一种基于需求响应的配电网供电可靠性评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力供电系统技术领域，具体涉及一种基于需求响应的配电网供电可 靠性评估方法。 技术背景
[0002] 配电系统作为直接与用户相连的部分，直接影响着用户正常供电，其在安全、可 靠以及经济供电方面发挥着重要作用。需求侧响应(尤其是分时电价机制）的引入，改变了 电力用户的传统用电模式，使其更积极的参与到电力系统的削峰填谷的行为中去，从而减 少电力损耗，通过需求侧响应实现双向互动等优势，能有效的提高配电网的供电可靠性。然 而，配电网可靠性评估算法的研究相对比较滞后，现有方法无法体现需求侧响应的引入对 其的影响。
[0003]目前，配电网的供电可靠性评估算法多主要有解析法和蒙特卡罗模拟法两种方 法。这两种方法都是在单一负荷水平（峰值负荷或平均负荷）下进行可靠性评估的，这就导 致了评估结果的精度大大降低。
[0004] 配电系统作为直接与用户联系的部分，其供电质量、供电可靠性等方面极易受到 用户负荷变化的影响。特别是现在负荷曲线峰谷差值在逐渐拉大。恒定负荷水平下的可靠 性评估方法就受到了较大的限制。而且，随着需求侧响应技术的发展，电力部门通过各种激 励手段引导用户用电并参与到电力系统的削峰填谷行为中去，进而改善负荷曲线，提高配 电网的供电可靠性。现有的可靠性评估方法不能很好地计及需求响应技术的实施对配电网 供电可靠性的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明的发明目的就在于提供一种基于需求响应的配电网供电可靠性评估算法。 需求侧响应的实施可以降低电力系统的峰谷差值，通过分时电价机制，以电价为经济杠杆 改善负荷曲线，从而达到提高配电网供电可靠性的效果。
[0006] 本发明给出了分时电价对负荷曲线的修正过程，并采用计及负荷变化的基于二分 法聚类负荷分析的可靠性评估算法。该方法有效的解决了基于需求响应的配电网供电可靠 性评估问题。
[0007] 本发明的技术方案为：一种基于需求响应的配电网供电可靠性评估算法，其实现 过程分为四个步骤： 第一步：建立基于分时电价的需求响应模型； (1)时段划分 作为峰谷分时电价的定价基础，峰谷时段划分必须能够正确的反映出实际负荷曲线的 峰谷特性，并可以有效的与电力需求相衔接。峰谷时段的划分大致可分为三步：首先，按照 运行状况运用模糊聚类方法将系统运行划分为峰时段4、谷时段7；#平时段个基础 时段；然后，通过对比各时段区间分界时刻点电力用户负荷曲线比重结构特征的变化情况， 评估各时刻点的电力用户分时电价的响应程度；最后，融合各时刻点需求相应评估结果，修 正调整基础时段划分区间。
[0008] (2)价格弹性系数 电力价格弹性系数是电力需求量变动对价格变动的反应程度，即电力需求量的变化率 与电力售价变化率的比值。如式（1)所示：
式中，祕代表电力需求改变量，代表电力需求量，驶代表用户电价改变量，r代表用 户电价。
[0009] 执行峰谷分时电价后，用户在某一时段的电力需求不仅受当前电价水平的影响， 而且还要受到其他时段的电价水平的影响。用户的电量在各时段之间是由替代效应的。因 此根据峰、平、谷三时段的电量分配和电价设置，形成的等式形式中含有峰谷电力价格弹性 矩阵，如下式（2)所示：
，分别表示峰、平、谷三个时段的电力电量改变量；
分别表示峰、平、谷三个时段的用户电价改变量； 在峰谷电力弹性矩阵中，由于不同时段的电力商品之间为互补关系，因此，弹性矩阵中 自弹性系数为正值，而交叉弹性系数为负值。各弹性系数数值的大小可利用多元回归分析 原理，通过统计大量历史数据值求得。
[0010](3)引入分时电价后的负荷修正量 分时电价的实施不仅使用户降低自身的用电量，最重要的还是将电力负荷从高电价时 段转移到低电价时段，起到削峰填谷的作用，电力电量改变量如上式（2)所示，进而可得到 相应的负荷的改变量如下式（3)所示：
.为相应的小时数；g:i#和:_?分别为实施峰谷分时电价 前后的第?个小时的负荷。
