CN108256772A - 一种用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法及系统。目前缺少对用户侧灵活资源调度存在的不确定性风险水平进行全面、准确的评估方法。本发明的技术方案包括：选取和分类用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估指标，建立不确定性风险评估指标体系；对不确定性风险评估指标进行预处理；基于层次分析法，对同一级中评估指标进行两两比较，最后对评估指标进行定量计算，得出各级指标权重；构建不确定性风险评估的因素集、判断集和隶属度函数；经过二级模糊计算，根据最大隶属度原则，得到用户侧灵活资源调度不确定性风险评估结果。本发明对用户侧灵活资源调度的不确定性风险进行综合评估，为电力企业的电力调度和经营决策提供依据。
Description
技术领域
本发明属于电力调度风险评估领域，具体地说是一种用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估方法及系统。
背景技术
电能的特殊性决定了电网必须通过预先规划以保证系统运行的可靠性。电力系统规模的扩大、电力需求的不断增长和电力市场改革的逐步深化与发展，使得电力系统日渐接近极限运行。传统的日前调度仅通过优化调度发电侧资源实现电力平衡，这种模式已不能满足目前能源紧缺和电力紧张的局面。
可中断负荷管理是基于充分调动用户的用电弹性以消除或缓解用电高峰电力供应紧张形势的基本思想，利用用户的用户灵活性，来缓解负荷高峰时的供电紧张状况，以避免或减少昂贵的旋转备用和满足用电需求增长而需要的发电容量投资。从可中断负荷管理的市场运作流程中可知，电力公司在与用户签约前必须权衡利弊对用户进行综合评估，选择能使电力公司利益得到最大化的申报用户进行签约。然而，电力公司在与用户签订可中断负荷合同的决策中，存在大量的不确定性因素，不仅直接影响电力公司的经济收益，同时会对其造成风险损失。由于许多不确定性因素的影响，在这个环节中就要对每个申报用户在整个合同有效期内产生的总成本和总收益进行准确计值几乎是不可能的，同时不同的申报用户还可能存在各种不确定性的风险因素，因此要对用户侧灵活资源调度，也就是可中断负荷管理的技术、经济和社会风险三个方面的各种不确定性因素进行评估。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于模糊综合评价法的用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，以全面、准确的研究用户侧灵活资源调度存在的不确定性风险水平，为电力企业的电力调度和经营决策提供依据。
为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：一种用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，包括如下步骤：
S1.选取和分类用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估指标，建立不确定性风险评估指标体系；
S2.对不确定性风险评估指标进行预处理；
S3.基于层次分析法，对同一级中评估指标进行两两比较，最后对评估指标进行定量计算，得出各级指标权重；
S4.构建不确定性风险评估的因素集U、判断集V和隶属度函数；
S5.经过二级模糊评价，根据最大隶属度原则，得到用户侧灵活资源调度不确定性风险评估结果。
用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估主要研究的是用户侧灵活资源调度过程中存在的各类不确定性风险。本发明在充分考虑用户侧灵活资源调度过程中存在的各类不确定性基础上，基于模糊综合评价法，构建用户侧灵活资源调度不确定性风险评估模型，最终得到不确定性风险评估结果。
作为上述技术方案的补充，步骤S1中，不确定性风险评估指标的选取与分类包括：
