高載能負荷峰谷分時電價優化研究

汪寧渤

高載能負荷峰谷分時電價優化研究

汪寧渤

汪寧渤1李 津1薛婷婷2劉彩霞2

1.甘肅省電力公司風電技術中心；2.蘭州理工大學電氣工程與信息工程學院

引言

目前需求側管理（DSM）在國內外得到了廣泛的應用，它通過價格的訊息，讓消費電力的機構采用了合理的用電方式以及用電結構。DSM中有效的措施之一就是峰谷分時電價（Time- of- use），是供電部門根據電網的負荷特性確定高峰段、低谷段、平時段的，根據不同的用電時段來規定不同的電價，即用電高峰期價格上升，用電低谷期價格降低，在經濟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到削峰填谷的目的。首先需要確定的負荷曲線，才可以進行準確的電價計算，同時可忽略定價后負荷的變動。實際上，負荷是隨電價的變化而變化的，即負荷被電價控制著。因此，電力系統的運行與預期運行最優方式有所差異。根據上述對電價的理解，本文提出了基于DSM分時電價的數學模型，得到了合理的電價算法。

高載能負荷電價數學模型

文中的電價數學模型是根據下面的假設提出的：

（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整用電方式，來確定合理的電價，達到削峰填谷的目的，使負荷曲線形狀合理的變化。文中將1d的24h進行峰谷時段劃分，假設共有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：

高載能負荷對峰谷電價的反應

1）峰值時段的反應

w1j：實施前j 負荷的高峰用電量；

w1j'：實施后j 負荷的高峰用電量；

2）平值時段的反應

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

w11j：負荷j 從高峰段移動到平值段的耗電量。

w2j'：實施后j負荷的平值段耗電量。

3）谷值時段的反應

由上文的假設（1）可得，實施分時措施后，負荷在低谷段的耗電量變為：

w3j'：實施措施后j 負荷的低谷段耗電量。

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成本，電力消費者減少支出，使DSM合理得到應用。

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

實行峰谷電價后，節省的電力投資為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在谷值段的邊際成本。

ce--電力系統在低谷段的邊際成本。

4）優化目標

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，來提高電力系統的負荷率，并使電力系統更穩定。

設在fi模型下實施峰谷電價后電力系統的日負荷曲線為Pfi，采取雙目標規劃來對日負荷曲線最大峰負荷和峰谷差進行優化，則目標函數為：

其中：

仿真計算

取2014年甘肅電網一組典型日負荷數據，實施峰谷分時電價前平均電價為系統在低谷段的邊際成本為設實施峰谷電價后平時段的負荷電價與實行前的平均電價基本保持，實行前最大負荷、最小負荷是：

根據優化模型，對于不同的時段劃分進行仿真，得到最優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，負荷曲線通過采取最優時段和電價制定的方法有所改進，使負荷曲線變平滑，并且最大負荷有了明顯下降，在一定程度降低了峰谷差，同時提高了電力系統的穩定運行以及經濟水平。

圖1 日負荷曲線

結語

論文分析了對于供電企業和用戶實施峰谷分時電價的意義，詳細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進行建模，并結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最優時段劃分；②的分時電價定價方法。進行仿真，得到下列結論：

（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，可以調整負荷曲線。

（2）與以前相比較，峰時段的時間從8h變為為6h。這符合高峰時段應盡量縮短的峰谷分時電價的原則。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.009