供給側(cè)改革背景下DG-MG-DN廣域多維運(yùn)營互動(dòng)模式及關(guān)鍵技術(shù)

曾鳴，韓旭，李源非，李冉，隆竹寒，于輝，楊雍琦

(1．華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京市 102206；2．中國電力科學(xué)研究院，北京市 100192)

供給側(cè)改革背景下DG-MG-DN廣域多維運(yùn)營互動(dòng)模式及關(guān)鍵技術(shù)

曾鳴1，韓旭1，李源非1，李冉1，隆竹寒1，于輝2，楊雍琦1

(1．華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京市 102206；2．中國電力科學(xué)研究院，北京市 100192)

供給側(cè)改革是我國當(dāng)前宏觀經(jīng)濟(jì)的核心內(nèi)容和各行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的主攻方向。分布式電源(distributed generation，DG)與微電網(wǎng)(micro grid，MG)以其獨(dú)特的物理經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，將成為能源電力行業(yè)供給側(cè)改革的重要突破口。首先分析供給側(cè)改革背景下DG、MG與配電網(wǎng)(distribution network，DN)運(yùn)營互動(dòng)的內(nèi)涵、目標(biāo)和主要問題；其次研究大規(guī)模并網(wǎng)背景下DG-MG-DN的運(yùn)營互動(dòng)模式，在已有的“自發(fā)自用，余量上網(wǎng)”模式的基礎(chǔ)上，引入一種基于系統(tǒng)貢獻(xiàn)值評(píng)價(jià)的逐級(jí)分?jǐn)偸郊?lì)機(jī)制；最后，從能量傳遞、信息交互和利益分享3個(gè)角度研究了支撐DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)并提出了未來研究建議。

供給側(cè)改革；分布式電源(DG)；微電網(wǎng)(MG)；運(yùn)營互動(dòng)

0 引 言

2015年11月，習(xí)近平總書記首次提出了“供給側(cè)改革”的概念。同年12月召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議對(duì)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的理論依據(jù)及具體實(shí)踐進(jìn)行了全面的闡述，從頂層設(shè)計(jì)、政策措施直至重點(diǎn)任務(wù)，做了全方位部署[1]。供給側(cè)改革，就是從提高供給質(zhì)量出發(fā)，用改革的辦法推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，通過創(chuàng)新供給結(jié)構(gòu)引導(dǎo)需求的結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級(jí)，推動(dòng)供需匹配，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展。供給側(cè)改革是目前我國宏觀經(jīng)濟(jì)管理的核心內(nèi)容和各行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的主攻方向[2]。具體到能源電力行業(yè)的供給側(cè)改革，其目標(biāo)主要有2個(gè)層次：第1個(gè)層次是通過能源供給結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高能源供應(yīng)效率和清潔能源利用效率，推動(dòng)節(jié)能減排工作的開展；第2個(gè)層次是通過供需雙側(cè)的協(xié)調(diào)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整體能源電力供給消費(fèi)系統(tǒng)的升級(jí)，使能源電力行業(yè)更好地發(fā)揮其對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐作用[3]。

分布式電源(distributed generation，DG)和微電網(wǎng)(micro grid，MG)是近年來我國電力系統(tǒng)理論和技術(shù)研究重點(diǎn)發(fā)展方向[4]。目前國內(nèi)外關(guān)于DG和MG的研究主要集中在規(guī)劃層面[5-7]、調(diào)度層面[8-11]和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)層面[12-15]，而在基于電量交易和利益分享的DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)層面的研究成果較少。文獻(xiàn)[16]提出了代管運(yùn)營和獨(dú)立運(yùn)營2種MG技術(shù)運(yùn)營模式，但是該研究成果形成較早，沒有考慮我國目前售電側(cè)放開的趨勢。并且，現(xiàn)階段環(huán)境下，為了充分發(fā)揮DG和MG在能源電力行業(yè)供給側(cè)改革的突破口作用，在技術(shù)基礎(chǔ)之外還需要充分考慮DG-MG-DN之間的關(guān)系，從廣域的角度建立科學(xué)的、可行的、考慮時(shí)空的多維運(yùn)營互動(dòng)模式，從而充分發(fā)揮用戶及DG-MG-DN投資和運(yùn)營商的主觀能動(dòng)性，推動(dòng)我國能源電力事業(yè)的整體發(fā)展。

基于上述背景，本文對(duì)供給側(cè)改革背景下DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)模式展開研究。在分析DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)的目標(biāo)與問題的基礎(chǔ)上，提出一種基于逐級(jí)分?jǐn)偧?lì)機(jī)制的DG-MG-DN廣域多維運(yùn)營互動(dòng)模式，分析研究其模式機(jī)制、運(yùn)行流程和關(guān)鍵技術(shù)，并提出相應(yīng)政策建議和展望，為供給側(cè)改革背景下DG-MG-DN協(xié)調(diào)發(fā)展探索新的途徑。

1 供給側(cè)改革背景下DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)的目標(biāo)與問題

