CN103745291B - 基于用电特性的多目标有序用电排序方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于用电特性的多目标有序用电排序方法，精确计算出用户分负荷特性数据，评估不同有序用电方案限电效果，优化有序用电方案。在避峰措施方案下，对客户按照避峰指数高低依次排序；指数越高，避峰效果越好，优先对避峰指数高的客户进行避峰限电；在调休措施方案下，按照错峰指数高低依次排序；优先对错峰指数高的客户进行调休限电；在错时措施方案下，按照错时指数高低依次排序；优先对错时指数高的客户进行错时限电。其优点是：采用三个指数分别表征客户在不同错、避峰措施下的限电效果，综合客户、社会经济、电量等多方因素，构建有序用电效果评价体系，量化用户有序用电效果差异，为制定有序用电方案的制定提供决策依据。

Description

基于用电特性的多目标有序用电排序方法

技术领域

本发明涉及一种基于用电特性的多目标有序用电排序方法，属于电力领域。

背景技术

随着我国电力供需矛盾的进一步深化，加强电力需求侧管理已成为各个电力公司的迫切任务。电网企业面对时段性的缺电,尤其是夏季高峰负荷,在现有需求侧管理手段不能完全平衡电力供需的情况下，只能依靠有序用电工作进行管理。

为确保电网安全稳定运行，保障社会用电秩序，国家发改委、国家电网公司和江苏省电力公司均发布了《有序用电管理办法》。该办法只给出有序用电工作职责及主要内容，但对有序用电方案的编制规程和方法并没有明确规定，相关的研究和规范也比较少。方案编制是有序用电工作的核心，各地在方案编制过程中基本上都是根据各自电网和用户的实际情况有一套自己的经验方法，因此非常迫切需要对有序用电方案编制的业务流程进行抽象、规范和定义，提出一套完整的标准化的有序用电决策方法。

目前，有序用电方案编制主要根据电力供应的多种缺口情况，依靠人工经验，通过统计电网分区、行政区、线路、单个客户等各层次用电负荷情况，粗略分析电网及全市用户用电负荷特性情况，进而采取不同的错峰、避峰、限电、拉电等措施，编制有序用电决策方案。

有序用电方案编制主要依靠人工经验制定，存在以下不足：

1、企业用户负荷特性数据多依靠沟通和经验确定，无法真实反映企业用户负荷特性，如企业用户保安负荷、可限负荷、高峰负荷等。

2、现有有序用电方案编制模式缺乏限电效果分析评估手段。现有有序用电方案仅考虑方案最终是否可以满足政府下达的限电负荷指标，对其他社会经济、政府、电网方面的影响不作评估，从而导致在方案制定和执行过程中讨价还价，影响方案的公正公平。

3、有序用电是一个多条件约束、多目标决策的问题，现有模式为单一目标决策，难以实现供电公司、政府和企业多目标综合利益最大化。现有编制模式仅考虑用户自身可限负荷大小，以是否完成政府下达电力缺口指标值作为方案评估目标，对企业客户、社会经济方面影响不作考虑，无法实现多目标决策。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于用电特性的多目标有序用电排序方法，该方法不仅能够精确计算出用户分负荷特性数据，而且能评估不同有序用电方案限电效果，优化有序用电方案，获得最好的综合社会经济效益。

按照本发明提供的技术方案，所述的基于用电特性的多目标有序用电排序方法包括以下步骤：

步骤1、根据客户典型曲线计算负荷特性关键指标：

1.1)绘制客户典型日曲线：选取客户近期至少3个月的负荷数据，对该段时间内日负荷曲线进行叠加平均计算，拟合形成客户典型日负荷曲线；

1.2)计算客户年生产增加值与年用电量的比值，得到客户单位电量生产增加值；

1.3)计算客户一年向政府利税金额与年用电量的比值，得到客户单位电量利税；

1.4)计算典型日8：00至22:00时间内客户负荷的均值和标准差的比值，得到客户负荷波动率；也可以选取若干典型日作为样本，分别计算当日负荷波动率值，然后计算算术平均值作为客户的负荷波动率；负荷波动率计算公式如下：

