2024年数智技术提升需求侧资源灵活性——路径与典型实践报告

专题报告 数智技术提升需求侧资源灵活性 ——路径与典型实践 电力圆桌项目课题组 2024年10月 电力圆桌项目 电力圆桌（全称电力可持续发展高级圆桌会议）项目于2015年9月启动，旨在紧扣应对气候变化、调整能源结构的国家战略，邀请业内专家和各利益方参与，共同探讨中国电力部门低碳转型的路径和策略。通过建立一个广泛听取各方意见的平台机制，电力圆桌将各方关心的、有争议的、目前决策困难的关键问题提交到平台讨论，选出核心问题委托智库开展高质量研究，并将研究成果和政策建议提交到平台征求意见，从而支持相关政策的制定和落地，推动中国电力行业的改革和可持续发展，提高电力行业节能减排、应对气候变化的能力。 项目课题组 中国电力科学研究院（简称中国电科院）成立于1951年，是国家电网公司直属科研单位，是中国电力行业多学科、综合性的科研机构。中国电力科学研究院主要从事超/特高压交直流输变电技术、电网规划分析及安全控制技术、输变电工程设计与施工技术、配用电技术以及新能源、新材料、电力电子、信息与通信、能效测评及节能等技术的研究。 CoverImage@Freepik 所使用的方正字体由方正电子免费公益授权 数智技术提升需求侧资源灵活性 ——路径与典型实践 DigitalIntelligenceTechnologytoEnhanceDemand-SideResourceFlexibility:PathandTypicalPractice 2024年10月 目录 摘要1 1.背景3 1.1新型电力系统数智技术的发展背景3 1.2数智化技术融合现实意义4 2.需求侧数智化技术融合方案6 2.1需求侧数智化技术的目标6 2.2需求侧数智化技术的实施路径8 3.需求侧分场景参与电网互动的数智化方案11 3.1工业用户参与电网互动11 3.2商业用户参与电网互动13 3.3居民用户参与电网互动15 3.4电动汽车参与电网互动17 3.55G基站和数据中心参与电网互动19 4.需求侧数智化的评价指标与应用案例22 4.1需求侧数智化评价指标体系22 4.2送端电网的虚拟电厂平台数智化改造实践—宁夏案例24 4.3受端电网的虚拟电厂平台数智化改造实践—重庆案例26 5.数智技术提升需求侧资源灵活性面临的挑战与建议29 5.1研究发现29 5.2面临的挑战30 5.3发展建议32 参考文献33 作者与鸣谢35 摘要 在“双碳”目标背景下，我国作为新能源装机大国，新能源并网规模不断增长，波动频度和幅度显著增加。同时，十四五以来，分布式光伏、用户侧储能、虚拟电厂等需求侧产销一体化资源超常规发展，多地区用电负荷屡创新高，源荷双随机特性导致传统源侧、网侧调节资源已经难以满足新型电力系统灵活性调节需求，亟需打造数智化坚强电网，推进数智化技术赋能需求侧以提升电网灵活性，进而保障电网安全运行和电力可靠供应。 本报告以提升需求侧资源灵活性为切入点，基于需求侧可调节资源实施运行调控的“感-传-算-控”技术路线，设计了需求侧可调节资源参与电网互动的全流程数智化实施路径。报告系统分析了各场景下数智化技术提升需求侧灵活性的创新支撑作用与应用案例。同时，在评价数智化技术应用效果时，报告提出了一系列核心指标，包括响应率、响应速度、经济性、可靠性、用户体验和环境效益，并对宁夏和重庆的虚拟电厂平台建设情况作为数智化提升需求侧灵活性典型案例进行了分析，展示了数智化技术在实际应用中取得的成效。最后，报告指出了数智技术在提升需求侧资源灵活性方面面临的挑战与机遇，并提出了发展建议。 具体来看，分场景的数智化技术应用如下： 对于工业用户，数智化技术可以有效分析各设备提供的数据，进而得出用户用电行为模式，从而得到用户典型用电模式，可以合理规划用电安排，一方面实现能耗管理、节能减排，另一方面实现工业需求侧设备参与电网互动的价值。 