本发明专利技术的基于价格和激励的电力需求响应的智能决策方法，包括：a).样本采集；b).行业负荷的求取；c).时刻负荷的求取；d).建立安全运行约束条件；e).建立容忍程度约束条件；f).求可控负荷总量；g).求反弹负荷总量；h).建立基本需求关系；i).建立受控时间约束条件；j).建立用户受益约束函数；k).建立舒适度优化函数；l).建立用电成本约束函数；m).建立参与成本约束函数；n).建立公平性约束函数；o).求最优解。本发明专利技术的智能决策方法，可将用电时段调整到低电价时段，在高电价时段减少用电，减少了电费支出；用户在系统需要或电力紧张时减少电力需求，具有削峰填谷的作用，保障了电力的正常供应。
【技术实现步骤摘要】
基于价格和激励的电力需求响应的智能决策方法
本专利技术涉及一种基于价格和激励的电力需求响应的智能决策方法，更具体的说，尤其涉及一种可引导用户进行良性用电、具有削峰填谷作用的电力需求响应的智能决策方法。
技术介绍
需求响应（DemandResponse，以下简称DR）是电力需求响应的简称，是在电力需求侧管理（简称“需求侧管理”）的基础上发展而来，是需求侧管理在电力市场中的最新发展。自上世纪70年代美国电科院（EPRI-USA）提出需求侧管理概念，得到世界各地的广泛关注，许多国家不同程度的采取需求侧管理措施，有效缓解电力供应紧张局面。需求侧管理在不同的市场阶段有着不同的表现形式。当前采用最多的是有序用电，即在用电负荷紧缺、电能有限的情况下通过法律、行政、经济、技术等手段，加强用电管理，改变用户用电方式，采取错峰、避峰、轮休、让电、负控限电等一系列措施，控制部分用电需求，充分利用发电资源、尽可能满足电力需求的活动，然而在实施过程中，用户仅能接受统一安排，是一种完全被动的运作模式。作为需求侧管理最新的技术，美国在应对加州电力危机的背景下提出了需求响应技术，并在欧美部分发达国家进行了实施。需求响应是指通过一定价格信号或激励机制，鼓励电力用户主动改变自身消费行为、优化用电方式，减少或者推移某时段的用电负荷，以确保电网电力平衡、保障电网稳定运行、促进电网优化运行的运作机制。需求响应本质上是通过电力用户主动参与供需双方关系的平衡，实现电力资源优化配置目标的市场行为，是一种以用户主动性为特征的的需求侧管理的实现形式。按照需求侧用户针对市场价格信号或激励机制作出响应并改变正常电力消费模式的市场参与行为，需求响应实施项目一般可以分为基于价格的需求响应与基于激励的需求响应。基于价格型需求响应，即通过设定阶梯电价、分时电价、实时电价（尖峰电价）等方式，引导用户根据自身情况主动的调整电力需求，在接收到电价上升的信号时减少电力需求，而在其他时段则享受优惠电价，从而实现削峰填谷的目的，主要包括分时电价、实时电价、尖峰电价、阶梯电价等实施类型。基于激励的需求响应是由实施机构根据电力系统供需情况制定需求响应策略，用户在系统需要或电力紧张时减少电力需求，以此获得直接补偿或其他时段的优惠政策。基于激励的需求响应一般是通过事先签订协议合同的方式来约束双方的需求响应实施行为，包括直接负荷控制、可中断负荷、需求侧竞价、紧急需求响应、容量市场项目、辅助服务项目等实施类型。在实际执行中，两种类型的需求响应相互补充，相互渗透，基于价格型需求响应的大规模实施可以减少电价波动及电力储备短缺的严重性和频度，从而减少于激励型需求响应发生的可能性。前述的价格对负荷的引导作用展示了在供求信息互动的条件下，价格-需求弹性系数对负荷曲线的修正作用，这正是需求响应得以实施的经济学原理。因此，基于需求响应的经济学原理，本节将从价格型需求响应项目机制、激励型需求响应项目机制两部分展开论述。（一）价格型需求响应实现机制基于价格的需求响应一般是由实施方发布电价信息（或由政府监管机构制定），用户根据收到的电价信息，根据自身意愿选择是否调整电力需求并改变用电消费行为，即由用户通过内部的经济决策过程，将用电时段调整到低电价时段，并在高电价时段减少用电，来实现减少电费支出的目的，（1）分时电价响应电价随一年不同的季节或一天不同的时段而不同，但电价的变化幅度不太大。