$f_l=\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\μ}}=\frac{\sqrt{\frac{1}{N}{\Σ}_{i=1}^N{(P_i-\frac{1}{N}{\Σ}_{i=1}^N{P}_i)}^2}}{\frac{1}{N}{\Σ}_{i=1}^N{P}_i}$

式中：f_l—负荷波动率；

P_i—第i个时刻点的典型负荷值；

σ—负荷的标准差；

μ—负荷的均值；

N—所述时刻点的数量；

1.5)计算客户保安负荷：统计步骤1中客户选取时间段内的实际负荷数据，计算最小的200个负荷点的算术平均值，公式如下：

$P_{sl}=\frac{{\Σ}_{i=1}^{200}{p}_{\min i}}{200}$

式中：p_sl—保安负荷；

p_{min i}—第i个最小的负荷点；

1.6)计算客户可限负荷：依据步骤1.1绘制的客户典型负荷曲线，计算公式如下：

P_ll-mor＝(P_pl-mor-P_sl)×δ_p

P_ll-mid＝(P_pl-mid-P_sl)×δ_p

P_ll-eve＝(P_pl-eve-P_sl)×δ_p

式中：P_ll-mor、P_ll-mid、P_ll-eve分别表示早峰、腰峰、晚峰时段的可限负荷；

P_sl—保安负荷；

P_pl-mor、P_pl-mid、P_pl-eve分别表示早峰、腰峰、晚峰时段的高峰负荷；

δ_p—同时率；

1.7)计算客户周休率，公式如下

$r_{zx}=\frac{Q_{wd}-Q_{we}}{Q_{wd}-Q_{sl}}$

式中：Q_wd—周一至周五的负荷总量的算术平均值；

Q_we—周六周日的负荷总量的算术平均值；

Q_sl—保安负荷一天的负荷总量；

步骤2、分别计算避峰指数、调休指数、错时指数：

2.1)避峰指数计算方法；

2.1.1)避峰指数表征用户实施避峰措施的效果大小，公式如下：

式中：P_ll-mor、P_ll-mid、P_ll-eve分别表示早峰、腰峰、晚峰时段的可限负荷；

E_q—单位电量生产增加值；

T_q—单位电量利税；

f_l—负荷波动率；

P_q—客户电价；

2.1.2)整理所有客户避峰指数初值数据，运用K-means聚类分析法，取K＝5，将避峰指数初值划分为5档，分别为优、良、适中、一般、差；

2.1.3)判断客户生产性质是否连续；

2.1.4)对非连续性用户的避峰指数初值进行降一档处理，计算得出避峰指数；对连续性用户，避峰指数值不变；

2.2)调休指数计算方法；

2.2.1)调休指数表征用户实施调休措施的效果大小，公式如下：调休指数初值＝可限负荷；

2.2.2)整理所有客户调休指数初值数据，运用K-means聚类分析法，取K＝5，将调休指数初值划分为5档，分别为优、良、适中、一般、差；

2.2.3)根据客户典型负荷曲线，计算客户周休率；

2.2.4)对周休率大于0.3且小于0.7的客户调休指数初值降两档处理；对周休率大于或等于0.7的客户调休指数初值降一档处理，对周休率小于或等于0.3的客户调休指数初值不变；