供給側(cè)改革的提出直接推動(dòng)了多元化發(fā)電形式，為我國DG和MG的進(jìn)一步發(fā)展提供了良好契機(jī)，而能源電力行業(yè)的供給側(cè)改革也為DG-MG-DN之間的運(yùn)營互動(dòng)明確了發(fā)展方向。在供給側(cè)改革背景下，如何實(shí)現(xiàn)DG與MG系統(tǒng)的能效自主優(yōu)化并促進(jìn)相關(guān)運(yùn)營商或用戶主動(dòng)參與系統(tǒng)的全局優(yōu)化運(yùn)行，是在構(gòu)建供給側(cè)改革背景下DG-MG-DN的運(yùn)營互動(dòng)模式時(shí)應(yīng)解決的關(guān)鍵問題。目前看來這一問題的解決需要突破2個(gè)瓶頸，一是由于輔助服務(wù)市場的缺失，大多數(shù)的DG與MG運(yùn)營商在滿足了其所屬子系統(tǒng)內(nèi)部能量平衡的基礎(chǔ)上并沒有足夠的意愿去參與整個(gè)電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行[17]；二是由于大多數(shù)DG和MG采用的都是如熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)廨啓C(jī)、分散式風(fēng)電和光伏等國家近期鼓勵(lì)發(fā)展的技術(shù)[18]，短期內(nèi)不會(huì)面臨技術(shù)淘汰的風(fēng)險(xiǎn)，因而也沒有自主優(yōu)化運(yùn)行方式或開展技術(shù)革新從而獲得更高能效的動(dòng)力。

針對(duì)上述情況，為了強(qiáng)化統(tǒng)一調(diào)度，激發(fā)用戶和運(yùn)營商的積極性，本文在“自發(fā)自用，余量上網(wǎng)”模式的基礎(chǔ)上，引入一種基于系統(tǒng)貢獻(xiàn)值評(píng)價(jià)的逐級(jí)分?jǐn)偸郊?lì)機(jī)制。該機(jī)制的核心是，在DG-MG-DN進(jìn)行電量交易的基礎(chǔ)互動(dòng)行為框架之外，從系統(tǒng)調(diào)度和能量平衡的角度入手，通過追溯全局系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的成因，評(píng)價(jià)系統(tǒng)中各能量單元對(duì)全局運(yùn)行做出的“貢獻(xiàn)”，并通過經(jīng)濟(jì)激勵(lì)進(jìn)行逐級(jí)反饋，從而刺激DG與MG自發(fā)優(yōu)化運(yùn)行模式，服務(wù)全局最優(yōu)，提升自身能效。

2 基于激勵(lì)分?jǐn)倷C(jī)制的DG-MG-DN廣域多維運(yùn)營互動(dòng)模式

2.1 單能量單元自優(yōu)化平衡與交互協(xié)作模式

單能量單元自優(yōu)化平衡是并網(wǎng)運(yùn)行的DG和MG一方面通過其內(nèi)部的電源機(jī)組，另一方面通過和DN的功率交換，以維持系統(tǒng)內(nèi)部的能量平衡、頻率穩(wěn)定，并盡可能地優(yōu)化運(yùn)行能效，提升經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。供給側(cè)改革中“供需匹配”的核心思路仍然適用于電力系統(tǒng)的調(diào)度和運(yùn)營，因此在供給側(cè)改革背景下，各能量單元在自由化平衡的基礎(chǔ)上，更加注重交互協(xié)作理念，一方面通過需求側(cè)管理，激發(fā)用戶用電需求并引導(dǎo)用戶參與DG的優(yōu)化平衡，促進(jìn)用戶行為向有利于單能量單元平衡的方向轉(zhuǎn)變；另一方面通過供給側(cè)優(yōu)化，配置分布式光伏、風(fēng)電等機(jī)組，結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)等具有靈活調(diào)節(jié)能力的機(jī)組，通過機(jī)組間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)，在滿足能量平衡的基礎(chǔ)上為用戶提供經(jīng)濟(jì)、清潔的能源；同時(shí)，通過相關(guān)儲(chǔ)能設(shè)施和設(shè)備，進(jìn)一步滿足“供需匹配”，促進(jìn)供需雙側(cè)交互協(xié)作。此外，DG和MG還可以根據(jù)日前、時(shí)前市場的電價(jià)波動(dòng)，自主作出向DN買賣電量的決策，以進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益。能量單元自優(yōu)化平衡模式機(jī)制如圖1所示。

2.2 多能量單元廣域多維協(xié)同互動(dòng)運(yùn)行模式

多能量單元協(xié)同互動(dòng)的實(shí)質(zhì)和目的，是將各類DG、MG看成整體能量單元，通過自發(fā)式或指令式的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)廣域多維的協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行。

具體而言，以DG、MG與DN的并網(wǎng)結(jié)點(diǎn)作為研究對(duì)象，以此結(jié)點(diǎn)的潮流識(shí)別作為DG和MG在并網(wǎng)時(shí)的特性曲線[19]。由于DG和MG都同時(shí)具有電力生產(chǎn)和電力消費(fèi)的屬性，這些能量單元相對(duì)于DN而言可以在負(fù)荷、電源模式之間相互切換，而在考慮用戶負(fù)荷和機(jī)組處理的變化之后，其作為整體負(fù)荷或電源的規(guī)模也具有動(dòng)態(tài)特性，因此并網(wǎng)中的DG和MG在不同程度上都具備可調(diào)控、可調(diào)度潛力。