对于商业用户，数智化技术可以通过电网调峰平台实现所有参与电网调峰的空调负荷的优化组合，通过刚性调控与柔性调控相结合，以得到理想的空调负荷调峰曲线，从而破解商业负荷参与电网调度中的难点，即处理温度与负荷之间的关系。 对于居民用户，数智化技术可以根据电网调节需求，提前生成诸如电热水器、空调等家用电器的运行曲线，从而实现海量居民设备的规范化互动。 对于电动汽车用户，数智化技术既可以提升电动汽车充电负荷的预测精准度，又可以精准调控储能电池的充放电曲线，从而实现电动汽车与电网的互动调节。 对于5G基站和数据中心，数智化技术可以实现智能设备的功耗管理，根据实时负载、结合不同时间尺度和空间尺度的功耗管理技术，实现5G基站功耗的最优管理，同时也可增强数据中心与电网的双向互动能力。 1背景 1.1新型电力系统数智技术的发展背景 我国为实现“3060双碳”目标，正在加快建设新型能源体系和新型电力系统，而数字化智能化道路是必然选择。通过打造数智化坚强电网，可以推动传统电力系统转型升级和高质量发展，并保障电网安全运行和电力可靠供应。 电力系统的运行在需求侧不断涌现出新主体和新形态，包括分布式可再生能源、微电网、电动汽车等大规模接入，这些需求侧资源一方面给电力系统带来挑战，比如导致发用电峰谷期不匹配、凸显可再生能源季节性消纳难题、部分地区弃电与缺电现象交替出现、负荷曲线呈现出“双峰双谷、峰上加峰”等多种极端局势，另一方面也为应对挑战提供了机遇。国家高度重视需求侧资源的作用，2023年修订的《电力需求侧管理办法》中提出用户侧需求响应目标为最大负荷的3-5%，2024年发布的《加快构建新型电力系统行动方案》中提出具备条件的地区响应能力达到最大负荷的10%。 数智化技术与需求侧资源的深度耦合应用，为提升新型电力系统的智能化和灵活性提供新思路。先进的数据分析、人工智能算法以及物联网技术的应用，不仅能够深入挖掘需求侧的灵活调节潜力，使得电力用户的用电行为以及分布式能源等资源得到精细化管理和高效化利用，从而实现电力供需的高效匹配，推动能源利用效率的不断提升。 1.2数智化技术融合现实意义 目前部分数字化、智能化和先进通信技术虽然已在需求侧领域开展了典型应用，但是关键挑战在于对用户侧资源的精准感知和高效调用不足，仍面临着电网需求侧资源智能协同软硬件体系不完备，“感-传-算-控”的技术体系仍不健全，难以形成全业务环节的支撑工具体系等多种技术瓶颈。 数智化技术通过运用大数据、云计算、人工智能等前沿科技，能够实现对需求侧资源的实时监测、精准预测和智能调度，从而使其在电力供需平衡、电网稳定运行以及新能源消纳等方面发挥更加积极的作用。这一融合应用不仅有助于优化资源配置，提高能源利用效率，更为构建清洁低碳、安全高效的新型电力系统提供了强有力的技术支撑和保障。用户侧可调节资源的数智化技术融合，包括提升用户侧可调节资源数字化、智能化、安全化调节能力，这是实现用户侧资源“可观、可测、可调、可控”的核心抓手。技术框架如图1-1所示。 数智化技术融合 数字化 智能化 自动化 安全化 电网紧急调频调峰 区块链数据储存 边端分布式控制 云端全局优化 报量报价策略 电力电量负荷预测 数字孪生仿真模拟 潜力分析及安全 潜力分析及安全 数字孪生仿真模拟 电力电量负荷预测 报量报价策略 云端全局优化 边端分布式控制 区块块链数据储存 电网紧紧急调频调峰 图1-1数智化技术融合框架 数字化方面，推动数据驱动技术深度参与需求侧可调节资源的潜力分析与挖掘。构建数据中台，充分挖掘原有静态属性数据库，并不断导入运行数据，形成动态数据库，基于 大量数据来构建需求侧可调资源负荷特性模型，通过数据聚类分析不同行业/企业的避峰、迎峰等特性，获取其可移峰、移时的潜力。 智能化方面，推进先进人工智能与智能决策技术深度参与需求侧灵活性资源负荷预测与报量报价策略。基于人工智能算法，通过对历史负荷数据的深度学习和分析，捕捉到负荷变化的复杂规律，从而实现对未来负荷的精准预测。