2.3)错时指数计算方法；

2.3.1)错时指数表征用户实施错时措施的效果大小，公式如下：错时指数初值＝可限负荷；

2.3.2)统计所有客户错时指数初值，运用K-means聚类分析法，取K＝5，将错时指数划分为5档，分别为优、良、适中、一般、差；

2.3.3)错时指数结果不作调整，与初值相同；

步骤3、提出有序用电排序：

在不同有序用电措施下，提出以下客户限电先后排序方法：

在避峰措施方案下，对客户按照避峰指数高低依次排序；指数越高，避峰效果越好，优先对避峰指数高的客户进行避峰限电；

在调休措施方案下，对客户按照错峰指数高低依次排序；指数越高，调休效果越好，优先对错峰指数高的客户进行调休限电；

在错时措施方案下，对客户按照错时指数高低依次排序；指数越高，错时效果越好，优先对错时指数高的客户进行错时限电。

所述同时率δ_p一般取0.8。

所述早峰、腰峰、晚峰时段分别为：8:00-12:00，12:00-17:00，17:00-22:00。

本发明的优点是：采用三个指数分别表征客户在不同错、避峰措施下的限电效果，摒弃以往评价客户的错、避峰效果依靠的经验判断法，综合客户、社会经济、电量等多方因素，构建有序用电效果评价体系，量化用户有序用电效果差异，为制定有序用电方案的制定提供决策依据。

附图说明

图1是基于用电特性的有序用电排序方法流程图。

图2是有序用电效果评价体系框架图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，有序用电方案编制的标准化方法总体分为4个步骤进行，概括起来主要是计算负荷特性关键指标、有序用电决策方法、有序用电方案限电效果评估、方案修改。

在进行有序用电方案编制过程之前，首先需要进行有序用电基础数据整理，该项工作各地方供电公司大同小异，数据资料均可从负荷控制系统和用电营销系统中采集。

步骤1、根据客户典型曲线计算负荷特性关键指标。

1.1)绘制客户典型曲线。选取客户近期至少3个月的负荷数据(不包含节假日)，对该段时间内日负荷曲线进行叠加平均计算，拟合形成客户典型负荷曲线。

1.2)计算客户年生产增加值与年用电量的比值，得到客户单位电量生产增加值。

1.3)计算客户一年向政府利税金额与年用电量的比值，得到客户单位电量利税。

1.4)计算典型日8：00至22:00时间内客户负荷的均值和标准差的比值，得到客户负荷波动率。也可以选取若干典型日作为样本，分别计算当日负荷波动率值，然后计算算术平均值作为客户的负荷波动率。负荷波动率计算公式如下：

$f_l=\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\μ}}=\frac{\sqrt{\frac{1}{N}{\Σ}_{i=1}^N{(P_i-\frac{1}{N}{\Σ}_{i=1}^N{P}_i)}^2}}{\frac{1}{N}{\Σ}_{i=1}^N{P}_i}$