S1-1.根据用户侧灵活资源调度不确定性风险评估的形成机理，把不确定性风险评估指标分为技术风险指标、经济风险指标与社会风险指标三类；
S1-2.对于技术风险，评估指标包括硬件设备故障率、硬件设备磨损率、优化建模技术纯熟度、市场运作流程合理性、中断信号传达及时性；
S1-3.对于经济风险，评估指标包括中断补偿费用、设备的投资成本、设备的运行成本、用户售电损失、可避免的发电市场购电成本、可避免的输配电设备投资成本、可避免的输配电设备运行成本；
S1-4.对于社会风险，评估指标包括用户生产经营状况、用户的诚信度、合同条款对用户违约的约束力、电力政策变动风险、用户所在行业政策变动风险。
作为上述技术方案的补充，步骤S2中，所述的预处理包括一致化处理和无量纲化处理，将不同的评估指标的类型及量纲进行处理使其能被比较与计算。
作为上述技术方案的补充，步骤S4中，因素集为S1中构建的指标体系，判断集V＝{v1，v2，v3，v4，v5}＝{一级，二级，三级，四级，五级}。
作为上述技术方案的补充，步骤S2中，指标的一致化处理包括：
1)对于极小型指标x，令
x*＝M-x，
其中，M为指标x的一个允许上界；
2)对于居中型指标x，令
其中，M和m分别为指标x的允许下界和允许上界；
3)对于区间型指标x，令
其中，[q1,q2]为指标x的最佳稳定区间，M和m分别为指标x的允许下界和允许上界。
作为上述技术方案的补充，步骤S2中，采用标准化法进行无量纲处理，其公式如下：
式中，的样本平均值和样本均方差分别为0和1，xij称为指标的标准观测值；sj分别为第j项指标观测值的样本平均值和样本均方差，j＝1，2，…，m。
作为上述技术方案的补充，步骤S5中，模糊评价的具体步骤如下：
在权重集A和单因素评价矩阵R求得后，通过模糊变换进行综合评价，即：
式中：B表示模糊综合评价集；bj表示模糊综合评估指标，j＝1,2,...,n；“”为模糊变换算子，表示某种合成运算，采用M(+,·)模型，其为加权平均模型；
将因素集U划分成n个因素子集，即U＝{U1,U2,...,Ui,...,Un}，则Ui＝{ui1,ui2,...,uiki}，i＝1,2,...,n；对每个Ui的ki个子因素作模糊综合评价，其ki个子因素的权重分配是Ai；
Ui对判断集V的模糊评价矩阵为Ri，则Ci是Ui的一级模糊综合评价结果；
根据单因素Ui对评判等级的隶属度，求得对U的二级模糊评价矩阵C＝(C1,C2,...,Cn)-1，设对单因素Ui的权重分配为Bi，进行二级模糊综合评价：
模糊向量D即模糊评价的结果。
本发明还提供一种用户侧灵活资源调度不确定性风险评估系统，其包括：
评估指标体系建立单元：选取和分类用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估指标，建立不确定性风险评估指标体系；
预处理单元：对不确定性风险评估指标进行预处理；
指标权重计算单元：基于层次分析法，对同一级中评估指标进行两两比较，最后对评估指标进行定量计算，得出各级指标权重；
构建单元：构建不确定性风险评估的因素集U、判断集V和隶属度函数；
模糊评价单元：经过二级模糊评价，根据最大隶属度原则，得到用户侧灵活资源调度不确定性风险评估结果。
作为上述评估系统的补充，所述的预处理单元包括一致化处理单元和无量纲化处理单元，将不同的评估指标的类型及量纲进行处理使其能被比较与计算。
本发明具有的有益效果在于：
(1)本发明是建立在对用户侧灵活资源调度不确定性风险形成机理全面分析的基础上，基于层次分析法确定权重，利用模糊综合评价法计算得到评价结果，能合理对用户侧灵活资源调度不确定性风险进行评估。
(2)本发明旨在对用户侧灵活资源调度的不确定性风险进行更为全面的分析，能有效保证电力调度的可持续运营。
(3)本发明计算思路较为简单，计算过程可以通过软件实现，操作方便。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例1的流程图；
其中，S101是选取评估指标，建立不确定性风险评估指标体系。
