本發(fā)明涉及一種考慮需求響應(yīng)的系統(tǒng)備用容量決策方法，屬于電力系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

需求響應(yīng)已經(jīng)被證明可以通過價格信號、簽訂合同等措施引導(dǎo)用戶調(diào)整用電方式，從而起到移峰填谷、提高負(fù)荷率的作用，有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率和供電可靠性。而強(qiáng)健的電力系統(tǒng)還要求有充足的備用容量維持電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻的順利展開，同時保證緊急情況下系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著電力工業(yè)改革進(jìn)程的深人，引入價格競爭機(jī)制，組織發(fā)電廠商進(jìn)行備用服務(wù)競價，獲取系統(tǒng)所需的備用容量，對備用機(jī)組支付容量費(fèi)用，是電力市場建設(shè)的重要內(nèi)容。

根據(jù)發(fā)電機(jī)組的響應(yīng)速度，備用可分為調(diào)節(jié)備用、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用或替代備用等幾類。在這幾類備用中，調(diào)節(jié)備用用于瞬時響應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)輕微變化引起的頻率波動，只有裝有自動發(fā)電控制裝置AGC的發(fā)電機(jī)組才能提供這種備用，在系統(tǒng)實時運(yùn)行中調(diào)節(jié)備用將被頻繁調(diào)用。系統(tǒng)中負(fù)荷發(fā)生較大變化或發(fā)電機(jī)故障造成的功率缺額則由旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用或替代備用來承擔(dān)。隨著電力市場體制的不斷深化，電力系統(tǒng)的各參與者在考慮電力系統(tǒng)的安全可靠性之外，越來越多地開始考慮自身的經(jīng)濟(jì)效益，在這一背景下，研究適應(yīng)市場體制的電力系統(tǒng)備用容量機(jī)制已成為必需。

當(dāng)系統(tǒng)處于十分緊急的態(tài)勢時，強(qiáng)制切負(fù)荷是迫不得已的手段。但隨著社會文明程度和電力市場的發(fā)展，過多使用強(qiáng)制切負(fù)荷手段可能會造成用戶的過大損失，顯然不能被電力用戶所接受，同時也不利于電力市場的平穩(wěn)運(yùn)行?？芍袛嘭?fù)荷管理使用戶的自我需求管理積極性得到一定程度的提高。對于具有一定負(fù)荷彈性和快速調(diào)節(jié)能力的電力用戶，在系統(tǒng)負(fù)荷高峰期或緊急情況一下發(fā)電容量不足時，如果主動采用調(diào)控手段，在允許的時間內(nèi)削減部分負(fù)荷，也就相當(dāng)于向系統(tǒng)提供了旋轉(zhuǎn)備用，可減少系統(tǒng)短時功率缺額，對保證安全運(yùn)行具有重要作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種考慮需求響應(yīng)的系統(tǒng)備用容量決策方法。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種考慮需求響應(yīng)的系統(tǒng)備用容量決策方法，包括如下步驟：

步驟一：基于價格彈性理論計算用戶的削負(fù)荷成本即缺電成本；

步驟二：計算系統(tǒng)的備用成本；

步驟三：建立系統(tǒng)最優(yōu)備用容量決策模型的目標(biāo)函數(shù)；

步驟四：確定系統(tǒng)最優(yōu)備用容量決策模型的約束條件；

步驟五：根據(jù)目標(biāo)函數(shù)與約束條件，求解出目標(biāo)函數(shù)中備用容量，即為系統(tǒng)最優(yōu)備用容量。

所述步驟一：包括如下步驟：

1a：假定第j個用戶的電力需求為指數(shù)形式的曲線，即：

P_dj(p)＝kp^ε

式中，ε表示電力的需求彈性，由定義有：

若正常情況下，該用戶的電力需求量為P_dj0，支付的電價為p₀，則：

1b：消費(fèi)者剩余的損失為：

由上式可知，計算需求響應(yīng)后，單位容量的缺電成本隨市場平衡點(diǎn)(P_dj0,p₀)變動，所產(chǎn)生的總?cè)彪姵杀究捎孟M(fèi)者剩余的損失計算函數(shù)式計算得出C_Dj(ΔP_dj)。