它通常是根据以往经验，将电力需求高的时段设定为高价段，而在其他时段给用户优惠的电价，并期望用户响应电价，改变其用电模式。这种形式是电力需求响应的雏形，也是最普及、最成熟的一种，它通常实施于一年的某季节或全年。（2）尖峰电价响应是一种特殊的分时电价，它的高价时段电价远远高于其他时段价格，并且只有在电力趋于高度紧张，需求趋于临界峰值，系统稳定性受到威胁时，由供电方发出短期通知后方可实施。这种电价通常是提前设定好的，为了保护用户利益，通常这种形式的电力需求响应的年实施天数被限制。作为用户，在临界峰值电价响应实施时，必须采取有效措施，临时减少电力需求。（3）实时电价响应电力零售价格不是提前设定，而是直接受批发价格的影响而呈逐时持续变化状态，也有根据预测或经验提前一天通知逐时电价，以便于用户提前计划需求以响应电力供应市场。（4）阶梯电价响应阶梯电价是阶梯式递增电价或阶梯式累进电价的简称，是指把户均用电量设置为若干个阶梯分段或分档次定价计算费用。电力企业根据用户一段历史时间段内（通常一个月）的用电水平，制定不同电价政策，对于用电量较大的用户给予经济上的“惩罚”，从而促进耗能大户提高能源效率，主动降低无谓的电力使用，促进节能减排。（二）激励型需求响应实现机制基于激励的需求响应是由实施机构根据电力系统供需情况制定响应策略，用户在系统需要或电力紧张时减少电力需求，以此获得直接补偿或其他时段的优惠电价，包括直接负荷控制、可中断负荷、需求侧竞价、紧急需求响应、容量市场项目等实施类型。基于激励的需求响应一般是通过事先签订协议合同的方式来约束双方的需求响应实施行为。（1）直接负荷控制响应供电方直接远程控制用户的电器或设备，在必要并发出紧急通知后，系统操作员可以中断向被控制电器或设备的电力供应，而用户则获得相应的补偿。该项目通常适用于住宅以及商业建筑，并且在一年或一季度内用户被中断的次数或小时数是有限制的。（2）可中断负荷响应供电方与用户签订协议，在电力短缺或系统突发事件发生时要求用户减少需求，而用户则享受优惠电价或直接经济补偿。如果用户不减少需求，则受到处罚。该项目通常适用于负荷在200kW以上的用户，并且在一年或一季度内用户被通知减少需求的次数或小时数是有上限的。通常，用户必须在接到通知后30min至60min内，作出减少电力需求的反应。（3）需求竞价/回购响应该项目鼓励大型用户在其提议的价格下自愿减少电力需求，或在被公布的补偿价格下明示自愿减少多少负荷。该项目通常根据电力需求预测提前一天通知用户，但在必要时也可当天通知。如果用户选择参与，但没有能够减少需求，将受到处罚。（4）紧急电力需求响应该项目是为系统稳定性受到威胁时而设计的。供电方为用户减少负荷而提供补偿，用户则自愿选择参与或放弃，而不受到处罚。（5）容量市场项目当系统突发事件发生或稳定性受到威胁，该项目被触发时，执行方为参与者提供可保证补偿，而用户则有义务减少预定电力负荷，否则将受到严重处罚。通常，用户必须证明确实能够达到预定负荷减少量，才被接受参与该项目。所以该部分需求可以认为是电网系统的容量或保险，在必要时可保证其发挥作用。电力负荷大致可分为一产（主要指农业）、二产（工业和建筑业）、三产（服务业及市政机构）和居民生活用电。这三者的用电比例是不相同的，并且有很大差别。我国能源中长期发展战略的研究较为权威地对一产、二产、三产和居民用电进行了预测。以2020年为例，一产用电比例为2.33%，二产用电比例为73.53%，三产用电比例为11.16%，居民生活用电为12.98%。考虑到城市中农业用电比例较低，负荷量小，需求响应效果不明显，因此本研究中仅考虑工业、商业和居民生活用电。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可引导用户进行良性用电、具有削峰填谷作用的基于价格和激本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于价格和激励的电力需求响应的智能决策方法，其特征在于，包括以下步骤：a).