CN105761022A - 一种直接负荷控制方案评估及甄选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接负荷控制方案评估及甄选方法。该方法包含以下步骤：（1）获取直接负荷控制方案，获得基线负荷与各个直接负荷控制方案实施后的负荷曲线；（2）计算各个方案的技术评估指标；（3）计算各个方案的经济评估指标；（4）计算各个方案的综合评估指标；（5）依据不同的控制策略进行方案甄选。本方法给出的直接负荷控制方案评估及甄选方法可以依据调控目标对多组直接负荷控制方案做出合理选择，为直接负荷控制方案的应用提供技术依据。

Description

一种直接负荷控制方案评估及甄选方法

技术领域

本发明属于智能用电、需求响应技术领域，具体涉及一种直接负荷控制方案评估及甄选方法。

背景技术

随着国民经济发展，电力需求的增长成直线上升的态势,原始的电网运行机制不再满足当前的形势需求。需求响应是指利用价格或者激励等调控手段，使得负荷侧(即需求侧)根据激励信号灵活响应，起到缓解电力需求增长的作用，可以以较低成本保障系统安全稳定运行。其中直接负荷控制是一种基于激励的需求响应手段，是指在电网负荷高峰时段，供电方通过远端控制装置实现直接远程控制(启停)用户的电器或设备，提前通知时间一般在15min以内，为此用户会获得一些补偿。直接负荷控制一般用于居民或者小型的商业用户，参与直接负荷控制的通常是短时停电不会对用户生活或舒适性产生不良影响的用电设备，如电热水器、空调等。

由于直接负荷控制的应用场合不同，存在多种控制策略，例如削减系统峰荷、负荷曲线负荷率提高、减小系统负荷波动、减小系统峰谷差等，同时还需要兼顾用户的满意度，在优化出直接负荷控制的多种方案后，缺乏一种行之有效的评估机制进行直接负荷控制方案的评估与甄选，这对于直接负荷控制方案的推广与实施存在制约；因此本发明提供了一种直接负荷控制方案评估及甄选方法，目的是为了填补在直接负荷控制效果评估方面的空白，以便进一步推进直接负荷控制项目的推广与实施。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种直接负荷控制方案评估及甄选方法，本方法给出的直接负荷控制方案评估及甄选方法可以依据调控目标对多组直接负荷控制方案做出合理选择，为直接负荷控制方案的应用提供技术依据。

本发明所述一种直接负荷控制方案评估及甄选方法，包括以下步骤：

1)获取直接负荷控制方案；系统调度人员通过直接负荷控制优化算法获取多个直接负荷控制方案，包括基线负荷与各个直接负荷控制方案实施后的负荷曲线；

2)计算各个方案的技术评估指标；各个方案的技术评估指标共7个，包含：

a系统峰荷；直接负荷控制最基本的目的就是在系统高峰时降低峰荷，故将之作为首个评估指标。其计算公式如下：

L_max＝max(L_new,t)(1)

其中L_new,t为直接负荷控制方案实施后的第t时段负荷值。

b峰荷持续时间；这一指标主要计算高峰负荷持续的分钟数，指标中需要计算70％、80％、90％、99％的峰荷持续时间，从这4个数据的数值可以看出在经过直接负荷控制之后高峰负荷是否有向低谷转移的趋势。

c负荷率；负荷率是指在规定时间(日、月、年)内的平均负荷与最大负荷之比的百分数。用来衡量在规定时间内负荷变动情况，以及考核电气设备的利用程度。其计算公式为：

$L_{rate}=\frac{ave\left(L_{new,t}\right)}{max\left(L_{new,t}\right)}\×100\%---\left(2\right)$

d最小负荷率；最小负荷率是指在规定时间(日、月、年)内的最小负荷与最大负荷之比的百分数。用来表示电气设备的最小利用情况，其公式为：

$L_{min,rate}=\frac{min\left(L_{new,t}\right)}{max\left(L_{new,t}\right)}\×100\%---\left(3\right)$

e负荷变化率；由于负荷率指标在实际应用中存在以下问题：不同的变化负荷所标出的负荷率可能相同，因而负荷率不能确切反映出负荷的变化情况；现行负荷率计算中，只反映了平均负荷率与最大负荷率的关系，而没有反映出对运行有很大意义的低谷负荷情况；现行负荷率计算中，只反映了最大负荷的数值，而没有反映出最大负荷出现的时间长短；现行负荷率计算中，只反映了负荷的集中程度(由平均负荷反映出来)，而没有反映负荷的分散程度，因此负荷率不可能全面地准确地反映出负荷变化的情况，也不能合理地对供用电情况进行衡量和考核。