S201-S202是指标预处理的流程，S201是对指标进行一致化处理，S202是对指标进行无量纲化处理。
S301是基于层次分析法的各级不确定性风险评估指标权重计算流程。先进行两两比较得到决策矩阵，再通过计算得到权重。
S401-S403是建立评价因素集、判断集和隶属度函数的流程。S401为建立评价因素集；S402是建立判断集；S403是建立隶属度函数。
S501-S504为模糊综合评价计算流程。S501为单因素模糊综合评价矩阵建立，S502为一级模糊评价计算，S503为二级模糊评价计算，S504为根据最大隶属度原则，对计算结果输出最终评价结果。
具体实施方式
下面根据实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1.选取和分类用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估指标，建立不确定性风险评估指标体系；
S2.对不确定性风险评估指标进行预处理；
S3.基于层次分析法，对同一级中评估指标进行两两比较，最后对评估指标进行定量计算，得出各级指标权重；
S4.构建不确定性风险评估的因素集U、判断集V和隶属度函数；
S5.经过二级模糊评价，根据最大隶属度原则，得到用户侧灵活资源调度不确定性风险评估结果。
用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估主要研究的是用户侧灵活资源调度过程中存在的各类不确定性风险。本发明在充分考虑用户侧灵活资源调度过程中存在的各类不确定性基础上，基于模糊综合评价法，构建用户侧灵活资源调度不确定性风险评估模型，最终得到不确定性风险评估结果。
步骤S1中，不确定性风险评估指标的选取与分类包括：
S1-1.根据用户侧灵活资源调度不确定性风险评估的形成机理，把不确定性风险评估指标分为技术风险指标、经济风险指标与社会风险指标三类；
S1-2.对于技术风险，评估指标包括硬件设备故障率、硬件设备磨损率、优化建模技术纯熟度、市场运作流程合理性、中断信号传达及时性；
S1-3.对于经济风险，评估指标包括中断补偿费用、设备的投资成本、设备的运行成本、用户售电损失、可避免的发电市场购电成本、可避免的输配电设备投资成本、可避免的输配电设备运行成本；
S1-4.对于社会风险，评估指标包括用户生产经营状况、用户的诚信度、合同条款对用户违约的约束力、电力政策变动风险、用户所在行业政策变动风险。
步骤S2中，所述的预处理包括一致化处理和无量纲化处理，将不同的评估指标的类型及量纲进行处理使其能被比较与计算。
步骤S3中，利用层次分析法的具体步骤如下：
(1)对指标进行两两比较，准则如下：
用来表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，一般广泛运用比较尺度为1-9标度法，是由Saaty提出的。如表1所示：
表1标度法尺度及含义表
| 尺度 | 含义 |
| 1 | 第i个因素与第j个因素的影响相同 |
| 3 | 第i个因素比第j个因素的影响稍强 |
| 5 | 第i个因素比第j个因素的影响强 |
| 7 | 第i个因素比第j个因素的影响明显强 |
| 9 | 第i个因素比第j个因素的影响绝对地强 |
并且存在：
构建的成对比较矩阵A为：
其中：aij表示第i个因素与第j个因素的相对重要程度的标度，aji表示第j个因素与第i个因素的相对重要程度的标度，i表示第i行，j表示第j列；i、j＝0、1、2、...、n；
(2)权重计算及其一致性检验
层次排序，即考查对上层因素影响程度中，下层各因素所占比例的过程。计算出各元素的权值，然后根据各元素的权值排序。记i因素的权值为wi，计算满足AW＝λmaxW的最大特征值λmax和归一化特征向量W＝{w1,w2,…,wn}，且其中特征向量W就是各元素相对与上一层的权值。
在用层次分析法为指标赋权时，一个重要的前提便是比较矩阵的一致性，否则会引起判断误差。检验标准为：n阶互反阵A的最大特征根，当且仅当时，A为一致阵。在检验比较矩阵的一致性时，为比较一致性的程度，引入指标CI、RI和CR进行判断。