样本数据采集，以日为单位按照一定的采样周期，利用智能电表对作为样本的用户的用电信息进行采集，采集的信息包括负荷数据和相应的电价；其中，采样周期为1h、30min或15min；设对于第i类用户下有Mi类细分行业，第j类细分行业选取样本用户数量为K，i类包括工业、商业和居民生活用电；j=1,...,Mi，k=1,...,Kij；b).第i类中第j类细分行业负荷的求取，按照公式（1）和（2）求取出第i类用户第j类细分行业在t时刻的拟合负荷fijt: （1） （2）其中，为第i类用户第j类细分行业在t时刻的标幺后的负荷叠加数据；为第i类用户第j类细分行业第k个样本用户在t时刻的负荷；为第i类用户第j类细分行业第k个样本用户典型日的基值，取日最大负荷；c).第i类用户t时刻负荷的求取，按照公式（3）求取出第i类用户t时刻的拟合负荷： （3）其中，为第i类用户在t时刻的拟合典型负荷；为第i类用户第j类细分行业在该类用户中所占的电量比重；M为第i类用户中细分行业的个数；d).建立设备安全运行约束条件，建立如公式（4）所示的设备安全运行约束条件： （4）其中，为第t时段第k组负荷被控程度的决策变量，其取值为0或1，1表示完全被控，即中断供电；0表示完全不被控；为研究时段T内第k组负荷的最大允许受控次数；e).建立容忍程度约束条件，建立如公式（5）和（6）所示的用户容忍程度约束条件， （5） （6）其中，为用户当前的舒适度，为用户当前电费支出满意度；分别为标准所规定的用户的舒适度和用户电费支出满意度；f).求取可控负荷总量，通过公式（7）求出第t时段所有可控负荷： （7）其中，为第t时段的可控负荷总量；为第t时段第k组可控负荷；g).求取反弹负荷总量，依据公式（8）求取反弹负荷总量： （8）其中，为第t时段第k组负荷的反弹负荷，分别为第k组负荷在第t‑1，t‑2，t‑3时段的可控负荷；分别为对应时段的系数，其均小于1；h).建立基本需求关系式，建立如公式（9）所示的基本需求关系式： （9）其中，为供电公司当时可以给予用户的电量；i).建立受控时间约束条件，对于第k组负荷，其在第t时段的累计受控时间为：，建立如公式（10）所示的受控时间约束条件： （10）其中，为决策变量，设备受控则取值为1，未受控则取值为0；的值越小，表示分组的累计受控时间越短，因而考虑用户利益时需最小化目标函数；j).建立用户受益约束函数，建立如公式（11）所示的用户受益约束函数：从经济的角度出发考虑，规定时间T内，用户实施需求响应的收益函数表述为 （11）其中，G为用户实施需求响应后的收益函数，表示用户未实施需求响应前用电支出的费用，表示为用户实施需求响应后用电支出的费用，表示为电力公司因用户实施需求响应项目提供给用户的经济补偿；k).建立舒适度优化函数，建立如公式（12）所示的用户用电舒适度优化目标函数： （12）式中，为实行需求响应后的用户各时段用电量的变化值；为用户的舒适度；不考虑用户用电量的大幅度变化时，舒适度； 当用户未改变各时段用电量时，用户舒适度最大，其值为1；用户用电方式即各时段的用电量改变越大，其满意度越低；在用户完全不用电的极端情况下，用户的满意度为0；l).建立用电成本约束函数，建立如公式（13）所示的用电成本约束函数： （13）其中，为用户电费支出满意度；为未实行需求响应时用户的电费支出，它是原电价的函数；为实行需求响应后用户的电费支出，它是实行需求响应后电价的函数；m).建立参与成本约束函数，设每种节点设备购买时间为第年，寿命为，电网公司提供的价格补贴率为；整个需求响应规划的实施年数为n年；；视所有，即都在起始年购置；通过公式（14）建立用户的参与成本： （14）式中，分别为参与者的总成本和参与者采用第j类节电资源的成本；为第i年参与者的直接费用；n为项目实施的年数；M为项目有关的节电资源种类数；n).建立公平性约束函数，设有z组用户参与需求响应项目；对于第z组负荷，其在第t时段的连续受控和非受控正常供电时间分别为和 ，其计算公式为： （15）第t时段第z组负荷的用户连续受控满意度，连续供电满意度和综合满意度分别为：（16） （17） （18）式中：和分别为第z组用户的最佳连续受控时间与最佳连续运行时间；在整个时段T内，第z组负荷用户的综合满意度为，所有参...
