CN103235980A - 一种基于多目标规划的用电管理避峰策略优化方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多目标规划的用电管理错峰（之避峰）策略优化方法，通过从经济、安全、环境、服务、管理、政策六个方面引入避峰影响因素指标体系，构建基于全局的多目标避峰策略的错峰最优选取策略。本发明综合考虑六大类影响因素对避峰管理的影响，将多因素指标体系引入错峰管理中，建立多目标综合最优的数学模型，根据求解结果，制定优化避峰管理方案，可使得负荷曲线整体下移同时，对地方经济的负面影响最小，最大化电网经济效益及客户满意度水平。本发明使用自动化手段制定避峰方案，通过加强约束条件减少非最优可行解，使用隐枚举法加速模型求解速度，有效降低模型求解的时间复杂度。

Description

一种基于多目标规划的用电管理避峰策略优化方法

技术领域

本发明涉及一种有序用电管理领域的错峰策略优化方法，特别涉及一种基于多目标规划的避峰策略算法优化方法。

背景技术

错峰作为电网运行需求侧的管理方法之一，可以有效降低高峰用电负荷，保障电网在高峰时期的安全运行。执行错峰可以选择避峰或移峰的手段，目的是将周期性波动的电网负荷变得更为均衡，优化电力资源配置。但是，执行错峰也会给地区的工业生产和经济发展带来不利的影响，使企业的产能严重受限，打乱企业的生产计划，引发用户满意度降低。近几年来，随着全球能源紧张形势的不断加剧，电力供应将持续出现紧张局势，执行错峰已纳入政府调控。而现行的错峰管理大多仅为满足用电调控指标而展开，在选择轮休企业时，选取方式较为粗放，没有综合考虑经济、环境等因素的影响，没有考虑将有限的电力资源投入到对社会和市场贡献最大的领域。并且仅以满足用电调控指标为目的，无法体现电网经济效益、企业用工实际情况等诉求，缺乏全局的错峰最优选取策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于多目标规划的错峰（之避峰）策略优化方法，通过从经济、安全、环境、服务、管理、政策六个方面引入避峰影响因素指标体系，构建基于全局的多目标避峰策略的错峰最优选取策略。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于多目标规划的用电管理避峰策略优化方法，包括以下步骤：

S1归纳出避峰影响六大类因素

经济、环境、安全、服务、管理、政策；

S2引入衡量所述的六大类因素的具体指标

共计16个，其中：

经济类3个：

利润损失——避峰导致的售电利润减少；

GDP损失——避峰导致的GDP损失；

峰谷线损——避峰后由峰谷差引起的线损占当天线路总线损；

环境类4个：

煤排放量——避峰导致的煤排放减排量；

二氧化碳排放量——避峰导致的二氧化碳排放减排量；

二氧化硫排放量——避峰导致的二氧化硫排放减排量；

氮氧化物排放量——避峰导致的氮氧化物减排量；

安全类3个：

峰谷差——避峰后***负荷的峰谷差变化；

电压变化——避峰后由于负荷波动引起的电压变化；

稳态频率偏差——避峰后由于负荷波动引起的稳态频变化；

服务类3个：

避峰停电时间——避峰后的用电客户累计因避峰停电时间占应正常供电累计时间；

错峰执行情况——某客户按照要求完成历史错峰任务的次数；

客户类型——电网对客户的优先等级的定义；

管理类2个：

缴费及时次数——某客户在周期内及时缴费次数；

违章用电次数——某客户在周期内违章用电次数；

政策类1个：

所属行业——某客户所属的行业，是否为政策扶持行业；

S3定义具体指标与避峰优化方案的定性关系

经济类：

避峰优化方案应使电网利润损失趋向于无限小；

避峰优化方案应使社会GDP损失趋向于无限小；

避峰优化方案应使峰谷线损趋向于无限小；

环境类：

避峰优化方案应使煤减排量尽可能大；

避峰优化方案应使二氧化碳减排量尽可能大；

避峰优化方案应使二氧化硫减排量尽可能大；

避峰优化方案应使氮氧化物减排量尽可能大；

安全类：

避峰优化方案应使峰谷差趋向于无限小；

避峰优化方案应使电压变化趋向于无限小；

避峰优化方案应使稳态频率偏差趋向于无限小；

服务类：

避峰优化方案应使避峰停电影响趋向于无限小；

避峰优化方案应优先保护错峰执行率高的客户的电力供应；

避峰优化方案应优先保护等级高的客户的电力供应；

管理类：

避峰优化方案应优先保护缴费及时的客户的电力供应；

避峰优化方案应优先保护没有违章用电历史或违章用电率低的客户的电力供应；

政策类：

避峰优化方案应优先保护受政策扶持行业的客户的电力供应；

S4建立用电客户参与避峰方案执行标识

对于用电客户，避峰方案将可参与避峰的用电客户划分为两类——避峰对象或非避峰对象；将用电客户是否为避峰对象转化为二值问题，用电客户i的避峰标识公式如下：

S5针对所述的16个具体指标，建立基于负荷关系的避峰影响因素指标体系，包括依次构建影响因素与用电客户负荷关系，以及建立指标与***负荷关系函数；

S6搭建避峰策略模型

对避峰方案的各类影响因素同向化，为影响因素指标赋权重，同时引入各指标间权重约束条件，建立多目标函数，求解综合最优模型；

S7强化主要约束条件，优化避峰策略模型

将线路用电负荷的最大值的下界约束为m·S，m∈[0，1)，取值依据经验及业务实际需求确定，并可在后期不断调整优化，以减少备选取值组合的方式，加快模型求解的收敛速度；因此避峰优化模型关于指标约束条件可优化为：

$S\≥\max \left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\μ}}_{i}p}_i(t-{\mathrm{\τ}}_i)\right)\≥m\·S,t\∈[\mathrm{0,24}),m\∈[\mathrm{0,1})$

S8使用隐枚举法求解避峰策略优化模型，得到最优避峰方案。

所述的步骤S5具体包括以下子步骤：

S5-1构建影响因素与用电客户负荷关系；

1）利润损失率PL

在单位用电成本不变的情况下，电网公司利润损失主要由避峰导致用电客户少用电而少缴纳的电费造成的；电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，电网公司将因此损失利润为：

${\mathrm{PL}}_i={\mathrm{\μ}}_i{\∫}_0^{24}P\_\mathrm{Uni}{t}_i\left(t\right)p_i\left(t\right)\mathrm{dt};$

其中，单位电量的售电利润由单位电价及单位供电成本决定，计算公式如下所示：

P_Unit_i(t)=Electrovalence_i(t)-C_Unit

Electrovalence_i(t)为t时刻，客户i的单位电价；Electrovalence_i(t)依据电网公司制定的峰谷电价策略以及用电客户i所属的行业决定；C_Unit为电网公司的平均单位供电成本，可以由交易结算得到；

2）GDP损失率GDPL

GDP损失主要由于避峰导致用电客户不能用电以致被迫停止生产，用电企业每少用一度电，就少将一度电转化为产值，设P_GDP_i为用户i所属行业的平均单位电量相应的增加值，P_GDP_i可以通过在《中国统计年鉴》中查询所属行业的增加值与用电总量得知：