随机一致性指标RI数值如下表所示：
表2RI数值表
| n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| RI | 0 | 0 | 0.58 | 0.90 | 1.12 | 1.24 | 1.32 | 1.41 | 1.45 | 1.49 | 1.51 |
一般情况下，当一致性比率时，可以认为不一致程度是可接受的，其归一化特征向量可以作为各指标的权向量，若不一致，则应对A进行调整。
步骤S4中，因素集为S1中构建的指标体系，判断集V＝{v1，v2，v3，v4，v5}＝{一级，二级，三级，四级，五级}。
作为上述技术方案的补充，步骤S2中，指标的一致化处理包括：
1)对于极小型指标x，令
x*＝M-x，
其中，M为指标x的一个允许上界；
2)对于居中型指标x，令
其中，M和m分别为指标x的允许下界和允许上界；
3)对于区间型指标x，令
其中，[q1,q2]为指标x的最佳稳定区间，M和m分别为指标x的允许下界和允许上界。
作为上述技术方案的补充，步骤S2中，采用标准化法进行无量纲处理，其公式如下：
式中，的样本平均值和样本均方差分别为0和1，xij称为指标的标准观测值；sj分别为第j项指标观测值的样本平均值和样本均方差，j＝1，2，…，m。
步骤S5中，模糊评价的具体步骤如下：
在权重集A和单因素评价矩阵R求得后，通过模糊变换进行综合评价，即：
式中：B表示模糊综合评价集；bj表示模糊综合评估指标，j＝1,2,...,n；“”为模糊变换算子，表示某种合成运算，采用M(+,·)模型，其为加权平均模型；
将因素集U划分成n个因素子集，即U＝{U1,U2,...,Ui,...,Un}，则Ui＝{ui1,ui2,...,uiki}，i＝1,2,...,n；对每个Ui的ki个子因素作模糊综合评价，其ki个子因素的权重分配是Ai；
Ui对判断集V的模糊评价矩阵为Ri，则i＝1,2,...,n，Ci是Ui的一级模糊综合评价结果；
根据单因素Ui对评判等级的隶属度，求得对U的二级模糊评价矩阵C＝(C1,C2,...,Cn)-1，设对单因素Ui的权重分配为Bi，进行二级模糊综合评价：
模糊向量D即模糊评价的结果。
S1中所述的各指标具体解释如下：
S1-2中技术风险评估指标解释如下：
(1)硬件设备故障率和硬件设备磨损率
硬件设备故障率指可中断负荷管理的实施过程中相关检测、通信、监控等硬件设备的异常故障发生率；设备磨损率可用设备在单位时间内的磨损量表示；这两项指标对在可中断负荷管理的实施过程中是否能够准确检测可中断用户的负荷需求及其变化情况，是否能够将可中断用户的响应及时准确地反映于系统调度员，是否能够准确地监控负荷变化前后的系统运行稳定性并针对突发情况及时采取有效应对措施有重要意义。
(2)优化建模技术纯熟度
这主要针对可中断负荷管理的就是的各类优化建模技术是否纯熟，优化管理模型的软件是否能够真正实现可中断负荷配合发电机组的最优经济安全调度，有效地利用可中断负荷管理方式为电力公司带来经济利益，保障电力系统安全稳定运行。
(3)市场运作流程合理性
指在可中断负荷管理的市场运作流程中，各环节的设计是否合理、详细、具有市场可操作性，系统调度员进行调度并发出中断指令是否具备详细的操作流程依据。
(4)中断信号传达及时性
有些地区系统调度员的中断信号可能需要通过层层转达最终到达用户，不同用户的传达途径不尽相同，此时指令传达方式是否及时、规范和准确，这些都是可能造成可中断负荷管理损失的潜在风险。
S1-3中经济风险评估指标解释如下：
(1)中断补偿费用
在合同有效期限内电力公司会支付给用户中断补偿费用的总额将取决于用户申报的中断补偿价格、每个时段实际被调用的中断容量和实际中断总时间，每个时段实际被调用的中断容量和中断总时间均要视电力市场环境和电力系统实际运行情况而定，具有随机不确定性。
(2)设备的投资成本
要进行可中断负荷管理就必须投入大量的计量、通信、监控等硬件设备，这些设备的投入需要不菲的资金支持，这些是实施的固定成本，还有许多设备是要在项目实施的过程中才慢慢得以配置更新的。
