CN103778568A

CN103778568A - 一种基于多智能体的分时电价下电网负荷转移方法

Info

Publication number: CN103778568A
Application number: CN201410035919.4A
Authority: CN
Inventors: 王蓓蓓; 李义荣; 姚春桂; 李扬
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2014-01-26
Filing date: 2014-01-26
Publication date: 2014-05-07

Abstract

本发明公开了一种基于多智能体的分时电价下电网负荷转移方法。该方法包括以下步骤：（1）设定电网负荷转移目标；（2）将电力用户分类，形成不同用户智能体；（3）设定电网企业智能体，建立电网企业智能体电价调整方案；（4）电网企业智能体设定和调整分时电价，将电价信息下达给各电力用户智能体并接收电力用户负荷信息；（5）用户智能体接收电价信息与其他用户智能体的负荷调整信息，调整自身负荷并将自身负荷信息传递给电网智能体；（6）重复以上两步直至完成转移目标。本发明将电力用户建模为不同类型的用户智能体，考虑了用户响应的不确定性和用电特性的动态变化，有针对性地应用分时电价转移负荷，提高供电效率、优化用电方式。

Description

一种基于多智能体的分时电价下电网负荷转移方法

技术领域

本发明涉及需求响应分时电价领域，特别是涉及一种基于多智能体的分时电价下电网负荷转移方法。

背景技术

需求响应是电网供应侧提供价格或者激励信号，促使电力用户改变用电方式，引导用户高峰时少用电，低谷时多用电，提高供电效率、优化用电方式，达到节约能源和保护环境的长远目的。需求响应划分为基于价格的需求响应和基于激励的需求响应两类。基于价格的需求响应是指用户响应零售电价的变化，并相应地调整用电需求；基于激励的需求响应是指需求响应实施机构通过制定确定性的或者随时间变化的政策，来激励用户在系统可靠性受到影响或者电价较高时，及时响应并削减负荷。基于激励和基于电价的需求响应操作起来各具特点，本文针对分时电价这一领域。

分时电价（TOU，Time of Use）是基于价格的需求响应，是指根据电网的负荷变化情况，将每天24小时划分为高峰、平段、低谷等多个时段，对各时段分别制定不同的电价水平，以鼓励用电客户合理安排用电时间，削峰填谷，提高电力资源的利用效率。

目前TOU在中国一些地方已经展开应用，但TOU的时段划分和费率都是事先确定的，其更新周期通常为1个季度以上，灵活度不够，不同地方、不同季节乃至月份面临的电网电力缺额问题都不相同，并且传统的分时电价没有考虑用户响应情况和响应情况的不确定性，以及用户特性变化的问题，导致峰时电价过低不能有效削减负荷以及峰谷差不合理导致负荷转移不明显等问题，从而使得分时电价没有发挥足够的效果、电力资源没有得到合理配置。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号201310135932，发明名称：一种用于智能微网中的分时电价计算方法，公开号：CN103258117 A，该方法根据用户的负荷变化情况实现动态的分时电价，有效地实现了微网中分时电价计算，但该方法：（1）该计算方法中峰、谷电价系数的取值没有理论依据，即峰时电价、谷时电价大小通过人为设定，取值尚待考证；（2）该计算方法没有考虑用户可能的响应情况，影响了计算的准确性；（3）该计算方法没有具体的负荷转移目标，虽然能够实现动态的分时电价，但并未评估实际能够起到的效果。

发明内容

针对现有的基于分时电价的电网负荷转移方法存在反馈周期长，不能灵活响应电网负荷变化，没有考虑用户响应作用的缺陷，本发明主要解决的技术问题是：给电网企业提供针对降低电网负荷、减少总用电量，并且充分考虑电力用户的响应情况的，考虑到供用电双方互动过程的电网负荷转移方案。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于多智能体的分时电价下电网负荷转移方法。

本发明提供的技术方案包括以下步骤：

第一步，设定电网负荷转移目标，转移目标分为减少电网单日最大用电负荷与减少电网单日总用电量；

第二步，对电网的电力用户进行分类，按照不同的用电特性形成不同的电力用户智能体，根据电力用户用电历史数据确定不同用户智能体的负荷转移参数，建立用户智能体响应方案；

第三步，设定电网企业智能体，结合电力负荷预测曲线设定分时电价，将电价信息下达给各电力用户智能体，并接受各电力用户智能体反馈的负荷信息，计算当前电网负荷和总用电量，与设定的电网负荷转移目标比较并进行电价的调整；

