利益成为一个重要问题。1 9 9 2 年，我国实行社会主义市 场经济，电力系统也逐步引入市场机制，不断进行电力市场化改革，2 0 0 3 年，我国 电力市场形成了国家电网公司和南方电网两大电网公司和华能、大唐、华电、国电、 中电投等五大发电公司。 电价改革是电力市场化改革的重心，建立电力市场条件下的科学、合理、灵活的 电价模型是市场化的中心任务。初步形成了“网厂分开，竞价上网”的市场机制。 1 1 3 电力需求侧管理的提出 2 0 世纪7 0 年代的两次石油危机，使得如何合理科学地利用能源成为一个备受重 视的课题。1 9 7 3 年，美国首先提出能源需求侧管理这一新的课题，并发展成为最小 成本规划和综合资源规划的问题l ”。 当今，由于电能具有便于传输和分配、便于清洁地转化为多种其他形式的能量 等优点，人们对电能的需求越柬越大，电力发挥着越来越重要的作用。然而，电能 的产生要消耗巨量的一次能源，主要发电形式火力发电，消耗的都是不可再生 的资源，产生的烟尘和c o 。、s 0 2 等有害气体对环境也产生很大污染。如全球温室效应 2 华中科技大学硕士学位论文 气体的5 0 来自能源利用，其中大部分来自电力行业，同时酸雨的形成也和电力行业 直接相关i “。 这样，如何合理科学地利用电能成为许多国家能源利用过程中的又一新问题， 电力需求侧管理( p d s m ) 应运而生，2 0 世纪8 0 年代在美国首先提出并实施。2 0 多 年来，在很多国家和地区推广应用，取得了很好的效果。 1 1 4 现代科学技术的发展为电力需求侧管理( p d s m ) 的实施提供了技术保证 电力需求侧管理( p d s m ) 是管理体制的更新，也是技术上的飞跃。计算机技术、 网络技术、通信技术、电力电子技术、控制技术、g p s 技术等为电力需求侧管理的实 施提供了技术上的支撑，使电力需求侧管理的广泛应用成为可能，许多技术和经济 措施已经并将继续转化为现实。 1 1 5 我国实施电力需求侧管理的必要性及初步成效 我国是一个电力消费大国，随着经济发展和人民生活水平提高，在今后一个相 当长的时间内，电力将保持较快的增长速度。到2 0 2 0 年，我国g d p 将比2 0 0 0 年翻 两番，这意味着我国发电机装机容量至少达到9 2 亿千瓦( 通过电力需求侧管理可以 减少一亿k w ) 。同时，我国是人均能源缺乏的国家，人均煤炭占有量只有世界平均水 平的5 5 ，石油人均占有量只有世界平均水平的1 0 ，人均天然气占有量不到世界平 均水平的5 【2 1 。因此，我国在电力发展的同时必须重视能源节约的问题。当前，我 国制定了新的电力发展政策，即“优化火电结构，优先发展水电，适当发展核电， 积极利用新能源”。 近年来，我国的负荷特性发生了很大变化，电网的峰谷差日益增大，发电设备 利用小时数减少，电网负荷率不高，电力系统运行的整体效益降低。2 0 0 3 年全年9 0 的时间里，负荷率在0 9 以下，尖峰负荷率接近或达到1 的时间只有几小时，因此 完全可以通过电力需求侧理来缓和电力紧张的问题【2 l o 从用电侧看，国家投资进行了 城乡电网改造，极大释放了电力市场潜能，而许多用户用电方式粗放，用电设备技 术含量低，电能使用效率不高。据悉，我国万元g d p 的能耗是世界平均水平的两倍， 是发达国家的近十倍，我国每年浪费的电能价值在8 0 0 亿元左右【3 1 。 1 9 9 2 年，我国开展电力需求侧管理( p d s m ) 以来，在政府的政策指引下，电力 企业与用户紧密配合，积累了许多宝贵经验，取得了许多成效。