${P\_\mathrm{GDP}}_i=\frac{\mathrm{Total}\_{\mathrm{Revenues}}_i}{{\mathrm{Total}\_\mathrm{Electric}\_\mathrm{Quantity}}_i};$

其中，Total_Revenues_i为用户i所属行业的年度总增加值，Total_Electric_Quantity_i为用户i所属行业的年度用电总量；

于是，电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少将电能转化为产值：

${\mathrm{GDPL}}_i={\mathrm{\μ}}_{i}P\_G{\mathrm{DP}}_i{\∫}_0^{24}{p}_i\left(t\right)\mathrm{dt};$

3）煤排放降低率CE

煤减排主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放；设单位电量的煤排放量称为煤转化因子，用电客户i的煤转化因子记为α_煤，i，α_煤，i的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据；用电企业每少用一度电，就少生产污染，电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

4）二氧化碳排放降低率COE

二氧化碳排放主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放；设单位电量的二氧化碳排放量称为二氧化碳转化因子，用电客户i的煤转化因子记为α_{二氧化碳，i}，α_{二氧化碳，i}的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据；用电企业每少用一度电，就少生产污染；电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

5）二氧化硫排放降低率SOE

二氧化碳排放主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放；设单位电量的二氧化硫排放量称为二氧化硫转化因子，用电客户i的二氧化硫转化因子记为α_{二氧化硫，i}，α_{二氧化硫，i}的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据；用电企业每少用一度电，就少生产污染，电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

6）氮氧化物排放降低率NOE

氮氧化物排放主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放；单位电量的氮氧化物排放量称为氮氧化物转化因子，用电客户i的氮氧化物转化因子记为α_{氮氧化物，i}，α_{氮氧化物，i}的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据；用电企业每少用一度电，就少生产污染，电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

7）错峰执行率PSE

单个错峰执行率指某客户按照要求完成历史错峰任务的比例，用电客户i的错峰执行率的计算公式如下：

${\mathrm{PSE}}_i=\frac{{\mathrm{Actual}\_\mathrm{Averting}}_i+{\mathrm{Actual}\_\mathrm{Shifting}}_i}{{\mathrm{Plan}\_\mathrm{Averting}}_i+{\mathrm{Plan}\_\mathrm{Shifting}}_i}$

其中，Actual_Averting_i为用电客户i实际执行的避峰次数，Actual_Shifting_i为实际执行的移峰次数。相应的Plan_Averting_i为用电客户i计划应执行的避峰次数，Plan_Shifting_i为计划应执行的移峰次数；

8）客户类型UT

客户类型其取值一般为离散型，可以依据业务需要将指标取值进行量化评分，然后映射至区间[0,1]；

9）缴费及时率PT

在进行避峰方案优化时，应优先保护缴费及时率高的客户的电力供应，用电客户的缴费及时率的计算公式如下：

${\mathrm{PT}}_i=\frac{{\mathrm{Count}\_\mathrm{Pay}\_\mathrm{in}\_\mathrm{Time}}_i}{{\mathrm{Count}\_\mathrm{Pay}}_i};$

其中，Count_Pay_in_Time_i为用电客户i及时缴费的次数，Count_Pay_i为用电客户i的应缴费总次数；Count_Pay_in_Time_i为用电客户i及时缴费的次数，Count_Pay_i为用电客户i的应缴费总次数；

10）违章用电率VPU

在进行避峰方案优化时，应优先保护没有违章用电历史或违章用电率低的客户的电力供应。用电客户的违章用电率的计算公式如下：

${\mathrm{VPU}}_i=\frac{{\mathrm{Violate}\_\mathrm{Power}\_\mathrm{Use}}_i}{\mathrm{Total}\_\mathrm{Violate}\_\mathrm{Power}\_\mathrm{Use}};$

其中，Violate_Power_Use_i为周期内用电客户i违章用电的次数，Total_Violate_Power_Use为周期内各用电客户违章用电的总次数；

11）所属行业TR

采取避峰策略，则目标是优先对行业评分低的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

μ_i·TR_i；

S5-2建立指标与***负荷关系函数

1）利润损失率PL

电网公司当天损失的利润为全部参与避峰的客户所少缴纳的电费；通过与当日与电网公司当日获得的总利润相比，得到当日电网公司因避峰导致的利润损失比例，利润损失率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时电网从用电客户i应获得的全天总利润，

为执行避峰后电网从用电客户i获得的全天总利润；

2）GDP损失率GDPL

一地区GDP的损失为全部参与避峰的客户少转化的产值之和，通过与当日地区产生的GDP相比，得到当日该地区因避峰导致的GDP损失比例，由于每个用电客户的单位电量对应的增加值采集较为困难，为计算方便，可考虑用电客户所属行业的平均单位电量增加值，GDP损失率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的生产总值，

为执行避峰后用电客户i全天的生产总值；

3）峰谷线损率PVLL

峰谷线损率的计算公式如下所示：

其中，W_总为当天线路总线损。其计算可以取供电总量及售电总量之差，计算公式如下所示：

W_总=Power_Supply_Volume-Power_Sell_Volume

Power_Supply_Volume为当天供电总量，Power_Sell_Volume为当天售电总量；

W_峰谷为由峰谷差引起的线损，计算公式如下所示：

W_峰谷=(3I²R+3△I²R)·24h

$I=\frac{P}{U}$

$\mathrm{\ΔI}=\frac{\max P\left(t\right)-\min P\left(t\right)}{U};$

线路用电负荷曲线P(t)的计算需考虑具体的避峰策略，线路用电负荷曲线P(t)的计算公式如下所示：

$P\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i{p}_i\left(t\right),t\∈\left[\mathrm{0,24}\right);$

4）煤排放降低率CE

采取避峰策略，煤排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的煤排放量，为执行避峰后用电客户i全天的煤排放量；

5）二氧化碳排放降低率COE

采取避峰策略，则二氧化碳排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的二氧化碳排放量，为执行避峰后用电客户i全天的二氧化碳排放量。

6）二氧化硫排放降低率SOE

采取避峰策略，则二氧化硫排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的二氧化硫排放量，

为执行避峰后用电客户i全天的二氧化硫排放量。

7）氮氧化物排放降低率NOE

采取避峰策略，则氮氧化物排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的二氧化硫排放量，为执行避峰后用电客户i全天的二氧化硫排放量。

8）峰谷差率VP

峰谷差率VP计算公式如下：

$\mathrm{VP}=\frac{\max \left(P\left(t\right)\right)-\min \left(P\left(t\right)\right)}{\max \left(P\left(t\right)\right)},t\∈\left[\mathrm{0,24}\right)$

9）电压变化率VC

电压变化率指避峰优化方案执行后由于负荷波动引起的电压变化率。计算公式如下所示：

$\mathrm{VC}=\left|\frac{U_2-U_1}{U_1}\right|$

U₁为未考虑负荷变化的电压有效值，是已知的。U₂为考虑负荷变化后的电压有效值，计算公式如下所示：

$U_2=\sqrt{{U_1}^2-2\sqrt{3}{U}_{1}I+3({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)I^2+\mathrm{K\ΔI}}$

