基于價(jià)格和激勵(lì)的電力需求響應(yīng)的智能決策方法
【專利摘要】本發(fā)明的基于價(jià)格和激勵(lì)的電力需求響應(yīng)的智能決策方法，包括：a).樣本采集；b).行業(yè)負(fù)荷的求取；c).時(shí)刻負(fù)荷的求?。籨).建立安全運(yùn)行約束條件；e).建立容忍程度約束條件；f).求可控負(fù)荷總量；g).求反彈負(fù)荷總量；h).建立基本需求關(guān)系；i).建立受控時(shí)間約束條件；j).建立用戶受益約束函數(shù)；k).建立舒適度優(yōu)化函數(shù)；l).建立用電成本約束函數(shù)；m).建立參與成本約束函數(shù)；n).建立公平性約束函數(shù)；o).求最優(yōu)解。本發(fā)明的智能決策方法，可將用電時(shí)段調(diào)整到低電價(jià)時(shí)段，在高電價(jià)時(shí)段減少用電，減少了電費(fèi)支出；用戶在系統(tǒng)需要或電力緊張時(shí)減少電力需求，具有削峰填谷的作用，保障了電力的正常供應(yīng)。
【專利說明】基于價(jià)格和激勵(lì)的電力需求響應(yīng)的智能決策方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于價(jià)格和激勵(lì)的電力需求響應(yīng)的智能決策方法，更具體的說，尤其涉及一種可引導(dǎo)用戶進(jìn)行良性用電、具有削峰填谷作用的電力需求響應(yīng)的智能決策方法。
【背景技術(shù)】
[0002]需求響應(yīng)(Demand Response,以下簡稱DR)是電力需求響應(yīng)的簡稱,是在電力需求側(cè)管理(簡稱“需求側(cè)管理”)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是需求側(cè)管理在電力市場中的最新發(fā)展。自上世紀(jì)70年代美國電科院(EPR1-USA)提出需求側(cè)管理概念，得到世界各地的廣泛關(guān)注，許多國家不同程度的采取需求側(cè)管理措施，有效緩解電力供應(yīng)緊張局面。
[0003]需求側(cè)管理在不同的市場階段有著不同的表現(xiàn)形式。當(dāng)前采用最多的是有序用電，即在用電負(fù)荷緊缺、電能有限的情況下通過法律、行政、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等手段，加強(qiáng)用電管理，改變用戶用電方式，采取錯(cuò)峰、避峰、輪休、讓電、負(fù)控限電等一系列措施，控制部分用電需求，充分利用發(fā)電資源、盡可能滿足電力需求的活動(dòng)，然而在實(shí)施過程中，用戶僅能接受統(tǒng)一安排，是一種完全被動(dòng)的運(yùn)作模式。
[0004]作為需求側(cè)管理最新的技術(shù)，美國在應(yīng)對(duì)加州電力危機(jī)的背景下提出了需求響應(yīng)技術(shù)，并在歐美部分發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了實(shí)施。需求響應(yīng)是指通過一定價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)電力用戶主動(dòng)改變自身消費(fèi)行為、優(yōu)化用電方式，減少或者推移某時(shí)段的用電負(fù)荷，以確保電網(wǎng)電力平衡、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、促進(jìn)電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的運(yùn)作機(jī)制。需求響應(yīng)本質(zhì)上是通過電力用戶主動(dòng)參與供需雙方關(guān)系的平衡，實(shí)現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置目標(biāo)的市場行為，是一種以用戶主動(dòng)性為特征的的需求側(cè)管理的實(shí)現(xiàn)形式。