第四步，各电力用户智能体根据用户智能体响应方案响应电价调整信息和其他用户智能体的负荷调整信息，调整负荷并将自身负荷调整信息反馈给电网智能体与其它用户智能体；

第五步，重复以上第三和第四步，直至负荷转移目标完成。

其中第二步中可以将电力用户分类如下：

①　积极型用户，通常是地区大型工业用户，负荷很大，生产工艺先进，具有较强的社会责任意识，负荷曲线调整能力强。用电成本占生产成本比例大，对电价调整敏感，参与需求响应有利于节约生产成本；

②　中间型用户，通常是地区中小型工商业用户，负荷较大，具有参与需求响应的能力，用电成本占总成本比例较大，对电价调整不太敏感，对电价调整承受力较强，电价调整后负荷调整情况通常会受到同行业其他企业影响；

③　消极型用户，通常是工商业用户，负荷曲线峰谷差很大，负荷率较低，其负荷高峰段和电网总体负荷的高峰重叠，与温度变化关系密切。由于生产特性或行业特性不愿参与需求响应，其对电价调整不敏感，对电价调整承受力很强。

将电力用户分为这三大类，充分考虑了大型工业用户和中小型工商业用户的用电特性。用户分类完成后，将根据这些用户的历史用电数据确定用户的负荷转移率。负荷转移率的大小与分时电价的峰谷差有关，表征用户对分时电价的响应程度。

第三步中电网企业智能体电价调整方案根据当前电网负荷状况判断当前负荷与负荷转移目标的差值，由电力公司从系统最大日负荷、单日总用电量和用户当日购电费用三个方面考虑电价调整的方法，按照如下方案逐步调整峰时电价、谷时电价以及峰谷差。

当系统容量缺乏时，电力公司考虑因素：系统最大负荷、用户购电费用。此时，有如下调整方法： 1、系统最大负荷实际减少百分比低于目标值，则等量增大峰时电价、减少谷时电价；2、系统最大负荷实际减少百分比高于目标值1.1倍，则等量减小峰时电价、增大谷时电价；3、当用户购电费用增加百分比大于购电费用增加百分比最大值，则等量减少峰时电价、谷时电价，保证峰谷差不变；4、当系统最大负荷实际减少百分比高于目标值且低于目标值1.1倍，用户购电费用增加百分比低于购电费用增加百分比最大值时，所有目标及约束都满足，调价完成。

当容量缺乏且电量也缺乏时，电力公司考虑的因素：系统最大负荷、系统总用电量、用户购电费用。此时，有如下调整方法：1、当系统最大负荷实际减少百分比低于目标值，且用电量减少百分比低于目标值时，等量增大峰时电价，减小谷时电价；2、当系统最大负荷实际减少百分比满足目标值，且用电量减少百分比低于目标值时，等量增大峰时电价，减小谷时电价；3、当系统最大负荷实际减少百分比超过目标值10%，且用电量减少百分比低于目标值时，只增加谷时段电价，峰时段电价保持不变；4、当系统最大负荷实际减少百分比低于目标值，且用电量减少百分比满足目标值时，等量增大峰时电价，减小谷时电价；5、当系统最大负荷实际减少百分比超过目标值10%，且用电量减少百分比满足目标值时，等量减小峰时电价，增大谷时电价；6、当系统最大负荷实际减少百分比低于目标值，且用电量减少百分比超过目标值10%时，只减小谷时段电价，峰时段电价保持不变；7、当系统最大负荷实际减少百分比满足目标值，且用电量减少百分比超过目标值10%时，等量减小峰时段和谷时段电价；8、当系统最大负荷实际减少百分比超过目标值10%，且用电量减少百分比超过目标值10%时，等量减小峰时段电价，增大谷时段电价；9、当用户购电费用增加百分比大于购电费用增加百分比最大值，则等量减少峰时电价、谷时电价，保证峰谷差不变；10、当系统最大负荷实际减少百分比满足目标值，且用电量减少百分比满足目标值，同时用户购电费用增加百分比低于购电费用增加百分比最大值时，所有目标及约束都满足，调价完成。

第四步中各电力用户智能体接收电价调整信息和其他用户智能体的负荷调整信息，计算采用新电价后的用电费用，响应方案如下：

1、电网公司智能体每次发布分时电价后，各用户智能体在此前确定的负荷转移率的基础上加上一个服从均匀分布的随机变量，得到新的负荷转移率；2、积极型用户根据电网公司智能体发布的电价计算峰谷差，随后按照新的负荷转移率计算转移量，得到新的峰时负荷、平时负荷与谷时负荷；3、中间型用户接收电价后，观察积极型用户的调整行为，当单次调价后自身购电费用大幅增加，则中间型用户以大于80%的概率转移为积极型用户；4、消极型用户接受电价后不做任何调整，当单次调价后自身购电费用大幅增加，则以低于50%的概率转移为积极型用户；4、当单次调价后用户购电费用增加，但还未大幅增加，用户感受到的费用增加次数n加1；5、当调价后用户购电费用增加，但还未大幅增加，且购电费用累计增加百分比超过多次电价调整造成用户类型调整的购电费用增加百分比最小值时，用户以大于60%的概率转移为积极型用户；6、当调价后用户购电费用增加，但还未大幅增加，且累计购电费用增加次数超过用户承受费用增加次数最大值时，用户以大于80%的概率转移为积极型用户；7、当单次调价后用户购电费用减少，且减少百分比超过用户购电费用减少百分比最小值时，用户感受到的费用增加次数n减1；8、当调价后用户购电费用不超过初始购电费用时，中间型用户类型不变，已转变为积极型的中间型用户恢复原用户类型。

