一種基于需求響應(yīng)的配電網(wǎng)供電可靠性評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力供電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于需求響應(yīng)的配電網(wǎng)供電可 靠性評(píng)估方法。 技術(shù)背景
[0002] 配電系統(tǒng)作為直接與用戶相連的部分，直接影響著用戶正常供電，其在安全、可 靠以及經(jīng)濟(jì)供電方面發(fā)揮著重要作用。需求側(cè)響應(yīng)(尤其是分時(shí)電價(jià)機(jī)制）的引入，改變了 電力用戶的傳統(tǒng)用電模式，使其更積極的參與到電力系統(tǒng)的削峰填谷的行為中去，從而減 少電力損耗，通過(guò)需求側(cè)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，能有效的提高配電網(wǎng)的供電可靠性。然 而，配電網(wǎng)可靠性評(píng)估算法的研究相對(duì)比較滯后，現(xiàn)有方法無(wú)法體現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)的引入對(duì) 其的影響。
[0003]目前，配電網(wǎng)的供電可靠性評(píng)估算法多主要有解析法和蒙特卡羅模擬法兩種方 法。這兩種方法都是在單一負(fù)荷水平（峰值負(fù)荷或平均負(fù)荷）下進(jìn)行可靠性評(píng)估的，這就導(dǎo) 致了評(píng)估結(jié)果的精度大大降低。
[0004] 配電系統(tǒng)作為直接與用戶聯(lián)系的部分，其供電質(zhì)量、供電可靠性等方面極易受到 用戶負(fù)荷變化的影響。特別是現(xiàn)在負(fù)荷曲線峰谷差值在逐漸拉大。恒定負(fù)荷水平下的可靠 性評(píng)估方法就受到了較大的限制。而且，隨著需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，電力部門通過(guò)各種激 勵(lì)手段引導(dǎo)用戶用電并參與到電力系統(tǒng)的削峰填谷行為中去，進(jìn)而改善負(fù)荷曲線，提高配 電網(wǎng)的供電可靠性?，F(xiàn)有的可靠性評(píng)估方法不能很好地計(jì)及需求響應(yīng)技術(shù)的實(shí)施對(duì)配電網(wǎng) 供電可靠性的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的就在于提供一種基于需求響應(yīng)的配電網(wǎng)供電可靠性評(píng)估算法。 需求側(cè)響應(yīng)的實(shí)施可以降低電力系統(tǒng)的峰谷差值，通過(guò)分時(shí)電價(jià)機(jī)制，以電價(jià)為經(jīng)濟(jì)杠桿 改善負(fù)荷曲線，從而達(dá)到提高配電網(wǎng)供電可靠性的效果。
[0006] 本發(fā)明給出了分時(shí)電價(jià)對(duì)負(fù)荷曲線的修正過(guò)程，并采用計(jì)及負(fù)荷變化的基于二分 法聚類負(fù)荷分析的可靠性評(píng)估算法。該方法有效的解決了基于需求響應(yīng)的配電網(wǎng)供電可靠 性評(píng)估問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于需求響應(yīng)的配電網(wǎng)供電可靠性評(píng)估算法，其實(shí)現(xiàn) 過(guò)程分為四個(gè)步驟： 第一步：建立基于分時(shí)電價(jià)的需求響應(yīng)模型； (1)時(shí)段劃分 作為峰谷分時(shí)電價(jià)的定價(jià)基礎(chǔ)，峰谷時(shí)段劃分必須能夠正確的反映出實(shí)際負(fù)荷曲線的 峰谷特性，并可以有效的與電力需求相銜接。峰谷時(shí)段的劃分大致可分為三步：首先，按照 運(yùn)行狀況運(yùn)用模糊聚類方法將系統(tǒng)運(yùn)行劃分為峰時(shí)段4、谷時(shí)段7；#平時(shí)段個(gè)基礎(chǔ) 時(shí)段；然后，通過(guò)對(duì)比各時(shí)段區(qū)間分界時(shí)刻點(diǎn)電力用戶負(fù)荷曲線比重結(jié)構(gòu)特征的變化情況， 評(píng)估各時(shí)刻點(diǎn)的電力用戶分時(shí)電價(jià)的響應(yīng)程度；最后，融合各時(shí)刻點(diǎn)需求相應(yīng)評(píng)估結(jié)果，修 正調(diào)整基礎(chǔ)時(shí)段劃分區(qū)間。