式中：f_l——负荷波动率；

P_i——第i个时刻点的典型负荷值；

σ——负荷的标准差；

μ——负荷的均值；

1.5)计算客户保安负荷。统计步骤1中客户选取时间段内的实际负荷数据，计算最小的200个负荷点的算术平均值，公式如下：

$P_{sl}=\frac{{\Σ}_{i=1}^{200}{p}_{\min i}}{200}$

式中：p_sl——保安负荷；

p_{min i}——第i个最小的负荷点。

1.6)、计算客户可限负荷。依据步骤1绘制的客户典型负荷曲线，计算公式如下：

P_ll-mor＝(P_pl-mor-P_sl)×δ_p

P_ll-mid＝(P_pl-mid-P_sl)×δ_p

P_ll-eve＝(P_pl-eve-P_sl)×δ_p

式中：P_ll-mor、P_ll-mid、P_ll-eve——分别表示早峰、腰峰、晚峰时段的可限负荷；

P_sl——保安负荷；

P_pl-mor、P_pl-mid、P_pl-eve——分别表示早峰、腰峰、晚峰时段的高峰负荷；

δ_p——同时率，一般取0.8。

表1有序用电高峰时段安排

1.7)计算客户周休率。用户周休率越高，说明周休越彻底；用户周休率越低，说明周休越不显著。公式如下

$r_{zx}=\frac{Q_{wd}-Q_{we}}{Q_{wd}-Q_{sl}}$

式中：Q_wd——周一至周五的负荷总量的算术平均值；

Q_we——周六周日的负荷总量的算术平均值；

Q_sl——表示保安负荷一天的负荷总量。

步骤2、提出有序用电决策方法。

体系包含三个指数，分别为避峰指数、调休指数、错时指数。该三个指数分别表征客户在不同错、避峰措施下的限电效果，如图2所示。

避峰指数表征用户实施避峰措施的效果大小。该指数由可限负荷、负荷波动率、单位电量生产增加值、单位电量利税指标以及用户生产性质是否连续五个条件约束。

调休指数表征用户实施调休措施的效果大小。该指数主要包括周休率、可限负荷等。

错时指数表征用户实施错时措施的效果大小。该指数主要与客户可限负荷有关。

根据计算得出各个客户的三大指数值，在不同有序用电措施下，提出以下客户限电先后排序方法。

1、在避峰措施方案下，对客户按照避峰指数高低依次排序。指数越高，避峰效果越好，优先对该类客户进行避峰限电。

2、在调休措施方案下，对客户按照错峰指数高低依次排序。指数越高，调休效果越好，优先对该类客户进行调休限电。

3、在错时措施方案下，对客户按照错时指数高低依次排序。指数越高，错时效果越好，优先对该类客户进行错时限电。

步骤3、有序用电方案进行限电效果评估。

3.1)计算客户可限负荷。

制定的有序用电方案中可限负荷总量是否达到地区电力缺口值，各级可限负荷是否达到VI、III、II、I级有序用电预警等级电力缺口值。XX区域负荷缺口调控指表如表2所示。

表2XX区域负荷缺口调控指标分解表

3.2)计算电网负荷率变化。实施有序用电方案前后，计算电网负荷率变化情况。公式如下：

3.3)计算电网电量损失影响。执行调休、错时用户电量没有损失，仅将所有执行避峰措施的客户电量损失进行累加。

3.4)计算政府税收损失影响。执行调休、错时用户税收没有损失，将所有执行避峰措施的客户税收损失进行累加。

3.5)计算企业损失影响。将所有执行避峰措施的客户生产增加值损失进行累加。

3.6)统计有序用电方案涉及企业客户数量。

步骤4、方案修改。

采用开会沟通的方式，判断当前有序用电方案评估结果是否满足客户、电网、政府三方要求。人工修改后进行再评估，直至三方满意。

以下是三大指数的具体计算方法。

1避峰指数计算方法

1)避峰指数表征用户实施避峰措施的效果大小。公式如下：

式中：P_ll-mor、P_ll-mid、P_ll-eve——分别表示早峰、腰峰、晚峰时段的可限负荷；

E_q——单位电量生产增加值；

T_q——单位电量利税；

f_l——负荷波动率；

P_q——客户电价。

2)整理所有客户避峰指数初值数据，运用K-means聚类分析法，取K＝5。将避峰指数初值划分为5档，分别为优、良、适中、一般、差。

3)判断客户生产性质是否连续。

4)对非连续性用户的避峰指数初值进行降一档处理，计算得出避峰指数；对连续性用户，避峰指数值不变。具体计算实例如下：

假设某客户避峰指数初值为m，处在第一档级范围内，判断该客户为非连续性用户，则客户

假设某客户初始避峰指数为n，处于第一档，判断该客户为连续性用户，则避峰指数不变。

表3避峰指数效果评价指标表

避峰指数范围	避峰效果评价	档级
			a-A	优	第一档
b-B	良	第二档
			c-C	适中	第三档
d-D	一般	第四档
			e-E	差	第五档

2调休指数计算方法

1)调休指数表征用户实施调休措施的效果大小。公式如下：调休指数初值＝可限负荷。

2)整理所有客户调休指数初值数据，运用K-means聚类分析法，取K＝5。将调休指数初值划分为5档，分别为优、良、适中、一般、差。

3)根据客户典型负荷曲线，计算客户周休率；

4)对周休率大于0.3且小于0.7的客户调休指数初值降两档处理；对周休率大于或等于0.7的客户调休指数初值降一档处理，对周休率小于或等于0.3的客户调休指数初值不变。具体降档算法与避峰指数相同。