基于上述分析，多能量單元廣域多維協(xié)同互動(dòng)運(yùn)行模式，即將DN分為若干控制載體，并在每一載體配置人工/智能調(diào)度體，每一部分的調(diào)度體根據(jù)該部分全局最優(yōu)的目標(biāo)，對(duì)其中的一般電源、DG、MG下發(fā)優(yōu)化調(diào)度信號(hào)，由后者調(diào)整自身的電源、負(fù)荷特性協(xié)同調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)。此外，各部分上層還可以設(shè)置更為高階的調(diào)度體進(jìn)行全局最優(yōu)調(diào)度并將指令逐級(jí)下發(fā)到子部分，各子部分在調(diào)度指令的約束下，分級(jí)優(yōu)化自身轄區(qū)內(nèi)的運(yùn)行情況。多能量單元協(xié)同互動(dòng)機(jī)制如圖2所示。

圖2 多能量單元廣域協(xié)同互動(dòng)運(yùn)行模式機(jī)制圖

2.3 系統(tǒng)貢獻(xiàn)值評(píng)價(jià)與激勵(lì)分?jǐn)倷C(jī)制

2.3.1 系統(tǒng)貢獻(xiàn)值定義

目前DG、MG的發(fā)展仍然處于初級(jí)階段，在該階段中，保持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行是DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)的基礎(chǔ)，提升清潔能源的消納量并使各主體綜合效益最大化是DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)發(fā)展的目標(biāo)[20]。因此，本文重點(diǎn)從以下2個(gè)方面定義DG和MG的系統(tǒng)貢獻(xiàn)值。

(1)調(diào)度貢獻(xiàn)值。調(diào)度貢獻(xiàn)值可以從削峰填谷的角度直觀理解。將并入DN的各能量單元在并網(wǎng)電的標(biāo)幺功率曲線與DN的標(biāo)幺負(fù)荷曲線進(jìn)行對(duì)比(分別取功率、負(fù)荷的平均值作為基準(zhǔn)值)，把能量單元曲線與DN曲線趨勢相反或相對(duì)于DN曲線幅度較小的部分定義為能量單元對(duì)系統(tǒng)調(diào)度的貢獻(xiàn)，如圖3(a)中的陰影部分；把能量單元曲線相對(duì)于DN曲線幅度更大的部分定義為系統(tǒng)調(diào)度的負(fù)擔(dān)(即負(fù)貢獻(xiàn))，如圖3(b)中的陰影部分。

圖3 調(diào)度貢獻(xiàn)與負(fù)貢獻(xiàn)圖示

(2)清潔能源消納貢獻(xiàn)值。清潔能源消納貢獻(xiàn)值目前只考慮清潔能源型的DG和內(nèi)部含有清潔能源電源的MG，并且對(duì)于每種電源的貢獻(xiàn)值測算分開進(jìn)行。在具體測算中，根據(jù)一定區(qū)域內(nèi)某種清潔能源機(jī)組的裝機(jī)容量和一定周期內(nèi)的發(fā)電量算出該期內(nèi)該區(qū)域該類型機(jī)組的平均利用小時(shí)數(shù)，同時(shí)測算各機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)。各機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)與區(qū)域機(jī)組平均利用小時(shí)數(shù)的差值即為清潔能源消納貢獻(xiàn)值。

2.3.2 激勵(lì)分?jǐn)倷C(jī)制

激勵(lì)分?jǐn)偟乃悸房梢愿爬椤胺?wù)者獲利，享受者付費(fèi)”[21]。圖4所示是基于系統(tǒng)貢獻(xiàn)值評(píng)價(jià)與激勵(lì)分?jǐn)倷C(jī)制的DG-MG-DN廣域多維運(yùn)營互動(dòng)模式圖。圖4中，DG1為一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組，通過其靈活運(yùn)行的特性為系統(tǒng)提供了“調(diào)峰服務(wù)”，具有較大的調(diào)度貢獻(xiàn)值。因此，DN根據(jù)2.3.1節(jié)中的定義對(duì)DG1提供調(diào)度激勵(lì)。DG2是一個(gè)風(fēng)電機(jī)組，其出力具有較強(qiáng)的不確定性，需要DN向其提供“調(diào)峰服務(wù)”，因此，DG2需要向DN支付相關(guān)的激勵(lì)費(fèi)用(或認(rèn)為DG2在調(diào)峰方面的激勵(lì)為負(fù)值)；但另一方面，DG2消納了大量風(fēng)能，具有清潔能源消納貢獻(xiàn)值，因此DN需要同時(shí)向其提供清潔能源消納激勵(lì)。綜上，DG2受到的激勵(lì)總額為調(diào)度激勵(lì)和清潔能源激勵(lì)的總和。對(duì)MG整體的激勵(lì)和對(duì)DG的激勵(lì)過程相同。但是在MG中需要將整體激勵(lì)進(jìn)一步分配至MG中的各能量單元上，即將MG系統(tǒng)曲線視作DN曲線，將MG中的DG和儲(chǔ)能設(shè)備視作直接并入DN的DG，按照系統(tǒng)貢獻(xiàn)值對(duì)MG中的DG和儲(chǔ)能逐一進(jìn)行激勵(lì)。

