近年來，隨著城市電氣化水平持續提升，極端天氣下城市降溫、采暖負荷占電網尖峰負荷的比重不斷攀升，部分地區這一比例已超過40%，亟須在保障客戶可靠用電的前提下，挖掘調動海量家電負荷的互動潛力。中國電力科學研究院有限公司自主研發了家電負荷在線聚合平臺，牽頭系列團體標準的制定工作，通過與家電廠商、客戶簽訂三方協議，引導客戶積極參與電力需求響應，助力電力保供。
探索創新空調負荷數字化、柔性化、精準化調控模式
“居民客戶負荷具有點多、面廣、量大的特點。大功率設備主要為空調與電熱水器，一般家用普通空調負荷為1千瓦～2千瓦，電熱水器負荷為2千瓦～3千瓦。通過客戶主動控制的方式，這些負荷可以有效參與電網調峰。”中國電科院用電與能效研究所高級工程師陳宋宋介紹。
近年來，江蘇、浙江、江西等地的電網企業針對居民參與電力需求響應開展了初步的工程實踐。具體做法是：需求響應開始前，通過“網上國網”APP消息、短信方式向居民客戶發出邀約；響應期間，居民客戶可短時關閉空調、電熱水器等大功率用電設備，或將空調溫度調低，從而減少用電量，降低電網高峰時段的用電負荷。
為進一步調動海量空調負荷參與需求響應，國網浙江省電力有限公司于2022年10月起建設省域范圍內大規模空調集群互動工程，中國電科院支撐該公司建設省域范圍家電負荷在線聚合平臺。項目團隊根據空調種類、應用場景、響應效果分類制訂改造方案，梳理形成4大類14小類末端感知技術方案，瞄準公共機構、商業樓宇、家電云平臺并逐步擴展至全行業領域，最終形成空調負荷管理三年行動方案。
“家電負荷在線聚合平臺具備負荷預測、互動響應及效果核正等功能，以及日前調控、實時調控的能力。”中國電科院碳中和中心高級工程師姚國風介紹。
3月24日，項目團隊利用該系統開展了演練。演練調控時段為12時30分至14時30分，通過空調啟停和調溫的遠程控制策略，檢驗空調在調控時段的遠程控制能力、溫度調控能力和負荷調控成效。
據統計，截至4月底，家電負荷在線聚合平臺已接入客戶1922戶，其中多聯機空調客戶1303戶；客戶接入總負荷近20萬千瓦，可調負荷超過7萬千瓦。
技術標準引領，推動家電負荷聚合、規模化互動
構建大規模的居民家電負荷聚合互動能力，必須實現技術標準化。“中國電科院作為SAC/TC 549全國智能電網用戶接口標委會秘書處承擔單位，已經聯合國內相關研究機構、高等院校、電網企業、家電廠商等共同起草相關標準，推動家電負荷在線聚合系統軟硬件成果轉化應用。”陳宋宋介紹。
目前，國內主流家電廠家生產的產品已經具備互聯網接入條件。通過“云-云”互聯的方式聚合不同品牌家電，可以實現規模化調控。中國電科院自主研發的家電負荷在線聚合平臺實現了和美的、格力、海爾等主流家電企業云平臺的貫通，已接入設備超過千萬臺。隨著智能家電的普及和更新換代，聚合設備數量的規模將持續擴大。傳統量化需求響應效果的方式是通過客戶電表獲取數據，如今，通過家電負荷在線聚合平臺可以借助不同品牌廠商云平臺監測具體參與調節的設備，實時追蹤設備在響應期間的用電行為軌跡，使需求響應效果核正、補貼發放更為準確。
中國電科院深入研究設計家電負荷參與電網互動的技術路線，在完成相關軟硬件研發的同時，在國內率先提出《家電負荷在線聚合系統技術規范》系列團體標準立項需求，從聚合平臺、硬件模塊、系列接口到一致性測試，提出全流程標準編制思路，解決了智能家電與電網互聯互通的技術難題。
該系列團體標準主要起草單位包括中國電科院等國家電網有限公司直屬研究單位，國網上海、浙江、河南電力等省級電力公司，華北電力大學等高校，以及美的、格力、海爾等家電企業。
同時，中國電科院積極推動家電負荷在線聚合系統軟硬件成果轉化應用、需求響應型家電設備生產銷售，通過互聯網模式有效調節大規模居民空調負荷，引導居民客戶積極參與需求響應，推動需求側靈活調節能力建設。
通過市場化運作機制吸引各類主體積極參與需求側管理
中國電科院通過與家電企業合作，嘗試共同創建電器與電網互動的新生態、新模式，推動形成家電負荷聚合互動相關標準和認證體系，建立涵蓋電網、客戶、家電企業以及能源服務商的產業生態圈，實現產業鏈協調發展，運用市場化需求響應手段助力電力保供。
為驗證家電負荷在線聚合平臺的實際應用效果，2022年12月，中國電科院與廣東美的暖通設備有限公司、用電客戶簽訂三方協議。中國電科院作為負荷聚合商配合屬地電網企業組織并發起電力需求響應互動活動，美的暖通公司根據電力需求響應互動活動信息，通過“美的”APP為客戶提供活動參與平臺。
“3月24日，我公司配合中國電科院在浙江開展了兩戶商業樓宇客戶的電力需求響應互動活動。這次演練驗證了家電負荷在線聚合平臺的遠程可控能力，空調曲線變化趨勢完全符合調控邏輯，電網企業和客戶對演練效果非常滿意。”美的樓宇科技研究院數字化創新負責人程馳宇說。
接下來，中國電科院、美的暖通公司計劃和屬地電網企業定期開展合作，在用電高峰時段通過短信、APP消息、活動公告等方式向報名客戶發送任務邀約。活動時間計劃為夏季、冬季用電高峰時段，客戶可根據自身情況降低空調用電負荷，也可以由美的暖通公司托管運行，以降低電網尖峰負荷，達到需求響應效果。活動結束后，中國電科院會與美的暖通公司配合屬地電網企業審核客戶響應情況，在活動公告約定的周期內向滿足條件的客戶兌現獎勵。
“構建家電負荷在線聚合平臺，接入家電廠商共同參與需求響應，在節約工程建設成本、運維成本方面優勢巨大。”國網浙江電力省域范圍內大規模空調集群互動工程負責人表示。由于減少了控制終端部署以及通信線路布設費用，互動技術改造成本大大降低，同時，利用云平臺和家電廠商APP可實時采集設備運行狀態和用電數據，需求響應效果計算更精準。此外，推廣應用家電負荷在線聚合平臺不涉及對空調主機、室外機等設備的工程改造，家電廠商負責電器的售后保修，節約了客戶側互動運維成本，常態化、高頻次需求響應模式下的電器安全和壽命也將得到有效保障。