基于满意程度的居民阶梯电价最优电量分档标准求解模型的制作方法

本发明涉及电力数据分析与统计技术。

背景技术：

电力行业是国民经济的支柱产业，各行各业、以及居民的正常生活都离不开持续稳定的电力供应，电费支出也已经成为各类生产活动成本中的一项重要组成部分。电价作为一种重要的经济杠杆，起着优化资源配置，调整利益关系等作用，居民用户电价更是关系到广大人民群众的切身利益与生活水平的提高，直接影响到社会效率、效益与公平。因此，科学合理的居民电价制定方法显得尤为重要。

2009年11月，国家发改委提出对居民用户生活用电实行阶梯电价机制，旨在通过电价引导居民合理用电，促进节能减排，并帮助实现居民用电成本的内部补偿。阶梯电价的制定需要均衡居民、政府、供电公司等社会各方面的利益，综合考虑居民承受能力、用电需求、用电特性、资源稀缺性等条件。阶梯电价的实施具有以下意义：有利于反映电力的商品属性，合理体现商品成本，提高用电效率；有利于促进合理能源消费结构的形成，缓解煤电联动、环保等压力；有利于减少工商业等其他行业对居民用电的补偿，在居民用电内部引导高支付能力群体履行交叉补贴，体现公平性与公正性。

居民生活用电量随时在变化，而阶梯电价的设计则以历史数据为依托，因此，在设计过程中应对居民未来一段时间内生活用电的波动情况进行预测，并对分档电量进行修正。张粒子、黄海涛、归三荣提出根据居民家庭电器设备估算法或户均用电量样本数据估算法确定分档电量^[1]；陈小黎提出了阶梯电量分段区间的划分依据^[2]；朱珂丁等提出利用秩和比法确定地区最适合的阶梯分档次数，并通过计算机循环算法找出居民不满程度最低的分档电量设置方法^[3]。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于满意程度的居民阶梯电价最优电量分档标准求解模型，在已知分档电价前提下求解最优分档电量。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于满意程度的居民阶梯电价最优电量分档标准求解模型，

包括：

输入模块，输入待评定电量分档标准的组别数量以及现有居民户用电量数据；

多组分档电量构建模块，基于输入模块输入的组别数以及现有居民户用电量分布情况构建多组分档电量；

居民不满意程度函数构建模块，构建居民不满意程度的描述函数；

居民不满意程度计算及比较模块，计算各组分档电量标准下的居民不满意程度并比较得出居民不满意程度最低的电量分档标准；

输出模块，将居民不满意程度最低的电量分档标准作为结果输出。

进一步的，多组分档电量构建模块的构建方法包括如下子步骤：3.1计算第n组待评定电量分档标准的第一级分档电量，n＝1,2,…n，计算过程如下：

其中，n为电量分档标准的组别数量，q1,n表示第n组待评定电量分档标准的第一级分档电量，年度电量在上一年电量的基础上可能的增长率为r，上一年户用电量最大值为qmax，最小值为qmin；

3.2计算第一档居民用电总量q1,n

其中q1,n为第n组待评定电量分档标准的第一档居民用电总量，q表示居民户用电量，f(q)表示户用电量为q的居民户数；

3.3联立公式求解计算第二、三档居民用电总量q2,n、q3,n

其中，p1、p2、p3、p分别表示第一、二、三档电价以及平均电价，q1,n、q2,n、q3,n分别表示第n组待评定电量分档标准的第一、二、三档居民用电总量，q表示居民用电总量；

3.4根据第二、三档居民用电总量q2,n、q3,n计算第n组待评定电量分档标准的第二级分档电量q2,n

根据第二档居民用电总量的定义可知q2,n还可以表示为

第三档居民用电总量q3,n还可以表示为：

将公式(3)与公式(4)或(5)联立，求解得第n组待评定电量分档标准的第二级分档电量q2,n。

进一步的，居民不满意程度描述函数为

其中，zn为第n组待评定电量分档标准的居民不满意程度。

进一步的，居民不满意程度计算及比较模块的计算方法包括如下子步骤：

5.1依据居民不满意程度描述函数计算n组电量分档标准下的居民不满意程度

zn(n＝1,2,…n)；

5.2计算最低居民不满意程度，

本发明采用的技术方案，首先考虑实际情况，根据现有居民户用电量的分布曲线，构建多组电量分档标准，其次建立描述居民不满程度的函数，并计算各组电量分档标准下的居民不满程度函数值，选择其中不满程度最小时对应的分档标准作为最优结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明将以电价与电量为计算基础的居民不满意程度作为优化电量分档的依据，并以保证电网公司售电收入为基础条件，保证了居民与电网公司利益。

(2)本发明提出由决策者根据实际情况决定待评定分档电量的组别数，在尽量保证计算精度的基础上提高了分析效率，并提高了该方法的灵活性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明的具体流程图；