所述步驟二包括如下步驟：

2a：系統(tǒng)的備用成本是容量成本和實時調(diào)用電量成本兩部分組成；用下式表示：

C_G(G_stb,Q)＝G_stbp_c+Qp_e

式中，C_G(G_stb,Q)為備用成本，G_stb為備用容量，p_c和p_e分別為備用容量單位邊際價格和電量單位邊際價格；

2b：Q與系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的強(qiáng)迫停運(yùn)率有關(guān)，用下式表示：

式中：N_i為節(jié)點(diǎn)i上發(fā)電機(jī)的集合,為該集合內(nèi)發(fā)電機(jī)的個數(shù)；M_G為系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)集合，為該集合內(nèi)節(jié)點(diǎn)的個數(shù)；η_im為節(jié)點(diǎn)i上第m臺發(fā)電機(jī)的強(qiáng)迫停運(yùn)率，為已知常數(shù)；Q_im為當(dāng)節(jié)點(diǎn)i上第m臺發(fā)電機(jī)停運(yùn)時投入的備用容量。

所述步驟三包括：建立起以系統(tǒng)同時調(diào)用備用成本和削減負(fù)荷成本投入為最小值的目標(biāo)函數(shù)：

式中，ΔP_d為由ΔP_dj組成的向量；G_stb為備用容量是待定量；Q為實際被調(diào)用的備用容量，即備用的需求量；M_d為系統(tǒng)所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合；C_Dj(ΔP_dj)為用戶j的削減負(fù)荷成本；C_G(G_stb,Q)為備用成本。

所述約束條件為：對有N個節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)上的發(fā)電機(jī)、負(fù)荷消耗必須滿足有功功率、無功功率平衡方程：

式中，i＝1,2,…,N；P_Gi和Q_Gi分別表示節(jié)點(diǎn)i所有發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率和無功功率；P_Di和Q_Di分別表示節(jié)點(diǎn)i所有負(fù)荷消耗的有功功率和無功功率；U_i和U_j分別表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值；G_ij和B_ij分別表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的電導(dǎo)和電納；θ_ij表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的相位差；當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)為時，設(shè)為常數(shù)，負(fù)荷的無功功率

所述約束條件還包括：參與旋轉(zhuǎn)備用容量和用戶提供的備用容量之和必須滿足系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)備用容量P_SR的要求：

式中，P_SRi表示第i個參與旋轉(zhuǎn)備用的發(fā)電機(jī)組提供的備用容量；N_SR表示參與旋轉(zhuǎn)備用的發(fā)電機(jī)組數(shù)量；P_DRj表示第j個用戶提供的備用容量；N_DR表示用戶數(shù)量。

所述約束條件還包括：發(fā)電機(jī)出力和提供的旋轉(zhuǎn)備用容量在額定范圍內(nèi)：

P_Gi≤P_Gi

式中，P_Gi表示第i臺發(fā)電機(jī)的實際有功出力；P_Gi表示第i臺發(fā)電機(jī)有功出力的最小值；

式中，P_SRi表示第i個發(fā)電機(jī)組提供的備用容量；表示第i臺發(fā)電機(jī)有功出力的最大值；

式中，表示第i個發(fā)電機(jī)組提供的備用容量的最大值；

式中，Q_Gi表示第i臺發(fā)電機(jī)的實際無功出力；Q_Gi和分別表示第i臺發(fā)電機(jī)無功出力的最小值和最大值。

所述約束條件還包括：用戶消耗的功率和通過主動切負(fù)荷提供的備用容量在用戶所能承受的范圍內(nèi)：

式中，P_Di表示用戶i的有功負(fù)荷，表示用戶i有功負(fù)荷上限值；

P_Di≤P_Di-P_DRi

式中，P_Di表示用戶i有功負(fù)荷的下限值，P_DRi表示用戶i削減的有功負(fù)荷值；

式中，表示用戶i削減有功負(fù)荷的上限值。

所述約束條件還包括：系統(tǒng)安全運(yùn)行必須滿足的節(jié)點(diǎn)電壓U和支路f-t及t-f上的功率S_ft,S_tf靜態(tài)安全約束：