3错时指数计算方法

1)错时指数表征用户实施错时措施的效果大小。公式如下：错时指数初值＝可限负荷。

2)统计所有客户错时指数初值，运用K-means聚类分析法，取K＝5。将错时指数划分为5档，分别为优、良、适中、一般、差。

3)错时指数结果不作调整，与初值相同。

本发明弥补了国内有序用电决策方法的空白，为供电企业提供体系完整、规范化的有序用电决策方法。其中：

步骤1实现了用户负荷特性的精确控制，准确描述每个客户有序用电错、避峰能力。

步骤2将客户限电能力、经济影响、电量影响、税收影响等多方面因素综合为避峰指数、调休指数、错时指数三大指标，摈弃以往人工经验判断模式，明确不同有序用电措施下，客户限电先后排序方法。

步骤3定量评估有序用电决策方案执行效果，可针对性的优化有序用电方案。

因此，本发明能够实现用户负荷特性的精确控制，准确描述每个客户错、避峰能力。综合考虑企业、供电公司、政府多方因素，可量化评估有序用电决策方案执行效果，包括限电能力、经济影响、电量影响、税收影响等。结合当地社会经济、电网特性、产业特点，依据方案评估结果，可进一步有针对性的优化有序用电决策方案，以获得最好的综合效益。

以下对本发明所涉及的一些名词进行解释。

有序用电：有序用电是指在电力供应不足、突发事件等情况下，通过行政措施、经济手段、技术方法，依法控制部分用电需求，维护供用电秩序平稳的管理工作。采取错峰、避峰、轮休、让电、限电等一系列措施，避免无计划拉闸限电，规范用电秩序，将电力供需矛盾给社会和企业带来的不利影响降至最低程度。

日最大负荷：一天各半小时整点供电负荷中的最大值。

错峰：错峰是指将高峰时段的用电负荷转移到其他时段，通常不减少电能使用。

避峰：避峰是指在高峰时段削减、中断或停止用电负荷，通常会减少电能使用。

限电：限电是指在特定时段限制某些用户的部分或全部用电需求。

拉闸：拉闸，是指各级调度机构发布调度命令，切除部分用电负荷。

电力缺口：电力缺口是指某一时间点，所有用户错峰、避峰、限电、拉闸负荷之和。

预警信号：按照电力缺口占当期最大用电需求比例的不同，预警信号分为四个等级：

Ⅰ级：特别严重(红色、20％以上)；

Ⅱ级：严重(橙色、10％-20％)；

Ⅲ级：较重(黄色、5％-10％)；

Ⅳ级：一般(蓝色、5％以下)。

可限负荷：可限负荷表示在电力高峰时段时，用户仅保留保障负荷，关停设备“降低了”的负荷。

保安负荷：保安负荷是指保障用电场所人身与财产安全所需的电力负荷。

Claims (3)

1.基于用电特性的多目标有序用电排序方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、根据客户典型曲线计算负荷特性关键指标：

步骤1.1)绘制客户典型日曲线：选取客户近期至少3个月的负荷数据，对该段时间内日负荷曲线进行叠加平均计算，拟合形成客户典型日负荷曲线；

步骤1.2)计算客户年生产增加值与年用电量的比值，得到客户单位电量生产增加值；

步骤1.3)计算客户一年向政府利税金额与年用电量的比值，得到客户单位电量利税；

步骤1.4)计算典型日8:00至22:00时间内客户负荷的均值和标准差的比值，得到客户负荷波动率；也可以选取若干典型日作为样本，分别计算当日负荷波动率值，然后计算算术平均值作为客户的负荷波动率；负荷波动率计算公式如下：

