一种基于可中断潜力评估的电力可中断负荷的管理方法与流程

本发明涉及电力需求侧管理领域，具体涉及一种基于可中断潜力评估的电力可中断负荷的管理方法。

背景技术：

我国电力市场近两年已呈现电量供过于求的形势，但在经济发达地区的迎峰度夏期间和系统事故等情况下，仍会出现短时电力短缺情况。国内外实践已验证，可中断负荷管理可以有效地缓解系统时段性电力短缺，有助于促进电力资源优化配置。目前，我国绝大部分省份没有实施可中断负荷管理，实施地区尚未考虑不同工业负荷的负荷特性、生产特性等的差异,选择的参与企业大多是高耗能的黑色、有色产业等。

可中断负荷实施用户的选择与负荷类型具有很大相关性，有文献采用属性相关分析的方法对用户数据进行研究，得到用户参与可中断负荷管理意愿强弱与以下几个属性的相关性由大到小排列，依次为：行业>企业性质>电价与成本关系>容量>是否愿意执行高可靠性电价；可见，依据不同行业对负荷分类可以很好的反映不同用户参与可中断负荷管理的意愿强弱。

当前，国内对不同工业负荷的可中断特性研究已有一些积极的尝试，这对供电企业制定可中断负荷管理方案提供了很强的参考价值。有文献对比分析了我国轻工业类、重工业类、行政办公类、文化娱乐类、体育类、教育科研类、医疗卫生类、商业、金融、服务类、居民用户类用电行业的负荷特性，归纳了这11类用户的基本负荷特性；有文献通过对浙江省内7类主流工业(化纤行业、造纸行业、塑料行业、橡胶行业、纺织行业、有色金属及压延加工业、水泥行业)用户用电特性、主要工业流程与主要用电设备、及设备是否为中断负荷情况和占总负荷比例，研究总结各行业用户的可中断能力与负荷特性信息。

除了以上所提到的不同工业负荷的负荷特性研究之外，国内外对不同负荷类型的其他可中断特性研究，主要集中在缺电损失上，这是由于一般认为可中断负荷的定价都是基于用户的缺电损失。这是因为缺电损失的大小与用户类型密切相关，而合理的可中断负荷管理方案会很大程度上参考用户的停电损失情况。作为不同类型的负荷，居民用户、农业用户、工业用户和商业用户具有不同特点，在对其缺电损失进行估计时，可以依据其类型给出不同方法。

有鉴于此，急需提供一种基于可中断潜力评估的电力可中断负荷排序方法，综合考虑用户意愿、经济性、设备特性等多方面的影响因素，优选适合参与的工业行业，为政府制定可中断负荷实施细则提供决策参考。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种基于可中断潜力评估的电力可中断负荷的管理方法，包括以下步骤：

s1、选取某地区多个行业i作为研究对象，分别获取行业i某连续几年年度的电力消费总量qi、某连续几年年度营业利润总值bi、典型用户m的典型日日平均负荷和系统尖峰时段内的最大负荷，并选取各行业i的典型用户进行问卷调研；其中，i＝1,2,3...,31，m＝1,2,3...,ni；

s2、根据问卷调研问题及结果，获取行业i的中断意愿指标xi1；

s3、统计各行业的度电利润，获取行业i的缺电损失指标xi2；

s4、根据各行业i负荷削减比例函数，确定行业i的负荷削减比例指标xi3；

s5、计算各行业典型用户的平均尖峰日负荷率，确定行业i的尖峰日负荷率指标xi4；

s6、分别设定所述各指标xij含5个等级的基准值，其中，j＝1,2,3,4；

s7、分别确定所述各指标xij对应的权重ω1、ω2、ω3与ω4；

s8、计算行业i的可中断潜力得分ilpi，对行业i的可中断潜力进行排序，并推荐潜力得分较高的行业参与可中断负荷管理。

在上述方法中，所述步骤s2具体包括以下步骤：

s21、根据问卷调研问题及结果中用户对供电可靠性的要求与对按可靠性定价的态度，并考虑到用户主动与被动执行错避峰的情况，确定如下调研指标公式：

式中，xi1(m)——行业i中用户m的调研指标；

c1——最关心电价指标；

c2——支持按可靠性定价指标；

c3——主动避峰指标；

c4——负控要求指标；

c5——适合电价机制指标；

c6——负控影响指标；

ci——作答指标，包括针对用户最关心的选项(可靠性/电价/供电服务/电能质量)、对可靠性电价的看法(支持/不支持/不关心)、是否采取了避峰措施(是/否)、进行负荷控制时通常被要求的做法(轮休/压减负荷/直接中断/正常供电)、最适合自己的电价机制(可中断电价机制/高可靠性电价机制/尖峰电价机制)与进行负荷控制对自身的影响(生产上的不便/产品和原材料损失/设备损坏)6个问题及选项；

