[发明专利]计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价确定方法

权利要求书

1.计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价确定方法，其特征在于：步骤如下，

步骤1：构建峰谷分时电价下的电量电价弹性矩阵

1.1采集电力市场环境下负荷随电价变化数据，绘制电力供给与弹性需求关系曲线；

1.2根据负荷曲线的峰谷时段划分结果，确定峰、平、谷时段的电量E_f，E_p和E_g；

1.3根据峰、平、谷时段的电量E_f，E_p和E_g，在电力供给与弹性需求关系曲线上确定点(E_f，ep_f)、(E_p，ep_p)和(E_g，ep_g)，并求取这三点的切线，建立电价ep与电量E的线性关系：

E_f＝-a_f·ep_f+b_f          (1)

E_p＝-a_p·ep_p+b_p          (2)

E_g＝-a_g·ep_g+b_g          (3)

式中a_f，b_f，a_p，b_p和a_g，b_g为峰、平、谷时段线性关系曲线的系数；

1.4根据自弹性系数的定义，如式(4)所示

M(i,i)=ΔEiEi(Δepiepi)-1---(4)]]>

式中，M(i,i)为自弹性系数，表示时段i电价变化率与由其所引起的时段i电量变化率的比值；E_i、ΔE_i为时段i的用电量及其改变量；ep_i、Δep_i为时段i的电价及其改变量；

对式(1)～(3)求导，即可解得峰、平、谷时段的自弹性系数，如式(5)～(7)：

mff=-af·epf-af·epf+bf---(5)]]>

mpp=-ap·epp-ap·epp+bp---(6)]]>

mgg=-ag·epg-ag·epg+bg---(7)]]>

1.5在用户的多时段电价响应中，设用户的总用电量I不变，即峰、平、谷时段电量总和为确定值：

E_f+E_p+E_g＝I          (8)

将式(2)、(3)代入式(8)，得到式(9)：

E_f-a_p·ep_p+b_p-a_g·ep_g+b_g＝I        (9)

对式(9)两端对ep_p求偏导得：

∂Ef∂epp=ap---(10)]]>

根据交叉弹性系数的定义，如式(11)

M(i,j)=ΔEiEi(Δepjepj)-1---(11)]]>

式中，M(i,j)为交叉弹性系数，表示时段j电价变化率与由其所引起的时段i电量变化率的比值；Ei、ΔEi为时段i的用电量及其改变量；ep_j、Δep_j为时段j的电价及其改变量；

由此可以得到峰时段电量对于平时段电价变化的交叉弹性系数m_fp：

mfp=eppEf·∂Ef∂epp=ap·epp-af·epf---(12)]]>

1.6根据步骤1.5，同理可以求得其他时段之间的交叉弹性系数m_fg、m_pf、m_pg、m_gf和m_gp，并结合各时段自弹性系数m_ff、m_pp、m_gg，得到峰谷分时电价下的电量电价弹性矩阵M：

M=mffmfpmfgmpfmppmpgmgfmgpmgg---(13)]]>

步骤2：构建计及线损成本与购电风险的电网经营企业收益模型

2.1计算电力系统潮流，确定线路损耗Loss；

2.2确定现货市场电价的均值与负荷之间的线性关系，如式(14)：

μ(ep_s(L_t))＝k+q·L_t          (14)

式中，μ(ep_s(L_t))为负荷水平L_t下现货电价的均值；k、q为现货电价均值的线性拟合系数；

2.3电网经营企业售电电价为ep，在合约市场的购电电价为ep_c，在现货市场的购电电价为ep_s，在合约市场的购电比例为ω，其余电量从现货市场购买，包含线路损耗；设L_t为第t小时的平均负荷，Loss_t为第t小时的线路损耗，则第t小时电网经营企业购电电量为L_t+Loss_t，忽略购电合同的签订费用和市场交易费用，电网经营企业的收益R表示为：

