计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价确定方法
【专利摘要】本发明公开了一种计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价确定方法，总的思路是：先构建峰谷分时电价下的电量电价弹性矩阵；再构建计及线损成本与购电风险的电网经营企业收益模型；构建系统可靠性随负荷变化的函数关系；最后构建计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价优化模型。本发明通过分时电价调节，激励用户积极参与电价响应，无需增加电网经营企业的额外投资，即可达到提高电网供电可靠性、减少停电损失，并同时增加电网经营企业收益、降低购电风险的目的，使得用户和电网经营企业达到双赢。
【专利说明】计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分时段电价制定技术，具体涉及计及系统可靠性与购电风险的峰谷分 时电价确定方法，属于电力市场电价机制【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 电力市场中需求响应作为一种新型资源在一定程度上有效地缓解了电力供应的 紧张局面。需求响应通过引导用户合理用电，在缓解电力供应紧张的同时能够提高供电可 靠性。峰谷分时电价是一种有效的需求响应方式，其通过在负荷高峰时段适当调高电价、低 谷时段适当降低电价来引导用户制定合理的用电计划，从而将高峰时段的部分负荷转移到 低谷时段，达到削峰填谷、平衡负荷的目的。
[0003] 合理的用户响应评估是制定峰谷分时电价的基础。当前主要存在两种分析用户对 电价响应的方法：通过历史数据拟合出响应度曲线来分析用户对电价变化的响应规律以及 通过求取电量电价弹性矩阵来分析用户对电价变化的响应规律。由于后者更适用于定量分 析，被广泛应用于用户对电价响应的分析计算中。但是电量电价弹性矩阵难以通过数据统 计的方式获得，而且鲜有文献给出电量电价弹性矩阵的解析求解方法。而2004年第28卷 第5期《电力系统自动化》中"零售端电力市场中的电量电价弹性矩阵"一文中基于统计数 据及假设条件，通过多元回归方法求取了电量电价弹性矩阵，但该方法不能反映不同负荷 水平下电力弹性需求的变化，而且没有结合具体电价机制的特点，不能应用于分析峰谷分 时电价的调整过程。
[0004] 峰谷分时电价作为一种需求响应方式，其电价机制应充分反映需求响应的初 衷一降低市场交易风险和提高系统的可靠性。电力系统的可靠性、电力交易的风险大小 与负荷的波动情况密切相关，因此在多数峰谷分时电价模型的优化过程中都以负荷峰谷差 最小或峰负荷最小为目标函数，但负荷的峰谷差或峰负荷并不能表征系统的可靠性和存在 购电风险情况下电网经营企业的收益情况。此外，系统的高可靠性常常以高经济投入或改 变用户的用电方式为代价，在电价机制的制定过程中应寻求供电可靠性、经济性以及用户 用电舒适度的平衡点。因此，有必要在峰谷分时电价模型中综合考虑电力系统可靠性与购 电风险的影响，从用户和企业的切身利益出发充分发挥需求侧资源在系统中的作用。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种计及系统可靠性与购电 风险的峰谷分时电价确定方法，本方法通过分时电价的调节即可达到提高电网供电可靠 性、减少停电损失，并同时增加电网经营企业收益、降低购电风险的目的，使得用户和电网 经营企业达到双赢。
[0006] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0007] 计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价确定方法，步骤如下，
[0008] 步骤1 :构建峰谷分时电价下的电量电价弹性矩阵
[0009] 1. 1采集电力市场环境下负荷随电价变化数据，绘制电力供给与弹性需求关系曲 线.