如1 9 9 7 年，我国首 次以大型电力用户胜利油田作为电力需求侧管理( p d s m ) 的示范工程，启动了以“电 3 华中科技大学硕士学位论文 力拖动”和“绿色照明”为中心的节电项目，取得了很好的经济社会效益，投资回 收期只有6 9 个月，为大型终端用户应用电力需求侧管理( p d s m ) 开辟了一条新路1 4 1 。 2 0 0 3 年，江苏、上海、浙江、福建、河北南网、山西、湖南等省的日最大移峰负荷 都在1 0 0 万千瓦以上，其中江苏省达2 8 0 万千瓦。国家电力监管委员会统计预测， 2 0 0 4 年全国缺电3 0 0 0 万千瓦，通过削峰填谷的方式，可以降低高峰负荷1 0 0 0 多万 千瓦。 事实证明，我国节电潜力和负荷分配灵活性很大，电力需求侧管理( p d s m ) 作为 一种重要资源在很大程度上缓解了电力供应的紧张局面，有效地保证了人民生产和 生活用电。 虽然这样，电力需求侧管理( p d s m ) 在我国的实施力度还是不够的，实现形式也 仅仅限于通过电网调度实现削峰、填谷和提高部分用户的用电效率，电力需求侧管 理( p d s m ) 作为一种需方资源，在促进更加安全、合理、科学、节约、有效、有序 的电力消费新方式和新方法，促进电力系统和电力市场的和谐统一，达到实施电力 需求侧管理目标等方面的研究和应用还是不够深入的。 如果说发电、输电、配电等供方资源是第一资源，那么电力需求侧管理( p d s m ) 这种可供选择的需方资源就是第二资源n 电力工业的发展一方面要重视电网、电源 建设，保证电力供应；另一方面，必须重视电力需求侧管理( p d s m ) ，保证电力的科 学合理使用。在我国乃至世界都面临资源短缺和环境保护双重压力的严峻形势下， 加强电力需求侧管理( p d s m ) 不只是一个缓解电力紧张的有效、经济措施，更是一 个长效的可持续性发展的战略选择，它必将引起电力工业上的一场效率革命。在我 国，电力需求侧管理( p d s m ) 是一项刚刚起步的长期而复杂的系统工程，势在必行， 任重道远，前景广阔。 1 2 电力需求侧管理( p d s m ) 应用的研究意义 电力需求侧管理( p d s m ) 应用研究具有重要的理论价值和现实意义。具体表现在 以下几个方面： ( 1 ) 提高对电能使用、电力系统、电力市场的认识，促进他们的结合和统一，从 更高层次上处理好需求侧和供应侧的关系； ( 2 ) 促进用电理念和电力管理模式的优化，引导用户参加用电管理； ( 3 ) 提高终端用电效率，优化用电方式，从整体上提高电能效率和电力各方效益； ( 4 ) 缓和能源紧张和环境污染，促进可持续发展； 4 华中科技大学硕士学位论文 ( 5 ) 对提高电能质量和电力系统稳定运行也是有很大帮助的； ( 6 ) 对于完善电力系统运行理论和电力市场理论有很大促进作用。 1 3 本文的主要内容和章节安排 论文首先介绍了电力需求侧管理( p d s m ) 的选题背景和研究意义，指出在我国 乃至世界都面临资源短缺和环境保护双重压力的严峻形势下，加强电力需求侧管理 ( p d s m ) 不只是一个缓解电力紧张的有效、经济措施，更是一个长效的可持续性发 展的战略选择，它必将引起电力工业上的一场效率革命。 然后，论文分析了电力需求侧管理( p d s m ) 与电能质量及电力系统安全、稳定 和经济运行的关系，进一步强调了电力需求侧管理( p d s m ) 对于整个电力系统运行 的重大意义。接着来，文章比较详细阐述了电力需求侧管理( p d s m ) 实施的技术措 施和经济手段，提出要制定能够反映电力成本和供需关系的电价机制，并论证了分 时电价方案的测算与制订，而后重点论述了电力需求侧管理( p d s m ) 柔性负荷和电 力需求侧管理( p d s m ) 监控系统的构建，最后对全文进行了总结，并指出电力需求 侧管理( p d s m ) 实施需要进一步研究的问题。 