s22、利用调研指标公式对每个用户的行业i的中断意愿指标进行计算，对行业i中所有用户的中断意愿指标进行统计，形成样本集xi1＝{xi1(1),xi1(2),xi1(m),…,xi1(ni),}，再将样本值按从小到大的顺序排序，得到排序后的样本集xi1-0＝{xi1-0(1),xi1-0(2),xi1(m),…,xi1-0(ni),}，并根据下式计算样本集xi1-0的概率分布函数f(xi1-0(m))：

式中，p(x)——随机变量x取值为x时的概率；

s23、对于给定的分布，使用(xi1-0(m),f(xi1-0(m)))，m＝1,2,…,ni作为输入数据，分别对下述公式给出的对数正态分布使用极大似然估计法求解其参数μi和σi，得到行业i的中断意愿指标分布函数flog-n,xi1(μi,σi²)，具体公式如下：

式中，flog-n——对数正态分布函数，其中参数为μi和σi²；

ft——对数正态分布函数，其中参数为n；

s24、行业i的中断意愿指标xi1计算如下式：

xi1＝μi，i＝1,2,…,31

在上述方法中，所述步骤s3具体包括以下步骤：

行业i的度电利润vi的计算具体如下式：

式中，qi——行业i某年度的电力消费总量；

bi——行业i某年度营业利润总值；

一般将缺电损失作为制定电价和选择可靠性水平的一个重要参数，使用度电利润估计用户缺电损失，即行业i的缺电损失指标xi2如下式：

xi2＝vi

在上述方法中，所述步骤s4具体包括以下步骤：

s41、根据对各行业主要生产设备及其可中断特性的分析，对负荷削减比例随提前通知时间的变化规律进行研究，确定负荷削减比例函数，具体如下式：

式中，t——执行负荷中断时的提前通知时间，单位：小时；

n——函数分段数，取决于行业h中具有不同中断特性的设备种类数；

kh——行业h的中断负荷比例函数，它是以t为变量的分段函数；

khi——当提前通知时间位于区间(ti-1,ti]中时，行业h的可中断负荷占最大负荷的百分比，其取值区间在[0,100]之间，其中，i＝1,2,…,31；

s42、根据步骤s41中对行业主要生产设备的研究分析，确定行业i的负荷削减比例指标xi3具体如下式：

在上述方法中，所述步骤s5具体包括以下步骤：

行业i第m个调研用户的尖峰日负荷率kpeak(i,m)如下式：

式中，kpeak——尖峰日负荷率，单位：百分比；

pmean——日平均负荷，单位：千瓦；

pp-max——系统尖峰时段内用户出现的最大负荷，单位：千瓦；

即行业i的尖峰日负荷率指标xi4计算公式如下：

在上述方法中，所述基准值具体如下：

设定中断意愿指标集合为{xi1}＝{x11,x21,…,x31,1}，缺电损失指标集合为{xi2}＝{x12,x22,…,x31,2}，负荷削减比例指标集合为{xi3}＝{x13,x23,…,x31,3}与尖峰日负荷率指标集合为{xi4}＝{x14,x24,…,x31,4}；分别对{xi1}和{xi4}中的元素进行从小到大排序得到{xi1}′和{xi4}′，对{xi2}和{xi3}中的元素进行从大到小排序{xi2}′和{xi3}′；

对{xi1}′、{xi2}′、{xi3}′、{xi4}′分别选取其中第1个、第8个、第15个、第22个和第31个元素为基准值，对应优秀100分、良好80分、中等60分、较差40分及很差20分5个等级的分值。