其中，I为未考虑负荷变化时的电流有效值，△I为负荷波动引起的电流变化有效值，α和β与线路阻抗参数R和X相关的参数。令功率因素为cosφ，则各相关参数的计算公式如下所示：

$K=-2\sqrt{3}\mathrm{\α}{U}_1+6({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)I+3({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)\mathrm{\ΔI}$

$I=\frac{P\left(t\right)}{U_1}$

$\mathrm{\ΔI}=\frac{\max P\left(t\right)-\min P\left(t\right)}{U_1}$

α=Rcosφ+Xsinφ

β=Xcosφ+Rsinφ

10）稳态频率偏差率SFD

稳态频率偏差率SFD计算公式如下所示：

$\mathrm{SFD}=\frac{\max P\left(t\right)-\min P\left(t\right)}{[1/(1/R_{\mathrm{eq}}+K)]}/f$

其中，1/R_eq为综合调差系数，由业务部门根据实际情况计算，K为负荷功率随频率变化特性系数，取K=2.89。

11）避峰停电影响率PSA

避峰停电影响率指避峰优化方案执行后的用电客户累计因避峰停电时间占正常应供电累计时间的比例。避峰停电影响率的计算公式如下所示：

$\mathrm{PSA}=\frac{\mathrm{count}(\mathrm{\μ}=0.1)}{N}$

12）错峰执行率PSE

错峰执行率目标是优先对错峰执行率低的用电客户执行避峰，计算公式为：

$\mathrm{PSE}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{PSE}}_i}{N}$

13）客户类型UT

采取避峰策略，则目标是优先对客户等级低的用电客户执行避峰，总体客户类型的函数可以表示为：

$\mathrm{UT}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{UT}}_i}{N}$

14）缴费及时率PT

避峰中的优先对缴费及时率低的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

$\mathrm{PT}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{PT}}_i}{N}$

15）违章用电率VPU

采取避峰策略，则目标是优先对违章用电率高的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

$\mathrm{VPU}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{VPU}}_i}{N}$

16）所属行业TR

采取避峰策略，则目标是优先对行业评分低的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

$\mathrm{TR}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{TR}}_i}{N}.$

所述的步骤S6包括以下子步骤：

S6-1对避峰方案的各类影响因素同向化，将每个指标值的优化目标都统一为最小优化，仅需对部分不同向的指标取负号便可实现。引入同向化因子θ：

S6-2为影响因素指标赋权重，在对指标完成同向化后，需要结合业务实际情况，对一定时间周期内各个指标的重要程度进行排序，并赋以相应的权重ω_j；

S6-3在现实中，由于多个指标不可能同时达到最优，需要建立多目标函数，求解综合最优。建立多目标规划目标函数：

$\min \underset{j=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_j\·{\mathrm{\θ}}_j\·X_j$

其中，ω_j为第j个指标相对应的权重，θ_j为相应的同向化因子。X_j为第j个指标的表达式，X_j∈[0,1]；X_j的具体表达形式及该目标函数的约束条件与采取的避峰策略以及相应的避峰优化方案相关；

S6-4根据电力调度部门给定用电指标，建立约束条件：

$S\≥\max \left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i{p}_i\left(t\right)\right),t\∈[\mathrm{0,24})$

其中，S为电力调度部门给定的当天用电指标，i为第i个用电客户。公式约束为在执行避峰管理后，所确定的避峰策略必须保证当天该地区的用电负荷必须小于等于电力调度给定的用电指标；

建立各指标间权重约束条件：

$\underset{j=1}{\overset{j=16}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_j=1,{\mathrm{\ω}}_j\∈\left[\mathrm{0,1}\right],\∀j\∈\left[\mathrm{1,16}\right];$

约束要求所有的指标的取值区间必行必须在0至1内，且所有指标的权重之和为1。

所述的步骤S8包括以下子步骤：

S8-1将目标函数转化为求最小优化问题；

S8-2查验是否所有系数权重都大于0，若存在μ_i的系数小于0，采用μ_i′=1-μ_i替代，保证所有系数大于零；

S8-3将目标函数中所有μ_i按系数值由大到小依次排序；

S8-4将所有约束条件转化为A_iμ_i≥B的形式；

S8-5将所有μ_i置为0作为母方案，所有方案形成一个N位的二进制编码，按照二进制大小顺序进行求解，第一个可行解便是模型的最优解。

相对现有技术本发明具有如下有益效果：

①本发明综合考虑经济、环境、安全、服务、管理、政策六大类影响因素对避峰管理的影响，将多因素的指标体系引入错峰管理中，建立多目标综合最优的数学模型，根据求解结果，制定优化避峰管理方案，可使得负荷曲线整体下移的同时，错峰对地方经济的负面影响最小，保证电网运行安全稳定，能够最大化电网经济效益及客户满意度水平；

②本发明使用自动化手段制定避峰方案，无须调度人员手工确定哪些用电客户成为避峰对象；

③本发明通过加强约束条件减少非最优可行解，使用隐枚举法加速模型求解速度，有效降低模型求解的时间复杂度。

附图说明

图1是本发明步骤S1中的避峰示意图；

图2是本发明步骤S5-1中的指标体系图；

图3是本发明步骤S5-2中列写的用电客户等级评分图；

图4是本发明步骤S6-1中指标同向化展示图；

图5是本发明步骤S8-5中模型求解的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理和过程作进一步详细描述。

本发明的基于多目标规划的用电管理避峰策略优化方法，包括以下步骤：

S1识别避峰影响因素

结合附图1，通过使部分客户避峰，实现***负荷曲线的整体下移。避峰的执行会对社会、经济等多方面产生影响，要找到一个对各方面影响都达到最优的避峰方案。首先明确与避峰相关的影响因素，并综合考虑避峰执行对各类因素的影响程度，使得能够在所有备选方案中找出实现总体最优的避峰执行方案。本发明的实施方式识别出避峰受到经济、环境、安全、服务、管理、政策六大类因素的影响。

