0  引言

    “十三五”時期，我國能源消費增長換檔減速，保供壓力明顯緩解，供需相對寬松，能源發(fā)展進(jìn)入新階段。在供求關(guān)系緩和的同時，結(jié)構(gòu)性、體制機制性等深層次矛盾進(jìn)一步凸顯，成為制約能源可持續(xù)發(fā)展的重要因素^[1]。

    “十二五”期間，我國風(fēng)電、太陽能裝機規(guī)模年均增長分別為34.6%、177%，達(dá)到13 075萬千瓦、4 318萬千瓦。風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源出力具有波動性、間歇性等特點，當(dāng)可再生能源并網(wǎng)容量達(dá)到一定比重時，將給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來諸多挑戰(zhàn)：增加電網(wǎng)調(diào)峰壓力^[2]，增加電網(wǎng)運行方式及備用容量配置難度^[3]，影響電能質(zhì)量^[4]，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定性^[2]。

    我國可再生能源發(fā)展迅猛，一方面棄風(fēng)棄光率居高不下，另一方面大量高載能負(fù)荷由于生產(chǎn)用電成本過高而停產(chǎn)^[5]，既要保證大電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性，也要提升可再生能源利用水平，制定兼顧經(jīng)濟性和安全性的調(diào)度原則和方式^[6]，進(jìn)一步優(yōu)化電力調(diào)度運行成為下一階段電力發(fā)展規(guī)劃的重要內(nèi)容。

    隨著通信設(shè)備水平、智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)集中調(diào)度模式面臨極大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的負(fù)荷也隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸成為可參與統(tǒng)一調(diào)度的新資源。電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016-2020年）明確提出大力提高電力需求側(cè)響應(yīng)能力，建立健全基于價格激勵的負(fù)荷側(cè)響應(yīng)措施；完善推廣電力需求側(cè)管理，提高負(fù)荷側(cè)大數(shù)據(jù)分析能力，增強負(fù)荷側(cè)響應(yīng)能力。

    2015年3月國務(wù)院發(fā)布的《進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》（9號文）聚焦配電側(cè)和售電側(cè)，揭開了新一輪電力體制改革的序幕。本次電改首個放開即落在售電市場上進(jìn)行，中國的電力供應(yīng)商由此開始多元化發(fā)展。同時文件提出，通過市場競爭來確定發(fā)、售電價，讓電價切實反映電力資源價值。電價改革為推進(jìn)中國電力零售市場化創(chuàng)造了條件。推進(jìn)電力系統(tǒng)運行模式變革，加快電力市場（現(xiàn)貨）、電力輔助服務(wù)市場建設(shè)，增強用戶參與能源供應(yīng)和平衡調(diào)節(jié)的靈活性和適應(yīng)能力，也是新一輪電力體制改革的重要內(nèi)容。

    隨著市場觀念逐漸引入電力系統(tǒng)，系統(tǒng)對需求側(cè)的重視程度和互動程度被提升到新的高度。需求側(cè)管理基本的類型包括削峰、填谷、負(fù)荷轉(zhuǎn)移、戰(zhàn)略性節(jié)電、戰(zhàn)略性負(fù)荷增長^[7]。需求響應(yīng)(demand response，DR)是需求側(cè)管理的重要技術(shù)手段，指通過檢測用戶對價格或者激勵信號做出的響應(yīng)，繼而改變正常電力消費模式的過程^[8]，用戶可通過需求響應(yīng)項目，主動參與電網(wǎng)調(diào)度，提高用戶側(cè)經(jīng)濟效益的同時，輔助實現(xiàn)削峰填谷。

1  可聚合負(fù)荷

1.1  負(fù)荷分類

    隨著全球電力市場的發(fā)展，電力系統(tǒng)的利益主體逐步泛化，多類型需求側(cè)資源在電力系統(tǒng)運行等方面的作用正在被重新定義^[9]。含負(fù)荷、分布式電源以及儲能系統(tǒng)的廣義需求側(cè)資源^[10]能有效提高需求響應(yīng)的維度和彈性，可控制的負(fù)荷改變了傳統(tǒng)負(fù)荷被動、剛性、靜止的特點^[11]。負(fù)荷不再是電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，而成為含潛在收益的新型資源。