负荷的均值e反映了负荷的集中程度，负荷的标准差s反映了负荷的分散程度，而负荷标准差与均值之比s/e，则反映出负荷分散程度的相对大小。这个比值在概率统计中称为变异系数。于是定义：负荷的标准差与负荷的均值之比为负荷变化率。通常情况下，用百分数表示，即：

$L_{change,rate}=\frac{s\left(L_{new,t}\right)}{ave\left(L_{new,t}\right)}\×100\%---\left(4\right)$

f峰谷差；峰谷差是考量负荷特性是否优良的重要指标。定义如下：

L_PtoV＝max(L_new,t)-min(L_new,t)(5)

g峰谷差率；峰谷差率是指在规定时间(日、月、年)内的峰谷差与最大负荷之比的百分数。定义如下：

$L_{PtoV,rate}=\frac{L_{PtoV}}{max\left(L_{new}\right)}\×100\%---\left(6\right)$

3)计算各个方案的经济评估指标；各个方案的经济评估指标共7个，包含：

a用户购电支出；用户根据分时电价购买电力的支出，定义如下：

$C_{user,ele}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(L_{new,t}\×P_{TOU,t})---\left(7\right)$

其中P_TOU,t为第t时段的分时电价值。

b用户直接负荷控制收益；由于实行直接负荷控制用户收到的补偿W_user,DLC。

c用户购电单价；用户购买电能的等效价格，定义如下：

$P_{user,ele}=\frac{\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(L_{new,t}\×P_{TOU,t})-W_{user,DLC}}{\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{L}_{new,t}}---\left(8\right)$

d电网直接负荷控制支出；由于实行直接负荷控制电网支出的费用C_grid,DLC，数值同用户直接负荷控制收益。

e电网售电收益；电网按市场出清电价买回电能，按分时电价售出所得到的收益，定义如下：

$W_{grid,ele}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(L_{new,t}\×(P_{DA,t}-P_{OUT,t}\left)\right)---\left(9\right)$

其中P_DA,t为第t时段的市场出清电价值。

f电网售电单价；电网出售电能的等效价格，定义如下：

$P_{grid,ele}=\frac{W_{grid,ele}-C_{grid,DLC}}{\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{L}_{new,t}}---\left(10\right)$

g用户满意度；直接负荷控制的实行势必会影响到用户的用电满意度，用户作为电力市场的参与主体，在选择直接负荷控制方案时必须考虑其用电满意度的高低。对于第k组负荷，其在第t时段的受控(中断负荷)和非受控(正常供电)时间分别记为T_off，k,t和T_on,k,t，计算公式为：

T_on,k,t＝(T_on,k,t-1+(1-s_k,t)Δt)(1-s_k,t)(11)

T_off,k,t＝(T_off,k,t-1+s_k,tΔt)s_k,t(12)

s_k,t为第t时段第k组负荷是否被控制(即中断供电)的0-1决策变量，由模糊集理论知，可以采用用户的受控时间与非受控时间来分别建立模糊隶属度函数，再用两函数相结合来表征用户满意度。可以得出第t时段第k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：

$U_{off,k,t}=\{\begin{array}{cc}1& 0\&le;T_{off,k,t}\&le;T_{off,k,best}\\ \frac{T_{off,k,\max }-T_{off,k,t}}{T_{off,k,\max }-T_{off,k,best}}& T_{off,k,best}<T_{off,k,t}\&le;T_{off,k,\max }\\ 0& T_{off,k,t}>T_{off,k,\max }\end{array}---\left(13\right)$

$U_{on,k,t}=\left\{\begin{array}{cc}0& 0\&le;T_{on,k,t}\&le;T_{on,k,\min }\\ \frac{T_{on,k,t}-T_{on,k,\min }}{T_{on,k,best}-T_{on,k,\min }}& T_{on,k,\min }<T_{on,k,t}\&le;T_{on,k,best}\\ 1& T_{on,k,t}>T_{on,k,best}\end{array}\right.---\left(14\right)$

U_k,t＝s_k,tU_off,k,t+(1-s_k,t)U_on,k,t(15)