S2构造各个因素具体指标

构造经济、环境、安全、服务、管理，六大类因素具体指标，共计16个指标：

经济类3个：

利润损失——避峰导致的售电利润减少；

GDP损失——避峰导致的GDP损失；

峰谷线损——避峰后由峰谷差引起的线损占当天线路总线损；

环境类4个：

煤排放量——避峰导致的煤排放减排量；

二氧化碳排放量——避峰导致的二氧化碳排放排量；

二氧化硫排放量——避峰导致的二氧化硫排放减排量；

氮氧化物排放量——避峰导致的氮氧化物减排量；

安全类3个：

峰谷差——避峰后***负荷的峰谷差变化；

电压变化——避峰后由于负荷波动引起的电压变化；

稳态频率偏差——避峰后由于负荷波动引起的稳态频变化；

服务类3个：

避峰停电时间——避峰后的用电客户累计因避峰停电时间占应正常供电累计时间；

错峰执行——某客户按照要求完成历史错峰任务的次数；

客户类型——电网对客户的优先等级的定义；

管理类2个：

缴费及时次数——某客户在周期内及时缴费次数；

违章用电系数——某客户在周期内违章用电次数；

政策类1个：

所属行业——某客户所属的行业，是否为政策扶持行业；

S3定义具体指标与避峰优化方案的定性关系

避峰优化方案应使电网利润损失趋向于无限小；

避峰优化方案应使社会GDP损失趋向于无限小；

避峰优化方案应使峰谷线损趋向于无限小；

避峰优化方案应使煤减排尽可能大；

避峰优化方案应使二氧化碳减排尽可能大；

避峰优化方案应使二氧化硫减排尽可能大；

避峰优化方案应使氮氧化物减排尽可能大；

避峰优化方案应使峰谷差率趋向于无限小；

避峰优化方案应使电压变化趋向于无限小；

避峰优化方案应使稳态频率偏差趋向于无限小；

避峰优化方案应使避峰停电影响趋向于无限小；

避峰优化方案应优先保护错峰执行率高的客户的电力供应；

避峰优化方案应优先保护等级高的客户的电力供应；

避峰优化方案应优先保护缴费及时的客户的电力供应；

避峰优化方案应优先保护没有违章用电历史或违章用电率低的客户的电力供应；

避峰优化方案应优先保护受政策扶持行业的客户的电力供应；

S4建立用电客户参与避峰优化方案执行标识

建立用电客户参与避峰方案执行标识。对于用电客户，避峰方案将可参与避峰的用电客户划分为两类——避峰对象或非避峰对象。因此可将用电客户是否为避峰对象转化为二值问题。设用电客户i的避峰标识公式：

S5建立基于负荷关系的避峰影响因素指标体系

S5-plus结合附图2，定义各个影响因素指标含义：

1）利润损失率PL

利润损失率指电网公司由于避峰导致的售电利润减少的比例，可通过计算由于避峰减少的售电利润占正常供电时售电总利润的比例得到。

2）GDP损失率GDPL

国内生产总值(GDP)作为反映国民经济发展的综合指标，它能较全面地反映社会生产活动成果的规模和水平。国内生产总值对于一个行业、单位或局部地区来说，一般称为增加值。因此GDP损失率指由于避峰导致的对行业增加值的贡献减少的比例。3）峰谷线损率PVLL

峰谷线损率为避峰优化方案执行后由峰谷差引起的线损占当天线路总线损的比例。

4）煤排放降低率CE

煤排放降低率指由于避峰导致的煤排放减少量占正常供电时煤排放量的比例。

5）二氧化碳排放降低率COE

与指标煤排放降低率类似，二氧化碳排放降低率指由于避峰导致的二氧化碳排放减少量占正常供电时二氧化碳排放量的比例。

6）二氧化硫排放降低率SOE

二氧化硫排放降低率指由于避峰导致的二氧化硫排放减少量占正常供电时二氧化硫排放量的比例。

7）氮氧化物排放降低率NOE

氮氧化物排放降低率指由于避峰导致的氮氧化物排放减少量占正常供电时氮氧化物排放量的比例。

8）峰谷差率VP

峰谷差率指线路用电负荷曲线中峰谷差占峰值的比例。

9）电压变化率VC

电压变化率指避峰优化方案执行后由于负荷波动引起的电压变化率。

10）稳态频率偏差率SFD

稳态频率偏差率指避峰优化方案执行后由于负荷波动引起的稳态频率偏差率。

11）避峰停电影响率PSA

避峰停电影响率指避峰优化方案执行后的用电客户累计因避峰停电时间占正常应供电累计时间的比例。

12）错峰执行率PSE

错峰执行率指客户群按照要求完成历史错峰任务的加权比例。

13）客户类型UT

客户类型指电网对客户的优先等级的定义。在进行避峰方案优化时，应优先保护等级高的客户的电力供应。

14）缴费及时率PT

缴费及时率指客户在周期内及时缴费次数占应缴费次数的比例。

15）违章用电率VPU

违章用电率指某客户在周期内违章用电次数占地区用电客户违章用电总次数的比例。

16）所属行业TR

所属行业指客户所属的行业。由于政府在一定时间内对各行业的扶持程度有所不同，在进行避峰方案优化时，应优先保护受政策扶持行业的客户的电力供应。

S5-1构建影响因素与用电客户负荷关系；

1）利润损失率PL

在单位用电成本不变的情况下，电网公司利润损失主要由避峰导致用电客户少用电而少缴纳的电费造成的。电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，电网公司将因此损失利润为：

${\mathrm{PL}}_i={\mathrm{\μ}}_i{\∫}_0^{24}P\_\mathrm{Uni}{t}_i\left(t\right)p_i\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中，单位电量的售电利润由单位电价及单位供电成本决定，计算公式如下所示：

P_Unit_i(t)=Electrovalence_i(t)-C_Unit

Electrovalence_i(t)为t时刻，客户i的单位电价。Electrovalence_i(t)依据电网公司制定的峰谷电价策略以及用电客户i所属的行业决定。C_Unit为电网公司的平均单位供电成本，可以由交易结算得到。

2）GDP损失率GDPL

GDP损失主要由于避峰导致用电客户不能用电以致被迫停止生产。用电企业每少用一度电，就少将一度电转化为产值，设P_GDP_i为用户i所属行业的平均单位电量相应的增加值。P_GDP_i可以通过在《中国统计年鉴》中查询所属行业的增加值与用电总量得知。

${P\_\mathrm{GDP}}_i=\frac{\mathrm{Total}\_{\mathrm{Revenues}}_i}{{\mathrm{Total}\_\mathrm{Electric}\_\mathrm{Quantity}}_i}$

其中，Total_Revenues_i为用户i所属行业的年度总增加值，Total_Electric_Quantity_i为用户i所属行业的年度用电总量。

于是，电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少将电能转化为产值：

${\mathrm{GDPL}}_i={\mathrm{\μ}}_{i}P\_G{\mathrm{DP}}_i{\∫}_0^{24}{p}_i\left(t\right)\mathrm{dt}$

3）煤排放降低率CE

煤减排主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放。设单位电量的煤排放量称为煤转化因子，用电客户i的煤转化因子记为α_煤，i，α_煤，i的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据。用电企业每少用一度电，就少生产污染。电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

4）二氧化碳排放降低率COE

二氧化碳排放主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放。设单位电量的二氧化碳排放量称为二氧化碳转化因子，用电客户i的煤转化因子记为α_{二氧化碳，i}，α_{二氧化碳，i}的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据。用电企业每少用一度电，就少生产污染。电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

5）二氧化硫排放降低率SOE

二氧化碳排放主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放。设单位电量的二氧化硫排放量称为二氧化硫转化因子，用电客户i的二氧化硫转化因子记为α_{二氧化硫，i}，α_{二氧化硫，i}的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据。用电企业每少用一度电，就少生产污染。电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

6）氮氧化物排放降低率NOE

氮氧化物排放主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放。单位电量的氮氧化物排放量称为氮氧化物转化因子，用电客户i的氮氧化物转化因子记为α_{氮氧化物，i}，α_{氮氧化物，i}的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据。用电企业每少用一度电，就少生产污染。电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

7）错峰执行率PSE

单个错峰执行率指某客户按照要求完成历史错峰任务的比例，用电客户i的错峰执行率的计算公式如下：

${\mathrm{PSE}}_i=\frac{{\mathrm{Actual}\_\mathrm{Averting}}_i+{\mathrm{Actual}\_\mathrm{Shifting}}_i}{{\mathrm{Plan}\_\mathrm{Averting}}_i+{\mathrm{Plan}\_\mathrm{Shifting}}_i}$

