[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

摘要

本发明公开了一种计及系统可靠性与购电风险的峰谷分时电价确定方法，总的思路是先构建峰谷分时电价下的电量电价弹性矩阵；再构建计及线损成本与购电风险的电网经营企业收益模型；构建系统可靠性随负荷变化的函数关系；最后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。本发明通过分时电价调节，激励用户积极参与电价响应，无需增加电网经营企业的额外投资，即可达到提高电网供电可靠性、减少停电损失，并同时增加电网经营企业收益、降低购电风险的目的，使得用户和电网经营企业达到双赢。

主权项

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Ef，Ep和Eg；1.3根据峰、平、谷时段的电量Ef，Ep和Eg，在电力供给与弹性需求关系曲线上确定点(Ef，epf)、(Ep，epp)和(Eg，epg)，并求取这三点的切线，建立电价ep与电量E的线性关系：Ef＝‑af·epf+bf  (1)Ep＝‑ap·epp+bp  (2)Eg＝‑ag·epg+bg  (3)式中af，bf，ap，bp和ag，bg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；Ei、ΔEi为时段i的用电量及其改变量；epi、Δepi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：Ef+Ep+Eg＝I  (8)将式(2)、(3)代入式(8)，得到式(9)：Ef‑ap·epp+bp‑ag·epg+bg＝I  (9)对式(9)两端对epp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；epj、Δepj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mfp：mfp=eppEf·∂Ef∂epp=ap·epp-af·epf+bf---(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mfg、mpf、mpg、mgf和mgp，并结合各时段自弹性系数mff、mpp、mgg，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(eps(Lt))＝k+q·Lt  (14)式中，μ(eps(Lt))为负荷水平Lt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epc，在现货市场的购电电价为eps，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Lt为第t小时的平均负荷，Losst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Lt+Losst，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：ep0,f＝ep0,p＝ep0,g＝ep0  (16)式中，ep0为施行峰谷分时电价前的售电电价；ep0,f，ep0,p，ep0,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：epf＝ep0·(1+α)t∈Tf  (17)epp＝ep0·(1+β)t∈Tp  (18)epg＝ep0·(1+γ)t∈Tg  (19)式中，epf，epp和epg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)；Tf为峰负荷时段、Tp为平负荷时段、Tg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[k+q·(Lt+Losst)]·(Lt+Losst)}---(20)]]>式中，Lf,t，Lp,t和Lg,t为峰、平、谷三个时段的负荷水平；T为一个运行周期；Lt、Losst分别为第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∈Tf(Li)·1T≤EENS1---(21)]]>式中，f(Li)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,t,k=f,p,g---(25)]]>式中，M为电量电价弹性矩阵；E0,f，E0,p和E0,g分别为施行峰谷分时电价后峰、平、谷时段的用电量；ep0,f，ep0,p，ep0,g和Δepf，Δepp，Δepg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；Lk0,t、Lk,t为施行峰谷分时电价前、后各时段的负荷水平，其中k＝f,p,g；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)]]>epf>epp>epg  (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。