2.4 DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)整體流程

在單能量單元自優(yōu)化平衡與交互協(xié)作模式、多能量單元廣域多維協(xié)同互動(dòng)運(yùn)行模式、系統(tǒng)貢獻(xiàn)值評(píng)價(jià)與激勵(lì)分?jǐn)偔h(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，為了提高供給側(cè)改革的引導(dǎo)作用，本文所提出的DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)整體流程包括機(jī)制參數(shù)設(shè)計(jì)、運(yùn)行評(píng)價(jià)激勵(lì)、系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化3個(gè)主要階段，并與下文提出的關(guān)鍵技術(shù)緊密銜接，如圖5所示。

(1)機(jī)制參數(shù)設(shè)計(jì)階段。在已有的DG-MG-DN規(guī)劃結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)運(yùn)營互動(dòng)機(jī)制中的主要初始參數(shù)。一方面，結(jié)合規(guī)劃區(qū)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)或同類電網(wǎng)、機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的標(biāo)幺曲線和系統(tǒng)平均利用小時(shí)數(shù)。另一方面，根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)、電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷大小和波動(dòng)幅度水平等因素設(shè)計(jì)調(diào)度貢獻(xiàn)值和清潔能源消納貢獻(xiàn)值在轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)激勵(lì)時(shí)的比例關(guān)系。為應(yīng)對(duì)特殊運(yùn)行情況，相關(guān)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)、激勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)也可以由DN運(yùn)營商和DG、MG運(yùn)營商一對(duì)一進(jìn)行協(xié)商。

(2)運(yùn)行評(píng)價(jià)激勵(lì)階段。DN中的各能量單元在運(yùn)行時(shí)，一方面以能量單元自優(yōu)化平衡模式保障自身的能量平衡并提升能效；另一方面接受DN的實(shí)時(shí)信息，盡可能地參與系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行，以在爭取獲得激勵(lì)的同時(shí)推動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化。由DN運(yùn)營商牽頭，按照月度或者季度周期對(duì)系統(tǒng)整體和系統(tǒng)中各能量單元的運(yùn)行情況進(jìn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的整合與評(píng)價(jià)，并按照2.3節(jié)中的方式對(duì)系統(tǒng)中的DG、MG以及其中的各類能量單元進(jìn)行激勵(lì)。

圖4 基于激勵(lì)分?jǐn)倷C(jī)制的DG-MG-DN廣域多維運(yùn)營互動(dòng)模式

圖5 DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)整體流程

(3)系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化階段。對(duì)DG和MG的激勵(lì)將直接改變其運(yùn)營成本，并最終通過成本價(jià)格機(jī)制分?jǐn)偟竭\(yùn)營商和用戶身上。顯然，這將能夠有效刺激DG和MG參加系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。一方面，DG和MG中的運(yùn)營商將通過軟硬件升級(jí)提升自身的調(diào)度水平；另一方面，用戶會(huì)更為主動(dòng)地參與需求響應(yīng)、可中斷負(fù)荷等機(jī)制中去。系統(tǒng)隨著運(yùn)行周期的增加，動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)營互動(dòng)模式中的運(yùn)行和激勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)以持續(xù)提升系統(tǒng)運(yùn)營水平。

可以預(yù)見，在若干運(yùn)營周期之后，將會(huì)有機(jī)組、調(diào)度水平較為落后的DG和MG被更為先進(jìn)的機(jī)組和運(yùn)營商取代。至此，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自主適應(yīng)和持續(xù)優(yōu)化。綜上所述，本文所提出的基于分?jǐn)偧?lì)機(jī)制的DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)模式能夠促進(jìn)供需雙側(cè)都參與系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化，同時(shí)還能通過反饋和淘汰機(jī)制的引入實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供給側(cè)的自適應(yīng)發(fā)展，符合國家層面、能源電力行業(yè)層面供給側(cè)改革的總體思路。

3 DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)

為支撐DG-MG-DN在能量傳遞、信息交互、利益分享等層面運(yùn)營互動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，需要在現(xiàn)有的DG、MG相關(guān)的技術(shù)框架中嵌套更為先進(jìn)的信息物理技術(shù)，強(qiáng)化DG-MG-DN系統(tǒng)的信息能量聯(lián)系；同時(shí)，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)和系統(tǒng)成本分析技術(shù)也相應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)變發(fā)展。

3.1 能量-信息流廣域多維耦合傳導(dǎo)技術(shù)