同时，面向调峰、调频等多元市场需求，基于预测出清电价、博弈论和自适应学习的报量报价策略，引导需求侧可调节负荷资源经济、高效参与电网互动。 自动化方面，融合云边协同、边缘计算技术充分参与需求侧资源调控与灵活性提升。构建海量数据下分布式协同互动调度与运行控制技术体系，实现海量分散资源的灵活快速响应支撑。在云侧，制定动态决策的云侧互动运行策略，促进调峰调频需求下云侧主体间的协作互动与功率支持。在边缘侧，应用边缘计算技术将每个需求侧灵活性资源作为决策参与者，取代传统的中心化决策方案，这样更有利于实现需求侧灵活性资源的合理调控。 安全化方面，要求信息安全、隐私保护等技术参与到需求侧资源资源参与电网互动的可靠保障中来。通过区块链数据储存技术来拓展数据存储空间、提升数据传输的时效性，以区块链技术为基础对信息存储安全管理系统进行充分改进，进而可以更好地保证需求侧用电安全问题和用户数据安全。 2 需求侧数智化技术融合方案 2.1需求侧数智化技术的目标 数智化在数据采集方面，要实现的目标包括精准感知、数据共享、数据安全。首先，通过全面感知能力，利用智能电表和传感器实现对配用电环节的实时监控，为电网和负荷聚合商提供了详尽的运行态势图。其次，数据集成与共享机制建立了统一的数据平台，消除信息孤岛，增强了信息透明度和协同效应。云计算和边缘计算技术，使得配用电侧能够快速响应并处理海量数据，提升了互动运行效率和可靠性。同时，兼顾保障数据安全与隐私是数智化的基本原则，通过技术手段和法律政策确保用户数据的保护，增强了用户对数智化“感-传-算-控”系统的信任。 数智化在潜力分析方面，要实现的目标有资源的最优配置、增强电力需求侧系统的适应性、提升需求侧参与电网互动的灵活性和智能性。首先，它通过高级数据分析技术来深化需求侧资源的潜力识别，从而优化资源的高效配置，精准、动态调整供需平衡，并实现从多类型需求侧资源群体的最优调度。其次，数智化技术提升了电力需求侧系统的适应性，使其能够快速响应外部变化，如天气变化或市场波动。最后，它通过实时监控和预测分析来提前采取措施，实现潜力测算的实时动态调整和精准化交易，提高需求侧参与电网互动的灵活性和智能性。 本报告来源于三个皮匠报告站（www.sgpjbg.com）,由用户Id:529794下载,文档Id:177848,下载日期:2024-10-16 数智化在响应效果评估方面，要实现的目标是需求侧资源参与电网互动效果的精确评估和动态激励，全面提升需求侧参与电网互动的稽核能力。首先，它通过实时数据收集和分析，量化用户的参与程度和节能效果，向电网、负荷聚合商和用户提供反馈，优化需求侧响应策略。同时，通过个性化反馈和激励机制，增强用户参与需求侧管理的积极性，使用户能够根据直观信息和定制化建议，主动调整用电模式。 数智化在需求侧资源聚合方面，要解决的挑战是构建一个高度集成和协同工作的网络，这个网络能够高效地管理和调度分散的需求侧资源，如分布式储能、智能楼宇和虚拟电厂等。通过这种聚合，电网的调节能力和韧性可以得到显著增强，同时提升电网运行的灵活性和响应速度。数智化技术优化了能源调度策略，利用先进的优化算法和人工智能技术自动计算出最佳的电力资源分配方案，不仅考虑了电网的实时运行状态，还兼顾了用户的用电偏好和市场电价信号，以实现经济效益和社会效益的最大化。感知数据融合方法如图2-1所示。 后融合 决策层2 决策层1 识别结果 识别结果 决策层 中融合 前融合 数据层2 数据层1 数据源 数据源 特征层2 特征层1 特征提取 特征提取 特征层 数据层 图2-1感知数据融合方法 2.2需求侧数智化技术的实施路径 实施路径方面，总体技术路线为：通过云管边端架构，依托数字孪生的数字物理平台实现对海量灵活性资源的实时控制、感知监测、信息通信、智能决策和网络安全支撑，推动终端可调节资源的实时监测、聚合调控、可信调用。基于需求侧可调节资源实施运行调控的“感-传-算-控”技术路线，设计了需求侧可调节资源参与电网互动的全流程数智化实施路径，如图2