[0010] 1. 2根据负荷曲线的峰谷时段划分结果，确定峰、平、谷时段的电量Ef，Ep和Eg;
[0011] 1.3根据峰、平、谷时段的电量^，&和4，在电力供给与弹性需求关系曲线上确 定点（E f，印{)、（Ep，印p)和（Eg，印 8)，并求取这三点的切线，建立电价印与电量E的线性关 系：
[0012] Ef = -a f · epf+b f (1)
[0013] Ep = -a p · epp+b p (2)
[0014] Eg = _a g · epg+bg (3)
[0015] 式中af，bf，ap，b p和ag，bg为峰、平、谷时段线性关系曲线的系数；
[0016] 1. 4根据自弹性系数的定义，如式⑷所示
[0017]
【权利要求】
1.计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价确定方法，其特征在于：步骤如下， 步骤1 :构建峰谷分时电价下的电量电价弹性矩阵 1. 1采集电力市场环境下负荷随电价变化数据，绘制电力供给与弹性需求关系曲线； 1. 2根据负荷曲线的峰谷时段划分结果，确定峰、平、谷时段的电量Ef，Ep和Eg; 1.3根据峰、平、谷时段的电量Ef，匕和^，在电力供给与弹性需求关系曲线上确定点 (Ef，印{)、（Ep，印p)和（Eg，印 8)，并求取这三点的切线，建立电价印与电量E的线性关系： Ef = -af · epf+bf (1) EP = -ap · epp+bp (2) Eg = -ag · epg+bg (3) 式中af，bf，ap，bp和ag，b g为峰、平、谷时段线性关系曲线的系数； 1.4根据自弹性系数的定义，如式（4)所示
(4) 式中，M(i，i)为自弹性系数，表示时段i电价变化率与由其所引起的时段i电量变化 率的比值；Ερ Λ Ei为时段i的用电量及其改变量；印ρ Λ ePi为时段i的电价及其改变量； 对式⑴?⑶求导，即可解得峰、平、谷时段的自弹性系数，如式（5)?（7):
㈧ (6) (7) 1. 5在用户的多时段电价响应中，设用户的总用电量I不变，即峰、平、谷时段电量总和 为确定值： Ef+Ep+Eg = I (8) 将式（2)、⑶代入式（8)，得到式（9): Ef-ap · epp+bp-ag · epg+bg = I (9) 对式（9)两端对epp求偏导得：
(10) 根据交叉弹性系数的定义，如式（11)
(11) 式中，M(i，j)为交叉弹性系数，表示时段j电价变化率与由其所引起的时段i电量变 化率的比值；Ei、AEi为时段i的用电量及其改变量；印」、AePj为时段j的电价及其改变 量； 由此可以得到峰时段电量对于平时段电价变化的交叉弹性系数mfp :
(12) 1. 6根据步骤1. 5,同理可以求得其他时段之间的交叉弹性系数mfg、mpf、mpg、m gf和mgp， 并结合各时段自弹性系数mff、mpp、m gg，得到峰谷分时电价下的电量电价弹性矩阵Μ : ,Hff MJP mf g mpf mpp mp g (13) _7,V mSPmgg_ 步骤2 :构建计及线损成本与购电风险的电网经营企业收益模型 2. 1计算电力系统潮流，确定线路损耗Loss ; 2. 2确定现货市场电价的均值与负荷之间的线性关系，如式（14): μ (eps (Lt)) = k+q · Lt (14) 式中，μ (eps(Lt))为负荷水平Lt下现货电价的均值；k、q为现货电价均值的线性拟合 系数； 2. 3电网经营企业售电电价为印，在合约市场的购电电价为ep。，在现货市场的购电电 价为ep s，在合约市场的购电比例为ω，其余电量从现货市场购买，包含线路损耗；设Lt为 第t小时的平均负荷，Loss t为第t小时的线路损耗，则第t小时电网经营企业购电电量为 Lt+Losst，忽略购电合同的签订费用和市场交易费用，电网经营企业的收益R表示为：
步骤3 :构建系统可靠性随负荷变化的函数关系 3. 1采用状态枚举法对电力系统进行可靠性评估，求得不同负荷水平L下的系统可靠 性指标EENS ; 3. 2利用三次样条插值数学模型，根据不同负荷水平下系统的可靠性指标EENS建立电 力系统可靠性随负荷变化的函数关系f(L) = EENS ; 步骤4 :构建计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价优化模型 4. 1优化模型决策变量 电网经营企业施行峰谷分时电价前对用户执行单一制电价，则有： epw = epQ，p = epQ，g = epQ (16)式中，epQ为施行峰谷分时电价前的售电电 价；印^，eP(l，p，eP(l，g为施行峰谷分时电价前的峰、平、谷时段的电价； 施行峰谷分时电价时，峰、平、谷时段电价在原单一制电价的基础上，上下浮动一定比 例，即： epf = ep〇 · (1+α ) t e T f (17) epp = ep〇 · (l+β ) t e T p (18) epg = ep〇 · (1+ Y ) t e T g (19) 式中，印f，印p和epg为施行峰谷分时电价时三个时段的电价；α、β和 Y为峰、平、谷 三个时段电价的上、下浮动幅度，且α、β、Y e (-1，1) ;1为峰负荷时段、Tp为平负荷时 段、!；为谷负荷时段； 4. 2优化模型目标函数： 以计及线损成本与购电风险的电网经营企业收益最大化为目标： R=max Σ ePf · Lr,+Σ epP · +Σ Ls, - ? Σ (L'+Losst) tGTf teTn rer" 1. p g (20) -(1 - co) · Σ [勻 + ql (Lt + Losst)] · (Lt + Losst )| 式中，kt，LRt和L&t为峰、平、谷三个时段的负荷水平；T为一个运行周期；L t、Losst分 别为T时间段内第t小时的负荷水平、线路损耗； 4. 3优化模型约束条件： 施行峰谷分时电价后，可靠性指标EENS达到一定的要求： ^/(Q - ^EENS, (21) 式中，f (Q)为系统EENS指标随负荷变化的函数关系；EENSi为施行峰谷分时电价后所 要达到的可靠性指标值； 峰谷分时电价模型中，用户的总用电量I保持不变，也是基于多时段电价相应的电量 电价弹性矩阵推导的前提条件： Σ Lfj+Σ LP,t+Σ Lg,t=Σ A (22) ieT, t^Tp t^Tg teT ^ ' 由电量电价弹性矩阵即可得到施行峰谷分时电价后峰、平、谷时段电量的改变量，并且 将各时段电量的改变量平均分摊到该时段内每个小时内，则有： 'ΑΕ0Λ (Eof 0 。) (Aepf/epof^ = 0 E〇,P 〇 ·Μ· AePp/eP〇p (23) J〔 0 0 五。J [AePg/eP^gJ
(24) EdD=f，p,g (25) teT V 式中，M为电量电价弹性矩阵；E^，Eu和Eag分别为施行峰谷分时电价后峰、平、谷时 段的用电量；epQ，f，epQ，p，6?。， 8和Aepf，Aepp，Aepg分别为施行峰谷分时电价前各时段的 电价与施行前后的电价差；L k(u、Lk，t(k = f，p, g)为施行峰谷分时电价前、后各时段的负荷 水平； 峰谷分时电价的施行，应保证用户的用电费用在施行峰谷分时电价后不增加，即用户 总用电费用EI应满足： ^ 'Σ^, (26) teT 五/ = Σ Φ, · L,, + L", + L':,, (27 t^Tf t^Tp t^Tg ' r 用户对电价的响应能力有限，并且须保证施行峰谷分时电价前、后负荷峰谷时段性质 不发生变化，避免峰谷错位，则峰、平、谷三个时段的电价应满足：
(28) epf>epp>epg (29) 式中，Π 为限定峰、谷时段电价比设定的常数，基于综合用户的考虑取1.83?5。 4. 4以式（20)为目标函数、式（21)?（23)、（26)、（28)、（29)为约束条件，即为计及系 统可靠性与购电风险的峰谷分时电价优化模型，通过该模型，即可确定峰谷分时电价。
【文档编号】G06F19/00GK104156581SQ201410376427
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】胡博, 谢开贵, 陈沧杨, 余娟, 任洲洋, 缪书唯, 夏云 申请人:重庆大学