式中，U_i表示節(jié)點(diǎn)i電壓幅值，U_i和分別表示節(jié)點(diǎn)i電壓幅值的下限和上限；

式中系統(tǒng)支路數(shù)為l，j＝1,2,…,l，S_ftj表示第j條支路的視在功率，表示第j條支路視在功率的上限值。

有益效果：本發(fā)明提供的一種考慮需求響應(yīng)的系統(tǒng)備用容量決策方法，為了保證系統(tǒng)供電穩(wěn)定性，發(fā)電側(cè)通常會有足夠的備用容量，但是備用容量太大，會導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備利用率較低。為了解決系統(tǒng)備用容量大的問題，本發(fā)明將需求側(cè)資源納入備用資源考慮，可以有效降低發(fā)電側(cè)的備用容量，提高系統(tǒng)設(shè)備利用率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明電力需求彈性曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，一種考慮需求響應(yīng)的系統(tǒng)備用容量決策方法，首先基于需求彈性估計出用戶的缺電成本，然后，根據(jù)系統(tǒng)備用成本計算模型計算出系統(tǒng)備用成本。再以用戶缺電成本和系統(tǒng)備用成本之和最低為目標(biāo)，考慮系統(tǒng)的功率平衡、備用容量最小值限制、發(fā)電機(jī)組出力及旋轉(zhuǎn)備用的上下限和系統(tǒng)靜態(tài)安全等約束條件，計算系統(tǒng)最優(yōu)備用容量。

具體包括以下步驟：

1)基于價格彈性理論計算用戶的削負(fù)荷成本即缺電成本。需求的價格彈性較好地反映了用戶對于電量的需求和愿意支付的費(fèi)用之間的關(guān)系，對于一個成熟的市場環(huán)境，由于一定量的負(fù)荷削減產(chǎn)生的缺電成本由需求彈性得出較為準(zhǔn)確。圖2為第j個用戶的電力需求彈性曲線，橫坐標(biāo)P_d是電力用戶需求量，縱坐標(biāo)p是需求量為P_d時的電價。根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，消費(fèi)者剩余為需求曲線P_dj、直線Ap₀以及p軸圍繞部分面積。當(dāng)系統(tǒng)中有某臺發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)迫停運(yùn)時，該用戶要求削減ΔP_dj的用電負(fù)荷，此時消費(fèi)者剩余的損失即為圖中ABC陰影部分面積。由圖中很容易看出，消費(fèi)者剩余損失的大小和市場的平衡點(diǎn)(P_dj0,p₀)有關(guān)，如果市場平衡點(diǎn)不同，即使用戶削減的負(fù)荷量相同，消費(fèi)者剩余的損失可能相差較大，如果根據(jù)固定缺電成本進(jìn)行補(bǔ)償可能造成與實際缺電成本的不一致，在過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償時可能導(dǎo)致用戶投機(jī)行為的產(chǎn)生或者遭受損失。

假定第j個用戶的電力需求為指數(shù)形式的曲線，即：

P_dj(p)＝kp^ε (3)

式中，ε表示電力的需求彈性，由定義有：

若正常情況下，該用戶的電力需求量為P_dj0，支付的電價為p₀，則：

因此，圖2中陰影部分面積即消費(fèi)者剩余的損失為：

由式(7)可知，計算需求響應(yīng)后，單位容量的缺電成本隨市場平衡點(diǎn)(P_dj0,p₀)變動，所產(chǎn)生的總?cè)彪姵杀究捎孟M(fèi)者剩余的損失計算函數(shù)式計算得出C_Dj(ΔP_dj)。

2)計算系統(tǒng)的備用成本。系統(tǒng)備用成本是容量成本和實時調(diào)用電量成本兩部分組成。可以用下式表示：

C_G(G_stb,Q)＝G_stbp_c+Qp_e (8)

式中，C_G(G_stb,Q)為備用成本，G_stb為備用容量，p_c和p_e分別為備用容量單位邊際價格和電量單位邊際價格；Q與系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的強(qiáng)迫停運(yùn)率有關(guān)，可以用下式表示：