各章节安排如下： 第一章为绪论。简述了论文的选题背景和研究意义，阐述了我国推广实施电力需求 侧管理( p d s m ) 的紧迫必要性和充分可行性，最后介绍了论文的主要内容和章节安排。 第二章介绍电力需求侧管理( p d s m ) 的相关问题和研究的基本方法。主要阐述了 电力需求侧管理( p d s m ) 的基本概念，实施情况，从宏观上阐述了电力需求侧管理 ( p d s m ) 的实施条件和技术手段。并从技术与经济统一的观点出发，阐述了电力系 统运行规律与电力市场规律。 第三章阐述电力需求侧管理( p d s m ) 与电能质量和电力系统安全稳定运行的关系。 第四章介绍基于电力需求侧管理( p d s m ) 的电价机制。阐述了基于电力需求侧管 理( p d s m ) 的实时电价、分时电价，并深入讨论了分时电价的形成机制和制定方法。 第五章着重介绍电力需求侧管理( p d s m ) 的些具体的技术手段。 第六章论述基于电力需求侧管理( p d s m ) 的柔性负荷。对可中断负荷和需方发电 这两种新的柔性负荷形式进行了阐述。 第七章介绍本文构建的电力需求侧管理( p d s m ) 监控系统。 第八章全文总结，并指出实施电力需求侧管理( p d s m ) 需要进一步研究的问题。 5 华中科技大学硕士学位论文 2电力需求侧管理( p d s m ) 的相关问题和研究方法 电力需求侧管理理论已经发展了2 0 多年，它的一些基本知识是我们分析和解决 问题的基础，也是研究方法提出的基础。本章在阐述了基本知识后，提出了基本的 研究方法，为后续各章打下了基础。 2 1 需求侧管理( p d s m ) 的相关问题 2 1 1 电力需求侧管理( p d s m ) 的几个基本概念 以下是有关电力需求侧管理( p d s m ) 的几个基本概念，它们是认识和研究需求 侧管理( p d s m ) ，进行经济效益核算和方案比较的基础。 电力需求侧管理( p d s m ) ：它是现代电力系统在电力市场条件下产生的用电管理 模式，通过提高终端用电效率和优化用电方式，在完成同样用电功能的同时减少电 力功率和电量消耗，达到节约能源和保护环境的目的，实现低成本电力服务。它突 破了传统的电力管理模式，改变了依靠单纯地扩大供应能力以满足日益增长的电力 需要的方式，在更高层次上处理供应侧和需求侧的关系【1 【2 j 。 可避免电量：由于实施了电力需求侧管理( p d s m ) 而避免的新增电量。包括终 端和系统可避免电量两种【3 】。事实上就是节电量。如胜利油田在2 0 0 0 年，通过电力 需求侧管理( p d s m ) ，可避免电量是2 1 2 g w h 2 1 。 可避免峰荷容量：由于实施了电力需求侧管理( p d s b l ) 使电力系统避免新增的 装机容量。在数值上等于发电端可避免的峰荷电力加上与其相适应的备用容量【3 1 。 可避免电量成本：由于实施电力需求侧管理( p d s m ) ，使电力系统避免的新增电 量成本。其中也包括终端可避免电量成本1 3 】。 可避免峰荷容量成本：由于实旌了电力需求侧管理( p d s m ) ，使电力系统避免的 新增装机容量成本。 单位节电成本：实施电力需求侧管理( p d s m ) 项目的标准寿命期内节约单位电 量的支出费用。如美国单位节电成本大约是1 6 美分k w h ，低于4 美分k w h 的生产 成本l5 1 。 单位避免峰荷容量成本：具有峰荷调整目标的电力需求侧管理( p d s m ) 技术项 目，在标准寿命期内的支出费用与可避免峰荷容量之比。