考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法及装置与流程

本发明涉及电力技术领域，更具体地，涉及考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法及装置。

背景技术：

可中断负荷是指在用电高峰时段或紧急状况下出现电力供应不足的情形时，电力部门可根据与中断负荷的电力用户签订的协议，可暂时减少或中断该用户的用电负荷，以促成在用电高峰时段的电力供求平衡。用户按照合同规定减少或中断用电负荷后，电力部门给予用户一定的经济补偿。

随着电网可靠性也不断提高，电网投资费用也相应增加，从而导致电价和经济费用的升高；反之，较低的可靠性提供较低电价的电能，但停电事故的发生也会造成极大的经济损失。因此，提高电网的供电可靠性虽然会增加投资，但其也存在对应的经济效益，如停电损失费用的减少，可中断负荷的需求减少等，进而导致规划项目的总成本降低。

因此，在建立电网投资规划时，如何考虑可中断负荷的参与，寻找可靠性提升时其成本和效益的平衡点，已经成为了一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法及装置，用于解决上述问题或者至少部分地解决上述问题。

第一方面，本发明实施例提供考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法，根据预设投资优化模型确定电网的最优可靠性，其中，所述预设投资优化模型的目标函数为第一函数与第二函数的和，所述第一函数是用于电网可靠性提升的投资成本函数，所述第二函数是用于表示可中断负荷成本变化量的函数；

根据所述电网的最优可靠性确定所述最优可靠性对应的最优投资额；

根据所述最优投资额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化。

第二方面，本发明实施例提供考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化装置，包括：

分析模块，用于根据预设投资优化模型确定电网的最优可靠性，其中，所述预设投资优化模型的目标函数为第一函数与第二函数的和，所述第一函数是用于电网可靠性提升的投资成本函数，所述第二函数是用于表示可中断负荷成本变化量的函数；

计算模块，用于根据所述电网的最优可靠性确定所述最优可靠性对应的最优投资额；

优化模块，用于根据所述最优投资额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化，以得到投资优化结果。

第三方面，本发明实施例提供的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如第一方面所述考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法。

本发明实施例提供的考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法及装置，通过预设投资优化模型确认电网的最优可靠性和其对应的最优投资额，找到了电网的可靠性提升时成本和效益的平衡点，对电网投资进行了优化。

附图说明

图1为本发明实施例提供的考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法流程图；

图2为本发明实施例提供的电网可靠性和成本效益关系图；

图3为本发明实施例提供的考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化装置结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明实施例提供的考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法流程图，如图1所示，包括：

步骤s1，根据预设投资优化模型确定电网的最优可靠性，其中，所述预设投资优化模型的目标函数为第一函数与第二函数的和，所述第一函数是用于电网可靠性提升的投资成本函数，所述第二函数是用于表示可中断负荷成本变化量的函数；

步骤s2，根据所述电网的最优可靠性确定所述最优可靠性对应的最优投资额；

步骤s3，根据所述最优投资额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化，以得到投资优化结果。

在步骤s1中，具体的，预设投资优化模型的目标函数为电网可靠性提升的投资成本和因可靠性变化造成的可中断负荷成本变化量的和；投资优化模型的目标函数为：

本发明实施例还提供约束上述目标函数的约束条件，具体地，供电总成本约束为：

c′≤c；

可靠性目标约束为：

ps≤p；

可靠性提升措施的投资约束为：

可靠性提升措施的比例约束为：

各节点可中断负荷约束为：

pi≤cili；

i≥1；

其中，ci(δr)为任一可靠性提升措施的投资成本函数；δr表示可靠性的变化；δim表示可靠性改善措施的投资；m表示每个可靠性改善措施的投资；s表示可靠性改善措施的全部；δi表示可靠性改善措施的比例；δρicili表示可中断负荷点i的可靠性提升措施的可中断负荷成本；δρi表示可中断负荷点i的可中断负荷电价因可靠性变化引起的变化量；cili为可中断负荷节点i上用户可接受的可中断负荷容量最大值；pi表示可中断负荷节点i上用户实际被中断的负荷量；i表示用户；c′表示实际供电成本，c表示计划供电成本；p表示实际系统可靠性，ps表示目标可靠性。