R=epΣt∈TLt-ω·epcΣt∈T(Lt+Losst)-(1-ω)·{Σt∈T[k+q·(Lt+Losst)]·(Lt+Losst)}---(15)]]>

步骤3：构建系统可靠性随负荷变化的函数关系

3.1采用状态枚举法对电力系统进行可靠性评估，求得不同负荷水平L下的系统可靠性指标EENS；

3.2利用三次样条插值数学模型，根据不同负荷水平下系统的可靠性指标EENS建立电力系统可靠性随负荷变化的函数关系f(L)＝EENS；

步骤4：构建计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价优化模型

4.1优化模型决策变量

电网经营企业施行峰谷分时电价前对用户执行单一制电价，则有：

ep_0,f＝ep_0,p＝ep_0,g＝ep₀          (16)式中，ep₀为施行峰谷分时电价前的售电电价；ep_0,f，ep_0,p，ep_0,g为施行峰谷分时电价前的峰、平、谷时段的电价；

施行峰谷分时电价时，峰、平、谷时段电价在原单一制电价的基础上，上下浮动一定比例，即：

ep_f＝ep₀·(1+α)  t∈T_f        (17)

ep_p＝ep₀·(1+β)  t∈T_p        (18)

ep_g＝ep₀·(1+γ)  t∈T_g        (19)

式中，ep_f，ep_p和ep_g为施行峰谷分时电价时三个时段的电价；α、β和γ为峰、平、谷三个时段电价的上、下浮动幅度，且α、β、γ∈(-1,1)；T_f为峰负荷时段、T_p为平负荷时段、T_g为谷负荷时段；

4.2优化模型目标函数：

以计及线损成本与购电风险的电网经营企业收益最大化为目标：

R=max{Σt∈Tfepf·Lf,t+Σt∈Tpepp·Lp,t+Σt∈Tgepg·Lg,t-ω·epcΣt∈T(Lt+Losst)-(1-ω)·Σt∈T[k1+q1·(Lt+Losst)]·(Lt+Losst)}---(20)]]>

式中，L_f,t，L_p,t和L_g,t为峰、平、谷三个时段的负荷水平；T为一个运行周期；L_t、Loss_t分别为T时间段内第t小时的负荷水平、线路损耗；

4.3优化模型约束条件：

施行峰谷分时电价后，可靠性指标EENS达到一定的要求：

Σi∈T(Li)·1T≤EENS1---(21)]]>

式中，f(L_i)为系统EENS指标随负荷变化的函数关系；EENS₁为施行峰谷分时电价后所要达到的可靠性指标值；

峰谷分时电价模型中，用户的总用电量I保持不变，也是基于多时段电价相应的电量电价弹性矩阵推导的前提条件：

Σt∈TfLf,t+Σt∈TpLp,t+Σt∈TgLg,t=Σt∈TLt---(22)]]>

由电量电价弹性矩阵即可得到施行峰谷分时电价后峰、平、谷时段电量的改变量，并且将各时段电量的改变量平均分摊到该时段内每个小时内，则有：

ΔE0,fΔE0,pΔE0,g=E0,f000E0,p000E0,g·M·Δepf/ep0,fΔepp/ep0,pΔepg/ep0,g---(23)]]>

Lk,t=Lk0,t+1Tk·ΔE0,k,k=f,p,g---(24)]]>

E0,k=Σt∈TLk0,tk=f,p,g---(25)]]>

式中，M为电量电价弹性矩阵；E_0,f，E_0,p和E_0,g分别为施行峰谷分时电价后峰、平、谷时段的用电量；ep_0,f，ep_0,p，ep_0,g和Δep_f，Δep_p，Δep_g分别为施行峰谷分时电价前各时段的电价与施行前后的电价差；L_k0,t、L_k,t(k＝f,p,g)为施行峰谷分时电价前、后各时段的负荷水平；

峰谷分时电价的施行，应保证用户的用电费用在施行峰谷分时电价后不增加，即用户总用电费用EI应满足：

EI≤ep0·Σt∈TLt---(26)]]>

EI=Σt∈Tfepf·Lf,t+Σt∈Tpepp·Lp,t+Σt∈Tgepg·Lg,t---(27)]]>

用户对电价的响应能力有限，并且须保证施行峰谷分时电价前、后负荷峰谷时段性质不发生变化，避免峰谷错位，则峰、平、谷三个时段的电价应满足：

epfepg≤η---(28)]]>

ep_f>ep_p>ep_g          (29)

式中，η为限定峰、谷时段电价比设定的常数，基于综合用户的考虑取1.83～5。

4.4以式(20)为目标函数、式(21)～(23)、(26)、(28)、(29)为约束条件，即为计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价优化模型，通过该模型，即可确定峰谷分时电价。