    文獻(xiàn)[12]從負(fù)荷特征的角度，將用戶負(fù)荷分為趨勢負(fù)荷、周期負(fù)荷及隨機負(fù)荷，文獻(xiàn)[13]將用戶負(fù)荷分解為習(xí)慣相關(guān)與氣候相關(guān)成分。文獻(xiàn)[14]將負(fù)荷按可計劃、可控、可監(jiān)視和可檢測分類，總結(jié)出多種用電場景，具有可推廣性。文獻(xiàn)[15]考慮居民用戶溫控負(fù)荷的差異性，提出了面向多類溫控負(fù)荷的聚合模型，并分析溫控負(fù)荷對DR項目的響應(yīng)效果。文獻(xiàn)[16]認(rèn)為民用負(fù)荷可分解為環(huán)境類與習(xí)慣類負(fù)荷，通過聚類和基于代理的分析模型得到HVAC、照明負(fù)荷以及4種家用負(fù)荷（洗衣烘干類，爐與烤箱類，洗碗機，廣播播放器類）的負(fù)荷曲線，進(jìn)而解決家用負(fù)荷能耗問題。文獻(xiàn)[17]對商業(yè)樓宇進(jìn)行了負(fù)荷分類，通過仿真分析獲得了商業(yè)負(fù)荷數(shù)量與負(fù)荷轉(zhuǎn)移效果之間的聯(lián)系和影響。

    文獻(xiàn)[11]將負(fù)荷分為不可平移、可平移和可削減負(fù)荷三類，文獻(xiàn)[9]將負(fù)荷分為三類，與生活密切相關(guān)的強制負(fù)荷，不可中斷但可延遲的可平移負(fù)荷，以及可中斷可延遲的可計劃負(fù)荷。文獻(xiàn)[18]討論了面向需求響應(yīng)的分散和集中負(fù)荷控制，分散控制與集中控制有效結(jié)合時才能獲得更好效果，對市場環(huán)境下負(fù)荷參與需求響應(yīng)提供了具體方法。

1.2  可聚合負(fù)荷

    由于負(fù)荷側(cè)資源單個容量較小、數(shù)量眾多、隨機性較強，直接參與電力批發(fā)市場并不現(xiàn)實^[19]。在眾多需求側(cè)負(fù)荷中，需求響應(yīng)更多地著眼于動態(tài)可控負(fù)荷。

    動態(tài)可控負(fù)荷是在一定的控制策略下或經(jīng)過簡單改造后可以靈活控制、快速調(diào)整負(fù)荷水平的用戶側(cè)負(fù)荷的統(tǒng)稱^[20]。大量的中小型動態(tài)可控負(fù)荷組合成邏輯上的需求側(cè)復(fù)合體，形成規(guī)模效應(yīng)，可實現(xiàn)這一過程的負(fù)荷統(tǒng)稱為可聚合負(fù)荷。則負(fù)荷聚合可定義為：將數(shù)量眾多的可調(diào)控性負(fù)荷資源整合為一個或多個容量大、可控制的邏輯聚合體。

    聚合體在啟動時間、持續(xù)時間、控制方式上具有相似性，由于容量遠(yuǎn)超單個用戶側(cè)負(fù)荷，將提升系統(tǒng)運行的可靠性，適應(yīng)調(diào)峰、調(diào)頻等多種場景。負(fù)荷聚合的目的主要包含三方面^[21]：（1）調(diào)度潛力巨大；（2）挖掘需求響應(yīng)潛力，提供多種輔助服務(wù)；（3）適應(yīng)系統(tǒng)需求。其優(yōu)勢在于，不僅能夠平抑間歇性能源負(fù)荷波動、降低系統(tǒng)峰谷差，而且與增加裝機容量相比，投資成本低，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

    文獻(xiàn)[21]對大量分散、隨機性高的負(fù)荷進(jìn)行集中建模，將負(fù)荷聚合分為主動聚合、被動聚合兩類，系統(tǒng)分析了各自的聚合對象和應(yīng)用場景。其中，主動負(fù)荷聚合的對象主要可分為：可轉(zhuǎn)移負(fù)荷、可中斷負(fù)荷、可平移負(fù)荷。

1.3  負(fù)荷聚合商的定義和作用

    發(fā)達(dá)國家提出一種新的專業(yè)化機構(gòu)，負(fù)荷聚合商^[22]（Load Aggregator，LA），是一個整合用戶需求響應(yīng)并提供給市場購買者的獨立組織，不僅可以為中小負(fù)荷提供參與市場調(diào)節(jié)的機會，還可以通過專業(yè)的技術(shù)手段充分發(fā)掘負(fù)荷資源，提供市場需要的輔助服務(wù)產(chǎn)品。