其中t_{off，k，max}为用户k的最大连续受控时间，t_{off，k，best}为用户k的最佳连续受控时间，t_on,k，min为用户k的最小连续运行时间，t_on,k,best为用户k的最佳连续运行时间。在整个研究时段T内，第k组负荷用户的综合满意度U_k为：

$U_k=\frac{1}{T}\underset{t=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}{U}_{k,t}---\left(16\right)$

在研究时段T内，所有参与直接负荷控制项目的负荷组的平均用户综合满意度F_user，DLC为：

$F_{user,DLC}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}{U}_k---\left(17\right)$

4)计算各个方案的综合评估指标；

选择经济技术指标中比较重要的六项指标，组合成为综合评估指标。选择的六项指标分别为：系统峰荷、负荷率、负荷变化率、峰谷差、用户购电单价和用户满意度，它们不管是从经济角度还是技术角度都能反映出直接负荷控制结果的好坏。

5)依据不同的控制策略进行方案甄选

评估指标采用打分的形式，总分S_sum的计算公式如下：

$S_{sum}=\underset{i=1}{\overset{6}{\&Sigma;}}{S}_i\&times;D_i---\left(18\right)$

其中S_i为系统峰荷、负荷率、负荷变化率、峰谷差、用户购电单价和用户满意度的单项分数，该分数需要根据不同的直接负荷控制策略进行制定，但各个单项总分数之和为满分100分；D_i为六个单项指标的折扣系数，当六个指标处于不同等级时折扣系数在0％～100％区间内波动。根据不同策略的分数分配以及折扣系数对所有的直接负荷控制方案进行打分评估，依据控制策略的不同选取最优的直接负荷控制方案。

采用本发明的技术方案，可实现如下有益效果：本发明提供了一种直接负荷控制方案评估及甄选方法，其优点是给出了合理评估直接负荷方案的经济指标与技术指标，并形成综合评估指标，设计了评分机制对多种直接负荷控制方案进行甄别，可以针对不同的直接负荷控制策略进行直接负荷控制方案选择，增强了直接负荷控制方案的针对性，有益于直接负荷控制方案的推广与实施。

附图说明

图1为本发明方法的总流程图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

本发明所述的一种基于温度设定值调整的聚合空调负荷调度方法按照以下步骤操作(如图1所示)：

1)获取直接负荷控制方案；系统调度人员通过直接负荷控制优化算法获取多个直接负荷控制方案，包括基线负荷与各个直接负荷控制方案实施后的负荷曲线；这里讨论9种方案的评估与甄选；

2)计算技术评估指标；按照说明书中步骤2)所列公式计算；

3)计算经济评估指标；按照说明书中步骤3)所列公式计算；获得9种方案指标列表如表1所示：

表1不同直接负荷控制方案指标汇总

4)综合评估指标；选择经济技术指标中比较重要的六项指标，组合成为综合评估指标。选择的六项指标分别为：系统峰荷、负荷率、负荷变化率、峰谷差、用户购电单价和用户满意度，它们不管是从经济角度还是技术角度都能反映出直接负荷控制结果的好坏。

5)依据不同的控制策略进行方案甄选

评估指标采用打分的形式，满分设置为100分，由于系统在需要实施直接负荷控制时的系统情况有差异，实施直接负荷控制的主要目标不同，故而直接负荷控制策略也会不同，根据不同的直接负荷控制策略给不同的指标规定单项的总分数，参考设置见表2：

表2控制策略分数设置表

如果选择平均控制策略，六项的总分几乎持平，分别是16、17、17、17、16、17；如果选择强调峰荷控制策略，则峰荷单项总分设置为50分，其余各项总分共50分，表明降低峰荷比实现其他目标更为重要；其余的控制策略解释同上。折扣系数采用分级打分形式实现，分级标准是在大量试验的基础上确定的，该标准对于不同的地区有区别，这里仅给出示例，具体见表3：

表3折扣系数打分区间设置

根据不同策略的分数分配以及打分区间对所有的直接负荷控制方案进行打分评估，依据控制策略的不同选取最优的直接负荷控制方案。

对方案2的评分过程进行举例，其峰荷值为3527，处于80％折扣系数区间；负荷率值为0.827，处于60％折扣系数区间；负荷变化率值为0.124，处于80％折扣系数区间；峰谷差值为1192，处于80％折扣系数区间；用户购电单价值为71.300，处于80％折扣系数区间；用户满意度值为0.984，处于100％折扣系数区间；若使用平均控制策略，则方案2的得分为：16*80％+17*60％+17*80％+17*80％+16*80％+17*100％＝12.8+10.2+13.6+13.6+12.8+17＝80，则说明在该种策略下，方案2的评分为80分。表4为所有方案在所有策略下的评分：

表4各方案综合评估及排序

上面已经提及，在系统需要实施DLC控制时，系统的情况各不相同，上表利用综合评估指标对结果进行打分，同时进行排序，得到了在不同情况下方案的优先级，现解释如下：

若目前高峰负荷特别突出，期望实施DLC主要目的为降低峰荷，则按照表4第5列的优先级进行方案选择，首选方案3；若目前系统运行的负荷率特别低，期望实施DLC主要目的为提高负荷率，则按照表4第7列的优先级进行方案选择，首选方案3；若目前系统运行负荷特性较为分散，集中程度差，期望实施DLC主要目的为降低负荷变化率，则按照表4第9列的优先级进行方案选择，首选仍为方案3；若目前峰谷差特别大，期望实施DLC主要目的为减小峰谷差，则按照表4第11列的优先级进行方案选择，首选方案8；若期望实施DLC主要目的为降低用户购电成本，则按照表4第13列的优先级进行方案选择，首选方案5；若目前期望实施DLC时尽量影响用户用电，则按照表4第15列的优先级进行方案选择，首选方案8；若目前实施DLC没有特殊要求，则按平均策略选择，即按照表4第3列的优先级进行方案选择，首选方案8。这样即实现了根据不同直接负荷控制策略对直接负荷控制方案甄选的目的。

如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (1)

1.一种直接负荷控制方案评估及甄选方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)获取直接负荷控制方案；系统调度人员通过直接负荷控制优化算法获取多个直接负荷控制方案，包括基线负荷与各个直接负荷控制方案实施后的负荷曲线；

2)计算各个方案的技术评估指标；各个方案的技术评估指标共7个，包含：

a系统峰荷：直接负荷控制最基本的目的就是在系统高峰时降低峰荷，故将之作为首个评估指标，其计算公式如下：

L_max＝max(L_new,t)(1)

其中L_new,t为直接负荷控制方案实施后的第t时段负荷值；

b峰荷持续时间：这一指标主要计算高峰负荷持续的分钟数，指标中需要计算70％、80％、90％、99％的峰荷持续时间，从这4个数据的数值可以看出在经过直接负荷控制之后高峰负荷是否有向低谷转移的趋势；

c负荷率：负荷率是指在规定时间(日、月、年)内的平均负荷与最大负荷之比的百分数，用来衡量在规定时间内负荷变动情况，以及考核电气设备的利用程度，其计算公式为：

$L_{rate}=\frac{ave\left(L_{new,t}\right)}{max\left(L_{new,t}\right)}\&times;100\%---\left(2\right)$

d最小负荷率：最小负荷率是指在规定时间(日、月、年)内的最小负荷与最大负荷之比的百分数，用来表示电气设备的最小利用情况，其公式为：

$L_{min,rate}=\frac{\min \left(L_{new,t}\right)}{max\left(L_{new,t}\right)}\&times;100\%---\left(3\right)$

e负荷变化率：负荷的均值e反映了负荷的集中程度，负荷的标准差s反映了负荷的分散程度，而负荷标准差与均值之比s/e，则反映出负荷分散程度的相对大小。这个比值在概率统计中称为变异系数，定义：负荷的标准差与负荷的均值之比为负荷变化率。通常情况下，用百分数表示，即：

$L_{change,rate}=\frac{s\left(L_{new,t}\right)}{ave\left(L_{new,t}\right)}\&times;100\%---\left(4\right)$

f峰谷差：峰谷差是考量负荷特性是否优良的重要指标，定义如下：

L_PtoV＝max(L_new,t)-min(L_new,t)(5)

g峰谷差率：峰谷差率是指在规定时间(日、月、年)内的峰谷差与最大负荷之比的百分数，定义如下：

$L_{PtoV,rate}=\frac{L_{PtoV}}{max\left(L_{new}\right)}\&times;100\%---\left(6\right)$

3)计算各个方案的经济评估指标；各个方案的经济评估指标共7个，包含：

a用户购电支出：用户根据分时电价购买电力的支出，定义如下：

$C_{user,ele}=\underset{t=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}(L_{new,t}\&times;P_{TOU,t})---\left(7\right)$