[0011] 第二步：建立改进的基于需求响应的负荷优化模型； (1)优化目标 传统的分时电价优化模型一般以峰谷负荷差最小、供电方收益最大、用户受益最大等 为优化目标函数。而现有的目标函数中决策变量一般只考虑时间，而电价差的大小最直接 的体现就是用户对分时电价的响应程度，差值过大会降低供电方的收益，差值过小又会降 低用户的参与度，为此需建立一个考虑电价差的分时电价优化模型。
[0012] 为考虑分时电价对配电网供电可靠性的影响，在建立分时电价优化目标的时候应 考虑到峰谷负荷差对其影响。电力负荷峰谷差的增大会增加用户的年平均停电时间及年平 均停电电量，使配电网的可靠性指标恶化。为此需建立一个考虑峰负荷值最小及峰谷负电 量荷差值最小的多目标优化函数： 峰负荷最小值为
峰谷负荷差最小值为
其中，0是用户的用电量，堤该时段的持续时间，爹代表谷时段电价和平时段电价的差 值，#代表峰时段电价和平时段电价的差值。
[0013] (2)约束条件 约束条件主要考虑电网及和电力市场的基本约束条件，主要包括供电方收益、用户侧 受益、用电总量不变，谷成本低于边际成本等。
[0014] _供电方收益： 实施需求求响应后，必将起到削峰填谷的作用，这会大大降低供电方的发电成本。实施 需求响应前后供电方收益关系如下式所示：
表示利益转让系数，表示因为削峰作用引起的供电减少而可以接受的利 益转移百分比表示分时电价实施后的供电方收益1?表示实施分时电价前的供电收 M〇
[0015] 雜用户侧受益： 由于需求响应的实施效果很大一部分取决于用户的参与情况，为此，需给予用户一定 的补偿才能有效保证需求响应的效果，即用户参与需求响应后的平均价格是至少不能增加 的：
式中，表示用户参与需求响应后的用户平均价格表示未实施需求响应是的 用户平均价格。
[0016] 義用电总量不变 为了方便计算，可假设用户实行峰谷分时电价之后前后的用电量是保持不变的。
式中，和分别表示峰、平、谷时段的用电量；表示实施需求响应前 的用户用电量。
[0018] _边际成本约束： 在谷时段时，电价不应该低于谷时段供电的边际成本：
式中，&表示谷时段时的电价：??表示谷时段供电的边际成本 ⑤价格序关系约束： 峰时段的电价应该高于平时段的电价，平时段的电价应该高于谷时段的电价，即：
式中，0和分别表示峰、平、谷时段的电价。
[0019] 当决策变量、目标函数和约束条件都确定之后，分时电价优化问题便随之确定。通 过上述描述的时段划分、电力价格弹性矩阵确定和电价优化问题即建立起了一套完整的峰 谷分时电价优化模型。
[0020] 该优化问题的求解是采用模糊优化理论对峰谷分时电价模型进行连续优化，综合 考虑各个单目标最优解和多目标满意解之间的相互关系，寻求得到使各个目标都尽可能处 于较优状态的最客观的峰谷分时电价。
[0021] 第三步：对优化后的负荷曲线，利用二分法进行优化分级，并求出最佳分级数； (1)模型的显著性水平 最优的分级、聚类方案应该达到如下的效果：各个负荷级之间差值较大、同一负荷级内 各负荷点之间的差值较小。根据概率统计理论，可以用显著性水平来表征分级、聚类方案的 好坏。模型的显著性水平越高，说明分级、聚类的效果越好。因此本文定义如下指标： 模型的显著性水平:f4:
其中，(63?为负荷级间距尚的最小值；__:衡为同一负荷级内各个负荷点的标准差的最大 值。感、::_可根据式（！2)、（！3)计算得到。
[0022] 假设年负荷曲线的外小时负荷点被分为％;个负荷级，第i负荷级的负荷值为 ?4.，负荷点数目:??、负荷点集合为\，则：
其中，g= 它表示第I满负荷级与第f负荷级之间的距离，'取其中的最 小值。
，它表示第|负荷级的级内标准差，取其 中的最大值。
[0024] (2)模型的最佳分级数 分级、聚类的效果可以用模型的显著性水平来评价，把模型显著性水平最高的分级、聚 类方案作为最终负荷模型，对应的分级数为模型的最佳分级数。
[0025] 为了快速地确定最佳分级数本文采用二分法的原理进行查找： 假设年负荷曲线的Ν个小时负荷点的最小分级数为_: