一种基于峰谷电价对用户响应和满意度的分析方法与流程

本发明涉及电网管理领域，尤其涉及一种基于峰谷电价对用户响应和满意度的分析方法。

背景技术：

需求侧管理是20世纪80年代初由美国提出的一种在用户有效参与下充分利用电力资源的系统工程，是电力公司为了影响用户的电力消费、使其产生公司希望的负荷形状而计划和实施的措施。峰谷分时电价作为dsm的一种经济手段根据不同时段确定不同的销售电价，可以鼓励用户调整用电负荷削峰填谷，有助于提高电能经济效率、降低全社会电价水平、提高社会经济效益[3]。

峰谷电价的核心是合理地确定峰谷电价水平,提供充足有效的价格信号。峰谷电价比太高将导致用户对电价响应过度,峰谷时段产生了较大的漂移,甚至产生峰谷倒置,调峰失败的同时电网经济利益受损。峰谷电价比太低又会使用户响应不足,无法达到峰谷电价制定的预期效果。所以,有效地测量和量化用户对峰谷分时电价的响应是十分必要的。另一方面,制定峰谷分时电价时用户的满意度尤为重要,较高的峰谷电价比虽然可以引起用户的充分响应,达到削峰填谷的目的,但是会导致用户对该项政策的满意度下降,甚至会影响电力公司的社会形象。因此,制定合理的峰谷分时电价应充分考虑用户的响应和满意度双重因素,寻找二者以及其他系统目标之间的均衡点，而现在市面上缺乏一种针对用户响应和满意度的分析方法。

技术实现要素：

本发明目的是针对上述问题，提供一种基于峰谷电价下可以综合考虑用户的响应和满意度的分析方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于峰谷电价对用户响应和满意度的分析方法，包括以下步骤：

s1、构建用户模块，用户模块包括用户直接收益单元、用户满意度单元、用电方式满意度单元、新增收益率单元、参与用户成本单元；参与用户成本单元的输出端、用户直接收益单元的输出端均与新增收益率单元的输入端连接；新增收益率单元的输出端、用电方式满意度单元的输出端均与用户满意度单元的输入端连接；

s2、构建补贴模块，补贴模块包括政府-用户补贴单元、电厂-用户补贴单元；

s3、构建负荷模块，负荷模块包括转移电量单元、峰谷电量单元、最大峰荷单元、平均负荷率单元；转移电量单元的输出端分别连接最大峰荷单元、平均负荷率单元的输入端；峰谷电量单元的输出端与转移电量单元的输入端连接；

s4、构建电价模块，电价模块包括用户用电方式单元、峰谷电价比单元、平均电价单元、基准电价单元、上网电价单元、分时电价浮动比率单元；用户用电方式单元、分时电价浮动比率单元的输出端均与峰谷电价比单元的输入端连接，上网电价单元的输出端与基准电价单元的输入端连接，基准电价的输出端、峰谷电价比单元的输出端均与平均电价单元的输入端连接；

s5、将用户模块、补贴模块、负荷模块、电价模块进行连接，构建峰谷分时电价系统；

s6、通过峰谷分时电价系统得到用户响应模型；通过用户响应模型计算出峰谷电价响应度；

s7、通过峰谷分时电价系统得到用户满意度模型；通过用户满意度模型计算出用户满意度；

进一步的，所述步骤s5中用户模块、补贴模块、负荷模块、电价模块的连接关系为，将政府-用户补贴单元、电厂-用户补贴单元的输出端均与参与用户成本单元的输入端连接；转移电量单元的输出端分别连接用户直接收益单元、用电方式满意度单元的输入端；转移电量单元的输入端连接用户满意度单元的输出端；最大峰荷单元、平均负荷率单元的输出端与峰谷电价比的输入端连接，平均负荷率单元的输出端连接上网电价的输入端，平均电价的输出端连接用户直接收益单元的输入端。

进一步的，所述步骤s6中用户响应模型的计算公式为：

其中，esew为预期用电方式满意度；qp为峰时段用电量；δtr为峰谷电量转移速率；iqp为初始峰时段用电量；qv为谷时段用电量；iqv为初始谷时段用电量；repp为峰谷电价响应度；为峰谷电量转移潜力；δtr(0)为峰谷电量转移速率基值；为用电方式满意程度响应度；t1为响应延迟时间；为峰谷电量比；α为峰谷电量转移指数；为峰谷电价比；β为峰谷电价比响应指数。

进一步的，所述用户满意度模型的计算公式为：

sew＝integ(vsew，0)

sec＝integ(vsec，0)

vsew＝(esew-sew)/t2

vsec＝(esec-sec)/t2

sc＝sewλ1+secλ2

λ1+λ2＝1；

其中，t2为感觉延迟时间；esec为预期电费支出满意度，sew为用电方式满意度；vsew为用电方式满意度改变速率；sec为电费支出满意度；vsec为电费支出满意度改变速率；γ为用电方式满意度响应指数；pav为平均电价；pu为用户响应单位投入；为初始平均电价；ec为用户电费节约；sc为用户满意度；pp为峰时段电价；pv为谷时段电价；λ1、λ2分别为用电方式、电费支出满意度权重。

进一步的，通过峰谷分时电价系统得到负荷模型，负荷模型的计算公式为：

pp，before(t)＝pp0+pp0×gload×t

pavoid(t)＝ptou，down(t)+pil，down(t)

δξt＝ξafter(t)-ξbefors(t)；

其中，pp，before(t)为地区原峰荷；pp0为地区峰荷初值；gload为负荷自然增长率；ptou，down(t)为tou削减峰荷；为原负荷率；et，before为地区原峰、平、谷时段电量；ξafter(t)为dr后负荷率；为tou后地区峰、谷时段电量；为dr后地区峰荷；δξ(t)为负荷率的提升比例。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明在现有研究成果的基础上，将系统动力学方法应用到峰谷分时电价的研究中，通过用户模块、补贴模块、负荷模块、电价模块构建峰谷分时电价系统，将用户的满意度分为用电方式满意度和电费支出满意度，从而分析峰谷分时电价对用户满意度的影响，并对不同峰谷电价比和响应敏感型用户进行了敏感性分析，进而得出不同类型用户的最优电价结构，其结果对峰谷分时电价的制定和调整具有一定的指导意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为峰谷分时电价的仿真原理图；

图2为峰谷分时电价系统的框架结构图；

图3为用户响应模型的结构示意图；

图4为用户满意度模型的结构示意图；

图5为负荷模型的结构示意图；

图6为峰谷分时电价比模型的示意图；

图7为各时段电量曲线图；

图8为平均电价曲线图；

图9为用户电费节约曲线图；

图10为用户对分时电价满意度曲线图；

图11为不同峰谷电价比下的用户满意度曲线图；

图12为峰谷电量转移曲线图；

图13为负荷率的提升比例曲线图；

图14为不同响应用户的敏感性分析示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1至图14所示，图1从宏观角度阐述了实施峰谷分时电价项目后用户响应情况。初步实施峰谷分时电价(tou)项目时有少量用户参与，参与用户响应峰谷分时电价(tou)信号调整或转移负荷,系统峰荷降低、负荷率升高；政府补贴用户和电网企业，其参与成本降低，用户、供方企业和社会侧都从tou项目获益。用户判断自身获益情况，选择继续参与或退出；电网企业根据获益情况，选择是否调整或添加tou项目。若用户和电网企业参与积极性不佳,政府加大补贴，最终形成正向驱动：在政府补贴合理的情况下,用户参与积极性高,系统峰荷降低和负荷率提高取得实质效果,用户满意度提高。

峰谷分时电价系统是一个复杂关联系统，根据系统目标，将整体模型分解成4个模块，即用户模块、电价模块、负荷模块以及补贴模块。各模块内部各因素之间相互关联，而模块之间的关系也错综复杂,综合各方因素构筑了峰谷分时电价系统的关系图(如图2所示)。

(1)用户模块：

用户参与度表示tou项目响应负荷占总负荷的比例，经济性和舒适性是用户是否响应的主要考量因素,以新增收益率衡量经济性,以用电方式满意度衡量舒适性。用户不参与tou时,用电方式满意达最大值100％；用户参与tou后,调整用电方式、转移负荷,以用电满意度下降为代价,获得电费节约或经济补偿。经济性与舒适性之间存在矛盾,用户综合考虑新增收益率和用电方式满意度后,判断是否继续参与tou项目。

(2)补贴模块：

在未进行效益分享的情况下,对rtp参与用户和电网企业的补贴全部由政府机构支付。在进行效益分享的情况下,从发电企业的效益中转移部分至参与用户和电网企业，以实现更为公平合理的正向激励。

(3)负荷模块：

用户参与tou之后，削减峰时段负荷,提升了负荷率。对比实施tou前后的负荷率,以负荷率的提升比例衡量tou对于平滑负荷曲线的效果,并且考虑了地区峰荷受自然增长率的影响。负荷率的提升比例间接影响发电企业的成本和效益。

(4)电价模块：

上网电价和预期供电利润决定预期基准价格,与基准电价调节时间共同影响平时段电价，也就是基准电价。保证峰、平、谷电价比不变，随着用户参与tou引起峰、平、谷时段电量变化，平均电价随之波动。上网电价与平时电价均存在调节时间延迟,使得电价之间的相互影响存在滞后。

用户响应模型如图3所示，

式中，esew为预期用电方式满意度；qp为峰时段用电量；δtr为峰谷电量转移速率；iqp为初始峰时段用电量；qv为谷时段用电量；iqv为初始谷时段用电量；repp为峰谷电价响应度；为峰谷电量转移潜力；δtr(0)为峰谷电量转移速率基值；为用电方式满意程度响应度；t1t1为响应延迟时间；为峰谷电量比；α为峰谷电量转移指数；为峰谷电价比；β为峰谷电价比响应指数。

用户满意度模型如图4所示，

sew＝integ(vsew，0)

sec＝integ(vsec，0)

vsew＝(esew-sew)/t2

vsec＝(esec-sec)/t2

sc＝sewλ1+secλ2

λ1+λ2＝1；

其中，t2为感觉延迟时间；esec为预期电费支出满意度，sew为用电方式满意度；vsew为用电方式满意度改变速率；sec为电费支出满意度；vsec为电费支出满意度改变速率；γ为用电方式满意度响应指数；pav为平均电价；pu为用户响应单位投入；为初始平均电价；ec为用户电费节约；sc为用户满意度；pp为峰时段电价；pv为谷时段电价；λ1、λ2分别为用电方式、电费支出满意度权重；二者取值的不同体现了不同用户对用电方式改变和电费支出重视程度的不同。

负荷模型如图5所示，

pp，before(t)＝pp0+pp0×gload×t

pavoid(t)＝ptou，down(t)+pil，dowm(t)

δξt＝ξafter(t)-ξbefore(t)；

式中：pp，before(t)为地区原峰荷；pp0为地区峰荷初值；gload为负荷自然增长率；ptou，down(t)为tou削减峰荷；为原负荷率；et，before为地区原峰、平、谷时段电量；ξafter(t)为dr后负荷率；为tou后地区峰、谷时段电量；为dr后地区峰荷；δξ(t)为负荷率的提升比例。

案例说明

系统动力学模型行为的模式与结果主要取决于模型的结构而不是参数值的大小，模型中参数的准确度只需要满足建模要求即可。本系统的参数主要根据已有的统计数据和研究成果以及现行峰谷电价实施情况而确定。模型设置峰平谷电量比为15：10：6，日负荷率为57％，假设平时段用电量基本保持不变，仅考虑峰谷分时电价机制实施后对峰谷时段用电量的影响，同时季节变化、用电设备老化等因素对用电量的影响暂不讨论。仿真时长取峰谷电价实施后1年(按360d计)，时间步长取1d(如表1所示)。

表1参数设置

本文设置两种定价策略，对定价策略的模拟可以从各时段电价比值大小和制定方式(即始终不变还是根据系统运行状态动态调整以及以何种方式调整)两方面进行。策略1通过输入不同的峰谷分时价差比参数实现，策略2通过调整峰谷电价结构模型实现。本文根据模拟结果不断改进定价策略，先后进行了2种定价策略的模拟分别是:①固定峰谷分时电价比政策(情景1)；②随系统负荷调整峰谷电价比的政策(情景2)。

如果将峰谷分时电价比按系统负荷特性，主要是各时段电量比定期调整，本文模拟的调整时间为半个月，各时段电价比随着系统负荷的平稳而逐渐减小，据此对模型进行修改，峰谷分时电价比成为系统的内部变量，即状态变量，其变化速率由分时电价比现值与分时电量比现值的差以及调整时间决定，与前者成正比，与后者成反比。如图6所示。

由图7不同时段电量变化曲线以及图12峰谷电量转移速率曲线可知，峰谷电量转移速率呈先快速上升后逐渐回落的变化趋势，这主要是由于用户存在一定的响应延迟时间所致。由于峰谷电量转移速率始终保持正值，因此在峰谷分时电价实施后，峰时段电量不断转移至谷时段，从而导致各时段的峰谷差逐渐减小；系统运行第5d时，用户开始响应；当系统运行到第300d时，谷时段用电量超过峰时段用电量，出现峰谷倒置现象；用户因为自身利益考虑，会继续从峰时段转移电量，从而导致谷时段用电量继续上升。

随峰谷分时电价的实施，用户平均电价及电费节约变化趋势见图8和图9。由图可看出，由于峰时段用电量的下降及谷时段用电量的上升，因此用户平均电价呈逐渐下降的趋势，在模型仿真结束时用户平均电价由710元/(mw·h)降至600元/(mw·h)，降幅为15％。同时，用户平均电价的下降给用户带来的电费节约值不断增加，节约额约为10000元，如图9所示。由此可知，峰谷分时电价的实施能给用户带来可观的电费节约效益。

用户满意度是度量用户对峰谷分时电价政策支持与否的直观体现，也是电网公司在制定峰谷分时电价时需重点考虑的一个因素。由图10可看出：①用户用电方式满意度呈先上升后下降的趋势，这主要是因为生产活动转移至低谷时段不仅会使用户因调整生产工艺而额外增加设备投资等成本费用，且会因生产班制的调整而降低员工的心理满意度。②用户电费支出满意度呈不断上升趋势是因为电费节约能降低用户生产成本从而提高用户的满意度。③由于用户满意度是用电方式满意度和电费支出满意度的加权平均数，因此用户满意度的变化趋势为先上升后稍有回落最后趋于稳定，仿真结束时用户满意度基本处于0.8的水平，满意程度较高。

若以情景1设置定价情况，从而分析峰谷电价比对用户满意度的影响，本文设定了5种不同的定价策略进行模拟(如表2所示)，结果见图11。

表2不同定价策略

不同情景下的用户满意度排序为情景1＞情景3＞情景2＞情景5＞情景4。由情景1、2、3、4、5的用户满意度可知，在一定程度内拉大或降低峰谷电价比既可能提高用户满意度，也可能降低用户满意度；由情景4、5的用户满意度可知，在同一峰谷电价比下，不同的峰谷电价构成对用户满意度的影响可能不同。所以在制定峰谷电价时，既要考虑峰谷电价比，又要考虑峰谷电价的实际构成。

通过上述情景的模拟结果分析对峰谷分时电价体系的运行特征有一个总体了解，同时可知，固定不变的峰谷价比政策在峰谷电价实行初期起到了很好的削峰填谷作用，但也存在导致用户响应过度，峰谷倒挂的不合理之处，峰谷电价比应该根据系统负荷特性不断调整，即按照情景2进行模型构建，将峰谷分时电价比按系统负荷特性，主要是各时段电量比定期调整，本文模拟的调整时间为15天，各时段电价比随着系统负荷的平稳而逐渐减小。

实行随系统负荷调整峰谷电价比情景2的定价策略后，峰谷电量转移速率明显低于情景1的情况如图12所示，初期削峰填谷效果不如情景1明显但从图7可看出，在模拟末期360d时，峰谷电量转移速率仍大于0，那么360d后是否会出现峰谷倒置现象呢？为此我们将情景2的模拟时长扩大至450d继续模拟如图7所示，系统负荷仍旧保持相对稳定状态系统负荷保持相对稳定状态。

dr提高了系统平均负荷率,但是由于负荷需求的自然增长,负荷率的提升比例在结束振荡后有下滑趋势，如图13所示。

峰谷电价比响应指数可反映出用户对峰谷电价变化的敏感程度，用户对峰谷分时电价越敏感，其响应指数越高，对不同响应用户类型的划分见表3。不同响应用户的敏感性分析结果见下图。由图14可看出，在峰谷电价比相同的条件下，响应敏感度高的用户能更快地实现平稳用电负荷的目标，使系统趋于稳定。同时，同一峰谷电价比下，响应程度不同的用户其满意度也不同，这说明不同响应类型的用户具有不同的理想峰谷电价结构。

表3不同响应类型用户的划分

因用户对峰谷分时电价的满意度是由用电方式满意度和电费支出满意度双重因素决定的，故在制定峰谷分时电价时应予以综合考虑。

1)峰谷电价比固定将引起峰谷倒挂的情况，因此固定的峰谷分时电价政策是不合理的，通过本文模拟比较得出最优的峰谷分时电价结构是随系统负荷调整峰谷电价比的政策。

2)合理的峰谷电价比是峰谷分时电价制定的核心，也是影响用户满意度的关键因素，过高或过低的峰谷电价比对峰谷分时电价削峰填谷作用的发挥均不利。另外，当峰谷电价比相同时，还要考虑峰谷电价的实际构成。

3)由于不同响应类型的用户具有不同的理想峰谷电价比，在峰谷电价比相同的条件下，响应敏感度高的用户能更快地实现平稳用电负荷的目标。因此电网公司在制定峰谷分时电价时，对不同响应类型的用户应制定不同的峰谷分时电价结构。