[0008] (2)價(jià)格彈性系數(shù) 電力價(jià)格彈性系數(shù)是電力需求量變動(dòng)對(duì)價(jià)格變動(dòng)的反應(yīng)程度，即電力需求量的變化率 與電力售價(jià)變化率的比值。如式（1)所示：
式中，祕(mì)代表電力需求改變量，代表電力需求量，駛代表用戶電價(jià)改變量，r代表用 戶電價(jià)。
[0009] 執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià)后，用戶在某一時(shí)段的電力需求不僅受當(dāng)前電價(jià)水平的影響， 而且還要受到其他時(shí)段的電價(jià)水平的影響。用戶的電量在各時(shí)段之間是由替代效應(yīng)的。因 此根據(jù)峰、平、谷三時(shí)段的電量分配和電價(jià)設(shè)置，形成的等式形式中含有峰谷電力價(jià)格彈性 矩陣，如下式（2)所示：

，分別表示峰、平、谷三個(gè)時(shí)段的電力電量改變量；
分別表示峰、平、谷三個(gè)時(shí)段的用戶電價(jià)改變量； 在峰谷電力彈性矩陣中，由于不同時(shí)段的電力商品之間為互補(bǔ)關(guān)系，因此，彈性矩陣中 自彈性系數(shù)為正值，而交叉彈性系數(shù)為負(fù)值。各彈性系數(shù)數(shù)值的大小可利用多元回歸分析 原理，通過(guò)統(tǒng)計(jì)大量歷史數(shù)據(jù)值求得。
[0010](3)引入分時(shí)電價(jià)后的負(fù)荷修正量 分時(shí)電價(jià)的實(shí)施不僅使用戶降低自身的用電量，最重要的還是將電力負(fù)荷從高電價(jià)時(shí) 段轉(zhuǎn)移到低電價(jià)時(shí)段，起到削峰填谷的作用，電力電量改變量如上式（2)所示，進(jìn)而可得到 相應(yīng)的負(fù)荷的改變量如下式（3)所示：

.為相應(yīng)的小時(shí)數(shù)；g:i#和:_?分別為實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià) 前后的第?個(gè)小時(shí)的負(fù)荷。
[0011] 第二步：建立改進(jìn)的基于需求響應(yīng)的負(fù)荷優(yōu)化模型； (1)優(yōu)化目標(biāo) 傳統(tǒng)的分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型一般以峰谷負(fù)荷差最小、供電方收益最大、用戶受益最大等 為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。而現(xiàn)有的目標(biāo)函數(shù)中決策變量一般只考慮時(shí)間，而電價(jià)差的大小最直接 的體現(xiàn)就是用戶對(duì)分時(shí)電價(jià)的響應(yīng)程度，差值過(guò)大會(huì)降低供電方的收益，差值過(guò)小又會(huì)降 低用戶的參與度，為此需建立一個(gè)考慮電價(jià)差的分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型。
[0012] 為考慮分時(shí)電價(jià)對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性的影響，在建立分時(shí)電價(jià)優(yōu)化目標(biāo)的時(shí)候應(yīng) 考慮到峰谷負(fù)荷差對(duì)其影響。電力負(fù)荷峰谷差的增大會(huì)增加用戶的年平均停電時(shí)間及年平 均停電電量，使配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)惡化。為此需建立一個(gè)考慮峰負(fù)荷值最小及峰谷負(fù)電 量荷差值最小的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)： 峰負(fù)荷最小值為
峰谷負(fù)荷差最小值為
其中，0是用戶的用電量，堤該時(shí)段的持續(xù)時(shí)間，爹代表谷時(shí)段電價(jià)和平時(shí)段電價(jià)的差 值，#代表峰時(shí)段電價(jià)和平時(shí)段電價(jià)的差值。
[0013] (2)約束條件 約束條件主要考慮電網(wǎng)及和電力市場(chǎng)的基本約束條件，主要包括供電方收益、用戶側(cè) 受益、用電總量不變，谷成本低于邊際成本等。
[0014] _供電方收益： 實(shí)施需求求響應(yīng)后，必將起到削峰填谷的作用，這會(huì)大大降低供電方的發(fā)電成本。實(shí)施 需求響應(yīng)前后供電方收益關(guān)系如下式所示：

表示利益轉(zhuǎn)讓系數(shù)，表示因?yàn)橄鞣遄饔靡鸬墓╇姕p少而可以接受的利 益轉(zhuǎn)移百分比表示分時(shí)電價(jià)實(shí)施后的供電方收益1?表示實(shí)施分時(shí)電價(jià)前的供電收 M〇
