智能电网技术对长期负荷预测的影响

　　1.用户网关技术

　　用户连接网络和市场的一种方式，称之为用户网关技术。用户网关技术的发展十分迅速，它不仅是电网和终端用户之间的一种接口技术，而且成为电力市场中电力用户与各方之间在线通信的一种连接方式。在用户网关技术发展的初始阶段，一般是基于先进表计（AMR）技术，用户网关已在许多国家（如意大利、芬兰）几乎所有的电力用户处安装使用。除了电量和功率的计量数据外，其他各种数据均可通过用户网关发送，如停电信息、电压质量以及低压电网的扰动信息（如中性线断线）。此外，用户网关也可以实现对负荷的控制功能。负荷控制使得可将用电负荷转移到低费用时段、电力零售商可进行功率平衡管理，以及在电力系统正常和扰动条件下可通过转移负荷进行功率平衡管理（此方案可作备用）。

　　用户网关的一项新功能就是有助于快速增加用户侧的电源。目前太阳能电池板的数量不断增长，并在未来有迅速增加的趋势。太阳能电池板的功率范围从几千瓦（独立住宅）到几百千瓦（工业建筑的屋顶光伏），甚至可达兆瓦（农场光伏）。太阳能电池板的峰值工作时间取决于地理和区域位置，约为每年800～1200h。在北欧，太阳能电池板的发电量也显著增加，如在芬兰，每年的太阳辐射量几乎与德国北部相当。小型风电的发展一直较为缓慢，而且由于小型风电的发电量低（峰值工作时间仅为百分之几），以及技术方面的一些挑战（如部件需要维修、单独安装风电塔筒等），其发展前景相对一般。

　　单个电力用户的用户网关以及所连接的配电网见图1，其中用户的部分负荷是可控的。例如在斯堪的纳维亚国家，自20世纪70年代以来，在限制峰荷的目标下，DSO可对电加热负荷进行控制；在欧洲南部国家，在限制峰荷方面，主要指的是限制空调功率。

　　图1智能电网概念下用户连接网络（用户网关）的一种方式

　　目前，连接在用户网关上的新型负荷是电动汽车。电动汽车消耗的电量不大，但其充电功率很大。此外，电动汽车是移动的负荷，电动汽车在某些地区充电时，其充电功率的大小有可能影响所接入电网的容量，例如住所、工作场所、景点或度假村等地方。如果对电动汽车的充电不加任何控制，可能会对电网造成显著的影响，而通过用户网关的智能控制，基本上就可以减少这些影响。图2所示为不同充电方案对乡村地区电网的目标峰荷所产生的影响。在最坏的情况下，电动汽车充电可能使电网峰荷增加3倍，而在理论优化案例中，可在满足电动汽车电量需求的同时而不增加电网的峰荷。

　　图2不同充电方案对中亚馈线峰荷的影响示意图

　　随着储能技术特别是储能电池技术的发展，该项技术更具有经济性，目前正在从理论逐步转变到实践应用。在最初的发展阶段，电动汽车的储能电池是单向的，即不可能将其电池的电量从电池释放到电网中去，虽然该项技术理论上可以实现，但成本较高，因为反复充放电会降低其电池的使用寿命。同时从电网负荷控制的角度来看，所投入的成本过高。

　　2.各种用电行为

　　本文1中所描述的在配电网智能化过程中发生的各种变化情况，对负荷预测带来了许多新的挑战。例如，2030年的电动汽车数量、储能电池市场竞争力和分布式电源对电网容量需求的影响等，都是很难回答的问题，要得出相关的结论具有很大的不确定性。应该提醒的是，现在规划建设的电网在2050年仍将使用。因此，配电网规划方案应该具有灵活性，以便在获得较为准确的负荷数据的条件下必要时可以修改该规划方案。

　　与传统运行方式相比，智能电网环境条件下的各种运行方式都会对配电网所传输的功率和电量产生不同的影响（见图3），其中多数运行方式会减少电网峰荷的运行时间。例如，某个用户的自发电（见图中的K点）可能会降低电网传输的电量，但一般不会减少电网的峰荷。在负荷低谷时段，当太阳能电池板的供电功率超过的峰荷时，该用户的自发电甚至可能会增加电网的峰荷。另外，值得指出的是，与普通电力相比，分布式电源出力的随机性会造成有时其发电很不均匀，例如某些地区在晴朗中午时的所有太阳能电池板都会同时产生最大功率，这样的实际案例在德国已有报道。

　　图3不同运行方式对配电网功率和电量的影响