在步骤s2中，根据所述电网的最优可靠性确定所述最优可靠性对应的最优投资额具体为，若所确定的最优可靠性为r0，则最优投资额为：

其中，m、m、n和n均为大于零的常数，r0为电网最优可靠性；从而确定电网的最优可靠性和该最优可靠性对应的最优投资额。

在步骤s3中，根据最优投资额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化，以得到投资优化结果。

基于对可靠性提升措施成本效益的分析是指，根据增量分析法将最优投资额分配到各个电网可靠性提升措施中，以确定具体投资方案。

本发明实施例中所描述的电网可靠性提升措施包括优化网架结构、更换老旧设备、变电站扩容和新建线路等。

本发明实施例中描述的基于对可靠性提升措施成本效益的分析具体为，首先将最优投资额和各个可靠性提升措施结合增量分析法进行分析：

其中，nm为边际量；δf(x)、δx分别代表两种相互关联的微增量。

然后将分析后的数据进行可靠性成本效益增量分析，在该可靠性成本效益增量分析时应当考虑电网可靠性提升前后的成本增量和效益增量：

其中，f(r)为表示电网可靠性提升的投资成本的第一函数；g(r)表示可中断负荷成本变化量的第二函数；r1为改造前可靠性指标，r2为改造后可靠性指标。

然后得到各个不同投资金额分配方法的成本效益比：

其中，δf(r)为电网可靠性改善所需的成本增量，δg(r)为电网可靠性改善后的效益增量。

根据不同投资金额分配方法的成本效益比，进而对电网投资进行优化，最终确定最合理的投资金额分配方法。

本发明实施例通过预设投资优化模型确认电网的最优可靠性，然后根据最优可靠性确定其对应的最优投资额，找到了电网的可靠性提升时成本和效益的平衡点，并基于对可靠性提升措施成本效益的分析，得到最合理的投资金额分配方案，实现电网投资的优化。

在上述实施例的基础上，所述根据预设投资优化模型确定电网的最优可靠性，包括：

根据所述预设投资优化模型的目标函数建立回归模型；

将所述回归模型线性化后得到第三函数；

将所述第三函数结合回归法和最小二乘法，确定电网的最优可靠性。

图2为本发明实施例提供的电网可靠性和成本效益关系图，如图2所示，c(r)为目标函数，f(r)为用于电网可靠性提升的投资成本的第一函数，g(r)为表示可中断负荷成本变化量的第二函数，从图中可见，电网的投资额一般只有在电网可靠性提升的投资成本和可中断负荷成本变化量成本的交点处才是最佳投资额，此时r0为电网的最佳可靠性。

且电网总投资额与电网可靠性之间应满足以下条件：

表示电网可靠性提升的投资成本的第一函数为单调递增函数；

表示可中断负荷成本变化量的第二函数为单调递减函数；

电网总投资额在某一电网可靠度r0处存在一个最优值c(r)min；

在一定条件下，当电网可靠性r＞r0时，则电网可靠性提升的投资成本f(r)占优势地位，当电网可靠性r＜r0时，则表示可中断负荷成本变化量的第二函数g(r)占优势地位。

根据该目标函数建立回归模型如下所示：

其中，m、m、n和n均为大于零的常数，r为电网可靠性。

该回归模型满足了上述电网总投资额与电网可靠性之间应满足的条件，从而可以得到电网的最佳可靠度。

由于本发明实施例中的回归模型是非线性模型，因此，要对该回归模型先线性化得到第三函数，再进行线性回归分析来确定模型参数的值，然后运用统计学中的回归分析的最小二乘法得出回归模型中各个参数的值；

从而得到电网的最优可靠性r0为：

其中，m、m、n和n均为大于零的常数。

最后可以根据最优可靠性r0得到其对应的最优投资额。

本发明实施例通过预设投资优化模型的目标函数建立回归模型，从而确定电网的最优可靠性，以得到其对应的最优可靠性，从而对电网投资进行优化。

在上述实施例的基础上，在所述根据预设投资优化模型确定电网的最优可靠性前，所述方法还包括：

根据可靠性提升措施的投资成本和用户平均停电时间的变化量确定所述第一函数；

根据可中断负荷节点上因电网可靠性变化引起的可中断负荷电价变化量和可中断负荷节点上用户可接受的可中断负荷的最大容量确定所述第二函数；

根据所述第一函数和第二函数确定所述目标函数。

本发明实施例中所描述的可靠性提升措施的投资成本是针对电网中不同类型所代表的可靠性不足，所采取的可靠性提升措施的投入，从而实现电网可靠性的提升，可靠性提升措施例如优化网架结构、更换老旧设备、变电站扩容、新建线路等。