其中P_TOU,t为第t时段的分时电价值；

b用户直接负荷控制收益：由于实行直接负荷控制用户收到的补偿W_user,DLC；

c用户购电单价：用户购买电能的等效价格，定义如下：

$P_{user,ele}=\frac{\underset{t=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}(L_{new,t}\&times;P_{TOU,t})-W_{user,DLC}}{\underset{t=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}{L}_{new,t}}---\left(8\right)$

d电网直接负荷控制支出：由于实行直接负荷控制电网支出的费用C_grid,DLC，数值同用户直接负荷控制收益；

e电网售电收益：电网按市场出清电价买回电能，按分时电价售出所得到的收益，定义如下：

$W_{grid,ele}=\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\&Sigma;}}}(L_{new,t}\&times;(P_{DA,t}-P_{TOU,t}\left)\right)---\left(9\right)$

其中P_DA,t为第t时段的市场出清电价值；

f电网售电单价：电网出售电能的等效价格，定义如下：

$P_{grid,ele}=\frac{W_{grid,ele}-C_{grid,DLC}}{\underset{t=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}{L}_{new,t}}---\left(10\right)$

g用户满意度：直接负荷控制的实行势必会影响到用户的用电满意度，用户作为电力市场的参与主体，在选择直接负荷控制方案时必须考虑其用电满意度的高低，对于第k组负荷，其在第t时段的受控(中断负荷)和非受控(正常供电)时间分别记为T_off,k,t和T_on,k,t，计算公式为：

T_on,k,t＝(T_on,k,t-1+(1-s_k,t)△t)(1-s_k,t)(11)

T_off,k,t＝(T_off,k,t-1+s_k,t△t)s_k,t(12)

s_k,t为第t时段第k组负荷是否被控制(即中断供电)的0-1决策变量，由模糊集理论知，可以采用用户的受控时间与非受控时间来分别建立模糊隶属度函数，再用两函数相结合来表征用户满意度，可以得出第t时段第k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：

$U_{off,k,t}=\left\{\begin{array}{cc}1& 0\&le;T_{off,k,t}\&le;T_{off,k,best}\\ \frac{T_{off,k,\max }-T_{off,k,t}}{T_{off,k,\max }-T_{off,k,best}}& T_{off,k,best}<T_{off,k,t}\&le;T_{off,k,\max }\\ 0& T_{off,k,t}>T_{off,k,\max }\end{array}\right.---\left(13\right)$

$U_{on,k,t}=\left\{\begin{array}{cc}0& 0\&le;T_{on,k,t}\&le;T_{on,k,\min }\\ \frac{T_{on,k,t}-T_{on,k,\min }}{T_{on,k,best}-T_{on,k,\min }}& T_{on,k,\min }<T_{on,k,t}\&le;T_{on,k,best}\\ 1& T_{on,k,t}>T_{on,k,best}\end{array}\right.---\left(14\right)$

U_k,t＝s_k,tU_off,k,t+(1-s_k,t)U_on,k,t(15)

其中t_off,k,max为用户k的最大连续受控时间，t_off,k,best为用户k的最佳连续受控时间，t_on,k,min为用户k的最小连续运行时间，t_on,k,best为用户k的最佳连续运行时间；在整个研究时段T内，第k组负荷用户的综合满意度U_k为：

$U_k=\frac{1}{T}\underset{t=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}{U}_{k,t}---\left(16\right)$

在研究时段T内，所有参与直接负荷控制项目的负荷组的平均用户综合满意度F_user,DLC为：

$F_{user,DLC}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\&Sigma;}}{U}_k---\left(17\right)$

4)计算各个方案的综合评估指标；

选择经济技术指标中比较重要的六项指标，组合成为综合评估指标；选择的六项指标分别为：系统峰荷、负荷率、负荷变化率、峰谷差、用户购电单价和用户满意度；

5)依据不同的控制策略进行方案甄选；

评估指标采用打分的形式，总分S_sum的计算公式如下：

$S_{sum}=\underset{i=1}{\overset{6}{\&Sigma;}}{S}_i\&times;D_i---\left(18\right)$

其中S_i为系统峰荷、负荷率、负荷变化率、峰谷差、用户购电单价和用户满意度的单项分数，该分数需要根据不同的直接负荷控制策略进行制定，但各个单项总分数之和为满分100分；D_i为六个单项指标的折扣系数，当六个指标处于不同等级时折扣系数在0％～100％区间内波动。根据不同策略的分数分配以及折扣系数对所有的直接负荷控制方案进行打分评估，依据控制策略的不同选取最优的直接负荷控制方案。