近年来，随着城市电气化水平持续提升，极端天气下城市降温、采暖负荷占电网尖峰负荷的比重不断攀升，部分地区这一比例已超过40%，亟须在保障客户可靠用电的前提下，挖掘调动海量家电负荷的互动潜力。中国电力科学研究院有限公司自主研发了家电负荷在线聚合平台，牵头系列团体标准的制定工作，通过与家电厂商、客户签订三方协议，引导客户积极参与电力需求响应，助力电力保供。
  探索创新空调负荷数字化、柔性化、精准化调控模式
  “居民客户负荷具有点多、面广、量大的特点。大功率设备主要为空调与电热水器，一般家用普通空调负荷为1千瓦～2千瓦，电热水器负荷为2千瓦～3千瓦。通过客户主动控制的方式，这些负荷可以有效参与电网调峰。”中国电科院用电与能效研究所高级工程师陈宋宋介绍。
  近年来，江苏、浙江、江西等地的电网企业针对居民参与电力需求响应开展了初步的工程实践。具体做法是：需求响应开始前，通过“网上国网”APP消息、短信方式向居民客户发出邀约；响应期间，居民客户可短时关闭空调、电热水器等大功率用电设备，或将空调温度调低，从而减少用电量，降低电网高峰时段的用电负荷。
  为进一步调动海量空调负荷参与需求响应，国网浙江省电力有限公司于2022年10月起建设省域范围内大规模空调集群互动工程，中国电科院支撑该公司建设省域范围家电负荷在线聚合平台。项目团队根据空调种类、应用场景、响应效果分类制订改造方案，梳理形成4大类14小类末端感知技术方案，瞄准公共机构、商业楼宇、家电云平台并逐步扩展至全行业领域，最终形成空调负荷管理三年行动方案。
  “家电负荷在线聚合平台具备负荷预测、互动响应及效果核正等功能，以及日前调控、实时调控的能力。”中国电科院碳中和中心高级工程师姚国风介绍。
  3月24日，项目团队利用该系统开展了演练。演练调控时段为12时30分至14时30分，通过空调启停和调温的远程控制策略，检验空调在调控时段的远程控制能力、温度调控能力和负荷调控成效。
  据统计，截至4月底，家电负荷在线聚合平台已接入客户1922户，其中多联机空调客户1303户；客户接入总负荷近20万千瓦，可调负荷超过7万千瓦。
  技术标准引领，推动家电负荷聚合、规模化互动
  构建大规模的居民家电负荷聚合互动能力，必须实现技术标准化。“中国电科院作为SAC/TC 549全国智能电网用户接口标委会秘书处承担单位，已经联合国内相关研究机构、高等院校、电网企业、家电厂商等共同起草相关标准，推动家电负荷在线聚合系统软硬件成果转化应用。”陈宋宋介绍。
  目前，国内主流家电厂家生产的产品已经具备互联网接入条件。通过“云-云”互联的方式聚合不同品牌家电，可以实现规模化调控。中国电科院自主研发的家电负荷在线聚合平台实现了和美的、格力、海尔等主流家电企业云平台的贯通，已接入设备超过千万台。随着智能家电的普及和更新换代，聚合设备数量的规模将持续扩大。传统量化需求响应效果的方式是通过客户电表获取数据，如今，通过家电负荷在线聚合平台可以借助不同品牌厂商云平台监测具体参与调节的设备，实时追踪设备在响应期间的用电行为轨迹，使需求响应效果核正、补贴发放更为准确。
  中国电科院深入研究设计家电负荷参与电网互动的技术路线，在完成相关软硬件研发的同时，在国内率先提出《家电负荷在线聚合系统技术规范》系列团体标准立项需求，从聚合平台、硬件模块、系列接口到一致性测试，提出全流程标准编制思路，解决了智能家电与电网互联互通的技术难题。
  该系列团体标准主要起草单位包括中国电科院等国家电网有限公司直属研究单位，国网上海、浙江、河南电力等省级电力公司，华北电力大学等高校，以及美的、格力、海尔等家电企业。
  同时，中国电科院积极推动家电负荷在线聚合系统软硬件成果转化应用、需求响应型家电设备生产销售，通过互联网模式有效调节大规模居民空调负荷，引导居民客户积极参与需求响应，推动需求侧灵活调节能力建设。
  通过市场化运作机制吸引各类主体积极参与需求侧管理
  中国电科院通过与家电企业合作，尝试共同创建电器与电网互动的新生态、新模式，推动形成家电负荷聚合互动相关标准和认证体系，建立涵盖电网、客户、家电企业以及能源服务商的产业生态圈，实现产业链协调发展，运用市场化需求响应手段助力电力保供。
  为验证家电负荷在线聚合平台的实际应用效果，2022年12月，中国电科院与广东美的暖通设备有限公司、用电客户签订三方协议。中国电科院作为负荷聚合商配合属地电网企业组织并发起电力需求响应互动活动，美的暖通公司根据电力需求响应互动活动信息，通过“美的”APP为客户提供活动参与平台。
  “3月24日，我公司配合中国电科院在浙江开展了两户商业楼宇客户的电力需求响应互动活动。这次演练验证了家电负荷在线聚合平台的远程可控能力，空调曲线变化趋势完全符合调控逻辑，电网企业和客户对演练效果非常满意。”美的楼宇科技研究院数字化创新负责人程驰宇说。
  接下来，中国电科院、美的暖通公司计划和属地电网企业定期开展合作，在用电高峰时段通过短信、APP消息、活动公告等方式向报名客户发送任务邀约。活动时间计划为夏季、冬季用电高峰时段，客户可根据自身情况降低空调用电负荷，也可以由美的暖通公司托管运行，以降低电网尖峰负荷，达到需求响应效果。活动结束后，中国电科院会与美的暖通公司配合属地电网企业审核客户响应情况，在活动公告约定的周期内向满足条件的客户兑现奖励。
  “构建家电负荷在线聚合平台，接入家电厂商共同参与需求响应，在节约工程建设成本、运维成本方面优势巨大。”国网浙江电力省域范围内大规模空调集群互动工程负责人表示。由于减少了控制终端部署以及通信线路布设费用，互动技术改造成本大大降低，同时，利用云平台和家电厂商APP可实时采集设备运行状态和用电数据，需求响应效果计算更精准。此外，推广应用家电负荷在线聚合平台不涉及对空调主机、室外机等设备的工程改造，家电厂商负责电器的售后保修，节约了客户侧互动运维成本，常态化、高频次需求响应模式下的电器安全和寿命也将得到有效保障。