CN110807598A

CN110807598A - 一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法

Info

Publication number: CN110807598A
Application number: CN201911085958.4A
Authority: CN
Inventors: 唐夏菲; 殷旭锋; 蒋政伟; 李雪芹; 吴燕榕; 缴傲
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2020-02-18

Abstract

本发明公开一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法，步骤包括：S1.充分考虑调休、避峰、错时不同方式的多个影响因素，建立了负荷调控价值指标体系；S2.基于投影寻踪动态聚类模型对各潜力指标下的矩阵进行降维处理，实现了用户调控潜力的量化；S3.利用物元可拓理论对参与有序用电的用户负荷调控价值等级进行综合评估。本发明实现过程简单，能够有效挖掘用户的有序用电价值潜力，有利于电网公司筛选适合参与有序用电企业用户，提升电网运行的安全性与稳定性，具有显著的经济价值。

Description

一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法

技术领域

本发明涉及电网实施用户有序用电技术领域，尤其涉及一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法。

背景技术

伴随着社会经济的快速发展，电力高峰时段供需矛盾较为突出，供电缺口不断加大。为此，电网公司以及相关电力运行部门采取一系列措施解决高峰时段电力供需紧张问题。早期盲目地加大电力建设解决电力供需平衡问题往往不容乐观，造成电网公司投资压力增大；直接采取拉闸限电、一刀切的限电方式，极大降低了电力用户的用电满意度，长远意义上并不可取。为了缓解这种情况，电网公司采取调休、错峰、避峰等一系列负荷调控措施，规范用电秩序，取得了显著成效。

近年来，我国智能电网的建立为有序用电提供了用户用电特性信息，用户参与有序用电的主动性也更加明显。随之而来的，迫切需要制定适宜用电企业自身的有序用电策略，建立更加经济有效的负荷调控方式，通过有效地组织用电企业参与到错峰、避峰、限电等有序用电工作之中，移峰填谷，均衡负荷，在消纳电力供需缺口的同时，不仅使电网运行的经济性得到显著提高，还增加了***的备用容量，有利于电网安全稳定地运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种考虑企业的生产经营与电网安全稳定运行，以及电力用户用电满意度。通过对用电企业调休、错时、避峰潜力指标进行量化分析，为电网公司采取有序用电方案提供了参考。在保证用户用电满意度的前提下，一定程度缓解电力供需矛盾，同时能够提高电网企业运营效率。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法，步骤包括：

S1.充分考虑调休、避峰、错时不同方式的多个影响因素，建立了负荷调控价值指标体系；

S2.基于投影寻踪动态聚类模型对各潜力指标下的矩阵进行降维处理，实现了用户调控潜力的量化；

S3.利用物元可拓理论对参与有序用电的用户负荷调控价值等级进行综合评估。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中，根据用户用电特性以及生产特性，遵循指标体系的***性、科学性、针对性及可操作化原则，建立包括调休、错时和避峰调控潜力一级指标体系与静态指标体系。

作为本发明的进一步改进，建立的调休、错时和避峰调控潜力三个指标体系中，每个一级指标通过多个二级指标进行表征，调休包括周休负荷、周下降负荷率、可转移负荷率、周休成本；错时包括错时负荷、峰时用电占比、峰谷负荷变化率、错时成本；避峰包括可中断负荷、负荷波动率、峰值时差率、避峰成本。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中，静态指标包括单位电量产值、单位电量税收、单位电量污染。

作为本发明的进一步改进，建立负荷调控价值评价指标之后，组成用户的调控价值指标数据高维矩阵，，为消除不同量纲的影响，需对各指标评价值标准化处理，构造投影指标函数。：

Q(a)＝O(a)-I(a)

作为本发明的进一步改进构造出最大化优化模型，计算出最佳投影方向。其投影指标函数优化模型如下：

采用实数编码的加速遗传算法(RAGA)来求解对非线性优化模型进行求解。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中，利用物元可托确定经典域、节域与待评物元，计算待评用户物元关联函数值最后对用户参与有序用电的价值进行综合评判。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本实施例基于上述特性，根据地区企业运行特点，遵循指标体系的***性、科学性、针对性及可操作化原则，从调休、错时和避峰调控潜力，静态指标四个方面分别选取指标体系，使得指标体系更加全面、合理。