图2为居民户用电量分布图；

图3为第一级电量分档结果示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

基于满意程度的居民阶梯电价最优电量分档标准求解模型，包括：

输入模块，输入待评定电量分档标准的组别数量以及现有居民户用电量数据；

多组分档电量构建模块，基于输入模块输入的组别数以及现有居民户用电量分布情况构建多组分档电量；

居民不满意程度函数构建模块，构建居民不满意程度的描述函数；

居民不满意程度计算及比较模块，计算各组分档电量标准下的居民不满意程度并比较得出居民不满意程度最低的电量分档标准；

输出模块，将居民不满意程度最低的电量分档标准作为结果输出。

本发明考虑实际情况，根据现有居民户用电量的分布曲线，构建多组电量分档标准；建立以户电量与电价为基础数据的描述居民不满程度的函数，并计算各组电量分档标准下的居民不满程度函数值；选择其中不满程度最小时对应的分档标准作为最优结果。

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

见图1，本发明具体步骤如下：

步骤1：考虑不同决策地区的居民户用电量分布密度与分布区间等特点，结合决策者对组织内设备、资源等实际技术基础的考虑，以及分析时间的要求，确定待评定分档电量标准的组别数量。将该组别数量设为n。

居民户用电量分布曲线f(q)如图2所示。

步骤2进一步包括子步骤：

2.1计算第n(n＝1,2,…n)组待评定电量分档标准的第一级分档电量，计算过程如下：

其中，q1,n表示第n组待评定电量分档标准的第一级分档电量，求解年度电量在上一年电量的基础上可能的增长率为r，上一年户用电量最大值qmax，最小值qmin。第一级电量分档结果如图3。

2.2计算第一档居民用电总量q1,n。

其中q1,n为第n组待评定电量分档标准的第一档居民用电总量，q表示居民户用电量，f(q)表示户用电量为q的居民户数。

2.3联立公式求解计算第二、三档居民用电总量q2,n、q3,n。

其中，p1、p2、p3、p分别表示第一、二、三档电价以及平均电价，q1,n、q2,n、q3,n分别表示第n组待评定电量分档标准的第一、二、三档居民用电总量，q表示居民用电总量。

2.4根据第二、三档居民用电总量q2,n、q3,n计算第n组待评定电量分档标准的第二级分档电量q2,n。

根据第二档居民用电总量的定义可知q2,n还可以表示为

第三档居民用电总量q3,n还可以表示为：

将公式(3)与公式(4)或(5)联立，可求解得第n组待评定电量分档标准的第二级分档电量q2,n。

步骤3：对于生活用电量小于q1,n的居民用户，将希望分档电量q1,n恰好满足自身用电需求，以尽可能多的享受优惠电价，因此该等级电力用户的不满意程度即其实际用电量未享受到优惠电价部分产生的电费，即(q1,n-q)×p1最小。因为根据递增式阶梯电价的机理，分档电量越少，其相应的电价越低，即将第一档用电量设置为q(q＜q1,n)时相应的定价水平应小于分档电量为q1,n时的定价水平，从而第一档居民用户就可以支付最低的用电成本来满足自身的用电需求。对于生活用电量大于q1,n小于q2,n的居民用户，希望分档电量q1,n能够尽可能覆盖其自身的用电需求，使得处于第二档范围内电量产生的额外电费支出尽可能小，即(q-q1,n)×(p2-p1)最小。原因在于用户希望尽可能地享受低档次的电价，以减少电费支出。同理，对于生活用电量大于q2,n的居民用户，不满意程度可用(q-q2,n)×(p3-p2)表示。

由此建立居民不满意程度描述函数：

其中，zn为第n组待评定电量分档标准的居民不满意程度。

步骤4进一步包括子步骤：

4.1依据公式(6)计算n组电量分档标准下的居民不满意程度zn(n＝1,2,…n)。

4.2计算最低居民不满意程度，确定最优分档电量。

公式(7)表示第n^*组分档电量为最优电量分档标准。

需要说明的是，上述计算公式中引入的外部数值(如上一年电量的基础上可能的增长率为r)等，直接输入或者从数据库调取即可。

下面将结合应用实例进一步说明本发明。

实施例1

某地区居民户用电量分布情况如附件，假设决策者要求设置50组待评定电量分档标准。相关参数如表1所示。

表1居民用电参数设置表

根据步骤2所述公式，可以得到各组待评定电量分档标准的第一档分档电量及各档电量，由于50组分档标准中存在部分分档结果与实际差距较大，因此此处选取其中7组有代表性的分档标准进行分析，如表2所示。

表2分档结果

q1,n，q2,n表示第n组待评定电量分档标准的第一、二级分档电量；q1,n、q2,n、q3,n分别表示第n组待评定电量分档标准的第一、二、三档居民用电总量。

计算上述分档电量下的居民不满意程度，计算结果如表3所示。

表3居民不满意度计算结果表

由上表可知，第7组分档电量下的居民不满意程度最低，因此为最优分档标准，即第1档分档电量为74.1kwh，第2档分档电量为242.5kwh。