如美国单位可避免峰荷容 量成本大约是3 0 美分k w ，大大低于5 0 0 美分k w 的投资成本1 5 1 。 6 华中科技大学硕士学位论文 柔性负荷：为了提高供电可靠性而通过负荷控制来改变负荷曲线，包括可中断 负荷和需方发电。 可中断负荷：是用户与电力公司签订可中断负荷协议，在系统峰时的固定时间 内，或在电力公司要求的任何时间内，减少他们的用电需求。负荷需求的减少可以 通过用户自己安装的限制器或电力公司发出控制信号来中断用户的部分负荷。 需方发电：有些用户的自备电源。这些分散的自备电源提高了供电可靠性，起到 了移峰填谷的作用。这些电源成为直接或间接控制的对象。 需方资源( 负瓦特) ：是相对于供方资源而言的，是通过电力调度和用户用电调 节而产生的电能效益和节电资源。主要包括：通过调度，进行削峰、填谷、移蜂填 谷等节约的电力；( 2 ) 提高照明、空调、电动机、电热、冷藏等设备用电效率所节 约的电力和电量；( 3 ) 蓄冷、蓄热、蓄能等改变用电方式所节约的电力；( 4 ) 能源 代替、余能回收所减少和节约的电力和电量；( 5 ) 合同约定可中断负荷所节约的电 力和电量；( 6 ) 建筑物保温等完善用电措施所节约的电力和电量；( 7 ) 用户改变消 费行为减少用电所节约的电力和电量。 2 1 2 电力需求侧管理( p d s m ) 在一些国家和地区的实施情况及经验 美国是最早提出和实施电力需求侧管理( p d s m ) 的国家，实施过程中，前期效果 并不明显，扩大试点范围和增加试点项目后，效益剧增。装机计划普遍推迟2 5 年， 综合经济效益每年提高约6 ，用户电费也有所下降【”。特别是节能型电力需求侧管 理( p d s m ) 项目很受用户欢迎，被称为“s m a r tp d s m ”。如美国2 0 0 0 年投资1 5 6 亿美元。节电5 3 7 亿度，减少高峰负荷2 2 0 0 万k w h 。据预测，未来几年，美国电力需 求侧管理( p d s m ) 将减少社会电力需求2 5 0 0 0 m w ，相当于同期新需求的3 0 1 5 1 。 相对于美国电力公司的大型化和私有化，西欧电力公司结构和产权结构呈现出 多样性，其实施电力需求侧管理( p d s m ) 的动机有的是出于环境考虑，有的是为了 解决电力容量缺乏，电力需求侧管理( p d s m ) 项目也呈现出多样性，半数以上的项 目在进行之中，效果有待进一步观察。 在东欧和非洲，由于技术和管理水平相对较低，资金来源缺乏，政治不稳定， 电力需求侧管理( p d s m ) 受到一定限制。亚洲和拉美很多国家电力需求侧管理( p d s m ) 还在实施初级阶段。 加拿大也是继美国之后电力需求侧管理( p d s m ) 实施比较成功的国家之一，并 已开始关注配电网络的电力需求侧管理( p d s m ) 规划。表2 一l 是加拿大两个电力公 司实施电力需求侧管理( p d s m ) 的有关情况【2 1 0 7 华中科技大学硕士学位论文 表2 - 1加拿大两家电力公司实施电力需求侧管理( p d 跚) 的基本情况 p d s m 投 可避 公司所有制 装机容 发电形式入资金 免电可避免峰相当于建 量( 万量荷容量( 万 回收年 电源投资 名称形式及比例( t y 加元限 k w )( 亿 k w ) 的比例 年) 度) 魁北 水电9 5 克电国有控 3 6 0 0 火电3 6 6 0 02 01 7 02 2 1 1 0 力公股 核电2 司 安大 6 0 0 0 水电2 5 略电国有控 2 9 3 3 火电1 0 1 41 4 03 o 1 7 力公股 核电6 5 司 总之，2 0 多年来，已有3 0 多个国家和地区成功实施了电力需求侧管理( p d s m ) 项目计划，大大削减了新建电厂数量，降低了客户用电成本，减少了环境污染，取 得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。 