2、针对电网实施有序用电方案时，对参与有序用电企业摸排不彻底，造成一刀切的弊端；以及传统指标权重计算方法也存在较大主观性问题。本实施例针对指标权重未知且权重求解易受主观因素影响的负荷调控评估问题，评估模型客观的评估了各企业参与有序用电等级。可以更好指导电网实施有序用电，提高电网公司的运行效益。

附图说明

图1是本实施例参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法实现流程图。

图2是负荷调控价值评价体系图。

图3是参与有序用电的负荷调控价值评估流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例方法步骤包括一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法：

有序的用电管理是缓解供电紧张的一种重要方式，特别是在结构性缺电时期。有序用电的工作的顺利进行需要一个客观、权威的负荷调控价值评判***。本文建立了调休、错时和避峰调控潜力指标，3种调度潜力是分开计算的，相互之间没有联系。负荷调控价值评价体系如图2所示。

用户可调控负荷的价值指标均由8个子指标组成，包括4个特征指标(X_k1～X_k4)和4个静态指标X_k5～X_k8，k＝1,2,3分别代表调休、错时和避峰3种调控手段。

对于计划有周休安排的客户，其休息日通常都安排在周末，彼时用户负荷将会有一定程度下降。其公式如下：

X₁₁＝P_work-P_free (1)

式中：P_work为用户的工作日负荷平均值；P_free为用户的周末负荷平均值。

周负荷下降率表示在正常工作时间内周末负荷相较于工作日下降的趋势。周负荷下降率较大表明具有调休特性，予以优先安排调控。其公式为

X₁₂＝X₁₁/(P_work-P_sl) (2)

式中：P_sl为保安负荷。

可转移负荷率是指在用电高峰期可转到调休时段的负荷占总负荷比例。

X₁₃＝W_trans/W_day (3)

式中：P_trans为用户在日高峰时段的可调休负荷。

调休会增加人力支出等方面的经济成本，本文将其归纳为调休成本(X₁₄)。

错时负荷是指用户在用电高峰期通过错时生产所释放的负荷。公式如下：

X₂₁＝P_peak-min(P_el-P_dl) (4)

式中：P_el和P_dl分别为以用电区域高峰时刻为中心提前/推迟K小时的用户负荷；K根据电网高峰的持续时间确定。

峰时用电占比是指用户工作日高峰时段的负荷占全天负荷的比重。其表达式如下：

X₂₂＝W_peak/W_day (5)

式中：W_peak为用户在用电区域高峰时段的负荷；W_day为用户典型日一天的负荷。

峰谷负荷变化率即用户的峰时用电与谷时用电比值，用于表示用户用电的稳定性。

X₂₃＝P_max/P_min (6)

式中：P_max和P_min分别为用户在典型日高峰与低谷负荷。

本文将错时调控时产生的经济损失定义为错时成本(X₂₄)。

可中断负荷是指在工作日内用户在用电高峰期内通过紧急关停设备所下降的负荷。

X₃₁＝P_peak-P_esl (7)

式中P_esl用户的经济生产保障负荷。

负荷波动率指用户用电时段内的负荷波动程度，反映出负荷分散的相对大小。计算公式为

X₃₂＝σ/μ (8)

式中：σ为用户工作日典型负荷的标准差；μ为负荷均值。

峰值时差率是指用电区域内的负荷高峰与用户之间负荷高峰的时段差异程度。峰值时差率的计算公式为

式中，T为确定的时间长度；T_t(u)为区域第u个最大负荷的时刻；T_t(v)为用户第v个最大负荷的时刻；g为计算前g个最大负荷。

用户参与避峰调控会造成一定经济损失，本文以避峰成本(X₃₄)来表示。

用户的3类潜力特征指标互相具有独立性，且均含有共同的静态指标：单位电量产值(X_k5)、单位电量税收(X_k6)、单位电量污染物(X_k7)和购电比重(X_k8)组成。这4个指标分别代表了用户的产值效益、对社会贡献程度、环保、购电重要度4个方面，是评价用户是否具有调控能力的重要体现因素。

单位电量产值表示了经营生产能力，表达式为：

X_k5＝R_total/W_total (11)

式中：R_total为用户的年生产总值；W_total为用户的年用电总量。

单位电量税收反映了用户对社会所创造的价值，表达式为：

X_k6＝S_total/W_total (12)

式中：S_total为用户的年度税收。

单位电量污染物体现了用户经营活动对环境的破坏，公式如下：

X_k7＝O_total/W_total (13)