本发明所述的用户智能体响应方案包含用户智能体负荷转移率的改变方法和用户智能体用电特性动态变化方法，具体为：每次电价调整后，用户智能体负荷转移率在一定范围（具体的范围可以灵活设置，通常取初始负荷转移率的±5%之间）内随机变动，同时，当用户电费增加或减少会使一种用户智能体根据不同用户类型以特定比例转变为另外一种用户智能体。

本发明所述的电价调整方案根据系统最大负荷、系统总用电量、用户购电费用与目标值相比变化的比例调整峰、谷时电价，具体为：最大负荷减少量超过目标则抬高谷时电价，此时当用电量减少满足目标时保持峰时电价不变，其余情况降低峰时电价；最大负荷减小量低于目标值则降低谷时电价，此时仅当用电量减少量高于目标时保持峰时电价不变，其余情况均抬高峰时电价；最大负荷满足调控目标时，用电量减少低于目标值则抬高峰时电价并降低谷时电价，否则同时降低峰、谷时电价；当购电费用增加值高于限值时同时降低峰、谷电价；当系统最大负荷实际减少百分比满足目标值，且用电量减少百分比满足目标值，同时用户购电费用增加百分比低于购电费用增加百分比最大值时，所有目标及约束都满足，调价完成。

本发明的有益效果主要在于：

（1）针对降低电网用电最大负荷或最大用电量设定负荷转移方案，可以根据当时、当地的电网运行需求，有针对性的解决电网电力不足的问题；

（2）在用户智能体响应方案中充分考虑电力用户与电网企业的互动和电力用户之间的博弈以及用户响应的不确定性因素，设置多种响应策略，真实模拟现实中电力用户的行为，提高电价调控的效率，优化电价调控方案；

有效调整电网负荷，削峰填谷，有效减轻电网负担，保证电网运行安全。

附图说明

图1为本发明的负荷转移方案流程图。

图2为本发明的电价调控模型机制图。

图3为本发明的转移前后负荷对比图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种基于多智能体的分时电价下电网负荷转移方法。在多智能体系统的框架下，提出了运用分时电价对电力系统负荷进行削峰填谷的方法，能方便的应用于实际场合。

本实施例中电力用户分类如下：

（1）积极型用户通常是地区大型工业用户，负荷很大，生产工艺先进，具有较强的社会责任意识，负荷曲线调整能力强。用电成本占生产成本比例大，对电价调整敏感，参与需求响应有利于节约生产成本。

（2）中间型用户通常是地区中小型工商业用户，负荷较大，具有参与需求响应的能力，用电成本占总成本比例较大，对电价调整不太敏感，对电价调整承受力较强，电价调整后负荷调整情况通常会受到同行业其他企业影响。

（3）消极型用户通常是工商业用户，负荷曲线峰谷差很大，负荷率较低，其负荷高峰段和电网总体负荷的高峰重叠，与温度变化关系密切。由于生产特性或行业特性不愿参与需求响应，其对电价调整不敏感，对电价调整承受力很强。

采用附图所示的流程来完成分时电价的制定过程。图1显示了电网负荷转移方案的流程。具体实施步骤如下：

第一步，首先设定电网负荷转移目标。

首先确电网负荷转移目标，初步可以分为如下两种：减少一定比例的系统单日最大用电负荷与减少一定比例的系统单日用电量。不同目标下的调整过程不尽相同。首先对电力公司运行状况进行了解，当前存在何种运行需求（减少高峰容量或减少系统总用电量），随后设定本次电网负荷转移的目标。

第三步，电网企业智能体进行电价调整

首先，电网企业接收电力用户负荷调整信息，计算系统当前最大日负荷与单日总用电量，根据当前负荷与负荷转移目标的差值，按照调整方案调价，最后将电价信息下达给各用户智能体。

电力公司从系统最大日负荷、单日总用电量和用户当日购电费用三个方面考虑电价调整的方法，按照如下方案逐步调整峰时电价、谷时电价以及峰谷差：

第四步，电力用户对电价做出响应

电力用户智能体接收电价信息和其他用户智能体的负荷调整信息，计算采用新电价后的用电费用与用电费用增加的幅度，同时观察其他智能体的响应情况，根据响应方案选择合适的负荷转移方法，在用户初始日负荷曲线的基础上调整负荷并将自身负荷调整信息传递给电网智能体与其它用户智能体。

