郭武杰

（國網(wǎng)阿克蘇供電公司，新疆 阿克蘇 843000）

為了實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠、清潔、互動的智能電網(wǎng)，電力需求響應(yīng)提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。智能電網(wǎng)不同于傳統(tǒng)電網(wǎng)的一個主要原因是智能電網(wǎng)具有信息共享、智能化、交互性強(qiáng)的特點(diǎn)。在智能電網(wǎng)中，電力系統(tǒng)中的相關(guān)信息可以通過網(wǎng)絡(luò)共享，實(shí)現(xiàn)模塊化交互。供需信息交互是信息交互的主要方面。廣義上，Demand Response（DR）的定義是：電力市場中的用戶為了應(yīng)對市場的價格信號或激勵，通過改變正常的用電方式參與市場。DR項(xiàng)目經(jīng)理部可通過智能電網(wǎng)及時收集、分析、上傳、統(tǒng)計(jì)用戶的不同需求；電力用戶還可以通過DR項(xiàng)目管理部實(shí)時動態(tài)發(fā)布的電力相關(guān)信息進(jìn)行關(guān)注。

在未來的電網(wǎng)建設(shè)中，需求響應(yīng)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分將受到廣泛關(guān)注。作為2種不同的元素，信息和電能可以相互交流和相互作用。用戶可以通過這2個要素參與電網(wǎng)的運(yùn)行和管理。這種方式也改變了以往的用電方式，有利于未來電網(wǎng)的建設(shè)。需求響應(yīng)是用戶通過調(diào)整實(shí)時電價來改變用電方式的主要手段。

本文綜合考慮了銷售側(cè)的利潤和需求側(cè)的效用，建立了以社會效益最大化為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)電價高時，消費(fèi)者用電減少，而當(dāng)電價低時，消費(fèi)者用電增多。這樣，就可以降低高峰負(fù)荷，緩解電網(wǎng)在高峰時段的壓力，增加售電方的收入，降低用戶方的成本。

1 需求響應(yīng)的建模

本節(jié)建立了消費(fèi)者和零售商之間信息交換的模型。為了實(shí)時掌握電價和電量的變化，將智能電表安裝在每個用戶端。智能電表提供雙向信息交換，將用戶的用電量實(shí)時傳送給零售商。零售商通過這個反饋來估計(jì)下一個時期的電力需求，然后計(jì)算出需要購買的電力。通過對實(shí)時電價和用電量的分析，考慮購電人數(shù)和響應(yīng)程度，最終計(jì)算出實(shí)時電價的最優(yōu)解。然后，將數(shù)據(jù)反饋給用戶，用戶可以根據(jù)電價實(shí)時調(diào)整自己的用電量，既保證了用電的效用，又最大限度地降低了用電的成本。同時，也保證了整個電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了供電企業(yè)利潤的最大化。

2 目標(biāo)函數(shù)的建立

2.1 建立效用函數(shù)

效用函數(shù)，即消費(fèi)者通過購買各種商品，獲得收入計(jì)量工具。本節(jié)所說的效用函數(shù)是指用戶在一定時期內(nèi)通過銷售用電量所獲得的利潤。通常，理想效用函數(shù)通常具有以下四個屬性：

根據(jù)效用函數(shù)的定義，其表達(dá)式如下（5）。我們可以看到效用函數(shù)是關(guān)于x和ω單調(diào)遞增的。

其中x是不同用戶和同一用戶的不同時間段的用戶功耗，ω>0也是不同的，α>0是一個參數(shù)。

2.2 供電公司利潤分析

供電公司的收入由用戶用電、電價、購電量和價格4個方面決定。用戶用電需求越大，購電量增加越多。當(dāng)購電不能滿足用電需求時，就會啟動峰值電站，給電網(wǎng)帶來巨大壓力，影響穩(wěn)定。另一方面，電廠電價將呈現(xiàn)指數(shù)增長趨勢，供電企業(yè)成本也將增加。供電商的利潤取決于向用戶售電的利潤減去購電成本。

2.3 建立目標(biāo)函數(shù)

式中，D為用戶用電量，P為用戶的電價大小，M為用戶數(shù)，pm(t)為在時間t時m個用戶的電價，dm(t)為在時間t時m個用戶的用電量；D為賣方購買的電量，P為賣方購買的電價，J1為供電商所得到的利潤，J2為用戶用電的需求量。

在對J1和J2的數(shù)值模擬中，需要對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使2者的數(shù)量級相等。

2.4 限制條件

（1）對用戶響應(yīng)的限制。每個用戶都有相對獨(dú)立的用電行為，有著不同的用電習(xí)慣和不同的用電需求。對于同一電價，不同用戶的反應(yīng)可能不同。比如，個人用戶和工業(yè)用戶對電價變化的反應(yīng)是不同的。根據(jù)用戶效用的不同，用電方式也會發(fā)生變化，用戶方會及時應(yīng)對電價的變化，從而實(shí)現(xiàn)用電效用的最大化。

式中，p(h)為時間點(diǎn)h的價格，d(t)為對應(yīng)于時間點(diǎn)t的用戶負(fù)載；d0(t)為時間點(diǎn)h的初始價格和時間t初始負(fù)荷；E(t，h)為時間點(diǎn)t隨著市電h價格變化而做出的變化。

（2）用電量限制。根據(jù)不同的時段，用戶會根據(jù)自己的需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這導(dǎo)致一些電氣設(shè)備必須在規(guī)定的時間內(nèi)使用，從而產(chǎn)生最大和最小的電力消耗。

（3）最小用電量限制。因?yàn)樵谖覀兊娜粘Ｉ钪?，有些電器設(shè)備是沒有必要的，即使不用，也不會對我們的生活產(chǎn)生很大的影響。因此，在我們的日常生活中，這部分可以作為一個非必要的選擇來調(diào)整相應(yīng)的需求，并且我們可以找到一個最小的功耗來滿足正常的生活需求。

式中，ED為一天所需的最小電量。

2.5 價格限制

要引導(dǎo)用戶參與需求響應(yīng)項(xiàng)目，就必須給出合理的價格區(qū)間來吸引客戶的眼球。因此，價格上限必須在用戶可接受的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

基于需求—響應(yīng)雙邊合同側(cè)和價格側(cè)數(shù)學(xué)模型，綜合考慮當(dāng)前市場、政策、電價和用戶需求，建立了基于賣方利益和用戶效用的實(shí)時電價標(biāo)準(zhǔn)體系。目標(biāo)函數(shù)是零售商利潤的最大化和用戶角色的最大化，引入需求系數(shù)和用戶響應(yīng)作為約束條件，計(jì)算出最優(yōu)解，并將其引入實(shí)時用電數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬。

本文的預(yù)期結(jié)果希望能找到價格變化與用戶反應(yīng)之間的關(guān)系。用戶在電價高時會降低用電量，并將用電量轉(zhuǎn)為低電價，以降低電費(fèi)，此時，賣家的成本將會降低。此外，此時的負(fù)荷曲線將比以前更加平滑，降低了電網(wǎng)的壓力，提高了穩(wěn)定性。對售電方而言，購電成本降低，收入增加。因此，在保證售電側(cè)利潤和用戶用電需求質(zhì)量的前提下，可以節(jié)約尖峰電站的投資和運(yùn)行成本。同時，可以節(jié)約電網(wǎng)改造成本，既保護(hù)了環(huán)境，又改善了我國的空氣質(zhì)量。