[0005]按照需求側(cè)用戶針對(duì)市場價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)機(jī)制作出響應(yīng)并改變正常電力消費(fèi)模式的市場參與行為，需求響應(yīng)實(shí)施項(xiàng)目一般可以分為基于價(jià)格的需求響應(yīng)與基于激勵(lì)的需求響應(yīng)。
[0006]基于價(jià)格型需求響應(yīng)，即通過設(shè)定階梯電價(jià)、分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)(尖峰電價(jià))等方式，引導(dǎo)用戶根據(jù)自身情況主動(dòng)的調(diào)整電力需求，在接收到電價(jià)上升的信號(hào)時(shí)減少電力需求，而在其他時(shí)段則享受優(yōu)惠電價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)削峰填谷的目的，主要包括分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)、階梯電價(jià)等實(shí)施類型。
[0007]基于激勵(lì)的需求響應(yīng)是由實(shí)施機(jī)構(gòu)根據(jù)電力系統(tǒng)供需情況制定需求響應(yīng)策略，用戶在系統(tǒng)需要或電力緊張時(shí)減少電力需求，以此獲得直接補(bǔ)償或其他時(shí)段的優(yōu)惠政策?；诩?lì)的需求響應(yīng)一般是通過事先簽訂協(xié)議合同的方式來約束雙方的需求響應(yīng)實(shí)施行為，包括直接負(fù)荷控制、可中斷負(fù)荷、需求側(cè)競價(jià)、緊急需求響應(yīng)、容量市場項(xiàng)目、輔助服務(wù)項(xiàng)目等實(shí)施類型。
[0008]在實(shí)際執(zhí)行中，兩種類型的需求響應(yīng)相互補(bǔ)充，相互滲透，基于價(jià)格型需求響應(yīng)的大規(guī)模實(shí)施可以減少電價(jià)波動(dòng)及電力儲(chǔ)備短缺的嚴(yán)重性和頻度，從而減少于激勵(lì)型需求響應(yīng)發(fā)生的可能性。[0009]前述的價(jià)格對(duì)負(fù)荷的引導(dǎo)作用展示了在供求信息互動(dòng)的條件下，價(jià)格-需求彈性系數(shù)對(duì)負(fù)荷曲線的修正作用，這正是需求響應(yīng)得以實(shí)施的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理。因此，基于需求響應(yīng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，本節(jié)將從價(jià)格型需求響應(yīng)項(xiàng)目機(jī)制、激勵(lì)型需求響應(yīng)項(xiàng)目機(jī)制兩部分展開論述。
[0010](一)價(jià)格型需求響應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)制
基于價(jià)格的需求響應(yīng)一般是由實(shí)施方發(fā)布電價(jià)信息(或由政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)制定)，用戶根據(jù)收到的電價(jià)信息，根據(jù)自身意愿選擇是否調(diào)整電力需求并改變用電消費(fèi)行為，即由用戶通過內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)決策過程，將用電時(shí)段調(diào)整到低電價(jià)時(shí)段，并在高電價(jià)時(shí)段減少用電，來實(shí)現(xiàn)減少電費(fèi)支出的目的，
(1)分時(shí)電價(jià)響應(yīng)
電價(jià)隨一年不同的季節(jié)或一天不同的時(shí)段而不同，但電價(jià)的變化幅度不太大。它通常是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，將電力需求高的時(shí)段設(shè)定為高價(jià)段，而在其他時(shí)段給用戶優(yōu)惠的電價(jià)，并期望用戶響應(yīng)電價(jià)，改變其用電模式。這種形式是電力需求響應(yīng)的雛形，也是最普及、最成熟的一種，它通常實(shí)施于一年的某季節(jié)或全年。
[0011](2)尖峰電價(jià)響應(yīng)