【技术特征摘要】
1.一种基于价格和激励的电力需求响应的智能决策方法，其特征在于，包括以下步骤：a).样本数据采集，以日为单位按照一定的采样周期，利用智能电表对作为样本的用户的用电信息进行采集，采集的信息包括负荷数据和相应的电价；其中，采样周期为1h、30min或15min；设对于第i类用户下有Mi类细分行业，第j类细分行业选取样本用户数量为K′，i类包括工业、商业和居民生活用电；j＝1,...,Mi，K′＝1,...,Kij,Kij表示选取的第i类用户第j类细分行业的数量；b).第i类中第j类细分行业负荷的求取，按照公式(1)和(2)求取出第i类用户第j类细分行业在t时刻的拟合负荷fijt:其中，为第i类用户第j类细分行业在t时刻的标幺后的负荷叠加数据；fijkt为第i类用户第j类细分行业第k个样本用户在t时刻的负荷；Qijkt为第i类用户第j类细分行业第k个样本用户t时刻典型日的基值，取日最大负荷；c).第i类用户t时刻负荷的求取，按照公式(3)求取出第i类用户t时刻的拟合负荷：其中，fit为第i类用户在t时刻的拟合典型负荷；λj为第i类用户第j类细分行业在该类用户中所占的电量比重；M为第i类用户中细分行业的个数；d).建立设备安全运行约束条件，建立如公式(4)所示的设备安全运行约束条件：其中，Xkt为第t时段第k组负荷被控程度的决策变量，其取值为0或1，1表示完全被控，即中断供电；0表示完全不被控；NADR,k为研究时段t内第k组负荷的最大允许受控次数；e).建立容忍程度约束条件，建立如公式(5)和(6)所示的用户容忍程度约束条件，ε≥ε0(5)θ≥θ0(6)其中，ε为用户当前的舒适度，θ为用户当前电费支出满意度；ε0,θ0分别为标准所规定的用户的舒适度和用户电费支出满意度；f).求取可控负荷总量，通过公式(7)求出第t时段所有可控负荷：其中，LADR,t为第t时段的可控负荷总量；LADR,kt为第t时段第k组可控负荷；g).求取反弹负荷总量，依据公式(8)求取反弹负荷总量：LPB,kt＝αLADR,k(t-1)+βLADR,k(t-2)+γLADR,k(t-3)(8)其中，LPB,kt为第t时段第k组负荷的反弹负荷，LADR,k(t-1),LADR,k(t-2),LADR,k(t-3)分别为第k组负荷在第t-1，t-2，t-3时段的可控负荷；α,β,γ分别为对应时段的系数，其均小于1；h).建立基本需求关系式，建立如公式(9)所示的基本需求关系式：Wt≥Lnew,t＝Lold,t-LADR,t+LPB,t(9)其中，Wt为供电公司当时可以给予用户的电量，Lold,t和Lnew,t分别为实施智能决策前后前后第t时段用户负荷，LADR,t为第t时段的可控负荷总量，LPB,t为第t时段用户的反弹负荷；i).建立受控时间约束条件，对于第k组负荷，其在第t时段的累计受控时间Skt为：Skt＝Sk(t-1)+xktΔt，建立如公式(10)所示的受控时间约束条件：其中，xkt为决策变量，设备受控则取值为1，未受控则取值为0；F1的值越小，表示分组的累计受控时间越短，因而考虑用户利益时需最小化目标函数F1，k表示第k组负荷，Skt表示第k组负荷在第t时段的累计受控时间；j).建立用户受益约束函数，建立如公式(11)所示的用户受益约束函数：从经济的角度出发考虑，规定时间T内，用户实施需求响应的收益函数表述为
【专利技术属性】
技术研发人员：刘继东，王相伟，张国庆，朱伟义，袁伟玉，梁波，孟宪珂，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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