式中:N_i為節(jié)點(diǎn)i上發(fā)電機(jī)的集合,為該集合內(nèi)發(fā)電機(jī)的個數(shù)；M_G為系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)集合，為該集合內(nèi)節(jié)點(diǎn)的個數(shù)；η_im為節(jié)點(diǎn)i上第m臺發(fā)電機(jī)的強(qiáng)迫停運(yùn)率，為已知常數(shù)；Q_im為當(dāng)節(jié)點(diǎn)i上第m臺發(fā)電機(jī)停運(yùn)時投入的備用容量。

3)建立系統(tǒng)最優(yōu)備用容量決策模型的目標(biāo)函數(shù)。為保證系統(tǒng)可靠性和備用投入經(jīng)濟(jì)性，建立起以系統(tǒng)同時調(diào)用備用成本和削減負(fù)荷成本投入為最小值的目標(biāo)函數(shù)：

式中，ΔP_d為由ΔP_dj組成的向量；G_stb為備用容量是待定量；Q為實際被調(diào)用的備用容量，即備用的需求量；M_d為系統(tǒng)所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合；C_Dj(ΔP_dj)為用戶j的削減負(fù)荷成本；C_G(G_stb,Q)為備用成本。

4)確定系統(tǒng)最優(yōu)備用容量決策模型的約束條件。

(1)對有N個節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)上的發(fā)電機(jī)、負(fù)荷消耗必須滿足有功功率、無功功率平衡方程：

式中，i＝1,2,…,N；P_Gi和Q_Gi分別表示節(jié)點(diǎn)i所有發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率和無功功率；P_Di和Q_Di分別表示節(jié)點(diǎn)i所有負(fù)荷消耗的有功功率和無功功率；U_i和U_j分別表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值；G_ij和B_ij分別表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的電導(dǎo)和電納；θ_ij表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的相位差。

當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)為時，設(shè)為常數(shù)，負(fù)荷的無功功率

(2)參與旋轉(zhuǎn)備用容量和用戶提供的備用容量之和必須滿足系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)備用容量P_SR的要求：

式中，P_SRi表示第i個參與旋轉(zhuǎn)備用的發(fā)電機(jī)組提供的備用容量；N_SR表示參與旋轉(zhuǎn)備用的發(fā)電機(jī)組數(shù)量；P_DRj表示第j個用戶提供的備用容量；N_DR表示用戶數(shù)量。

(3)發(fā)電機(jī)出力和提供的旋轉(zhuǎn)備用容量在額定范圍內(nèi)：

P_Gi≤P_Gi (13)

式中，P_Gi表示第i臺發(fā)電機(jī)的實際有功出力；P_Gi表示第i臺發(fā)電機(jī)有功出力的最小值。

式中，P_SRi表示第i個發(fā)電機(jī)組提供的備用容量；表示第i臺發(fā)電機(jī)有功出力的最大值。

式中，表示第i個發(fā)電機(jī)組提供的備用容量的最大值。

式中，Q_Gi表示第i臺發(fā)電機(jī)的實際無功出力；Q_Gi和分別表示第i臺發(fā)電機(jī)無功出力的最小值和最大值。

(4)用戶消耗的功率和通過主動切負(fù)荷提供的備用容量在用戶所能承受的范圍內(nèi)：

式中，P_Di表示用戶i的有功負(fù)荷，表示用戶i有功負(fù)荷上限值。

P_Di≤P_Di-P_DRi (18)

式中，P_Di表示用戶i有功負(fù)荷的下限值，P_DRi表示用戶i削減的有功負(fù)荷值。

式中，表示用戶i削減有功負(fù)荷的上限值。

(5)系統(tǒng)安全運(yùn)行必須滿足的節(jié)點(diǎn)電壓U和支路f-t及t-f上的功率S_ft,S_tf等靜態(tài)安全約束：

式中，U_i表示節(jié)點(diǎn)i電壓幅值，U_i和分別表示節(jié)點(diǎn)i電壓幅值的下限和上限。

式中系統(tǒng)支路數(shù)為l，j＝1,2,…,l，S_ftj表示第j條支路的視在功率，表示第j條支路視在功率的上限值。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。