(3)设备的运行成本
投入的硬件设备的运行成本包括折旧成本、日常维护成本、故障维修成本等也构成了可中断负荷管理实施的成本之一
(4)用户售电损失
这是实施可中断负荷管理的“机会成本”，电力公司选择实施可中断负荷管理所放弃的就是对于这些用户的售电收入，该成本主要由对于中断用户的售电价格、每个时段该用户实际被中断的容量、实际中断的总时间三个因素决定。
(5)可避免的发电市场购电成本
若电力公司能够采取可中断负荷管理配合发电侧购电的方式，则不仅可以直接避免发电市场高价电的购买同时可以使发电市场统一出清价也有所降低，从而使得仍需向发电商购买的那部分容量的购电成本也大幅度降低此外当线路出现阻塞时，还可以避免通过购买高价电来消除阻塞的问题，这些都构成了实施所带来的可避免的发电市场购电成本这一“间接收益”。
(6)可避免的输配电设备投资成本
采用可中断负荷管理还能使电力公司减少输配电设备扩容投资的成本，这也构成了实施收益的一部分。
(7)可避免的输配电设备运行成本
这是指已有输配电设备由于采用可中断负荷管理而减少的运行成本，包括由于输送压力减小而减少的设备折旧费、人工日常维护费、故障维修费和损失费等，但是不包括因运行网损的减少而降低的购电成本。
S1-4中社会风险评估指标解释如下：
(1)用户生产经营状况
即企业或者商家的生产经营财务状况，可分为：用户所处的行业竞争情况、电力在生产经营中的作用比重、用户生产经营对电力供应稳定性要求以及用户的调整恢复能力、用户自身是否存在自备电厂供电等。
(2)用户的诚信度
可划分为：用户的性质、商业或银行的信誉、用电及支付电费的情况等。
(3)合同条款对用户违约的约束力
主要是指合同中罚则条款或补充条款的制定对用户违约的约束力，若用户违反合同进行生产经营获得的额外利润不能抵偿所交的罚金，则违约风险将大大降低。
(4)电力政策变动风险
我国电力市场正处于改革的关键时期，因此电力政策变动性大，有些政策的改变可能会对可中断负荷管理的实施产生不利影响，例如大力发展电源建设政策的出台就可能使可中断负荷管理项目的预定收益大大缩水。
(5)用户所在行业政策变动风险
用户所在各行业的政策变动也会影响可中断负荷管理的有效开展，用户行业内颁布了对开展业务产生重大影响的法律、法规或监管政策，用户为了满足业务开展的需要就可能被迫舍弃项目所能获得的利益。
实施例2
本实施例提供一种用户侧灵活资源调度不确定性风险评估系统，其包括：
评估指标体系建立单元：选取和分类用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估指标，建立不确定性风险评估指标体系；
预处理单元：对不确定性风险评估指标进行预处理；
指标权重计算单元：基于层次分析法，对同一级中评估指标进行两两比较，最后对评估指标进行定量计算，得出各级指标权重；
构建单元：构建不确定性风险评估的因素集U、判断集V和隶属度函数；
模糊评价单元：经过二级模糊评价，根据最大隶属度原则，得到用户侧灵活资源调度不确定性风险评估结果。
所述的预处理单元包括一致化处理单元和无量纲化处理单元，将不同的评估指标的类型及量纲进行处理使其能被比较与计算。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.选取和分类用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估指标，建立不确定性风险评估指标体系；
S2.对不确定性风险评估指标进行预处理；
S3.基于层次分析法，对同一级中评估指标进行两两比较，最后对评估指标进行定量计算，得出各级指标权重；
S4.构建不确定性风险评估的因素集U、判断集V和隶属度函数；
S5.经过二级模糊评价，根据最大隶属度原则，得到用户侧灵活资源调度不确定性风险评估结果。
2.根据权利要求1所述的用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，其特征在于，步骤S1中，不确定性风险评估指标的选取与分类包括：
