電力柔性負荷是指可通過主動參與電網運行控制，能夠與電網進行能量互動，具有柔性特徵的負荷。負荷柔性表現為在一定時間段內靈活可變。柔性負荷的調度和調節是緩解供需側矛盾的重要手段之一。柔性負荷的柔性調節能力改變了原本負荷單向、被動接受調節的歷史，也使負荷參數的剛性、不確定性等特徵發生了變化。另外電動汽車、分散式電源的接入使負荷具有了一定電源的作用。
基本介紹
- 中文名：電力柔性負荷
- 外文名：Electric flexible load
- 類型：可調控負荷
- 舉例：中央空調、電動汽車
- 領域：能源
- 學科：電氣工程
簡介,柔性負荷的定義,柔性負荷分類,柔性負荷的調控,典型柔性負荷,
簡介
目前我國電力增長態勢趨緩，很多地區出現電力富餘的情況，但從長遠來看，仍有可能出現局部性和階段性的緊張狀態。需求側逐漸成為電力系統領域關注和研究的重點，通過需求側的改變，可以改善供需矛盾，提高電力系統運行效率。我國建設和完善智慧型電網的整體思路也給用戶側的負荷創造新的發展契機:
近年來，柔性負荷成為了學術研究的重點，柔性負荷的調度和調節是緩解供需側矛盾的重要手段之一。柔性負荷的柔性調節能力改變了原本負荷單向、被動接受調節的歷史，也使負荷參數的剛性、不確定性等特徵發生了變化。另外電動汽車、分散式電源的接入使負荷具有了一定電源的作用。這些都對傳統電力系統格局產生了影響。空調是典型的柔性荷，在夏季負荷高峰期時，空調負荷在電網中已占尖峰負荷的30%-40%，並呈現逐年上升的趨勢.另一方面，空調具有兩個重要特徵:1)空調與所屬的房間構成了具有熱儲存能力的系統，一定意義上相當於蓄電池等儲能設備;2)人體有一定舒適度範圍，在此範圍內空調負荷的功率也隨之有了調節的空間。這兩點是空調負荷參與雙向互動的前提條件。
柔性負荷的定義
目前還沒有對於柔性負荷的統一定義，一般認為柔性負荷是指可通過主動參與電網運行控制，能夠與電網進行能量互動，具有柔性特徵的負荷。負荷柔性表現為在一定時間段內靈活可變。
柔性負荷分類
柔性負荷包含具備需求彈性的可調節負荷或可轉移負荷、具備雙向調節能力的電動汽車、儲能、蓄能以及分散式電源、微電網等。其廣泛的外延讓我們在研究柔性負荷的時需要將其進行分類。
柔性負荷的常見分類有三種:按照其能量互動性分類、按照管理方式分類和按照負荷特性分類。
(1)按照其能量互動性可分為2類:一類是雙向互動性柔性負荷，以電動汽車、儲能、微電網為典型;一類是單向柔性負荷，以需求回響資源為典型。
(2)按照不同管理方式可以分為可激勵負荷和可中斷負荷。激勵負荷出於對電價的考慮，可以將用電行為從電價較高時刻轉移到電價較低時刻。可中斷負荷是用戶與電力公司簽訂可中斷負荷協定，在電網峰時的固定時間內減少其用電需求。
(3)按照負荷特性分類:柔性負荷既包括電力用戶中的工業負荷、商業負荷以及居民生活負荷中的空調、冰櫃等傳統負荷。
柔性負荷的分類為其建模及調控研究提供了便利，便於在電力系統不同場景下套用不同特徵的柔性負荷。
柔性負荷的調控