在上述方法中，所述步骤s7具体包括以下步骤：

s71、对各指标xij，确定行业i的特征比重如下：

s72、设k＝1/ln31，则指标xij的熵值如下式：

s73、设定指标xij差异性系数gj，计算公式如下：

gj＝1-ej,j＝1,2,3,4；

gj越大说明该指标在综合评价中所起作用越大；

s74、确定各指标xij权重如下：

在上述方法中，所述步骤s8中计算行业i的可中断潜力得分ilpi，对行业i的可中断潜力进行排序具体包括以下步骤：

根据所述各指标xij基准值，分别对{xi1}′、{xi2}′、{xi3}′、{xi4}′指标集合中的第2-7个、第9-14个、第16-21个、第23-30个元素，通过插值方法计算其得分与

行业i的可中断潜力得分计算公式如下：

本发明提供了一种基于可中断潜力评估的电力可中断负荷管理方法，利用中断意愿指标、缺电损失指标、负荷削减比例指标和尖峰日负荷率指标，这些可以反映工业负荷可中断潜力本质属性和特征的特性指标，构建了工业负荷可中断潜力评价指标体系，给出了可中断潜力评价指标的计算公式，可以对不同工业行业的可中断潜力进行量化与比较，优选适合参与的工业行业，为政府制定可中断负荷实施细则提供决策参考。

附图说明

图1为本发明提供的流程图；

图2为本发明提供的具体实施案例中a省2013年7月26日日负荷曲线图；

图3为本发明提供的具体实施案例中各行业可中断潜力得分示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于可中断潜力评估的电力可中断负荷管理方法，利用中断意愿指标、缺电损失指标、负荷削减比例指标和尖峰日负荷率指标，这些可以反映工业负荷可中断潜力本质属性和特征的特性指标，构建了工业负荷可中断潜力评价指标体系，给出了可中断潜力评价指标的计算公式，可以对不同工业行业的可中断潜力进行量化与比较，优选适合参与的工业行业，为政府制定可中断负荷实施细则提供决策参考。下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于可中断潜力评估的电力可中断负荷管理方法，包括以下步骤：

s1、选取某地区多个行业i作为研究对象，分别获取行业i某连续几年年度的电力消费总量qi、某连续几年年度营业利润总值bi、典型用户m的典型日日平均负荷和系统尖峰时段内的最大负荷，并选取行业i的典型用户进行问卷调研；其中，i＝1,2,3...,31，m＝1,2,3...,ni；31个制造业的子行业具体如下表1所示。

表131个制造业的子行业列表

s2、根据问卷调研问题及结果，获取行业i的中断意愿指标xi1。具体包括以下步骤：

s21、根据问卷调研问题及结果中用户对供电可靠性的要求与对按可靠性定价的态度，并考虑到用户主动与被动执行错避峰的情况，确定如下调研指标公式：

式中，xi1(m)——行业i中用户m的调研指标；

c1——最关心电价指标，c1根据用户作答调研问题“贵单位最关心以下哪个选项”的结果进行取值，若用户选择“电价”选项，则c1＝10；若用户选择其他选项或未选择任何选项，则c1＝0；其中，其他选项包括可靠性、供电服务和电能质量。

c2——支持按可靠性定价指标，c2根据用户作答调研问题“贵单位对实施可靠性电价的看法”的结果进行取值，若用户选择“支持”选项，则c2＝10；若用户选择“不关心”选项，则c2＝5；若用户选择“不关心”或未选择任何选项，则c2＝0。

c3——主动避峰指标，c3根据用户作答调研问题“针对峰谷电价，贵单位在用电高峰时段，一般采取的避峰措施”的结果进行取值，若用户选择“关停主要生产设备”选项，则c3＝10；若用户选择其他选项或未选择任何选项，则c3＝0；其中，其他选项包括不采取措施、关停不必要的用电设备和关停一般生产设备。

c4——负控要求指标，c4根据用户作答调研问题“在系统高峰期、电力不足时，电网公司会对用户进行负荷控制，贵单位通常被要求的做法”的结果进行取值，若用户选择“直接断电”选项，则c4＝10；若用户选择“压减负荷”选项，则c4＝8；若用户选择“轮休”选项，则c4＝5；若用户选择“正常供电”选项或未选择任何选项，则c4＝0；

c5——适合电价机制指标，c5根据用户作答调研问题“对于以下用电机制，贵单位选择哪一个”的结果进行取值，若用户选择“可中断电价机制”选项，则c5＝10；若用户选择“现行的有序用电管理”选项或未选择任何选项，则c5＝0；