針對LA的定義，文獻(xiàn)[23]定義LA為一家公司，在提供需求響應(yīng)資源的電力終端用戶，以及想購買這些資源的電力系統(tǒng)參與者之間充當(dāng)中間人，使他們更多地有效參與電力市場。文獻(xiàn)[24]定義LA可以是“市政當(dāng)局或其他政府實體、能源服務(wù)提供商、調(diào)度協(xié)調(diào)者、配電公司、代表單一或許多負(fù)荷的其他實體”。

    文獻(xiàn)[21]在每次系統(tǒng)調(diào)度之前，LA從上級調(diào)度部門獲取分配的系統(tǒng)功率缺額并制定負(fù)荷增加削減目標(biāo)。用戶側(cè)可控性負(fù)荷的邏輯聚合體，以需求側(cè)響應(yīng)的方式參與系統(tǒng)運行，一方面可降低用戶的用電成本，還可以促進(jìn)間歇性能源消納，降低棄風(fēng)棄光率。

    市場環(huán)境下，LA作為電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)中間重要的協(xié)調(diào)機構(gòu)，可以是電網(wǎng)公司調(diào)度部門，也可以是市場環(huán)境下獨立的第三方機構(gòu)^[21]。LA的作用是：

    （1）LA提供的需求響應(yīng)整合服務(wù)可以延緩電源和輸配電線路的投資，降低發(fā)電成本[25]和用電成本，輔助系統(tǒng)削峰填谷，改善系統(tǒng)運行經(jīng)濟性；

    （2）LA作為中介機構(gòu)，可以整合用戶需求響應(yīng)資源并將他們引入市場交易，提高需求側(cè)閑置資源利用率，同時也為其他電力系統(tǒng)參與者帶來利益[22]；

    （3）傳遞價格信號，提高基于價格的需求響應(yīng)效率；

    （4）促進(jìn)可再生能源消納，提高系統(tǒng)對可再生能源的接納能力，降低棄風(fēng)棄光率。

2  負(fù)荷聚合商參與電力市場的框架設(shè)計

    負(fù)荷聚合商（LA）可以為具有潛在產(chǎn)品價值的需求響應(yīng)資源提供參與市場調(diào)節(jié)的機會，已由產(chǎn)品代理商發(fā)展成服務(wù)整合者^[22]。

    文獻(xiàn)[26]將LA定位于需求響應(yīng)市場的參與主體。圖1為LA參與電力市場的框架設(shè)計。

    LA作為一個重要的市場主體可以有選擇地進(jìn)入各種市場，負(fù)荷聚合技術(shù)是負(fù)荷聚合商的核心競爭力之一^[21]。文獻(xiàn)[19]作為市場主體之一的負(fù)荷聚合商，LA不僅經(jīng)營電能批發(fā)零售等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，還承擔(dān)著整合負(fù)荷側(cè)分布式電源和需求響應(yīng)資源、引導(dǎo)用戶有序用電、代表用戶與配電系統(tǒng)運營機構(gòu)(Distribution System Operator，DSO)通信等多重任務(wù)。

    文獻(xiàn)[26]在綜述中國和美國電力需求響應(yīng)的實施對象、市場手段和執(zhí)行方式，以及需求響應(yīng)效益分析基礎(chǔ)上，從參與主體、職責(zé)劃分等角度闡述了需求響應(yīng)市場建立初期的商業(yè)模式。提出了含兩個階段的適應(yīng)我國電力市場改革進(jìn)程的、面向電力需求側(cè)主動響應(yīng)的市場框架。第一階段注重厘清需求響應(yīng)產(chǎn)品的類型、競價與出清方式，批發(fā)市場與零售市場關(guān)系等，隨著市場改革的深入，市場秩序的逐步理順；第二階段的電力價格出現(xiàn)波動，這一階段將建立日前市場、實時市場，逐步豐富零售市場中的各類型需求響應(yīng)項目。

    隨著電力市場改革的不斷推進(jìn)，9號文明確提出在發(fā)電側(cè)和售電側(cè)開展有效競爭，培育獨立的市場主體，著力構(gòu)建主體多元、競爭有序的電力交易格局。隨著售電側(cè)主體多元化，文獻(xiàn)[27]售電主體將主導(dǎo)售電側(cè)的市場競爭，而LA就是其中一類新興的獨立售電主體。

    售電公司作為新興主體之一，在拓展用戶負(fù)荷上具有先天優(yōu)勢，或者說具備負(fù)荷聚合技術(shù)的第三方機構(gòu)可以整合升級為售電公司，二者在售電市場開放初期，可以作為共同體進(jìn)入售電側(cè)競爭市場。