單能量單元交互協(xié)作以及多能量單元協(xié)同互動(dòng)運(yùn)行需要在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的信息采集、傳輸、分析與決策的支持，主要包括電能信息采集控制系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測分析系統(tǒng)、超短期負(fù)荷與潮流預(yù)測分析系統(tǒng)等[22]。這些系統(tǒng)的核心目的就是在DG-MG-DN之間實(shí)現(xiàn)能量流和信息流的廣域多維耦合傳導(dǎo)，從而使系統(tǒng)中的DG-MG-DN運(yùn)營商和調(diào)度部門能夠及時(shí)把握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)自身的運(yùn)行策略進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

結(jié)合目前能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，未來“能量路由”將成為能量-信息流廣域多維耦合傳導(dǎo)技術(shù)的重點(diǎn)攻關(guān)方向?！澳芰柯酚伞北徽J(rèn)為是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心部件，需承擔(dān)能源單元互聯(lián)、DG與MG單元的互聯(lián)、能源質(zhì)量監(jiān)控和調(diào)配、信息通信保障以及維護(hù)管理等功能[23]?？梢?，DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)中的能量-信息流耦合傳導(dǎo)場景將成為“能量路由”在電網(wǎng)層面的重要基礎(chǔ)應(yīng)用。

3.2 供需協(xié)同-多級(jí)聯(lián)動(dòng)的電力系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)

在供給側(cè)改革“供需匹配”的思路下，通過供需雙側(cè)有效協(xié)作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)和資源優(yōu)化配置是DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)的重要目標(biāo)[24]。為此，分布式電壓和MG需要加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部資源的調(diào)度，不僅包括各類電源和儲(chǔ)能設(shè)備，還應(yīng)包括需求響應(yīng)資源和可中斷負(fù)荷資源[25]，即實(shí)現(xiàn)“供需協(xié)同”。同時(shí)，雖然DG對(duì)MG和DN不存在直接的調(diào)度關(guān)系，但由于DN掌握系統(tǒng)全局運(yùn)行信息，因此DN向各能量單元傳遞虛擬調(diào)度信號(hào)并由后者進(jìn)行匹配將會(huì)有效改善電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。此外，當(dāng)某區(qū)域DN出現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，也需要更高層級(jí)電網(wǎng)對(duì)其它區(qū)域的DN下發(fā)調(diào)度指令以確保全局系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，電力系統(tǒng)的各層級(jí)之間應(yīng)建立調(diào)度信息傳導(dǎo)反饋機(jī)制，即實(shí)現(xiàn)“多級(jí)聯(lián)動(dòng)”。

供需協(xié)同方面，國內(nèi)外目前主要研究成果針對(duì)的是需求響應(yīng)資源的調(diào)度。包括，以經(jīng)濟(jì)效益最大化、清潔能源消納最大化、峰谷波動(dòng)最小化為目標(biāo)的DN、MG調(diào)度[26]。多級(jí)聯(lián)動(dòng)方面，目前我國圍繞“整體協(xié)調(diào)，分級(jí)優(yōu)化”的思路在國家級(jí)、區(qū)域級(jí)、省級(jí)、地區(qū)級(jí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多層調(diào)度，但是在更低層級(jí)，即DG-MG-DN之間尚沒有形成上下聯(lián)動(dòng)。

3.3 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性多元反饋分析技術(shù)

根據(jù)系統(tǒng)貢獻(xiàn)值對(duì)系統(tǒng)中的能量單元進(jìn)行逐一激勵(lì)是DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)的核心環(huán)節(jié)[27]。系統(tǒng)中的DG和MG的種類不同，決定了其成本構(gòu)成、收益機(jī)制和有效激勵(lì)閾值都不同。因此需要根據(jù)多元化影響因素，對(duì)包括生產(chǎn)成本、容量費(fèi)、過網(wǎng)費(fèi)等系統(tǒng)關(guān)鍵成本進(jìn)行精準(zhǔn)分析，科學(xué)合理地對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行反饋和評(píng)估[28]。我國目前進(jìn)行的電力體制改革會(huì)對(duì)DN產(chǎn)權(quán)、輸電價(jià)格、電量交易方式等影響DG-MG-DN的運(yùn)營成本的重要因素做出一定約束[29-30]，這將為相關(guān)研究帶來不確定性。因此，未來的研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注DG-MG-DN成本形成的機(jī)制，形成兼容各類政策環(huán)境的多元成本分析模型，并為補(bǔ)貼、激勵(lì)制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

4 建議及展望

要推動(dòng)DG-MG-DN的廣域多維運(yùn)營互動(dòng)發(fā)展，發(fā)揮供給側(cè)改革對(duì)能源電力系統(tǒng)發(fā)展的促進(jìn)作用，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步完善目前的政策體系，制定具有針對(duì)性的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，促進(jìn)DG-MG-DN廣域互動(dòng)的積極性與協(xié)調(diào)性。