c6——负控影响指标，c6根据用户作答调研问题“若提前通知贵单位压减30％的负荷，可能造成的影响”的结果进行取值，若用户选择“生产上的不便”选项，则c6＝10；若用户选择“产品和原材料损失”选项，则c6＝5；若用户选择其他选项或未选择任何选项，则c6＝0；其中，其他选项包括无影响与设备损坏等重大损失。

ci——作答指标，包括针对用户最关心的选项(可靠性/电价/供电服务/电能质量)、对可靠性电价的看法(支持/不支持/不关心)、是否采取了避峰措施(是/否)、进行负荷控制时通常被要求的做法(轮休/压减负荷/直接中断/正常供电)、最适合自己的电价机制(可中断电价机制/高可靠性电价机制/尖峰电价机制)与进行负荷控制对自身的影响(生产上的不便/产品和原材料损失/设备损坏)6个问题及选项，取值为

s22、根据调研指标公式对每个用户的行业i的中断意愿指标进行计算，对行业i中所有用户的中断意愿指标进行统计，形成样本集xi1＝{xi1(1),xi1(2),xi1(m),…,xi1(ni),}，再将样本值按从小到大的顺序排序，得到排序后的样本集xi1-0＝{xi1-0(1),xi1-0(2),xi1(m),…,xi1-0(ni),}，并根据下式计算样本集xi1-0的分布函数f(xi1-0(m))：

式中，p(x)——随机变量x取值为x时的概率。

s23、对于给定的分布，使用(xi1-0(m),f(xi1-0(m)))，m＝1,2,…,ni作为输入数据，分别对下述公式给出的对数正态分布使用极大似然估计法求解其参数μi和σi，得到行业i的中断意愿指标分布函数flog-n,xi1(μi,σi²)，具体公式如下：

式中，flog-n——对数正态分布函数，其中参数为μi和σi²；

ft——对数正态分布函数，其中参数为n。

s24、行业i的中断意愿指标xi1计算如下式：

xi1＝μi，i＝1,2,…,31

s3、统计各行业的度电利润，获取行业i的缺电损失指标xi2，具体计算步骤如下：

电力用户的度电利润是指，每消耗一度电给用户带来的利润增加值。度电利润用以衡量电力用户的电力消耗与生产利润之间的关系，在中断负荷不带给用户设备、原材料损坏的前提下，度电利润一定程度上可以反映用户的缺电损失。

行业i的度电利润vi的计算具体如下式：

式中，qi——行业i某年度的电力消费总量；

bi——行业i某年度营业利润总值。

一般将缺电损失作为制定电价和选择可靠性水平的一个重要参数，本实施例中使用度电利润估计用户缺电损失，即行业i的缺电损失指标xi2计算如下式：

xi2＝vi，i＝1,2,…,31

s4、根据各行业i负荷削减比例函数，确定行业i的负荷削减比例指标xi3，具体包括以下步骤：

s41、根据对各行业主要生产设备及其可中断特性的分析，对负荷削减比例随提前通知时间的变化规律进行研究，确定负荷削减比例函数，具体如下式：

式中，t——执行负荷中断时的提前通知时间，单位：小时；

n——函数分段数，取决于行业h中具有不同中断特性的设备种类数；

kh——行业h的中断负荷比例函数，它是以t为变量的分段函数；

khi——当提前通知时间位于区间(ti-1,ti]中时，行业h的可中断负荷占最大负荷的百分比，其取值区间在[0,100]之间，其中，i＝1,2,…,31。

s42、根据步骤s41中对行业主要生产设备的研究分析，可确定各行业i的负荷削减比例函数，具体如下表2所示，确定行业i的负荷削减比例指标xi3具体如下式：

表231个类行业的负荷削减比例函数

s5、计算各行业典型用户的平均尖峰日负荷率，确定行业i的尖峰日负荷率指标xi4，具体包括以下步骤：

尖峰日负荷率，又称定点日负荷率，是指一个地区(或一个用户)在指定的时段(全网出现最大负荷时段)内出现的最大负荷与日平均负荷之比的百分数一般用于反映某地区(或某用户)在系统尖峰负荷时刻的用电情况。