3  我國負(fù)荷聚合商參與電力市場的運營機制

3.1  負(fù)荷聚合商的應(yīng)用場景

    負(fù)荷聚合在滿足經(jīng)濟層面要求的基礎(chǔ)上，需要在技術(shù)層面保證負(fù)荷聚合的可行性^[21]，技術(shù)層面的應(yīng)用體現(xiàn)在調(diào)頻、調(diào)峰、平抑可再生能源波動等方面，此外，LA作為一類市場主體對緩解電網(wǎng)高峰電量需求、減緩發(fā)輸電容量擴建具有重要的作用^[27]。

    LA可輔助制定用電計劃。文獻(xiàn)[19]基于可行性假設(shè)，提出了LA電能獲取策略的宏觀架構(gòu)，分別對分布式發(fā)電出力、日前電力批發(fā)市場電價的不確定因素建模，獲得LA電能獲取策略的不確定性模型。所建魯棒雙層優(yōu)化模型在支路容量、不確定因素等三種場景中仿真結(jié)果顯示，在兼顧經(jīng)濟性和風(fēng)險的情況下，可通過給定不同的魯棒程度要求，確定用電計劃和預(yù)期收益。

    LA可提高需求側(cè)用戶經(jīng)濟效益。文獻(xiàn)[28]以ＬＡ實時調(diào)度消除或減小用戶用電違約風(fēng)險為首要考慮因素，將微型燃?xì)廨啓C、儲能作為緊急性備用，次要考慮克服儲能成本的日前效益最大化，提出了的含宏觀層、微觀層的微網(wǎng)雙層調(diào)度結(jié)構(gòu)，微觀層將LA設(shè)置成總分結(jié)構(gòu)，從設(shè)計上提升了LA的整體響應(yīng)能力和消納分?jǐn)偰芰?。模型設(shè)置用電貢獻(xiàn)度和用電置信度兩個指標(biāo)表征不同類型負(fù)荷中，可中斷負(fù)荷的重要程度以及違約風(fēng)險。設(shè)置考慮用戶經(jīng)濟收入和用電意愿度的消納分?jǐn)倷?quán)值，通過仿真，分析了總分式LA對不同負(fù)荷在不同策略置信度情況下，微網(wǎng)運營成本、ＬＡ總成本和ＬＡ總收益影響之間的作用關(guān)系。

    微觀層決策過程顯示，各LA與用戶簽訂合同，從而獲取用戶的可中斷負(fù)荷用電決策權(quán)，從權(quán)責(zé)上界定各方權(quán)利和義務(wù)，保證可實施性。各LA以調(diào)度命令為目標(biāo)，根據(jù)用戶的消納分?jǐn)倷?quán)由高到低安排調(diào)度，以保證用戶的經(jīng)濟利益和LA的調(diào)度計劃可靠性

    LA可提升需求側(cè)響應(yīng)的激勵作用。文獻(xiàn)[27]將負(fù)荷分為峰荷、腰荷、基荷三類，通過仿真計算，獲得了不同的違約電量下的儲能配置容量，通過對等級劃分標(biāo)準(zhǔn)的影響分析，探討資源等級劃分及相應(yīng)的補償價格，進(jìn)而研究了市場機制設(shè)計對LA提升其資源等級的激勵引導(dǎo)作用。設(shè)置違約百分比分級表征不同LA違約情況，并制定相應(yīng)的等級化補償標(biāo)準(zhǔn)，以扶持、培育優(yōu)質(zhì)LA主體，體現(xiàn)了培育優(yōu)質(zhì)市場主體的改革思維。

3.2  負(fù)荷聚合商的商業(yè)模式

    文獻(xiàn)[26]將當(dāng)前中國電力市場架構(gòu)分為三個參與主體：政府（監(jiān)管者）、電網(wǎng)公司（電能供應(yīng)商）需求響應(yīng)提供商（需求響應(yīng)聚合商和電力用戶）、計入電力其他環(huán)節(jié)用戶。電力市場參與主體可分為：政府、電網(wǎng)公司、售電公司（電能批發(fā)商）、綜合能源服務(wù)公司、負(fù)荷聚合商、終端用戶。負(fù)荷聚合商與各主體關(guān)系如圖2所示。

    （1）LA與售電公司：具有配電網(wǎng)運營權(quán)的售電公司，可以有自己的配電設(shè)備和配電網(wǎng)絡(luò)，在配電區(qū)域內(nèi)與電網(wǎng)企業(yè)享有同等權(quán)利和責(zé)任，LA則不具備同等條件。LA基于負(fù)荷聚合技術(shù)，可向售電公司提供輔助服務(wù)等增值業(yè)務(wù)。