用户平均停电时间的变化量是指，在未采取可靠性提升措施时电网用户的第一平均停电时间与在采取可靠性提升措施时电网用户的第二平均停电时间之间的差值。

本发明实施例中所描述的可中断负荷节点上因电网可靠性变化引起的可中断负荷电价变化量是指可中断负荷节点上在未采取可靠性提升措施时电网的第一可靠性，与可中断负荷节点上在采取可靠性提升措施时电网的第二可靠性之间的差值。

可中断负荷节点上用户可中断负荷的最大容量，是指可中断负荷节点上，电网中用户可接受的最大可中断负荷容量。

本发明实施例中所描述的确定目标函数是指确定第一函数和第二函数后，将第一函数与第二函数进行相加从而得到目标函数。

本发明实施例通过确定第一函数和第二函数从而确定目标函数，有利于后续投资优化的进行。

在上述实施例的基础上，确定所述第一函数包括：

根据电网可靠性提升前的第一停电时间和电网可靠性提升后的第二停电时间之间的差值确定用户平均停电时间变化量；

根据所述用户平均停电时间变化量，确定所述第一函数。

本发明实施例中所描述的第一函数为：

其中，ci(δr)为任一可靠性提升措施的投资成本函数；δr表示电网可靠性的变化量；

ci(δr)＝hi(δr)；

其中，hi(δr)表示可靠性提升措施的投资成本与用户平均停电时间的减少之间的函数关系，用来表达各种可靠性提升措施的投资和可靠性改善关系的函数关系；其可以采用曲线拟合的方法，统计可靠性提升措施对应的投资成本和其改变用户停电数据而得到。

结合电网的可靠性r与用户平均停电时间t的时间关系为：

于是，考虑：

其中，nj表示第j类用户的总数；τj表示第j类用户的平均停电时间。

根据用户平均停电时间变化量确定第一函数，具体为，首先确定第一函数中任一可靠性提升措施的投资成本函数为：

ci(δr)＝hi(δr)＝hi(t0-ti)；

然后根据该任一可靠性提升措施的投资成本函数确定第一函数为：

其中，r表示电网的可靠性，t表示电网用户的平均停电时间，t0、ti表示可靠性改善前后的用户平均停电时间，即t0、ti分别为第一停电时间和第二停电时间。

本发明实施例通过电网用户的平均停电时间变化量，从而确定第一函数，有利于后续投资优化的进行。

在上述实施例的基础上，根据停电损失评价率确定停电损失成本，所述停电损失评价率通过故障列举法或近似求解法计算得到；

根据所述停电损失成本，结合委托代理机制定价法得到电网可靠性变化引起的可中断负荷电价变化量；

根据所述可中断负荷电价变化量和可中断负荷节点上用户可接受的可中断负荷的最大容量得到所述第二函数。

本发明实施例中停电损失评价率确定停电损失成本是指读取电网系统中的数据后，将电网用户分为商业用户、工业用户和民用用户；然后再用故障列举法或近似求解法，结合分类后的数据得到分类用户损失函数scdf；

然后，根据分类用户损失函数scdf得到综合用户损失函数ccdfi：

其中，e为某节点i上的用户分类的总数；scdfj(t)为第j类用户停电时长t的损失；pj为第j类用户的负荷总值。

根据综合用户损失函数ccdf得到停电损失评价率ieari：

其中，n为停电的总次数；λiu为第u次停电中的故障率；riu为第u次停电中的停运时间；li为节点i处的平均负荷；c(riu)为负荷点i的综合用户缺电成本函数，c(riu)随停电时间的不同而发生变化。

根据停电损失评价率计算停电损失成本：

本发明实施例还提供约束上述停电损失成本函数的约束条件，具体为：

δeensk＝eens1-eens2≤0；

eensk＝∑lk·t；

其中，ieari为可中断负荷节点i的停电损失评价率(元/kwh)；δeensk为可中断负荷节点k，可靠性改善减少的电量不足期望值；eens2为电网可靠性改善前的电量不足期望值；eens1为电网可靠性改善后的电量不足期望值；t为第k个可中断负荷节点的停电持续时间；lk为第k个可中断负荷节点的平均负荷量。

然后根据求得的停电损失成本确定采用委托代理机制定价法计算可中断负荷电价的相关系数，计算可靠性提升而引起的可中断负荷电价变化量；具体的，根据求得的停电损失成本结合预设激励优化模型来确定真实电价，然后根据预设规则判断该真实电价是否满足用户的约束要求和电网系统的约束要求，若该真实电价均满足用户和系统的约束要求，则根据该真实电价制定可中断负荷电价。