其中，Actual_Averting_i为用电客户i实际执行的避峰次数，Actual_Shifting_i为实际执行的移峰次数。相应的Plan_Averting_i为用电客户i计划应执行的避峰次数，Plan_Shifting_i为计划应执行的移峰次数。

8）客户类型UT

结合附图3，客户类型其取值一般为离散型，可以依据业务需要将指标取值进行量化评分，然后映射至区间[0,1]。

,9）缴费及时率PT

在进行避峰方案优化时，应优先保护缴费及时率高的客户的电力供应，用电客户的缴费及时率的计算公式如下：

${\mathrm{PT}}_i=\frac{{\mathrm{Count}\_\mathrm{Pay}\_\mathrm{in}\_\mathrm{Time}}_i}{{\mathrm{Count}\_\mathrm{Pay}}_i}$

其中，Count_Pay_in_Time_i为用电客户i及时缴费的次数，Count_Pay_i为用电客户i的应缴费总次数。Count_Pay_in_Time_i为用电客户i及时缴费的次数，Count_Pay_i为用电客户i的应缴费总次数。

10）违章用电率VPU

在进行避峰方案优化时，应优先保护没有违章用电历史或违章用电率低的客户的电力供应。用电客户的违章用电率的计算公式如下：

${\mathrm{VPU}}_i=\frac{{\mathrm{Violate}\_\mathrm{Power}\_\mathrm{Use}}_i}{\mathrm{Total}\_\mathrm{Violate}\_\mathrm{Power}\_\mathrm{Use}}$

其中，Violate_Power_Use_i为周期内用电客户i违章用电的次数，Total_Violate_Power_Use为周期内各用电客户违章用电的总次数。

11）所属行业TR

采取避峰策略，则目标是优先对行业评分低的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

μ_i·TR_i

S5-2建立指标与***负荷关系函数；

1）利润损失率PL

电网公司当天损失的利润为全部参与避峰的客户所少缴纳的电费。通过与当日与电网公司当日获得的总利润相比，得到当日电网公司因避峰导致的利润损失比例，利润损失率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时电网从用电客户i应获得的全天总利润，

为执行避峰后电网从用电客户i获得的全天总利润。

2）GDP损失率GDPL

一地区GDP的损失为全部参与避峰的客户少转化的产值之和，通过与当日地区产生的GDP相比，得到当日该地区因避峰导致的GDP损失比例，由于每个用电客户的单位电量对应的增加值采集较为困难，为计算方便，可考虑用电客户所属行业的平均单位电量增加值，GDP损失率计算公式如下所示：

其中，为正常供电时用电客户i全天的生产总值，

为执行避峰后用电客户i全天的生产总值。

3）峰谷线损率PVLL

峰谷线损率的计算公式如下所示：

其中，W_总为当天线路总线损。其计算可以取供电总量及售电总量之差，计算公式如下所示：

W_总=Power_Supply_Volume-Power_Sell_Volume

Power_Supply_Volume为当天供电总量，Power_Sell_Volume为当天售电总量。

W_峰谷为由峰谷差引起的线损，计算公式如下所示：

W_峰谷=(3I²R+3△I²R)·24h

$I=\frac{P}{U}$

$\mathrm{\ΔI}=\frac{\max P\left(t\right)-\min P\left(t\right)}{U}$

线路用电负荷曲线P(t)的计算需考虑具体的避峰策略，线路用电负荷曲线P(t)的计算公式如下所示：

$P\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i{p}_i\left(t\right),t\∈\left[\mathrm{0,24}\right)$

4）煤排放降低率CE

采取避峰策略，煤排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的煤排放量，

为执行避峰后用电客户i全天的煤排放量。

5）二氧化碳排放降低率COE

采取避峰策略，则二氧化碳排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的二氧化碳排放量，为执行避峰后用电客户i全天的二氧化碳排放量。

6）二氧化硫排放降低率SOE

采取避峰策略，则二氧化硫排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的二氧化硫排放量，为执行避峰后用电客户i全天的二氧化硫排放量。

7）氮氧化物排放降低率NOE

采取避峰策略，则氮氧化物排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的二氧化硫排放量，

为执行避峰后用电客户i全天的二氧化硫排放量。

8）峰谷差率VP

峰谷差率VP计算公式如下：

$\mathrm{VP}=\frac{\max \left(P\left(t\right)\right)-\min \left(P\left(t\right)\right)}{\max \left(P\left(t\right)\right)},t\∈\left[\mathrm{0,24}\right)$

9）电压变化率VC

电压变化率指避峰优化方案执行后由于负荷波动引起的电压变化率。计算公式如下所示：

$\mathrm{VC}=\left|\frac{U_2-U_1}{U_1}\right|$

U₁为未考虑负荷变化的电压有效值，是已知的。U₂为考虑负荷变化后的电压有效值，计算公式如下所示：

$U_2=\sqrt{{U_1}^2-2\sqrt{3}{U}_{1}I+3({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)I^2+\mathrm{K\ΔI}}$

其中，I为未考虑负荷变化时的电流有效值，△I为负荷波动引起的电流变化有效值，α和β与线路阻抗参数R和X相关的参数。令功率因素为cosφ，则各相关参数的计算公式如下所示：

$K=-2\sqrt{3}\mathrm{\α}{U}_1+6({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)I+3({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)\mathrm{\ΔI}$

$I=\frac{P\left(t\right)}{U_1}$

$\mathrm{\ΔI}=\frac{\max P\left(t\right)-\min P\left(t\right)}{U_1}$

α=Rcosφ+Xsinφ

β=Xcosφ+Rsinφ

10）稳态频率偏差率SFD

稳态频率偏差率SFD计算公式如下所示：

$\mathrm{SFD}=\frac{\max P\left(t\right)-\min P\left(t\right)}{[1/(1/R_{\mathrm{eq}}+K)]}/f$

其中，1/R_eq为综合调差系数，由业务部门根据实际情况计算，K为负荷功率随频率变化特性系数，取K=2.89。

11）避峰停电影响率PSA

避峰停电影响率指避峰优化方案执行后的用电客户累计因避峰停电时间占正常应供电累计时间的比例。避峰停电影响率的计算公式如下所示：

$\mathrm{PSA}=\frac{\mathrm{count}(\mathrm{\μ}=0.1)}{N}$

12）错峰执行率PSE

错峰执行率目标是优先对错峰执行率低的用电客户执行避峰，计算公式为：

$\mathrm{PSE}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{PSE}}_i}{N}$

13）客户类型UT

采取避峰策略，则目标是优先对客户等级低的用电客户执行避峰，总体客户类型的函数可以表示为：

$\mathrm{UT}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{UT}}_i}{N}$

14）缴费及时率PT

避峰中的优先对缴费及时率低的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

$\mathrm{PT}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{PT}}_i}{N}$

15）违章用电率VPU

采取避峰策略，则目标是优先对违章用电率高的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

$\mathrm{VPU}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{VPU}}_i}{N}$

16）所属行业TR

采取避峰策略，则目标是优先对行业评分低的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

$\mathrm{TR}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{TR}}_i}{N}$

S6搭建避峰策略优化模型

S6-1同向化影响因素指标，结合附图4，避峰策略优化的目标是在线路用电负荷始终不超过分配的用电指标，从而在保证电网安全的前提，寻找一组最优的执行方案，使得避峰执行后的积极影响尽可能大，消极影响尽可能小。对避峰方案的各类影响因素同向化，将每个指标值的优化目标都统一为最小优化，仅需对部分不同向的指标取负号便可实现。引入同向化因子θ：

