从行政命令到“海绵城市”-上海负荷管理的智能化转型 

【概要】

上海，地处长江入海口，便利的地理位置和较早的政策扶持，为申城带来了工商业的快速繁荣。而与经济一起飞跃发展的还有城市的用电需求。上世纪九十年代，上海电网曾一度出现过120万千瓦的用电缺口。为了确保大电网的安全，供电企业被逼无奈之时只能采用拉电这一“终极”负荷管理手段。

随着时代的发展和服务理念的不断进步，最大限度的满足电力客户的用电需求，可持续的利用能源，减少对企业生产安排和秩序的影响，已成为供电企业的服务目标。于是将“每个电力用户都看作是一块负荷海绵，把整个城市的用电侧当成一块大负荷海绵，在用电负荷管理系统的统筹下，发挥微量负荷的海量效应，主动有效地参与电网负荷的调节。”这一“海绵城市”负荷管理理念在上海这片创新热土上应运而生。

【主要内容】

2019年10月，伟大的共和国将迎来70岁生日，放眼960万平方公里的土地上，不管是城市还是农村，都是高楼耸立，繁花似锦。而电力作为能源支柱产业一直是祖国发展的动力引擎。上海，工商业的快速繁荣带来了城市的起飞，但也带来了用电需求的飞跃。从上世纪80年代开始，几乎每一年的夏季，维护电网安全，保证供电都成为这片热土上的国家电网人所必须面临的考验。如何保证电力“发”与“供”之间的平衡，同样也是这些国家电网人思考的命题。

“试想一下，如果上海城市1000万用户能够向电网提供每户1千瓦的电力需求响应，就相当于新建了10台100万千瓦的发电机组及配套电网。”在2018年10月的上海市产业青年创新大赛上，来自上海电力负荷管理中心的参赛者热情地表述着对未来负荷管理—“海绵城市”的思考，而这样的思考每代电力负荷管理者都没有停歇过。

从“硬着陆”到“软着陆”的起步

同全国大多数电网相似，早期的上海电网也经历了缺电时期。前一秒正常，后一秒断电。1990年代中期，这种极不正常的供电情况却在身为经济中心的上海成为“常态”。

伴随着社会经济的“三级跳”，这座中国最先有电的城市迎来了用电需求的节节攀升。1990年至1999年的十年间，上海最高用电负荷年平均增幅高达10%。

但是，受制于本地电厂建设速度的滞后和长三角地区经济的同步发展，电能——这一支撑城市发展的“命根子”——不够用了。最严重的时候，上海电网出现过达到120万千瓦的用电缺口。

为确保大电网安全稳定，紧急拉电成为最后的“撒手锏”。虽然降负荷的效果立竿见影，但拉电因其毫无预兆的突发性，给各类用户带来猝不及防的巨大影响，因而难免拉低了供电服务质量。

有没有办法为上海电网再添一根“救命稻草”，尽可能少出紧急拉电这张“自损三千”的王牌呢？

1996年5月的一天，一个名为负荷管理终端的大家伙被安装在上海龙门食品公司的用户配电站内。这个70厘米高、45厘米长的铁盒子样子笨拙，比现在的家用热水器还要大上一圈。与此同时，它的645个“同胞兄弟”也被安装到上海的用电大户配电站内。上海市用电负荷管理系统建成正式投入运行，从此上海开始了负荷控制技术在电网安全运行中应用的探索。

“说起来也简单，调度部门对电网负荷有一个预估，如果能在预估缺口到来前的时间窗口内通知用户自降负荷的话，就有可能不用紧急拉电了。”上海第一代负荷管理人员郑庆荣说。“如果把紧急拉电比作‘硬着陆’的话，那么用电负荷管理就相当于‘软着陆’。”

从“被动接受”到“主动举手”的进步

虽然近二十年来，用电负荷管理系统做到了限电到户，比90年代的大规模紧急拉电对用户的影响小了很多，但仍旧是一种硬性的行政化手段，其突发性不免给用户的生产带来影响，也难免会降低供电服务水平。

相较于负控限电，具有友好体验的需求响应则更为人性化。需求响应本质上是一种用电负荷精细化管理方法，在企业内部寻找在用电高峰期被浪费掉的、可以调控的、可以节省的负荷，把这些负荷分门别类与调控模式联系起来、储备起来，在电力高峰时使用。

简单地讲，原来的负荷管理是用户“被动点名”，而现在的需求响应就是用户“主动举手”，自觉自愿地参加降负荷的行为，其目的是要让用户主动参与负荷管理，电网公司再用经济激励的方式反馈用户。

自2014年开始，在上海市政府的主导下，上海成为全国首先实行电力需求响应试点工作的城市，试点工作的亮点在于探索电力削减负荷指标市场化调剂交易。在随后的几年里，上海又开展过多次不同程度、不同纬度的需求响应试点工作。

通过多次需求响应试点开展，区域性商业办公楼宇“虚拟电厂”、各类新技术柔性负荷调控能力得到充分验证，多平台互动对接、精准计算和数据并发等支撑响应能力全面提升。

“需求响应试点工作对平衡电力供求矛盾、实现电力能源可持续发展有着重要实践意义。上海在负荷的调控性上处于全国领先水平，走在了全国的前列，在这一方面国网上海市电力公司功不可没。”上海市经信委电力处需求侧管理负责人就这样评价过这项工作

“海绵城市”畅想让电力能源实现可持续发展

随着能源安全、环境污染和气候变化等问题的产生，能源的可持续发展成为世界各国共同面临的全球性挑战。能源的再利用与合理地再分配成为解开问题的一个新思路。

“我们在构思一个负荷海绵城市的理念，这将让负荷管理工作更加合理有效的利用有限的能源资源，对电力能源实现可持续发展起到十分重要的帮助”。上海市用电负荷管理中心负责人郑庆荣这样说道。“我们把每个用户看作一个电力海绵颗粒，把城市用电侧部分看作是整体的电力海绵，基于大数据、人工智能技术，打造城市范围内“网荷互动、用户互动”融合共生的电力供用生态体。”

以前的负荷管理理念是为保障城市大电网的安全，让部分用户限电，而今后就是让每个用户都能参与进来，这就相当于每个用户是个“虚拟电厂”，承担着在负荷紧张时期的发电作用，将有限的能源以一个更有效的方式进行再分配，这样既不需要为了短时的能源紧张而大力修建电厂等电力基础设施，又能高效的平复电网高峰时的负荷缺口。

 就在2018年的夏天，国网上海电力开展了3次不同规模、不同类型需求响应试点，实现了工业生产、自备电厂、冷热电三联供、冰蓄冷、储能设施、公共充电站、小区直供充电桩等全类型城市可控负荷资源的全面覆盖。通过多次需求响应试点开展，区域性商业办公楼宇“虚拟电厂”、各类新技术柔性负荷调控能力得到充分验证，多平台互动对接、精准计算和数据并发等支撑响应能力全面提升。实现了全类型城市可控负荷资源的全面覆盖，为全力打造“海绵城市电网”积累了宝贵经验。

随着技术手段、管理方法的日新月异，国网上海市电力公司的用电负荷管理系统技术水平和创新能力不断提升。初衷定位于有序用电以保障电网安全的用电负荷管理系统也呈现出多样性的发展可能。在肩负本职职能之外，着眼于拓展应用，更好地满足用户的用电需求，为电力负荷进行再平衡、再分配，实现能源的可持续发展发挥出更大地作用。

国网上海市电力公司 邵毅敏