电力用户智能体响应方案如下：

各用户智能体调整方法如下：1、电网公司智能体每次发布分时电价后，各用户智能体在此前确定的负荷转移率的基础上加上一个服从均匀分布的随机变量（设负荷转移率为m、此随机变量为X，则一般取X～U[(1-5%)m，(1+5%)m]），得到新的负荷转移率；2、积极型用户根据电网公司智能体发布的电价计算峰谷差，随后按照新的负荷转移率计算转移量，得到新的峰时负荷、平时负荷与谷时负荷；3、中间型用户接收电价后，观察积极型用户的调整行为，当单次调价后自身购电费用大幅增加，则中间型用户以大于80%的概率转移为积极型用户；4、消极型用户接受电价后不做任何调整，当单次调价后自身购电费用大幅增加，则以低于50%的概率转移为积极型用户；4、当单次调价后用户购电费用增加，但还未大幅增加，用户感受到的费用增加次数n加1；5、当调价后用户购电费用增加，但还未大幅增加，且购电费用累计增加百分比超过多次电价调整造成用户类型调整的购电费用增加百分比最小值时，用户以大于60%的概率转移为积极型用户；6、当调价后用户购电费用增加，但还未大幅增加，且累计购电费用增加次数超过用户承受费用增加次数最大值时，用户以大于80%的概率转移为积极型用户；7、当单次调价后用户购电费用减少，且减少百分比超过用户购电费用减少百分比最小值时，用户感受到的费用增加次数n减1；8、当调价后用户购电费用不超过初始购电费用时，中间型用户类型不变，已转变为积极型的中间型用户恢复原用户类型。

第五步，重复第三步和第四步的过程直至负荷转移目标达到，确定分时电价。

将本发明提出的基于多智能体的分时电价下电网负荷转移方法应用于电力公司实行分时电价的过程中。实施例如下：

某地区电力公司需要本方案进行电网负荷转移、解决系统电力不足的问题。电力公司首先对所辖的电力用户进行调查，选取积极型用户（多属于当地大工业用户）20家，中间型用户（一般中小型工商业用户）100家，消极型用户（工商业用户）30家。对用户进行分类并根据历史数据确定用户相关参数。在需要实行分时电价的日期区间选取某一典型日负荷预测曲线，作为负荷转移的对象。随后按照本发明所述方案设计电网企业与电力用户智能体，并开始多智能体仿真过程。

电力公司智能体设定初始的分时电价，峰时段（8:00-18:00）电价为0.75元/kWh，平时段（18:00-24:00）电价为0.6元/kWh，谷时段（0:00-8:00）电价为0.45元/kWh。设计了两种负荷转移目标：减少16%的日最大负荷以及6%的单日总用电量；减少10%的日最大负荷。

仿真软件经过多轮调价后，电力公司智能体的调价目标最终达到，调价完成后峰时电价为0.8760元/kWh，谷时电价为0.3601元/kWh，平时电价不变，为0.6元/kWh。将24小时负荷情况绘制成曲线，如图3所示。可见，经过调整分时电价之后，与初始负荷相比较，电网的峰时负荷降低了，并且总的总电量也有所减少，有效缓解系统电力紧张情况。

Claims

1.一种基于多智能体的分时电价下电网负荷转移方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，设定电网负荷转移目标，转移目标分为减少电网单日最大用电负荷与减少电网单日总用电量；第二步，对电网的电力用户进行分类，按照不同的用电特性形成不同的电力用户智能体，根据电力用户用电历史数据确定不同用户智能体的负荷转移参数，建立用户智能体响应方案；第三步，设定电网企业智能体，结合电力负荷预测曲线设定分时电价，将电价信息下达给各电力用户智能体，并接受各电力用户智能体反馈的负荷信息，计算当前电网负荷和总用电量，与设定的电网负荷转移目标比较并进行电价的调整；第四步，各电力用户智能体根据用户智能体响应方案响应电价调整信息和其他用户智能体的负荷调整信息，调整负荷并将自身负荷调整信息反馈给电网智能体与其它用户智能体；第五步，重复以上第三和第四步，直至负荷转移目标完成。

2. 根据权利要求1所述的电网负荷转移方法，其特征在于其中采用的用户智能体响应方案，包括用户智能体负荷转移率的改变方法和用户智能体用电特性动态变化方法，具体为：每次电价调整后，用户智能体负荷转移率在初始负荷转移率的±5%内随机变动；同时，当用户电费变化会使一种用户智能体根据不同用户类型按设定比例转变为另外一种用户智能体。