S6-2为影响因素指标赋权重，在对指标完成同向化后，需要结合业务实际情况，对一定时间周期内各个指标的重要程度进行排序，并赋以相应的权重ω_j；

S6-3在现实中，由于多个指标不可能同时达到最优，需要建立多目标函数，求解综合最优。建立多目标规划目标函数：

$\min \underset{j=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_j\·{\mathrm{\θ}}_j\·X_j$

其中，ω_j为第j个指标相对应的权重，θ_j为相应的同向化因子。X_j为第j个指标的表达式，X_j∈[0,1]。X_j的具体表达形式及该目标函数的约束条件与采取的避峰策略以及相应的避峰优化方案相关。

S6-4根据电力调度部门给定用电指标，建立约束条件：

$S\≥\max \left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i{p}_i\left(t\right)\right),t\∈[\mathrm{0,24})$

其中，S为电力调度部门给定的当天用电指标，i为第i个用电客户。公式约束为在执行避峰管理后，所确定的避峰策略必须保证当天该地区的用电负荷必须小于等于电力调度给定的用电指标。

建立各指标间权重约束条件：

$\underset{j=1}{\overset{j=16}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_j=1,{\mathrm{\ω}}_j\∈\left[\mathrm{0,1}\right],\∀j\∈\left[\mathrm{1,16}\right]$

约束要求所有的指标的取值区间必行必须在0至1内，且所有指标的权重之和为1。

S7强化主要约束条件，优化避峰策略模型

将线路用电负荷的最大值的下界约束为m·S,m∈[0,1)，取值依据经验及业务实际需求确定，并可在后期不断调整优化，以减少备选取值组合的方式，加快模型求解的收敛速度。因此避峰优化模型关于指标约束条件可优化为：

$S\≥\max \left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i{p}_i(t-{\mathrm{\τ}}_i)\right)\≥m\·S,t\∈[\mathrm{0,24}),m\∈[\mathrm{0,1})$

S8使用隐枚举法求解避峰策略优化模型，得到最优避峰方案

S8-1将目标函数转化为求最小优化问题，在本实施例中，目标函数为：

$\min \underset{j=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_j\·{\mathrm{\θ}}_j\·X_j$

将其转化为：

$\min \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{\mathrm{\μ}}_i+c_0$

其中，N为可参与避峰的用电客户数，i为第i可参与避峰的用电客户，c_i为μ_i的系数。

S8-2查验c_i≥0,

是否成立，若存在c_i≤0，采用μ_i′=1-μ_i替代，保证c_i≥0,

成立。

S8-3将目标函数中所有μ_i按系数值由大到小依次排序，使得目标函数排序后有：

$\min \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\left(i\right)}{\mathrm{\μ}}_{\left(i\right)}+c_0,c_{\left(1\right)}\≥c_{\left(2\right)}\≥\·\·\·\≥c_{\left(N\right)}$

其中，c_(i)为排序后μ_(i)对应系数。

S8-4将所有约束条件转化为A_(i)μ_(i)≥B的形式，在本实施例子中，约束条件转化为：

$\max \left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\μ}}_{\left(i\right)}p}_{\left(i\right)}\left(t\right)\right)\≥m\·S,t\∈\left[\mathrm{0,24}\right),m\∈\left[\mathrm{0,1}\right)$

$-\max \left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_{\left(i\right)}{p}_{\left(i\right)}\left(t\right)\right)\≥-S,t\∈\left[\mathrm{0,24}\right)$

S8-5结合附图5，将所有μ_(i)置为0作为母方案，方案总数目为2^N个，每个方案为1和0.1的组合。为方便表示，将μ=0.1表示为0，μ=1表示为1，按照二进制编码的顺序{0,0,…,0,1}，{0,0,…,1,0}，……，{1,1,…,1,1}进行求解，第一个可行解就是多目标规划的最优解，此最优解便是避峰最优方案。

Claims (4)

1.一种基于多目标规划的用电管理避峰策略优化方法，其特征是包括以下步骤：

S1归纳出避峰影响六大类因素

经济、环境、安全、服务、管理、政策；

S2引入衡量所述六大类因素的具体指标

共计16个，其中：

经济类3个：

利润损失——避峰导致的售电利润减少；

GDP损失——避峰导致的GDP损失；

峰谷线损——避峰后由峰谷差引起的线损占当天线路总线损；

环境类4个：

煤排放量——避峰导致的煤排放减排量；

二氧化碳排放量——避峰导致的二氧化碳排放减排量；

二氧化硫排放量——避峰导致的二氧化硫排放减排量；

氮氧化物排放量——避峰导致的氮氧化物减排量；

安全类3个：

峰谷差——避峰后***负荷的峰谷差变化；

电压变化——避峰后由于负荷波动引起的电压变化；

稳态频率偏差——避峰后由于负荷波动引起的稳态频变化；

服务类3个：

避峰停电时间——避峰后的用电客户累计因避峰停电时间占应正常供电累计时间；

错峰执行情况——某客户按照要求完成历史错峰任务的次数；

客户类型——电网对客户的优先等级的定义；

管理类2个：

缴费及时次数——某客户在周期内及时缴费次数；

违章用电次数——某客户在周期内违章用电次数；

政策类1个：

所属行业——某客户所属的行业，是否为政策扶持行业；

S3定义具体指标与避峰优化方案的定性关系

经济类：

避峰优化方案应使电网利润损失趋向于无限小；

避峰优化方案应使社会GDP损失趋向于无限小；

避峰优化方案应使峰谷线损趋向于无限小；

环境类：

避峰优化方案应使煤减排量尽可能大；

避峰优化方案应使二氧化碳减排量尽可能大；

避峰优化方案应使二氧化硫减排量尽可能大；

避峰优化方案应使氮氧化物减排量尽可能大；

安全类：

避峰优化方案应使峰谷差趋向于无限小；

避峰优化方案应使电压变化趋向于无限小；

避峰优化方案应使稳态频率偏差趋向于无限小；

服务类：

避峰优化方案应使避峰停电影响趋向于无限小；

避峰优化方案应优先保护错峰执行率高的客户的电力供应；

避峰优化方案应优先保护等级高的客户的电力供应；

管理类：

避峰优化方案应优先保护缴费及时的客户的电力供应；

避峰优化方案应优先保护没有违章用电历史或违章用电率低的客户的电力供应；

政策类：

避峰优化方案应优先保护受政策扶持行业的客户的电力供应；

S4建立用电客户参与避峰方案执行标识

将参与避峰的用电客户划分为两类：避峰对象或非避峰对象，如此将用电客户是否为避峰对象转化为二值问题，用电客户i的避峰标识公式如下：

S5针对所述的16个具体指标，建立基于负荷关系的避峰影响因素指标体系，包括依次构建影响因素与用电客户负荷关系，以及建立指标与***负荷关系函数；

S6搭建避峰策略模型

对避峰方案的各类影响因素同向化，为影响因素指标赋权重，同时引入各指标间权重约束条件，建立多目标函数，求解综合最优模型；

S7强化主要约束条件，优化避峰策略模型

将线路用电负荷的最大值的下界约束为m·S，m∈[0，1)，取值依据经验及业务实际需求确定，并在后期不断调整优化，以减少备选取值组合的方式，加快模型求解的收敛速度；因此避峰优化模型关于指标约束条件可优化为：