式中：O_total为用户的年度废弃物排放量，主要包括SO₂、NO_x等。

购电比重是指用户的购电量占所有用户购电量的比重，用从体现用户对电网企业收益的重要性程度。

X_k8＝W_total/W_T (14)

式中，W_T为用电区域内参与有序用电用户年总购电量。

在建立负荷调控价值评价指标之后，用户的调控价值指标数据组成高维矩阵。需要对各用户负荷调控潜力精准量化，才能进一步制定适宜的调控策略。目前，投影寻踪动态聚类理论已广泛应用于工程实际中。投影寻踪的本质是将数据从高维空间向低维空间进行投影，在低维投影空间上分析高维数据的分类排序等结构特征。从而用低维的角度去观察高维的数据，最终获得更多的数据信息。该方法在降低数据复杂性的前提下，保证了数据处理的准确性和稳健性。

各负荷调控潜力评估的问题可以描述为：由m个评估对象构成的集合E＝{e₁,e₂,…,e_m}，指标集表示为H＝{h₁,h₂,…,h_n}，H^b和H^c分别表示H中效益型和成本型指标的下标集。评估矩阵为X＝(x_ij)_m×n，为消除不同量纲的影响，需对各指标评价值标准化处理，数据标准化矩阵为

具体计算公式如下:

其中，maxx_ij和minx_ij分别表示第j个指标的最大值和最小值。

设a＝[a₁,a₂,…,a_n]为单位投影方向向量，对X^*进行线性投影，则X^*在a上的一维投影值p_i为:

将m个一维投影值p_i聚成T(T≤m)类，用W_λ＝(λ＝1,2,…,T)表示第λ类一维投影值的集合,记为:

其中，

和

分别为第λ类和第y类的聚类中心。I(a)表示样本空间的聚集程度，I(a)越小，聚类效果就越好。

类间分散度O(a)表示样本空间的离散程度，O(a)越大，样本区分就愈加明显。

则投影指标函数可用I(a)和O(a)表示

Q(a)＝O(a)-I(a) (20)

在样本中的指标评价值确定的情况下，投影指标函数的大小仅与方向向量a有关，通过构造出投影指标函数最大化优化模型，就可以计算出最佳投影方向a^*，由于a是单位投影方向向量，满足

故可将将

作为指标权重向量，不仅能够充分体现各指标对总体效能的影响程度，而且解决了权重确定过程易受主观因素影响的问题。投影指标函数优化模型如下:

式(9)是一个典型复杂非线性优化问题，采用常规优化方法难以处理，可基于实数编码的加速遗传算法(RAGA)来求解。

对工业用户的综合负荷调控价值进行评估是有序用电评估模型的重要组成部分。物元可拓能够实现全局最佳性决策。由于其良好的适应性，已被广泛应用于各个领域。

物元可拓模型首先是把需要评价的对象按等级进行分开，之后再将评价对象的指标量值带入各等级的集合中进行评价，最后将需要评价的对象及其各等级集合之间的关联度进行比较，以关联度值为标准确定相关等级。其中关联度与等级集合的贴合度成正比，关联度越大，则等级集合的贴合度就越好。

设物元为

式中R_l为第l个同征物元；S_l为所划分的第l个评价等级；C_k为第k个调控潜力；V_kl＝[a_kl,b_kl]为N_l关于指标C_k所规定的量值范围，即各等级关于对应的调控潜力所取的数据范围经典域；l＝1,2,…,t。

式中S为待评用户的全体；V_ks＝[a_ks,b_ks]为S关于C_k所取的量值范围，即S的节域，且

(k＝1,2,…,r；l＝1,2,…,t)。

对待评的用户s，将所收集的统计数据或分析结果用物元R表示，则称R为待评物元。

式中s为某一具体的用户；v_k为s关于调控潜力指标C_k的量值，即待评用户的各调控潜力数据。

关联函数为

式中

|V_kl|＝|b_kl-a_kl| (27)

待评价物元s的关联度计算式为

由于4种潜力指标相互独立，取其权重向量

若则评定用户s属于等级l₀。

式中l^*为s的级别变量特征值，如l₀＝2，l^*＝2.8，则表示s属于第2级偏向第3级(严格来说属于2.8级)，根据l^*可以看出偏向另一级的程度。

用户参与有序用电的负荷调控价值评估流程为：首先对调休、错峰、避峰三种调控方式负荷的各项指标构造评价矩阵；再结合投影寻踪动态聚类理论对评价矩阵进行降维处理，确定最佳投影方向，通过投影值量化用户负荷调控潜力，可分析适合各用户的调控方式；最后，采用物元可拓模型对用户参与有序用电的价值进行综合评判。评估流程如图3所示。