(1)構(gòu)建并完善DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)市場體系。DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)的關(guān)鍵是建立統(tǒng)一開放、有序競爭的DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)市場體系，發(fā)揮市場在優(yōu)化資源配置的作用。根據(jù)供給側(cè)改革背景下，DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)的不同場景需求，包括競價(jià)上網(wǎng)、委托第三方參與交易等形式，明確其與傳統(tǒng)發(fā)展場景的差異化實(shí)現(xiàn)路徑；在市場激勵(lì)調(diào)節(jié)下，結(jié)合不同的DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)狀態(tài)和實(shí)現(xiàn)形式，提出不同場景下相關(guān)交易機(jī)制、收費(fèi)機(jī)制以及市場監(jiān)管機(jī)制。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步深入研究應(yīng)對(duì)開放性市場的電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，將柔性的理念貫穿整個(gè)電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)營過程，加深服務(wù)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)思維和電網(wǎng)調(diào)控的相互融合。

(2)推動(dòng)示范性工程建設(shè)。積極爭取國家支持在相關(guān)領(lǐng)域先行先試，通過試點(diǎn)示范，形成帶動(dòng)引領(lǐng)效應(yīng)；充分考慮不同發(fā)展環(huán)境，結(jié)合區(qū)域特色、領(lǐng)域特點(diǎn)和各自基礎(chǔ)，如新電改環(huán)境下輸配電價(jià)放開試點(diǎn)地區(qū)以及2022年冬奧會(huì)舉辦地冀北地區(qū)，組織開展DG-MG-DN運(yùn)營互動(dòng)試點(diǎn)示范區(qū)建設(shè)，探索新型建設(shè)推廣模式；推動(dòng)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)和智能微電網(wǎng)系統(tǒng)等智能化物理通道的協(xié)調(diào)規(guī)劃，加快應(yīng)用示范點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)。

(3)構(gòu)建DG和MG投資收益評(píng)估機(jī)制。作為重要的能源生產(chǎn)和輸送平臺(tái)，DG和MG相關(guān)產(chǎn)業(yè)從投資建設(shè)到生產(chǎn)運(yùn)營的全過程都將對(duì)國民經(jīng)濟(jì)、能源生產(chǎn)和利用方式、環(huán)境等帶來顯著效益。建議構(gòu)建DG和MG投資收益評(píng)估機(jī)制，對(duì)DG和MG投資、建設(shè)、運(yùn)行和效益進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，在此基礎(chǔ)上，加大財(cái)政扶持力度、優(yōu)化稅收減免政策和投融資政策。在開展評(píng)估工作時(shí)，還應(yīng)充分考慮各利益相關(guān)方價(jià)值，設(shè)計(jì)試點(diǎn)項(xiàng)目的評(píng)估方法和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，充分調(diào)動(dòng)各方的積極性。

5 結(jié) 論

本文在供給側(cè)改革背景下，將融合供給側(cè)改革理念的協(xié)同反饋機(jī)制嵌入DG-MG-DN電量交易的基礎(chǔ)互動(dòng)行為之中，提出了基于分?jǐn)偧?lì)機(jī)制的DG-MG-DN廣域多維運(yùn)營互動(dòng)模式。該運(yùn)營互動(dòng)模式的核心環(huán)節(jié)包括單能量單元自優(yōu)化平衡與交互協(xié)作、多能量單元廣域多維協(xié)同互動(dòng)運(yùn)行和系統(tǒng)貢獻(xiàn)值評(píng)價(jià)與激勵(lì)分?jǐn)?。該運(yùn)營互動(dòng)模式能夠使得DG-MG-DN相應(yīng)的運(yùn)營商、用戶自發(fā)按照系統(tǒng)全局最優(yōu)目標(biāo)調(diào)整自身運(yùn)營策略并有意愿主動(dòng)提升自身的設(shè)備和調(diào)度水平，有利于推動(dòng)供給側(cè)改革背景下DG-MG-DN的整體協(xié)調(diào)發(fā)展，發(fā)揮DG和MG在能源電力行業(yè)供給側(cè)改革中的突破作用。

[1]賈康, 蘇京春. 突破需求管理局限推進(jìn)供給側(cè)研究創(chuàng)新[N]. 中國證券報(bào), 2015-11-17(A10).

[2]曾鳴, 張曉春, 王麗華. 以能源互聯(lián)網(wǎng)思維推動(dòng)能源供給側(cè)改革[J]. 電力建設(shè), 2016, 37(4): 10-15. ZENG Ming, ZHANG Xiaochun, WANG Lihua. Energy supply side reform promoting based on energy internet thinking[J]. Electric Power Construction, 2016, 37(4): 10-15.

[3]曾鳴, 賈景姿. 能源行業(yè)中的供給側(cè)改革[N]. 中國能源報(bào), 2016-1-11(2).

[4]楊新法, 蘇劍, 劉海濤, 等. 微電網(wǎng)技術(shù)綜述[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(1): 57-70. YANG Xinfa, SU Jian, LIU Haitao, et al. Overview on micro-grid technology[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(1): 57-70.

[5]HAJ-AHMEDM A，ILLINDALA M S. The influence of inverter-based DGs and their controllers on distribution network protection[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2014, 50(3): 2928-2937.

[6]DU Shipeng, SHAO Qianzhi, WANG Gang. Analysis of DG influences on system losses in distribution network[J]. International Journal of Grid Distribution Computing, 2015, 8(5): 141-152.