從柔性負荷調控模式上來說，柔性負荷可參與電力系統多種調度計畫模式:基於電價的模式、基於契約約定的模式、基於需求側競價的模式、基於有序用電的模式、基於參與備用計畫的模式、基於參與頻率控制的模式}。不同的模式對應不同的電力系統環境，則柔性負荷的控制方式和目標函式也有所區別。以節點際電價為求解對象，研究了柔性負荷參與備用的安全約束調度策略;將激勵負荷的售電收益、可中斷負荷的補償成本納入考慮，以調用利益最大化為目標函式，研究了柔性負荷參與負荷調峰的內容;以電力系統頻率控制為目標，研究通過需求回響手段，控制柔性負荷的啟停，平衡用電需求和電網運行狀態;考慮分散式電源與單向型柔性負荷的聯合調度，以提高電力系統運行效率。
從柔性負荷調控方式上來說，柔性負荷可分為集中調控、分散式調控和基於負荷聚合商的分層調控。採用了類似發電機組的集中控制方式，柔性負荷由調度中心集中控制，電力系統向大用戶直接發布調控命令。利用智慧型電錶實現分散式控制，並分析了基於不同地理位置的分散式架構具有投資小、通信和控制靈活等優點，通過包含電動汽車、可控家用電器、分散式熱電聯產機組的柔性負荷聚合，參與電力系統二次調頻，負荷聚合商使用模型預測控制策略來分配控制行為。
典型柔性負荷
從柔性負荷綜述中不難發現柔性負荷種類繁多，並很難得到具有普適性或通用型的柔性負荷模型和控制策略。為了更深入的挖掘柔性負荷，抓住重點柔性負荷特徵，論文選取中央空調作為典型柔性負荷代表，並開展其參與電力系統運行的模型和控制策略研究。
(1)中央空調負荷具有柔性負荷典型特徵。柔性負荷的主要特徵是負荷在一定時間內靈活可變，因為人體有一定舒適度範圍，中央空調負荷的功率在舒適度範圍有了調節的空間。以夏季為例，當用戶對電價做出回響時，在電網高峰時可通過調高設定溫度、降低風機轉速等方式降低中央空調負荷，以獲得效益回報;在電網低谷時期，利用中央空調所屬房間儲熱能力，增加空調負荷，提前儲存一部分冷量，使電力系統利用率增高。
(2)中央空調負荷在尖峰負荷中占比大。在北京、上海等發達地區空調負荷在高峰時負荷占比接近一半。而中央空調在工商業用戶、居民用戶等其它用戶中己經廣泛套用，是空調集群中較常見的種類，而與分體式空調相比，中央空調的額定功率要大得多，另外相對於分體式空調，中央空調的負荷比較集中，更有利於集群控制，國內多地己開展了中央空調負荷調控的示範工程，積累了較為豐富運行經驗。
(3)中央空調負荷可控性強。與其他柔性負荷相比中央空調系統的可控量多，理論上包括:設定溫度、送風量、新風量、冷凍水泵流量、冷凍水進水溫度等幾十個特性參數。對任意決策變數的控制都能達到調節中央空調負荷的目標。另外在特定情況下，短時中央空調可通過關閉機組達到極限調節量，即使在不停機的前提下，中央空調的負荷調節能力也十分可觀。
在柔性負荷回響潛力方面，提出針對大型工商業用戶參與需求回響的潛力評估方法，主要步驟包括確定研究對象和需求回響項目類型、基於用電特性的用戶群聚類分析、分類需求回響項目參與率辨識、價格彈性計算和需求回響潛力評估，重點是適用於細分用戶群的價格彈性計算方法。基於上述評估方法，美國聯邦能源管理委員會從常規業務、擴展業務、可實現參與和全而參與4種場景評估了美國2010-2020年的需求回響潛力，一般來說，需求回響潛力評估可分為電力負荷調研、數據整理和分析、回歸模型建立及回響潛力預測等步驟。表1給出了各國柔性負荷回響潛力分析結果。但現有研究還存在以下不足:①負荷可調度潛力與電網運行工況、外界環境變化、用戶用電消費心理、回響前用戶用電狀態等因密切相關，針對負荷在某一具體運行工況下的回響潛力評估研究還較為少見;②多從挖掘電網柔性負荷削峰潛力的角度研究負荷的向下調節潛力，缺乏對向上調節潛力的相關研究。