[0015] 雜用戶側(cè)受益： 由于需求響應(yīng)的實(shí)施效果很大一部分取決于用戶的參與情況，為此，需給予用戶一定 的補(bǔ)償才能有效保證需求響應(yīng)的效果，即用戶參與需求響應(yīng)后的平均價(jià)格是至少不能增加 的：
式中，表示用戶參與需求響應(yīng)后的用戶平均價(jià)格表示未實(shí)施需求響應(yīng)是的 用戶平均價(jià)格。
[0016] 義用電總量不變 為了方便計(jì)算，可假設(shè)用戶實(shí)行峰谷分時(shí)電價(jià)之后前后的用電量是保持不變的。
式中，和分別表示峰、平、谷時(shí)段的用電量；表示實(shí)施需求響應(yīng)前 的用戶用電量。
[0018] _邊際成本約束： 在谷時(shí)段時(shí)，電價(jià)不應(yīng)該低于谷時(shí)段供電的邊際成本：
式中，&表示谷時(shí)段時(shí)的電價(jià)：??表示谷時(shí)段供電的邊際成本 ⑤價(jià)格序關(guān)系約束： 峰時(shí)段的電價(jià)應(yīng)該高于平時(shí)段的電價(jià)，平時(shí)段的電價(jià)應(yīng)該高于谷時(shí)段的電價(jià)，即：
式中，0和分別表示峰、平、谷時(shí)段的電價(jià)。
[0019] 當(dāng)決策變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件都確定之后，分時(shí)電價(jià)優(yōu)化問(wèn)題便隨之確定。通 過(guò)上述描述的時(shí)段劃分、電力價(jià)格彈性矩陣確定和電價(jià)優(yōu)化問(wèn)題即建立起了一套完整的峰 谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型。
[0020] 該優(yōu)化問(wèn)題的求解是采用模糊優(yōu)化理論對(duì)峰谷分時(shí)電價(jià)模型進(jìn)行連續(xù)優(yōu)化，綜合 考慮各個(gè)單目標(biāo)最優(yōu)解和多目標(biāo)滿意解之間的相互關(guān)系，尋求得到使各個(gè)目標(biāo)都盡可能處 于較優(yōu)狀態(tài)的最客觀的峰谷分時(shí)電價(jià)。
[0021] 第三步：對(duì)優(yōu)化后的負(fù)荷曲線，利用二分法進(jìn)行優(yōu)化分級(jí)，并求出最佳分級(jí)數(shù)； (1)模型的顯著性水平 最優(yōu)的分級(jí)、聚類方案應(yīng)該達(dá)到如下的效果：各個(gè)負(fù)荷級(jí)之間差值較大、同一負(fù)荷級(jí)內(nèi) 各負(fù)荷點(diǎn)之間的差值較小。根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論，可以用顯著性水平來(lái)表征分級(jí)、聚類方案的 好壞。模型的顯著性水平越高，說(shuō)明分級(jí)、聚類的效果越好。因此本文定義如下指標(biāo)： 模型的顯著性水平:f4:
其中，(63?為負(fù)荷級(jí)間距尚的最小值；__:衡為同一負(fù)荷級(jí)內(nèi)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差的最大 值。感、::_可根據(jù)式（！2)、（！3)計(jì)算得到。
[0022] 假設(shè)年負(fù)荷曲線的外小時(shí)負(fù)荷點(diǎn)被分為％;個(gè)負(fù)荷級(jí)，第i負(fù)荷級(jí)的負(fù)荷值為 ?4.，負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目:??、負(fù)荷點(diǎn)集合為\，則：
其中，g= 它表示第I滿負(fù)荷級(jí)與第f負(fù)荷級(jí)之間的距離，'取其中的最 小值。

，它表示第|負(fù)荷級(jí)的級(jí)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差，取其 中的最大值。
[0024] (2)模型的最佳分級(jí)數(shù) 分級(jí)、聚類的效果可以用模型的顯著性水平來(lái)評(píng)價(jià)，把模型顯著性水平最高的分級(jí)、聚 類方案作為最終負(fù)荷模型，對(duì)應(yīng)的分級(jí)數(shù)為模型的最佳分級(jí)數(shù)。
[0025] 為了快速地確定最佳分級(jí)數(shù)本文采用二分法的原理進(jìn)行查找： 假設(shè)年負(fù)荷曲線的Ν個(gè)小時(shí)負(fù)荷點(diǎn)的最小分級(jí)數(shù)為_(kāi):