$S\≥\max \left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\μ}}_{i}p}_i(t-{\mathrm{\τ}}_i)\right)\≥m\·S,t\∈[\mathrm{0,24}),m\∈[\mathrm{0,1})$

S8使用隐枚举法求解避峰策略优化模型，得到最优避峰方案。

2.根据权利要求1所述的基于多目标规划的用电管理避峰策略优化方法，其特征是：

所述的步骤S5具体包括以下子步骤：

S5-1构建影响因素与用电客户负荷关系；

1）利润损失率PL

在单位用电成本不变的情况下，电网公司利润损失主要由避峰导致用电客户少用电而少缴纳的电费造成的；电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，电网公司将因此损失利润为：

${\mathrm{PL}}_i={\mathrm{\μ}}_i{\∫}^{0}P\_\mathrm{Uni}{t}_i\left(t\right)p_i(t-{\mathrm{\τ}}_i)\mathrm{dt};$

其中，单位电量的售电利润由单位电价及单位供电成本决定，计算公式如下所示：

P_Unit_i(t)=Electrovalence_i(t)-C_Unit；

Electrovalence_i(t)为t时刻，客户i的单位电价；Electrovalence_i(t)依据电网公司制定的峰谷电价策略以及用电客户i所属的行业决定；C_Unit为电网公司的平均单位供电成本，由交易结算得到；

2）GDP损失率GDPL

GDP损失主要由于避峰导致用电客户不能用电以致被迫停止生产，用电企业每少用一度电，就少将一度电转化为产值，设P_GDP_i为用户i所属行业的平均单位电量相应的增加值，P_GDP_i通过在《中国统计年鉴》中查询所属行业的增加值与用电总量得知：

${P\_\mathrm{GDP}}_i=\frac{\mathrm{Total}\_{\mathrm{Revenues}}_i}{{\mathrm{Total}\_\mathrm{Electric}\_\mathrm{Quantity}}_i};$

其中，Total_Revenues_i为用户i所属行业的年度总增加值，Total_Electric_Quantity_i为用户i所属行业的年度用电总量；

于是，电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少将电能转化为产值：

${\mathrm{GDPL}}_i={\mathrm{\μ}}_{i}P\_{\mathrm{GDP}}_i{\∫}_0^{24}{p}_i\left(t\right)\mathrm{dt};$

3）煤排放降低率CE

煤减排主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放；设单位电量的煤排放量称为煤转化因子，用电客户i的煤转化因子记为α_煤，i，α_煤，i的值与用电客户i所属行业有关，从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据；用电企业每少用一度电，就少生产污染，电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

4）二氧化碳排放降低率COE

二氧化碳排放主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放；设单位电量的二氧化碳排放量称为二氧化碳转化因子，用电客户i的煤转化因子记为α_{二氧化碳，i}，α_{二氧化碳，i}的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据；用电企业每少用一度电，就少生产污染；电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

5）二氧化硫排放降低率SOE

二氧化碳排放主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放；设单位电量的二氧化硫排放量称为二氧化硫转化因子，用电客户i的二氧化硫转化因子记为α_{二氧化硫，i}，α_{二氧化硫，i}的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据；用电企业每少用一度电，就少生产污染，电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

6）氮氧化物排放降低率NOE

氮氧化物排放主要由于避峰导致用电客户停止生产而减少污染物排放；单位电量的氮氧化物排放量称为氮氧化物转化因子，用电客户i的氮氧化物转化因子记为α_{氮氧化物，i}，α_{氮氧化物，i}的值与用电客户i所属行业有关，可以从《中国能源统计年鉴》及电网内部获得相关数据；用电企业每少用一度电，就少生产污染，电网公司每将一位用电客户确定为避峰对象，该用电客户将少生产污染物：

7）错峰执行率PSE

单个错峰执行率指某客户按照要求完成历史错峰任务的比例，用电客户i的错峰执行率的计算公式如下：

${\mathrm{PSE}}_i=\frac{{\mathrm{Actual}\_\mathrm{Averting}}_i+{\mathrm{Actual}\_\mathrm{Shifting}}_i}{{\mathrm{Plan}\_\mathrm{Averting}}_i+{\mathrm{Plan}\_\mathrm{Shifting}}_i};$

其中，Actual_Averting_i为用电客户i实际执行的避峰次数，Actual_Shifting_i为实际执行的移峰次数；相应的Plan_Averting_i为用电客户i计划应执行的避峰次数，Plan_Shifting_i为计划应执行的移峰次数；

8）客户类型UT

客户类型其取值为离散型，可以依据业务需要将指标取值进行量化评分，然后映射至区间[0,1]；

9）缴费及时率PT

在进行避峰方案优化时，应优先保护缴费及时率高的客户的电力供应，用电客户的缴费及时率的计算公式如下：

${\mathrm{PT}}_i=\frac{{\mathrm{Count}\_\mathrm{Pay}\_\mathrm{in}\_\mathrm{Time}}_i}{{\mathrm{Count}\_\mathrm{Pay}}_i};$

其中，Count_Pay_in_Time_i为用电客户i及时缴费的次数，Count_Pay_i为用电客户i的应缴费总次数；Count_Pay_in_Time_i为用电客户i及时缴费的次数，Count_Pay_i为用电客户i的应缴费总次数；

10）违章用电率VPU

在进行避峰方案优化时，应优先保护没有违章用电历史或违章用电率低的客户的电力供应；用电客户的违章用电率的计算公式如下：

${\mathrm{VPU}}_i=\frac{{\mathrm{Violate}\_\mathrm{Power}\_\mathrm{Use}}_i}{\mathrm{Total}\_\mathrm{Violate}\_\mathrm{Power}\_\mathrm{Use}};$

其中，Violate_Power_Use_i为周期内用电客户i违章用电的次数，Total_Violate_Power_Use为周期内各用电客户违章用电的总次数；

11）所属行业TR

采取避峰策略，则目标是优先对行业评分低的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

μ_i·TR_i；

S5-2建立指标与***负荷关系函数

1）利润损失率PL

电网公司当天损失的利润为全部参与避峰的客户所少缴纳的电费；通过与当日与电网公司当日获得的总利润相比，得到当日电网公司因避峰导致的利润损失比例，利润损失率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时电网从用电客户i应获得的全天总利润，

为执行避峰后电网从用电客户i获得的全天总利润；

2）GDP损失率GDPL

一地区GDP的损失为全部参与避峰的客户少转化的产值之和，通过与当日地区产生的GDP相比，得到当日该地区因避峰导致的GDP损失比例，由于每个用电客户的单位电量对应的增加值采集较为困难，为计算方便，可考虑用电客户所属行业的平均单位电量增加值，GDP损失率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的生产总值，