    （2）LA與電網(wǎng)公司：LA作為需求側(cè)主體之一，代表聚合后的部分終端用戶，可向電網(wǎng)公司提供削峰填谷等具有一定規(guī)模的需求側(cè)響應(yīng)，既輔助服務(wù)

    （3）LA與綜合能源服務(wù)公司：后者主要服務(wù)對象為園區(qū)、工業(yè)企業(yè)、大型公共建筑等，以能效診斷、節(jié)能改造為重點，LA的服務(wù)對象相對具體，為包含工業(yè)、商業(yè)、居民的可聚合負(fù)荷。

    可聚合負(fù)荷將決策權(quán)交付LA需簽訂交管合同，合同內(nèi)容應(yīng)包括^[7]（不限于）：合同有效期；調(diào)配時間；調(diào)配容量；補償費用。

4  我國負(fù)荷聚合商參與電力市場的關(guān)鍵問題

4.1  負(fù)荷聚合的量化模型及調(diào)控策略

    傳統(tǒng)上的負(fù)荷聚合，是將負(fù)荷的外部特性聚集后進(jìn)行集中調(diào)配，要想把負(fù)荷聚合與需求響應(yīng)相融合，對電網(wǎng)提供輔助服務(wù)，需從需求側(cè)、系統(tǒng)運營商和通信３個方面加以研究^[20]，同時，需考慮負(fù)荷聚合的不確定性^[21]，目前負(fù)荷聚合不確定性的研究成果較少。

    文獻(xiàn)[29]分析了居民負(fù)荷用電特點，將居民用戶負(fù)荷分為三類，以相鄰時段負(fù)荷方差最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立居民負(fù)荷雙層調(diào)度模型，考慮了居民用戶調(diào)度可行性，保證負(fù)荷削減偏差最小的同時，最大化負(fù)荷聚合商的利潤。算例仿真分析結(jié)果表明，所建立的分層調(diào)度模型可有效實現(xiàn)居民負(fù)荷的需求響應(yīng)，并使得電網(wǎng)公司、LA和用戶三方均受益。文獻(xiàn)[30]對空調(diào)系統(tǒng)的建模方法、空調(diào)負(fù)荷的聚合模型以及控制模式進(jìn)行了詳細(xì)綜述與分析，在空調(diào)負(fù)荷的調(diào)控策略中未考慮調(diào)度空調(diào)負(fù)荷對用戶舒適度的影響，對空調(diào)負(fù)荷的調(diào)度方式、合作方式等問題未加以論述。

    負(fù)荷聚合模型的運行控制是一個多變量（大量控制對象）、多目標(biāo)（如經(jīng)濟指標(biāo)最優(yōu)、用戶滿意度最高等）、非線性的動態(tài)隨機控制模型^[21]。目前聚合模型及其調(diào)配策略在實際負(fù)荷中的部署實施方面，還需要進(jìn)一步研究。

4.2  我國電力市場建設(shè)

    我國目前正處于電力市場改革起步階段，售電側(cè)市場運營機制尚未成熟，需求側(cè)響應(yīng)所需的智能電網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、高級量測體系等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用處于起步階段。LA作為重要的市場參與主體，在國內(nèi)尚未出現(xiàn)。LA整合需求側(cè)資源的技術(shù)手段和應(yīng)用尚處在理論研究階段，但是其應(yīng)用潛力將對電力系統(tǒng)的運行帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。在國內(nèi)推廣負(fù)荷聚合商，不僅需要理論和技術(shù)上的論證，還需要電力市場機制的不斷完善。我國應(yīng)加快售電側(cè)改革進(jìn)程，加快培育多市場主體，通過市場手段更好的優(yōu)化需求側(cè)響應(yīng)資源，建立有效的LA運營機制。

5  結(jié)論

    本文對LA的應(yīng)用場景、商業(yè)模式、關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析，構(gòu)建了LA參與的市場框架，對各市場主體的區(qū)別和業(yè)務(wù)范疇進(jìn)行了綜述。

    LA作為電力市場的重要市場主體，不僅為中小用戶提供參與需求側(cè)響應(yīng)的機會，改善需求側(cè)資源的經(jīng)濟型，還可以在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、可再生能源消等問題上提供輔助服務(wù)，降低電網(wǎng)建設(shè)和運營成本。我國這一重要領(lǐng)域目前處于空白期，雖然其潛力巨大，但是從理論研究走向工程實際還要依靠政策支持和我國電力市場大環(huán)境建設(shè)的不斷完善。

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作者信息:

湯慶峰，何成明，董少嶠

（國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，北京 100038）