S1-1.根据用户侧灵活资源调度不确定性风险评估的形成机理，把不确定性风险评估指标分为技术风险指标、经济风险指标与社会风险指标三类；
S1-2.对于技术风险，评估指标包括硬件设备故障率、硬件设备磨损率、优化建模技术纯熟度、市场运作流程合理性、中断信号传达及时性；
S1-3.对于经济风险，评估指标包括中断补偿费用、设备的投资成本、设备的运行成本、用户售电损失、可避免的发电市场购电成本、可避免的输配电设备投资成本、可避免的输配电设备运行成本；
S1-4.对于社会风险，评估指标包括用户生产经营状况、用户的诚信度、合同条款对用户违约的约束力、电力政策变动风险、用户所在行业政策变动风险。
3.根据权利要求1或2所述的用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，其特征在于，步骤S2中，所述的预处理包括一致化处理和无量纲化处理，将不同的评估指标的类型及量纲进行处理使其能被比较与计算。
4.根据权利要求3所述的用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，其特征在于，步骤S2中，指标的一致化处理包括：
1)对于极小型指标x，令
x*＝M-x，
其中，M为指标x的一个允许上界；
2)对于居中型指标x，令
其中，M和m分别为指标x的允许下界和允许上界；
3)对于区间型指标x，令
其中，[q1,q2]为指标x的最佳稳定区间，M和m分别为指标x的允许下界和允许上界。
5.根据权利要求3所述的用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，其特征在于，步骤S2中，采用标准化法进行无量纲处理，其公式如下：
式中，的样本平均值和样本均方差分别为0和1，xij称为指标的标准观测值；sj分别为第j项指标观测值的样本平均值和样本均方差，j＝1，2，…，m。
6.根据权利要求1或2所述的用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，其特征在于，步骤S4中，因素集为S1中构建的指标体系，判断集V＝{v1，v2，v3，v4，v5}＝{一级，二级，三级，四级，五级}。
7.根据权利要求1或2所述的用户侧灵活资源调度不确定性风险评估方法，其特征在于，步骤S5中，模糊评价的具体步骤如下：
在权重集A和单因素评价矩阵R求得后，通过模糊变换进行综合评价，即：
式中：B表示模糊综合评价集；bj表示模糊综合评估指标，j＝1,2,...,n；为模糊变换算子，表示某种合成运算，采用M(+,·)模型，其为加权平均模型；
将因素集U划分成n个因素子集，即U＝{U1,U2,...,Ui,...,Un}，则Ui＝{ui1,ui2,...,uiki}，i＝1,2,...,n；对每个Ui的ki个子因素作模糊综合评价，其ki个子因素的权重分配是Ai；
Ui对判断集V的模糊评价矩阵为Ri，则Ci是Ui的一级模糊综合评价结果；
根据单因素Ui对评判等级的隶属度，求得对U的二级模糊评价矩阵C＝(C1,C2,...,Cn)-1，设对单因素Ui的权重分配为Bi，进行二级模糊综合评价：
模糊向量D即模糊评价的结果。
8.一种用户侧灵活资源调度不确定性风险评估系统，其特征在于，包括：
评估指标体系建立单元：选取和分类用户侧灵活资源调度的不确定性风险评估指标，建立不确定性风险评估指标体系；
预处理单元：对不确定性风险评估指标进行预处理；
指标权重计算单元：基于层次分析法，对同一级中评估指标进行两两比较，最后对评估指标进行定量计算，得出各级指标权重；
构建单元：构建不确定性风险评估的因素集U、判断集V和隶属度函数；
模糊评价单元：经过二级模糊评价，根据最大隶属度原则，得到用户侧灵活资源调度不确定性风险评估结果。
9.根据权利要求8所述的用户侧灵活资源调度不确定性风险评估系统，其特征在于，所述的预处理单元包括一致化处理单元和无量纲化处理单元，将不同的评估指标的类型及量纲进行处理使其能被比较与计算。
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