汪寧渤

高載能負(fù)荷峰谷分時電價優(yōu)化研究

汪寧渤

汪寧渤1李 津1薛婷婷2劉彩霞2

1.甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心；2.蘭州理工大學(xué)電氣工程與信息工程學(xué)院

引言

目前需求側(cè)管理（DSM）在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，它通過價格的訊息，讓消費電力的機(jī)構(gòu)采用了合理的用電方式以及用電結(jié)構(gòu)。DSM中有效的措施之一就是峰谷分時電價（Time- of- use），是供電部門根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷特性確定高峰段、低谷段、平時段的，根據(jù)不同的用電時段來規(guī)定不同的電價，即用電高峰期價格上升，用電低谷期價格降低，在經(jīng)濟(jì)方面可以激勵電力消費者對用電方式有所改變，從而緩解了高峰期的用電緊張狀況，尋找低谷期的用電，并實施峰谷分時電價的措施來達(dá)到削峰填谷的目的。首先需要確定的負(fù)荷曲線，才可以進(jìn)行準(zhǔn)確的電價計算，同時可忽略定價后負(fù)荷的變動。實際上，負(fù)荷是隨電價的變化而變化的，即負(fù)荷被電價控制著。因此，電力系統(tǒng)的運行與預(yù)期運行最優(yōu)方式有所差異。根據(jù)上述對電價的理解，本文提出了基于DSM分時電價的數(shù)學(xué)模型，得到了合理的電價算法。

高載能負(fù)荷電價數(shù)學(xué)模型

文中的電價數(shù)學(xué)模型是根據(jù)下面的假設(shè)提出的：

（1）日用電量在實施峰谷分時電價前后的變化可忽略；

（2）從時間軸上看，某個時段轉(zhuǎn)移到另個時段的電量是平均分配的；

（3）只考慮價格對需求的影響，其他因素暫不考慮。

峰谷時段劃分

峰谷時段的劃分是為了激勵電力消費者合理的調(diào)整用電方式，來確定合理的電價，達(dá)到削峰填谷的目的，使負(fù)荷曲線形狀合理的變化。文中將1d的24h進(jìn)行峰谷時段劃分，假設(shè)共有n種分法，每種記為則總的峰谷時段劃分集合為將一天24h劃分為3類時段即：

高載能負(fù)荷對峰谷電價的反應(yīng)

1）峰值時段的反應(yīng)

w1j：實施前j 負(fù)荷的高峰用電量；

w1j'：實施后j 負(fù)荷的高峰用電量；

2）平值時段的反應(yīng)

平值反應(yīng)度（λ2j）：實施分時措施后，負(fù)荷j從平值時段向低谷段移動的用電量和節(jié)約電量和與平值用電量的比值：

w11j：負(fù)荷j 從高峰段移動到平值段的耗電量。

w2j'：實施后j負(fù)荷的平值段耗電量。

3）谷值時段的反應(yīng)

由上文的假設(shè)（1）可得，實施分時措施后，負(fù)荷在低谷段的耗電量變?yōu)椋?/p>

w3j'：實施措施后j 負(fù)荷的低谷段耗電量。

分時電價模型的建立

實行DSM的目的在于使供電部門和電力消費者雙方都能受益，讓供電部門降低降低生產(chǎn)成本，電力消費者減少支出，使DSM合理得到應(yīng)用。

將實施分時措施前平均電價設(shè)為c0，全天總消耗電量為w0，則高載能企業(yè)支出M0為：

實行峰谷電價后，節(jié)省的電力投資為Mt。

1）供電方受益

對與供電方而言，采用分時電價可以使電力銷售收入與未實施分時電價前相比沒有降低，即：

2）用戶端受益

用戶實施峰谷電價的措施，該讓實行峰谷電價后的電費支出M1不多于實行前的電費支出M0，即：

3）成本約束條件

?c受邊際成本的制約，即低谷段電價大于電力系統(tǒng)在谷值段的邊際成本。

ce--電力系統(tǒng)在低谷段的邊際成本。

4）優(yōu)化目標(biāo)

實行峰谷電價可以最大限度使峰荷降低，谷荷提高，峰谷差減小，來提高電力系統(tǒng)的負(fù)荷率，并使電力系統(tǒng)更穩(wěn)定。

設(shè)在fi模型下實施峰谷電價后電力系統(tǒng)的日負(fù)荷曲線為Pfi，采取雙目標(biāo)規(guī)劃來對日負(fù)荷曲線最大峰負(fù)荷和峰谷差進(jìn)行優(yōu)化，則目標(biāo)函數(shù)為：

其中：

仿真計算

取2014年甘肅電網(wǎng)一組典型日負(fù)荷數(shù)據(jù)，實施峰谷分時電價前平均電價為系統(tǒng)在低谷段的邊際成本為設(shè)實施峰谷電價后平時段的負(fù)荷電價與實行前的平均電價基本保持，實行前最大負(fù)荷、最小負(fù)荷是：

根據(jù)優(yōu)化模型，對于不同的時段劃分進(jìn)行仿真，得到最優(yōu)的峰谷時段劃分如下。峰時段為：9：00～11：00， 17：00～21：00，共6h；谷時段為：23：00～次日7：00，共8h；平時段為其余時間，共10h。按照這種劃分方法，高峰段電價為低谷段電價為最大負(fù)荷最小，峰谷差最小，且峰谷差相差不大。同時仿真出原來的時段劃分（峰時段為7：00～11：00，17：00～21：00；谷時段為23：00～次日7：00；其余時間為平時段）如圖1所示，通過比較得出最好的效果。

從圖1可得出，負(fù)荷曲線通過采取最優(yōu)時段和電價制定的方法有所改進(jìn)，使負(fù)荷曲線變平滑，并且最大負(fù)荷有了明顯下降，在一定程度降低了峰谷差，同時提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行以及經(jīng)濟(jì)水平。

圖1 日負(fù)荷曲線

結(jié)語

論文分析了對于供電企業(yè)和用戶實施峰谷分時電價的意義，詳細(xì)介紹峰谷平值段的劃分方式，對高載能用戶對峰谷分時電價的反應(yīng)進(jìn)行建模，并結(jié)合不同時段劃分方法和電價制定方法給出了模型求解辦法，得出①最優(yōu)時段劃分；②的分時電價定價方法。進(jìn)行仿真，得到下列結(jié)論：

（1）峰谷平值段段的劃分對峰谷分時電價的實施效果有重要的影響，合理的峰谷平值段劃分，可以調(diào)整負(fù)荷曲線。

（2）與以前相比較，峰時段的時間從8h變?yōu)闉?h。這符合高峰時段應(yīng)盡量縮短的峰谷分時電價的原則。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.009