根据上述方法我们可以计算不同电网可靠性的停电损失成本，从而得到电网可靠性变化所引起的可中断负荷电价变化量；

然后根据电网可靠性变化所引起的可中断负荷电价变化量和可中断负荷节点上用户可接受的可中断负荷的最大容量得到所述第二函数：

本发明实施例还提供约束上述第二函数的约束条件，具体为：

δρk＝ρ1-ρ2≤0；

pc≤cilk≤pk；

其中，ρi为可中断负荷节点的电价，单位为元/kwh；δρk为可中断负荷节点k可靠性改善后减少的可中断负荷电价；ρ2为电网可靠性改善前的可中断负荷电价；ρ1为电网可靠性改善后的可中断负荷电价；pc表示第k个可中断负荷节点的实际中断负荷量；pk为第k个可中断负荷节点的全部负荷量。

本发明实施例通过确定停电损失成本从而确定电网可靠性变化引起的可中断负荷电价变化量，进而得到第二函数，有利于后续投资优化的进行。

在上述实施例的基础上，所述目标函数为：

其中，为所述第一函数，为所述第二函数；ci(δr)为任一可靠性提升措施的投资成本函数；δρi表示可中断负荷点i的可中断电价因电网可靠性变化引起的变化量；cili为可中断负荷节点i上的用户可接受的可中断负荷容量最大值。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

根据预设投资定额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化，以获得预设投资定额下的投资方案。

本发明实施例中所描述的预设投资定额是指可以根据实际需求来具体设定预设投资定额的值。

本发明实施例中，根据预设投资定额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化的具体步骤，与上述实施例s3中，根据所述最优投资额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化的具体步骤类似，此处不再赘述。

本发明实施例通过增量分析法，得到预定投资定额时投资分配到各个可靠性提升措施时得到电网最高可靠性提升，从而对电网投资进行优化，获取预设投资定额下的投资方案。

图3为本发明实施例提供的考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化装置结构示意图，如图3所示，包括分析模块301、计算模块302和优化模块303；其中，分析模块301用于根据预设投资优化模型确定电网的最优可靠性，其中，所述预设投资优化模型的目标函数为第一函数与第二函数的和，所述第一函数是用于电网可靠性提升的投资成本函数，所述第二函数是用于表示可中断负荷成本变化量的函数；

其中，计算模块302用于根据所述电网的最优可靠性确定所述最优可靠性对应的最优投资额；其中，优化模块303用于根据所述最优投资额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化。

本发明实施例提供的考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化装置是用于执行本发明上述各方法实施例，具体的流程和详细介绍请参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例通过预设投资优化模型确认电网的最优可靠性和其对应的最优投资额，找到了电网的可靠性提升时成本和效益的平衡点，对电网投资进行优化。

图4为本发明实施例提供的一种电子设备结构示意图，如图4所示，该设备可以包括：

处理器(processor)410、通信接口(communicationsinterface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行如下方法：根据预设投资优化模型确定电网的最优可靠性，其中，所述预设投资优化模型的目标函数为第一函数与第二函数的和，所述第一函数是用于电网可靠性提升的投资成本函数，所述第二函数是用于表示可中断负荷成本变化量的函数；根据所述电网的最优可靠性确定所述最优可靠性对应的最优投资额；根据所述最优投资额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化，以得到投资优化结果。

此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据预设投资优化模型确定电网的最优可靠性，其中，所述预设投资优化模型的目标函数为第一函数与第二函数的和，所述第一函数是用于电网可靠性提升的投资成本函数，所述第二函数是用于表示可中断负荷成本变化量的函数；根据所述电网的最优可靠性确定所述最优可靠性对应的最优投资额；根据所述最优投资额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化，以得到投资优化结果。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令使计算机执行上述实施例所提供的考虑电网中可中断负荷参与的可靠性投资优化方法，例如包括：根据预设投资优化模型确定电网的最优可靠性，其中，所述预设投资优化模型的目标函数为第一函数与第二函数的和，所述第一函数是用于电网可靠性提升的投资成本函数，所述第二函数是用于表示可中断负荷成本变化量的函数；根据所述电网的最优可靠性确定所述最优可靠性对应的最优投资额；根据所述最优投资额和基于对可靠性提升措施成本效益的分析，进行投资优化，以得到投资优化结果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。