电网企业制定有序用电调控方案时，可结合负荷缺口筛选出适合参与调控的用户，并根据各用户的调控潜力确定合适的调控手段，从而有针对性地考虑用户负荷特征制定个性化调控方案。

基于长沙市2019年10kV工业专线用户的相关信息，采用本文所提出的方法对相关用户进行负荷调控价值评判。选取6个大用户的数据进行算例分析，各用户的用电数据可以从电网公司的营销信息***中获取，生产及环保数据等可以由用户、政府以及环保部门提供。各用户的指标初始值如表1所示。

表1各用户负荷调控价值指标值

1)指标数据预处理。

以调休潜力为例，调休潜力下的8个指标中，周休负荷(X₁₁)、周负荷下降率(X₁₂)、可转移负荷率(X₁₃)以及单位电量污染物(X₁₇)为效益型指标，调休成本(X₁₄)、单位电量产值(X₁₅)、单位电量税

收(X₁₆)以及购电比重(X₁₈)为成本型指标。依据投影寻踪动态聚类理论，通过求解调休、避峰、错峰三类负荷调控模式下的最优投影指标函数，可以分别得到三类负荷调控潜力下的最优指标权重，如表2所示。

表2各潜力指标下的最优指标权重

2)负荷调控潜力量化。

结合最优权重，根据式(15)—(17)可计算得到各用户参与有序用电的调休、错时和避峰潜力，结果见表3。

表3各用户的负荷调控潜力

通过投影寻踪动态聚类理论求取的投影值量化用户的调控潜力，方便用户采取更适合自身负荷特性的负荷调控方式，对于制定整体的有序用电方案编制计划具有积极作用。

3)负荷调控价值评估。

经典域量值范围由五个等级组成，即经典域量值范围为[0,0.2]、[0.2,0.4]、[0.4,0.6]、[0.6,0.8]、[0.8,1.0]。基于用户的检修、轮休、错时和避峰潜力利用物元可拓模型可以将各用户的调控价值量化，避免模糊化的表述，以便对其进行综合评估。通过式(13)—(18)计算可得到各用户负荷调控价值各等级关联度以及价值等级评定值如表4所示。

表4用户负荷可调控价值等级评定

由表中数据可知，用户1的评判等级最高，由第四等级偏向第五等级，即用户1最具有调控价值；用户3的评判等级最低，故可判定用户3的调控价值也最小；通过具体量化用户的负荷调控价值并进行等级评判排序，可以对用电区域内所有参与有序用电方案的用户进行优选，安排调控价值大的用户进行负荷调控，削减高峰时期用电负荷，有益于实现电网平稳运行。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法，其特征在于：所述步骤S1中，根据用户用电特性以及生产特性，遵循指标体系的***性、科学性、针对性及可操作化原则，建立包括调休、错时和避峰调控潜力一级指标体系与静态指标体系。

3.根据权利要求2所述的一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法，其特征在于：建立的调休、错时和避峰调控潜力三个指标体系中，每个一级指标通过多个二级指标进行表征，调休包括周休负荷、周下降负荷率、可转移负荷率、周休成本；错时包括错时负荷、峰时用电占比、峰谷负荷变化率、错时成本；避峰包括可中断负荷、负荷波动率、峰值时差率、避峰成本。

4.根据权利要求2所述的一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法，其特征在于：所述步骤S1中，静态指标包括单位电量产值、单位电量税收、单位电量污染。

5.根据权利要求1-4所述的一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法，其特征在于：建立负荷调控价值评价指标之后，组成用户的调控价值指标数据高维矩阵，，为消除不同量纲的影响，需对各指标评价值标准化处理，构造投影指标函数：

Q(a)＝O(a)-I(a)。

6.根据权利要求5所述的一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法，其特征在于：构造出最大化优化模型，计算出最佳投影方向。其投影指标函数优化模型如下：

7.根据权利要求6所述的一种参与有序用电的用户负荷调控价值评估方法，其特征在于，所述步骤S3中，利用物元可托确定经典域、节域与待评物元，计算待评用户物元关联函数值最后对用户参与有序用电的价值进行综合评判。