行业i第m个调研用户的尖峰日负荷率kpeak(i,m)计算具体如下式：

式中，kpeak——尖峰日负荷率，单位：百分比；

pmean——日平均负荷，单位：千瓦；

pp-max——系统尖峰时段内用户出现的最大负荷，单位：千瓦。

即行业i的尖峰日负荷率指标xi4计算公式如下：

s6、分别设定各指标xij含5个等级的基准值，具体包括：

设定中断意愿指标集合为{xi1}＝{x11,x21,…,x31,1}，缺电损失指标集合为{xi2}＝{x12,x22,…,x31,2}，负荷削减比例指标集合为{xi3}＝{x13,x23,…,x31,3}与尖峰日负荷率指标集合为{xi4}＝{x14,x24,…,x31,4}；分别对{xi1}和{xi4}中的元素进行从小到大排序得到{xi1}′和{xi4}′，对{xi2}和{xi3}中的元素进行从大到小排序{xi2}′和{xi3}′；

对{xi1}′、{xi2}′、{xi3}′、{xi4}′分别选取其中第1个、第8个、第15个、第22个和第31个元素为基准值，对应优秀100分、良好80分、中等60分、较差40分及很差20分5个等级的分值。

s7、分别确定各指标xij对应的权重ω1、ω2、ω3与ω4，其中，j＝1,2,3,4，具体包括以下步骤：

s71、对各指标xij，确定行业i的特征比重如下：

s72、设k＝1/ln31，则指标xij的熵值如下式：

s73、设定指标xij差异性系数gj，计算公式如下：

gj＝1-ej,j＝1,2,3,4；

gj越大说明该指标在综合评价中所起作用越大。

s74、确定各指标xij权重

s8、计算行业i的可中断潜力得分ilpi，对行业i的可中断潜力进行排序，并推荐潜力得分较高的行业参与可中断负荷管理，具体实施步骤如下：

根据步骤s6中的各指标评分基准值，根据所述各指标xij基准值，分别对{xi1}′、{xi2}′、{xi3}′、{xi4}′指标集合中的第2-7个、第9-14个、第16-21个、第23-30个元素，通过插值方法计算其得分与

行业i的可中断潜力得分计算公式如下：

下面通过具体实施案例说明本发明的是实施效果：

对31个行业的典型用户的尖峰日负荷率进行统计分析。如图2所示，为a省2013年7月26日的典型日负荷曲线，可见，当日系统(全省)的负荷尖峰出现在13:00～14:00之间，即图中标灰的时段；那么，在下文尖峰日负荷率计算中，系统尖峰时段即取13:00～14:00。

下表3给出了分行业典型用户尖峰日负荷率的计算结果，所有典型用户的平均尖峰日负荷率为214.6％。

表3分行业典型用户尖峰日负荷率分布

根据主要生产设备及其可中断特性分析，如下表4所示，为各行业主要生产设备及其可中断特性。

表4各行业主要生产设备及其可中断特性

利用工业负荷可中断潜力评价指标体系，对某市31个工业行业的可中断潜力得分进行计算，如下表5所示，给出了31个行业中断意愿指标、缺电损失指标、负荷削减比例指标、尖峰日负荷率指标的原始取值。

表531个行业中断意愿指标、缺电损失指标、负荷削减比例指标、尖峰日负荷率指标的原始取值

(1)指标评分基准值计算

指标评分基准值将按照以下规则取定：首先，对31个行业的指标原始值按从可中断潜力大到可中断潜力小的顺序进行排序；然后，分别选定有序序列的第1个、第8个、第15个、第22个和第31个(调研指标仅有30个数据，则此处选择第30个)作为该指标的评分基准值。选取结果如下表6所示。

表6指标评分基准值选取

(2)指标权重计算

按照熵值法，计算得4个指标权重如下表7所示。

表7指标评分权重设定

(3)可中断潜力得分计算

对31个行业分别计算得到各行业可中断潜力得分，如图3所示，给出了计算结果并按可中断潜力大小对各行业进行了排序。图中，黑色金属压延业的得分最高，且远高于排名第二的有色金属压延业，而我国现今可中断用户多选择炼钢企业；此处，理论与实践得到的结论一致。整体来看，重工业的可中断潜力得分高于轻工业，更加适宜参与可中断负荷管理。

本发明提供的一种基于可中断潜力评估的电力可中断负荷排序方法概念简单清晰，利用中断意愿指标、缺电损失指标、负荷削减比例指标和尖峰日负荷率指标，可以反映工业负荷可中断潜力本质属性和特征的特性指标，构建了工业负荷可中断潜力评价指标体系，给出了可中断潜力评价指标的计算公式，可以对不同工业行业的可中断潜力进行量化与比较，优选适合参与的行业，为政府制定可中断负荷实施细则提供决策参考。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。