2 1 3 电力需求侧管理( p d s m ) 在我国实施的机制和环境支持 电力需求侧管理( p d s m ) 是一项系统工程，涉及政府职能部门、电力公司、用 户、项目中介机构和节能产品制造厂商。基本内容包括：调查资源，选择管理对象， 设置管理目标，制订政策、法规、标准，制定管理计划，选择管理手段，组织项目 实施，评估项目实施效果等【1 2 l 。做好以下几个方面是很必要的： ( 1 ) 政府要赋予电力公司办电和节电的双重职能。电力公司不仅要分摊办电效 率，而且要分摊节电效率，改变单纯以售电收入衡量公司经济利益的做法，保证公 司实施电力需求侧管理( p d s m ) 节电的投资利润率不低于装机发电的投资利润率， 提高电力公司推广电力需求侧管理( p d s m ) 的积极性【l j 。 ( 2 ) 电力公司应更新工作理念，充分发挥实施电力需求侧管理( p d s m ) 的主体作 用，必须按照在供应侧与需求侧( 包括具体的p d s m 项目) 整体最小的准则制定电力 发展计划，即电力最小成本计划，或综合资源规划，政府按照该准则审批该计划i i j 。 ( 3 ) 政府职能部门、电力公司应做好电力需求侧管理( p d s m ) 的宣传工作，使广 大用户有更好的能源和环境观念，积极参与并配合到这项管理中来，从而更安全、 科学、合理地用电。对采用节能电器、参加柔性负荷管理和其他电力需求侧管理 8 华中科技大学硕士学位论文 ( p d s m ) 项目的用户应给予一定的奖励或补偿。 ( 4 ) 推行合同能源管理，创造多赢的局面研究和制定电力部门和建筑部门合作 推广各种建筑节电技术的政策和机制，研究和制定电力部门和节电产品制造部门、 经营部门及应用部门合作推广节电产品和设备的机制。应该让项目中介机构和节能 产品制造厂商按其贡献大小分摊部分节电效益。 ( 5 ) 扩大“两部制电价”的使用范围，逐步完善基本电价机制，使电能电价更加 公正、合理。由于社会各种电力用户的特性不同，从而导致用电结构的差异。一般 来讲，以用电结构来细分市场，有一、二、三产业用户、大用户、一般用户和特殊 用户等。按此标准细分市场，重点应考虑到地区国民经济发展的产业构成比例及其 变化趋势；还应考虑大用户、一般用户以及特殊用户的特性，对形成基荷、腰荷和峰 荷的不同行业区别电价，从而形成不同的电价水平。 2 1 4电力需求侧管理( p d s m ) 实施的技术支持 1 ) 电力需求侧管理( p d s m ) 技术措施，可分为四类1 1 l ： ( 1 ) 提高终端设备效率：包括绿色照明技术，使用节能家用电器，大功率低频冶 炼技术，交流电动机调速运行技术，高效风机、水泵，高效电动机、变压器的应用 技术，控制电污染的滤波技术等。 ( 2 ) 建筑节电设计和改造：包括新建筑物提高绝热保温标准和建筑物的门、窗、 屋顶等部分加装绝热保温层。 ( 3 ) 负荷控制技术：包括直接调控和间接调控。空调、热水器日负荷循环控制为 直接控制，实行分时、分季电价，用经济手段调控峰谷负荷等为间接调控。 ( 4 ) 蓄热蓄冷技术：包括集中式或单元式陶瓷热存储装置，储热式和制冷式空调 等。 在我国推广实施这些技术措施潜力很大、市场很广。专家预测，仅提高终端设 备效率一项，年挖掘节电潜力可达1 4 0 0 亿k w h 【6 】。