[7]魯宗相, 王彩霞, 閔勇, 等. 微電網(wǎng)研究綜述[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2007, 31(19): 100-107. LU Zongxiang, WANG Caixia, MIN Yong, et al. Overview on micro-grid research[J]. Automation of Electric Power Systems, 2007, 31(19): 100-107.

[8]LEEJ, HAN B, CHOI N. DC micro-grid operational analysis with detailed simulation model for distributed generation[C]//2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition. Atlanta, GA：IEEE, 2010: 3153-3160.

[9]曾博, 歐陽邵杰, 張建華, 等. 考慮復(fù)雜預(yù)想場景下光伏高效利 的微電網(wǎng)綜合規(guī)劃[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(25): 4259-4269. ZENG Bo, OUYANG Shaojie, ZHANG Jianhua, et al. Integrated planning of micro-grid for efficient utilization of photovoltaic generation considering complicated operation scenarios[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(25): 4259-4269.

[10]劉暢, 李斌, 張慶仁, 等. 電動(dòng)汽車、分布式電源與家庭用電互動(dòng)研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2014(z1): 56-59. LIU Chang, LI Bin, ZHANG Qingren, et al. The interaction research of electric vehicle, distributed power and household’s power consumption[J]. Application of Electronic Technique, 2014(z1): 56-59.

[11]劉柏良, 黃學(xué)良, 李軍, 等. 含分布式電源及電動(dòng)汽車充電站的配電網(wǎng)多目標(biāo)規(guī)劃研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2015, 39(2): 450-456. LIU Bailiang, HUANG Xueliang, LI Jun, et al. Multi-objective planning of distributed network containing distributed generation and electric vehicle charging stations[J]. Power System Technology, 2015, 39(2): 450-456.

[12]徐迅, 陳楷, 龍禹, 等. 考慮環(huán)境成本和時(shí)序特性的微網(wǎng)多類型分布式電源選址定容規(guī)劃[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(4): 914-921. XU Xun, CHEN Kai, LONG Yu, et al. Optimal site selection and capacity determination of multi-types of distributed generation in microgrid considering environment cost and timing characteristics[J]. Power System Technology, 2015, 37(4): 914-921.

[13]BASU A K, BHATTACHARYA A, CHOWDHURY S, et al. Planned scheduling for economic power sharing in a CHP-based micro-grid[J]. IEEE Transaction Power Systems, 2012, 27(1): 30-38.

[14]JHA R, MEENA N K，SWARNKAR A, et al. Dynamic Economic Dispatch of micro-grid using harmony search algorithm[C]//2015 Annual IEEE India Conference. New Delhi：IEEE, 2015: 1-6.

[15]PARVIZIMOSAED M, ANVARI-MOGHADDAM A, GHASEMKHANI A, et al. Multi-objective dispatch of distributed generations in a grid-connected micro-grid considering demand response actions[C]//22nd International Conference on Electricity Distribution. Stockholm：IET, 2013: 1-4.

[16]CHENG Yonghua. Smart micro-grids enable seamless interconnection and disconnection for high reliability and flexibility in distributed power generation[C]//2012 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion(SPEEDAM). Sorrento：IEEE, 2012: 164-169.

[17]孟菁. 基于情景分析理論的微電網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)[D]. 秦皇島: 燕山大學(xué), 2015. MENG Jing. A comprehensive evaluation method for microgrid planning based on scenario analysis theory[D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2015.

[18]SANCHEZ S, MOLINAS M, DEGANO M, et al. Stability evaluation of a DC micro-grid and future interconnection to an AC system[J]. Renewable Energy, 2014, 62(3): 649-656.

[19]鹿偉, 劉超, 李娜, 等. 電力市場環(huán)境下微網(wǎng)的可選運(yùn)營模式及其成本效益研究[J]. 水電能源科學(xué), 2013, 31(5): 179-182. LU Wei, LIU Chao, LI Na, et al. Options of micro-grid management mode and cost-benefit analysis under electricity market environment [J]. Water Resources and Power, 2013, 31(5): 179-182.

[20]劉小聰, 王蓓蓓, 李揚(yáng), 等. 智能電網(wǎng)下計(jì)及用戶側(cè)互動(dòng)的發(fā)電日前調(diào)度計(jì)劃模型[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013, 33(1): 30-38. LIU Xiaocong, WANG Beibei, LI Yang, et al. Day-ahead generation scheduling model considering demand side interaction under smart grid paradigm[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(1): 30-38.

[21]梁山. 清潔能源將獲重大政策扶持分布式光伏發(fā)展料全面提速[N]. 上海證券報(bào), 2014-8-21(A06).

[22]汪旸, 尹項(xiàng)根, 張哲. 分布式集中決策的區(qū)域智能保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與算法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2009, 33(21): 53-57. WANG Yang, YIN Xianggen, ZHANG Zhe. System architecture and algorithm of regional intelligent protection system with distributed centralized decision[J]. Automation of Electric Power Systems, 2009, 33(21): 53-57.