是一種特殊的分時(shí)電價(jià)，它的高價(jià)時(shí)段電價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他時(shí)段價(jià)格，并且只有在電力趨于高度緊張，需求趨于臨界峰值，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅時(shí)，由供電方發(fā)出短期通知后方可實(shí)施。這種電價(jià)通常是提前設(shè)定好的，為了保護(hù)用戶利益，通常這種形式的電力需求響應(yīng)的年實(shí)施天數(shù)被限制。作為用戶，在臨界峰值電價(jià)響應(yīng)實(shí)施時(shí)，必須采取有效措施，臨時(shí)減少電力需求。
[0012](3)實(shí)時(shí)電價(jià)響應(yīng)
電力零售價(jià)格不是提前設(shè)定，而是直接受批發(fā)價(jià)格的影響而呈逐時(shí)持續(xù)變化狀態(tài)，也有根據(jù)預(yù)測(cè)或經(jīng)驗(yàn)提前一天通知逐時(shí)電價(jià)，以便于用戶提前計(jì)劃需求以響應(yīng)電力供應(yīng)市場。
[0013](4)階梯電價(jià)響應(yīng)
階梯電價(jià)是階梯式遞增電價(jià)或階梯式累進(jìn)電價(jià)的簡稱，是指把戶均用電量設(shè)置為若干個(gè)階梯分段或分檔次定價(jià)計(jì)算費(fèi)用。電力企業(yè)根據(jù)用戶一段歷史時(shí)間段內(nèi)(通常一個(gè)月)的用電水平，制定不同電價(jià)政策，對(duì)于用電量較大的用戶給予經(jīng)濟(jì)上的“懲罰”，從而促進(jìn)耗能大戶提高能源效率，主動(dòng)降低無謂的電力使用，促進(jìn)節(jié)能減排。
[0014](二)激勵(lì)型需求響應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)制
基于激勵(lì)的需求響應(yīng)是由實(shí)施機(jī)構(gòu)根據(jù)電力系統(tǒng)供需情況制定響應(yīng)策略，用戶在系統(tǒng)需要或電力緊張時(shí)減少電力需求，以此獲得直接補(bǔ)償或其他時(shí)段的優(yōu)惠電價(jià)，包括直接負(fù)荷控制、可中斷負(fù)荷、需求側(cè)競價(jià)、緊急需求響應(yīng)、容量市場項(xiàng)目等實(shí)施類型。基于激勵(lì)的需求響應(yīng)一般是通過事先簽訂協(xié)議合同的方式來約束雙方的需求響應(yīng)實(shí)施行為。
[0015](1)直接負(fù)荷控制響應(yīng)
供電方直接遠(yuǎn)程控制用戶的電器或設(shè)備，在必要并發(fā)出緊急通知后，系統(tǒng)操作員可以中斷向被控制電器或設(shè)備的電力供應(yīng)，而用戶則獲得相應(yīng)的補(bǔ)償。該項(xiàng)目通常適用于住宅以及商業(yè)建筑，并且在一年或一季度內(nèi)用戶被中斷的次數(shù)或小時(shí)數(shù)是有限制的。
[0016](2)可中斷負(fù)荷響應(yīng)供電方與用戶簽訂協(xié)議，在電力短缺或系統(tǒng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)要求用戶減少需求，而用戶則享受優(yōu)惠電價(jià)或直接經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。如果用戶不減少需求，則受到處罰。該項(xiàng)目通常適用于負(fù)荷在200kW以上的用戶，并且在一年或一季度內(nèi)用戶被通知減少需求的次數(shù)或小時(shí)數(shù)是有上限的。通常，用戶必須在接到通知后30min至60min內(nèi)，作出減少電力需求的反應(yīng)。
[0017](3)需求競價(jià)/回購響應(yīng)
該項(xiàng)目鼓勵(lì)大型用戶在其提議的價(jià)格下自愿減少電力需求，或在被公布的補(bǔ)償價(jià)格下明示自愿減少多少負(fù)荷。該項(xiàng)目通常根據(jù)電力需求預(yù)測(cè)提前一天通知用戶，但在必要時(shí)也可當(dāng)天通知。如果用戶選擇參與，但沒有能夠減少需求，將受到處罰。