冬季北方蓄热和夏季南方蓄冷技 术对目前解决空调耗电过大的问题也是不错的办法。 2 ) 控制策略主要有如图2 1 所示的几种方式【1 l 华中科技大学硕士学位论文 削峰( p e a 卜c l i p p i n g )策略性节电( s t r a t e g i cc o n s e r v a t i o n )移峰填谷( 1 0 a ds h i f t i n g ) 填谷( v a l l e yf i l l i n g ) 柔性负荷( f l e x i b l el o a d )策略性负荷增长( s t r a t e g i cl o a dg r o w t h ) 图2 - 1 控制策略示意图 3 ) 从运行的角度看，电力需求侧管理( p d s m ) 的某些手段在有些条件下可以作 为电网运行的手段，把它作为一种在错峰、紧急减负荷、系统备用等情况下可以调 度的资源。表2 2 是电力需求侧管理( p b s m ) 与常规供应侧资源的比较i j 7 l ； 表2 2 需求侧管理( p d s m ) 与常规供应侧资源的比较 序号 类型对虑的p d s m 形式 特点需方资源类璎 来水过程确定描述不可调度的能确定各时段所能节省的 1 高效照明措施 的水力发电 p d s m 电量 描述可根据需要而投入运行的时间是不确定 2 火电发电厂直接负荷控制 随时使用的p d s m的，且出力是可变的 描述总出力给定的 某时期内给定的总节电量， 3 能量受限电厂而此时期内各时段的出力自备发电 p d s m 可变 描述改变用电时 将用电行为从高峰时段转 分时电价 4 抽水蓄能电厂向低谷时段，不产生节省可中断负荷 段的p d s m 电最的效益蓄冷( 热) 系统 华中科技大学硕士学位论文 2 2 基本研究方法 电力需求侧管理( p d s m ) 是一个和众多学科交叉的研究领域，涉及到电力市场、 电力负荷预测、电力系统规划、电力系统运行和控制、概率统计学、现代控制理论、 电力电子技术、计算机、网络技术等，使得研究工作纷繁复杂。本文的研究，始终 贯穿了以下理念： 。 ( 1 ) 系统的观点。我们研究需求侧管理，是站在现代电力系统和电力市场以及新 技术的广泛应用这个大背景下进行的，同时，电力系统是一个统一的整体，需求侧 的变化会对整个电力系统产生影响。从这个观点出发，我们就能得出这样的结论： 电力需求侧管理不只是一个“如何用电”的问题，还是对电力系统和电力市场的运 行产生重大影响的问题。如何影响呢，文章进行了分析。 ( 2 ) 归纳和演绎统一的方法。所谓归纳法，就是从一些特殊的个体总结出一般的 规律；所谓演绎法，就是从已经知晓的一般的规律去分析个体的特性。电力需求侧 是近2 0 年来出现并逐渐发展起来的新的管理方法和技术手段，很多方面还在摸索之 中，但由于它和其他领域的广泛的交叉性和通融性，我们可以把其他的规律或方法 转移到需求侧管理的研究中来。如解决阻塞问题，传统的方法是完全从供应侧的角 度考虑的，即发生阻塞时，怎么样扩大供方资源，然后再怎么样分摊阻塞费用。这 些方法，结合需方资源，就会有新的思路产生，而它的一些原有的成本计算方法仍 然成立。所以，电力需求侧管理确实是在更高层次上处理需求侧与供应侧的关系的。 ( 3 ) 比较的方法。电力需求侧管理带来的好处，很多时候是不方便衡量的。这就 象电力系统的有些二次设备，它产生的效益是隐性的。这种情况，可以采用“缺失 假设法”，即这种隐性的价值要以假设它不存在时所产生的可能的损失来衡量。两种 情况进行比较。就能得出结论。 2 3 本章小结 本章首先对电力需求侧管理( p d s m ) 的基本概念、应用情况和方法措旌、环境 支持等方面进行综述；然后提出了电力需求侧管理( p d s m ) 研究的三种基本方法， 即系统的观点、归纳和演绎统一的方法和比较法。从宏观上为论文打下了基础。 1 1 华中科技大学硕士学位论文 3电力需求侧管理( p d s m ) 与电力系统运行 电力需求侧管理不只是一个“如何用电”的问题，也是一个与电力系统的安全、 稳定和经济运行以及电能质量等密切相关的一个问题，这是由电力系统的运行特性 和发展趋势所决定的。本章在这方面作了一些有益的探索。 3 1 我国电网发展为实施电力需求侧管理提供了最基本的条件 电网联系电源和负荷，电网的发展使原本刚性的电力特性增加了弹性。同时，也 为在广域范围内实施电力需求侧管理提供了最基本的条件。 世界各国电力系统发展的经验告诉我们，电力系统越大，调度运行就越能合理和 优化，经济效益就越好，应变事故的能力就越强。所以，很多发达国家的电力系统 都已联合成统一国家电力系统，甚至联合成跨国、跨洲际的电力系统。如原苏联统 一电力系统与部分欧亚国家的电力系统互联，包括波兰、捷克、保加利亚、罗比利 亚、德国、匈牙利、蒙古、芬兰，挪威、土耳其、希腊等国家，横跨欧亚大陆，东 西7 0 0 0 k i n ，南北3 0 0 0 k m ，是目前世界上最大的联合电力系统【”。 “西电东送，南北互供，全国联网”的格局的最终形成是我国电网发展的必然趋 势。发展联合电力系统，主要有以下几个效益： ( 1 ) 各系统间负荷的错峰效益。我国幅员辽阔，各电网地理位置、负荷特性和人 们生活习惯等情况的不同，利用时差，错开高峰用电，可削减尖峰，联网后的最高 负荷总比原有各电力系统最高负荷之和小，这样，就可减少电力系统总装机容量， 从而节约电力建设投资【9 i 。 ( 2 ) 调峰能力互相支援。电力系统孤立运行时，都要装设调峰电站或调峰机组， 但其调峰能力未必能发挥出来，互联后，不但负荷率提高，调峰容量相互支援，调 峰能力得到充分发挥，因此，可减少系统调峰机组容量【1 0 j 。 ( 3 ) 有利于电力系统的经济调度。电力系统的经济调度，宏观上是水电、火电、 核电等的经济调度，充分利用丰水期的水能，多发水电，节约火电厂燃料，事实上 是让耗能低的机组尽量多发电【l ”。 ( 4 ) 有利于安装单机容量较大的机组。采用大容量机组可以降低单位容量的建设 投资和单位容量的发电成本1 1 2 1 。 1 2 华中科技大学硕士学位论文 ( 5 ) 提高供电可靠性，减少系统备用容量。由于联网降低了电力系统的最高负荷， 因而，也就降低了备用容量，同时，总容量变大了，系统备用系数可以降低一点【1 3 l 。 3 2 电力需求侧管理对电力系统的影响 3 2 1 电力需求侧管理为电网阻塞问题的解决提供了一个好的方法 有限传输容量和传输网络损失是输电网络的两大基本特础1 4 l 。电力工业的重构和 竞争机制的引入，使得输电网络成为资源优化使用的瓶颈，当电网中某条线路的潮 流量达到或超过其输出容量极限时，就有可能导致输电阻塞。在市场环境下，输电 阻塞严重威胁着系统安全，不利于电力市场高效、经济运行，并导致市场的失控。 在电力市场环境下，输电阻塞的发生概率大，而且由于兼顾各方利益而更难解决。 可中断负荷管理是电力需求侧管理( p d s m ) 的一种重要形式，它利用电力用户 与电力公司签订可中断合同的方式，允许电力公司在某个特定时期，如负荷高峰期， 或电力故障情况下，根据合同规定的权限范围切除部分用电负荷，给予用户一定的 缺电补偿。从而降低高峰负荷，缓解高峰负荷期的供电紧张状况【1 5 1 1 1 6 1 。 因此，利用可中断负荷，并结合电网的最优潮流来降低阻塞线路上的负荷要求， 消除阻塞，成为一个重要的方法。 1 ) 传统消除阻塞方法 系统调度员利用潮流运算程序，并结合发电商的报价情况，调度有充裕传输备用 容量的线路电能来保证被阻塞节点的电力供应，从而减轻阻塞线路的传输负担。再 根据阻塞费用的分摊原则，将阻塞带来的机会成本公平合理地分摊到各线路及其用 户。 由于通过长距离或绕道输电，或从边际价格高的发电厂取得了电力，这种消除阻 塞的方式使得电网的交易电价比原来高出很多，增加了用户的电费负担。 2 ) 可中断负荷参加阻塞管理 如果存在电力阻塞的线路上的电力用户参与可中断负荷管理，签订了可中断负荷 管理合同，即电力公司有权在适当的时候切除部分用户的负荷，使该线路负荷降到 输电线路能够传输的范围，并利用最优潮流程序分析确定切负荷后的线路潮流分布 是否满足稳定性和可靠性要求，使电力用户创造的社会净价值最多。 3 ) 两种方法的比较 采用通常的阻塞管理模式，调度员将根据需要从边际电价较高的节点电厂调度电 华中科技大学硕士学位论文 能来满足供应。设此部分的电价为t 2 元( m w h ) ，且有t 2 t l ，所以，单位小时购电费 用为； s 1 = t l x d t + t 2 x ( d l - d o = ( t l - t 2 ) d t + t 2 d l 元 ( 3 1 ) 其中，ti 为阻塞管理| i 的交易电价， t2 为阻塞管理时，从边际电价较高的节点电厂调度的电价 如果采用可中断负荷来消除输电阻塞的模式。假设某节点i 的电力用户与电力公 司签订了可中断合同，电力公式允许中断的负荷( d l - - d t ) m w , 电力公司补偿给用 户的中断电价为k 1 元( m w h ) 。 假设通过最优潮流分析程序，切去节点i 的负荷( d t - - d 1 ) m w 后，网络的潮流 分布满足电网稳定性要求，此时的单位小时购电费用为： s 2 = t l 盔+ 1 1 ( d l - 盔) = ( f 1 一t 1 ) c 玉+ t l d l 元 ( 3 2 ) 从( 1 ) 、( 2 ) 式不难看出，当k l t 2 时，采用可中断负荷来消除阻塞的管理模式优 于传统模式。 4 ) 考虑最优潮流分布的可中断负荷参与阻塞管理 当然，由于各地推行电力需求侧管理的力度和水平不一样，用户的响应程度也不 一样，这就直接导致了在电网的某些负荷节点的可中断负荷容量很大，而另外的一 些节点可中断负荷容量很小。甚至在某些时段利用可中断负荷的方式来消除阻塞比 用传统方式造成的电费攀升和对稳定运行的影响更大。因此，要求考虑结合最优潮 流分布，进行阻塞调度。 ( 1 ) 目标函数 依据购电费用最小化原则，将全网的购电费用最小作为阻塞调度的目标函数比较 符合实际要求。最优调度的双目标函数为： ， ，z fr a i n z c 妒f j 徊1 lm i r 谲nf n 当尉( 1 一品u ) ) w 慨) 式中，n 为参与发电的发电机组台数； a 为第i 台发电机组的发电边际成本 w ( d d ) 为效益因子： p i 为第i 台发电机组的有功出力； 1 4 华中科技大学硕士学位论文 n 为可中断负荷管理的控制时段数； m 为可中断负荷管理的用户数目； s d ( j ) ；t j 第个可中断用户在j 时段的负荷状态。 ( 2 ) 系统节点的有功、无功功率平衡约束 p 一一p 一u f 如j ( ggc o s0 0 + b # s i no o ) 0 1 - 1 - _ l t 2 耐一qm 一【，嚆，胛口s i l l 口# 二口口c o s 一口) _ o( 3 4 ) 1 - l 式中，r g i 、q g i 分别为节点i 的发电机有功功率和无功功率；p d i 、q d i 分 别为节点的负荷有功功率和无功功率，u