[23]曾鳴, 楊雍琦, 李源非, 等. 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下新能源電力系統(tǒng)運(yùn)營模式及關(guān)鍵技術(shù)初探[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2016, 36(3): 681-691. ZENG Ming, YANG Yongqi, LI Yuanfei, et al. The preliminary research for key operation mode and technologies of electrical power system with renewable energy sources under energy internet[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(3): 681-691.

[24]張志華. 基于統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)的微電網(wǎng)并網(wǎng)研究[D]. 秦皇島: 燕山大學(xué), 2011. ZHANG Zhihua. Study on micro-grid integrated based onunified power-flow controller[D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2011.

[25]王艷. 基于多智能體技術(shù)的微電網(wǎng)潮流優(yōu)化控制策略研究[D]. 長沙: 中南大學(xué), 2011. WANG Yan. The optimal control strategy research on micro-grid power-flow based on the multi-agent technology[D]. Changsha: Central South University, 2011.

[26]劉敦楠, 曾鳴, 黃仁樂, 等. 能源互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式與市場機(jī)制(二)[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2015, 39(11): 3057-3063. LIU Dunnan, ZENG Ming, HUANG Renle, et al. Business models and market mechanisms of e-net(2)[J]. Power System Technology, 2015, 39(11): 3057-3063.

[27]曾鳴, 楊雍琦, 劉敦楠, 等. 能源互聯(lián)網(wǎng)源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)營模式及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2016, 40(1): 114-124. Zeng Ming, Yang Yongqi, Liu Dunnan, et al. “Generation-grid-load-storage” coordinative optimal operation mode of energy internet and key technologies[J]. Power System Technology, 2016, 40(1): 114-124.

[28]曹軍威, 楊明博, 張德華, 等. 能源互聯(lián)網(wǎng)——信息與能源的基礎(chǔ)設(shè)施一體化[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù), 2014, 8(4): 1-10. CAO Junwei, YANG Mingbo, ZHANG Dehua, et al. Energy internet: an infrastructure for cyber-energy integration[J]. Southern Power System Technology, 2014, 8(4): 1-10.

[29]譚茂強(qiáng), 鄧長虹. 海島微網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 電力建設(shè), 2013, 34 (2): 60-63. Tan Maoqiang, Deng Changhong.Key technology of micro grid construction in island[J]. Electric Power Construction, 2013, 34(2): 60-63.

[30]董亦斌, 吳學(xué)智, 唐芬. 分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展[J]. 電力建設(shè), 2015, 36(1): 72-75. Dong Yibin, Wu Xuezhi, Tang Fen. Coordinated development of distributed photovoltaic generation and active distribution network[J]. ElectricPower Construction, 2015, 36(1): 72-75.

(編輯 張媛媛)

DG-MG-DN Wide Area Multidimensional Operation Interactive Mode and Key Technologies Under Background of Supply-Side Reform

ZENG Ming1, HAN Xu1, LI Yuanfei1，LI Ran1，Long Zhuhan1，YU Hui2, YANG Yongqi1

(1.School of Economics and Management, North China Electric Power University, Beijing 102206, China; 2. China Electric Power Science Research Institute, Beijing 100192, China)

Supply-side reform is the core content of China’s current macro economy and the main direction of industries’ development strategies. Distributed generation (DG) and microgrid (MG) will become the important breakthroughs in the supply-side reform of the energy and power industry because of their unique physical and economic advantages. This paper first analyzes the contents, goals and main problems of operation interaction among DG, MG and distribution network (DN) under the background of supply-side reform. Secondly, this paper studies the operation interaction mode of DG-MG-DN under the background of large-scale grid-connected. On the basis of the existing mode that the used electricity is generated by ones own, and then, the surplus power accesses to the grid, this paper introduces a progressive sharing incentive mechanism based on system contribution value. Finally, this paper studies the key technologies of the operation interaction’s implementation among DG, MG and DN from aspects of energy transfer, information interaction and benefit sharing, and proposes some suggestions for future research.

supply-side reform; distributed generation(DG); micro grid(MG); operation interactive mode

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71271082)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2016XS84)；國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(面向電改的分布式電源與微電網(wǎng)運(yùn)營模式研究)(分布式電源發(fā)展適用性策略分析及評(píng)估研究)

TM 711

A

1000-7229(2016)11-0078-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.11.012

2016-08-01

曾鳴(1957)，男，教授、博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榉植际诫娫磁c微網(wǎng)運(yùn)營模式，能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營機(jī)制與規(guī)劃等；

韓旭(1990)，女，博士研究生，研究方向?yàn)榉植际诫娫磁c微網(wǎng)運(yùn)營規(guī)劃，需求側(cè)響應(yīng)等；

李源非(1993)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)規(guī)劃，需求側(cè)響應(yīng)等；

李冉(1993)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)規(guī)劃，電力系統(tǒng)交易機(jī)制等；

隆竹寒(1994)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)規(guī)劃，需求側(cè)響應(yīng)等；

于輝(1978)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)技術(shù)，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)等；

楊雍琦(1990)，男，博士研究生，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)規(guī)劃，能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營機(jī)制與規(guī)劃等。

Project supported by the National Natural Science Foundation of China (71271082); The Fundamental Research Funds for the Central Universities (2016XS84)