[0018](4)緊急電力需求響應(yīng)
該項(xiàng)目是為系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅時(shí)而設(shè)計(jì)的。供電方為用戶減少負(fù)荷而提供補(bǔ)償，用戶則自愿選擇參與或放棄，而不受到處罰。
[0019](5)容量市場項(xiàng)目
當(dāng)系統(tǒng)突發(fā)事件發(fā)生或穩(wěn)定性受到威脅，該項(xiàng)目被觸發(fā)時(shí)，執(zhí)行方為參與者提供可保證補(bǔ)償，而用戶則有義務(wù)減少預(yù)定電力負(fù)荷，否則將受到嚴(yán)重處罰。通常，用戶必須證明確實(shí)能夠達(dá)到預(yù)定負(fù)荷減少量，才被接受參與該項(xiàng)目。所以該部分需求可以認(rèn)為是電網(wǎng)系統(tǒng)的容量或保險(xiǎn)，在必要時(shí)可保證其發(fā)揮作用。
[0020]電力負(fù)荷大致可分為一產(chǎn)(主要指農(nóng)業(yè))、二產(chǎn)(工業(yè)和建筑業(yè))、三產(chǎn)(服務(wù)業(yè)及市政機(jī)構(gòu))和居民生活用電。這三者的用電比例是不相同的，并且有很大差別。我國能源中長期發(fā)展戰(zhàn)略的研究較為權(quán)威地對(duì)一產(chǎn)、二產(chǎn)、三產(chǎn)和居民用電進(jìn)行了預(yù)測(cè)。以2020年為例，一產(chǎn)用電比例為2.33%，二產(chǎn)用電比例為73.53%，三產(chǎn)用電比例為11.16%，居民生活用電為
12.98%。
[0021]考慮到城市中農(nóng)業(yè)用電比例較低，負(fù)荷量小，需求響應(yīng)效果不明顯，因此本研究中僅考慮工業(yè)、商業(yè)和居民生活用電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，提供了一種可引導(dǎo)用戶進(jìn)行良性用電、具有削峰填谷作用的基于價(jià)格和激勵(lì)的電力需求響應(yīng)的智能決策方法。
[0023]本發(fā)明的基于價(jià)格和激勵(lì)的電力需求響應(yīng)的智能決策方法，其特別之處在于，包括以下步驟:
a).樣本數(shù)據(jù)采集，以日為單位按照一定的采樣周期，利用智能電表對(duì)作為樣本的用戶的用電信息進(jìn)行采集，采集的信息包括負(fù)荷數(shù)據(jù)和相應(yīng)的電價(jià)；其中，采樣周期為lh、30min 或 15min ；
設(shè)對(duì)于第i類用戶下有Mi類細(xì)分行業(yè)，第j類細(xì)分行業(yè)選取樣本用戶數(shù)量為K，i類包括工業(yè)、商業(yè)和居民生活用電；j=l，..., Mi, k=l,..., Kjj ；
b).第i類中第j類細(xì)分行業(yè)負(fù)荷的求取，按照公式(1)和(2)求取出第i類用戶第j類細(xì)分行業(yè)在t時(shí)刻的擬合負(fù)荷fijt: Λι= f?i, [?/(i)
【權(quán)利要求】
1.一種基于價(jià)格和激勵(lì)的電力需求響應(yīng)的智能決策方法，其特征在于，包括以下步驟:a).樣本數(shù)據(jù)采集，以日為單位按照一定的采樣周期，利用智能電表對(duì)作為樣本的用戶的用電信息進(jìn)行采集，采集的信息包括負(fù)荷數(shù)據(jù)和相應(yīng)的電價(jià)；其中，采樣周期為lh、30min 或 15min ；設(shè)對(duì)于第i類用戶下有Mi類細(xì)分行業(yè)，第j類細(xì)分行業(yè)選取樣本用戶數(shù)量為K，i類包括工業(yè)、商業(yè)和居民生活用電；j=l，..., Mi, k=l,..., Kjj ；b).第i類中第j類細(xì)分行業(yè)負(fù)荷的求取，按照公式(1)和(2)求取出第i類用戶第j類細(xì)分行業(yè)在t時(shí)刻的擬合負(fù)荷fijt:
【文檔編號(hào)】G06Q10/06GK103679357SQ201310650091
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】劉繼東, 王相偉, 張國慶, 朱偉義, 袁偉玉, 梁波, 孟憲珂 申請(qǐng)人:國網(wǎng)山東省電力公司