式中：f_l—负荷波动率；

P_i—第i个时刻点的典型负荷值；

σ—负荷的标准差；

μ—负荷的均值；

N—所述时刻点的数量；

步骤1.5)计算客户保安负荷：统计步骤1.1)中客户选取时间段内的实际负荷数据，计算最小的200个负荷点的算术平均值，公式如下：

式中：p_sl—保安负荷；

p_{min i}—第i个最小的负荷点；

步骤1.6)计算客户可限负荷：依据步骤1.1)绘制的客户典型负荷曲线，计算公式如下：

P_ll-mor＝(P_pl-mor-P_s1)×δ_p

P_ll-mid＝(P_pl-mid-P_sl)×δ_p

P_ll-eve＝(P_pl-eve-P_sl)×δ_p

式中：P_ll-mor、P_ll-mid、P_ll-eve分别表示早峰、腰峰、晚峰时段的可限负荷；

P_sl—保安负荷；

P_pl-mor、P_pl-mid、P_pl-eve分别表示早峰、腰峰、晚峰时段的高峰负 荷；

δ_p—同时率；

步骤1.7)计算客户周休率，公式如下

式中：Q_wd—周一至周五的负荷总量的算术平均值；

Q_we—周六周日的负荷总量的算术平均值；

Q_sl—保安负荷一天的负荷总量；

步骤2、分别计算避峰指数、调休指数、错时指数：

步骤2.1)避峰指数计算方法；

步骤2.1.1)避峰指数表征用户实施避峰措施的效果大小，公式如下：

式中：P_ll-mor、P_ll-mid、P_ll-eve分别表示早峰、腰峰、晚峰时段的可限负荷；

E_q—单位电量生产增加值；

T_q—单位电量利税；

f₁—负荷波动率；

P_q—客户电价；

步骤2.1.2)整理所有客户避峰指数初值数据，运用K-means聚类分析法，取K＝5，将避峰指数初值划分为5档，分别为优、良、适中、一般、差；

步骤2.1.3)判断客户生产性质是否连续；

步骤2.1.4)对非连续性用户的避峰指数初值进行降一档处理，计算得出避峰指数；对连续性用户，避峰指数值不变；

步骤2.2)调休指数计算方法；

步骤2.2.1)调休指数表征用户实施调休措施的效果大小，公式如下：调休指数初值＝可限负荷；

步骤2.2.2)整理所有客户调休指数初值数据，运用K-means聚类分析法，取K＝5，将调休指数初值划分为5档，分别为优、良、适中、一般、差；

步骤2.2.3)根据客户典型负荷曲线，计算客户周休率；

步骤2.2.4)对周休率大于0.3且小于0.7的客户调休指数初值降两档处理；对周休率大于或等于0.7的客户调休指数初值降一档处理，对周休率小于或等于0.3的客户调休指数初值不变；

步骤2.3)错时指数计算方法；

步骤2.3.1)错时指数表征用户实施错时措施的效果大小，公式如下：错时指数初值＝可限负荷；

步骤2.3.2)统计所有客户错时指数初值，运用K-means聚类分析法，取K＝5，将错时指数划分为5档，分别为优、良、适中、一般、差；

步骤2.3.3)错时指数结果不作调整，与初值相同；

步骤3、提出有序用电排序：

在不同有序用电措施下，提出以下客户限电先后排序方法：

在避峰措施方案下，对客户按照避峰指数高低依次排序；指数越高，避峰效果越好，优先对避峰指数高的客户进行避峰限电；

在调休措施方案下，对客户按照错峰指数高低依次排序；指数越高，调休效果越好，优先对错峰指数高的客户进行调休限电；

在错时措施方案下，对客户按照错时指数高低依次排序；指数越高，错时效果越好，优先对错时指数高的客户进行错时限电。

2.如权利要求1所述基于用电特性的多目标有序用电排序方法，其特征是，所述同时率δ_p取0.8。

3.如权利要求1所述基于用电特性的多目标有序用电排序方法，其特征是，所述早峰、腰峰、晚峰时段分别为：8:00-12:00，12:00-17:00，17:00-22:00。