为执行避峰后用电客户i全天的生产总值；

3）峰谷线损率PVLL

峰谷线损率的计算公式如下所示：

其中，W_总为当天线路总线损；其计算可以取供电总量及售电总量之差，计算公式如下所示：

W_总=Power_Supply_Volume-Power_Sell_Volume；

Power_Supply_Volume为当天供电总量，Power_Sell_Volume为当天售电总量；

W_峰谷为由峰谷差引起的线损，计算公式如下所示：

W_峰谷=(3I²R+3△I²R)·24h

$I=\frac{P}{U}$

$\mathrm{\ΔI}=\frac{\max P\left(t\right)-\min P\left(t\right)}{U};$

线路用电负荷曲线P(t)的计算需考虑具体的避峰策略，线路用电负荷曲线P(t)的计算公式如下所示：

$P\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i{p}_i\left(t\right),t\∈\left[\mathrm{0,24}\right);$

4）煤排放降低率CE

采取避峰策略，煤排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的煤排放量，

为执行避峰后用电客户i全天的煤排放量；

5）二氧化碳排放降低率COE

采取避峰策略，则二氧化碳排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的二氧化碳排放量，

为执行避峰后用电客户i全天的二氧化碳排放量；

6）二氧化硫排放降低率SOE

采取避峰策略，则二氧化硫排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的二氧化硫排放量，

为执行避峰后用电客户i全天的二氧化硫排放量；

7）氮氧化物排放降低率NOE

采取避峰策略，则氮氧化物排放降低率计算公式如下所示：

其中，

为正常供电时用电客户i全天的二氧化硫排放量，

为执行避峰后用电客户i全天的二氧化硫排放量；

8）峰谷差率VP

峰谷差率VP计算公式如下：

$\mathrm{VP}=\frac{\max \left(P\left(t\right)\right)-\min \left(P\left(t\right)\right)}{\max \left(P\left(t\right)\right)},t\∈\left[\mathrm{0,24}\right);$

9）电压变化率VC

电压变化率指避峰优化方案执行后由于负荷波动引起的电压变化率；计算公式如下所示：

$\mathrm{VC}=\left|\frac{U_2-U_1}{U_1}\right|;$

U₁为未考虑负荷变化的电压有效值，是已知的；U₂为考虑负荷变化后的电压有效值，计算公式如下所示：

$U_2=\sqrt{{U_1}^2-2\sqrt{3}{U}_{1}I+3({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)I^2+\mathrm{K\ΔI}};$

其中，I为未考虑负荷变化时的电流有效值，△I为负荷波动引起的电流变化有效值，α和β与线路阻抗参数R和X相关的参数；令功率因素为cosφ，则各相关参数的计算公式如下所示：

$K=-2\sqrt{3}\mathrm{\α}{U}_1+6({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)I+3({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)\mathrm{\ΔI}$

$I=\frac{P\left(t\right)}{U_1}$

$\mathrm{\ΔI}=\frac{\max P\left(t\right)-\min P\left(t\right)}{U_1}$

α=Rcosφ+Xsinφ

β=Xcosφ+Rsinφ；

10）稳态频率偏差率SFD

稳态频率偏差率SFD计算公式如下所示：

$\mathrm{SFD}=\frac{\max P\left(t\right)-\min P\left(t\right)}{[1/(1/R_{\mathrm{eq}}+K)]}/f;$

其中，1/R_eq为综合调差系数，由业务部门根据实际情况计算，K为负荷功率随

频率变化特性系数，取K=2.89；

11）避峰停电影响率PSA

避峰停电影响率指避峰优化方案执行后的用电客户累计因避峰停电时间占正常应供电累计时间的比例；避峰停电影响率的计算公式如下所示：

$\mathrm{PSA}=\frac{\mathrm{count}(\mathrm{\μ}=0.1)}{N};$

12）错峰执行率PSE

错峰执行率目标是优先对错峰执行率低的用电客户执行避峰，计算公式为：

$\mathrm{PSE}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{PSE}}_i}{N};$

13）客户类型UT

采取避峰策略，则目标是优先对客户等级低的用电客户执行避峰，总体客户类型的函数可以表示为：

$\mathrm{UT}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{UT}}_i}{N};$

14）缴费及时率PT

避峰中的优先对缴费及时率低的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

$\mathrm{PT}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{PT}}_i}{N};$

15）违章用电率VPU

采取避峰策略，则目标是优先对违章用电率高的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

$\mathrm{VPU}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{VPU}}_i}{N};$

16）所属行业TR

采取避峰策略，则目标是优先对行业评分低的用电客户执行避峰，其目标函数可以表示为：

$\mathrm{TR}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i\·{\mathrm{TR}}_i}{N}$

3.根据权利要求1所述的基于多目标规划的用电管理避峰策略优化方法，其特征是：所述的步骤S6包括以下子步骤：

S6-1对避峰方案的各类影响因素同向化，将每个指标值的优化目标都统一为最小优化，仅需对部分不同向的指标取负号便可实现；引入同向化因子θ：

S6-2为影响因素指标赋权重，在对指标完成同向化后，需要结合业务实际情况，对一定时间周期内各个指标的重要程度进行排序，并赋以相应的权重ω_j；

S6-3在现实中，由于多个指标不可能同时达到最优，需要建立多目标函数，求解综合最优；建立多目标规划目标函数：

$\min \underset{j=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_j\·{\mathrm{\θ}}_j\·X_j;$

其中，ω_j为第j个指标相对应的权重，θ_j为相应的同向化因子；X_j为第j个指标的表达式，X_j∈[0,1]；X_j的具体表达形式及该目标函数的约束条件与采取的避峰策略以及相应的避峰优化方案相关；

S6-4根据电力调度部门给定用电指标，建立约束条件：

$S\≥\max \left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i{p}_i\left(t\right)\right),t\∈[\mathrm{0,24});$

其中，S为电力调度部门给定的当天用电指标，i为第i个用电客户；公式约束为在执行避峰管理后，所确定的避峰策略必须保证当天该地区的用电负荷必须小于等于电力调度给定的用电指标；

建立各指标间权重约束条件：

$\underset{j=1}{\overset{j=16}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_j=1,{\mathrm{\ω}}_j\∈\left[\mathrm{0,1}\right],\∀j\∈\left[\mathrm{1,16}\right];$

约束要求所有的指标的取值区间必行必须在0至1内，且所有指标的权重之和为1。

4.根据权利要求1所述的基于多目标规划的用电管理避峰策略优化方法，其特征是：所述的步骤S8包括以下子步骤：

S8-1将目标函数转化为求最小优化问题；

S8-2查验是否所有系数权重都大于0，若存在μ_i的系数小于0，采用μ_i′=1-μ_i替代，保证所有系数大于零；

S8-3将目标函数中所有μ_i按系数值由大到小依次排序；

S8-4将所有约束条件转化为A_iμ_i≥B的形式；

S8-5将所有μ_i置为0作为母方案，所有方案形成一个N位的二进制编码，按照二进制大小顺序进行求解，第一个可行解便是模型的最优解。

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