削峰填谷最優時基于DSM分時電價的確定與分析

作為用戶側電價的一種，分時電價目前在世界各國得到了廣泛的應用，而且分時電價是需求側管理(DSM，Demand Service Management)的一種重要手段。分時電價可以刺激和鼓勵用戶主動改變消費行為和用電方式，達到削峰填谷的目的，從而提高電力系統的運行效率和穩定性。建立削峰填谷最優時基于DSM分時電價的數學模型，利用數值仿真驗證了該分時電價的削峰填谷作用，與文獻[5-6]仿真結果進行了比較，得出了本文確定的分時電價的優缺點,對本文分時電價數學模型的應用進行了構想。
關鍵詞：分時電價；需求側管理；削峰填谷；數值仿真

Determination and Analysis of TOU (Time-Of-Use) Power Price Based on DSM (Demand Service Management) When Load Shifting Optimized

Wu Qiu-wei1,Wang Lei2, Cheng Hao-zhong1

( 1. Department of Electrical Engineering Shanghai Jiaotong University 200030 2. Nanjing Power Supply Nanjing 210094)

Abstract: As one of power prices to consumers, TOU power price is widely used in the world and is one important method in DSM. TOU power price can motivate power consumers to adjust their mode of power using and can keep power load in a stable condition. Thus efficiency and stability of power systems can be improved. In this paper a new mathematical model of TOU power price is developed when effect of load shifting is optimized based on DSM. Numerical simulation is made using MATLAB. It is verified that using TOU power price in this paper can accomplish the goal of load shifting. Merits and defects of TOU power price determined in this paper are obtained by comparing with simulation results in paper 5 to paper 6. Realistic application of TOU power price mathematical model is forecasted.
Keywords: TOU power price DSM load shifting numerical simulation

0 引言
電價理論是電力市場的核心理論[1]。在電力市場環境下，確定合理的用戶側電價，可以使用戶積極參與電力工業改革，調整用電方式和用電結構，使負荷保持在一個比較平穩的狀態，提高電力系統運行效率和穩定性。作為用戶側電價的一種，分時電價目前在世界各國得到了廣泛的應用，而且分時電價是需求側管理的一種重要手段。在我國，DSM和分時電價也得到了廣泛的研究。文獻[2]和[3]認為我國目前實行實時電價的條件不具備，但實行分時電價是必不可少的。文獻[4]主要針對江蘇省實行分時電價后大工業用戶的響應進行了分析，認為實行分時電價具有一定的負荷調節效果。文獻[5]提出了用戶反應的概念來描述電價對負荷的影響，并提出了基于DSM的分時電價的數學模型，但它們均未涉及平時段電價的確定問題。文獻[6]對平時段電價的確定進行了探索性研究，提出了用MCP計算的平均購電電價來確定平時段電價，將文獻[5]的工作拓廣到與電力市場報價端相關聯的模型研究，從一個可行的途徑將分時電價市場化，得到適應電力市場條件的分時電價體系。但是，由于MCP對平時段電價的限制，文獻[6]確定的分時電價不能得到使削峰填谷最優的平時段電價。從電力系統角度來考慮，要盡可能地減小峰負荷和提高谷負荷，這樣才能最大可能地提高電力系統運行效率和穩定性。因此，本文對削峰填谷效果最優時分時電價的確定進行了研究，提出了削峰填谷效果最優時分時電價數學模型，利用MATLAB進行了數值仿真，驗證了該數學模型確定的分時電價的削峰填谷作用，并與文獻[5－6]仿真結果進行了比較，得出本文確定的分時電價的優缺點。

1 基于DSM與用戶購電費用的分時電價數學模型
本文仍采用文獻[6]中用戶反應定義和數學模型描述電價對負荷的控制作用。
1.1 基本假設與參量的設定
1.1.1 基本假設
(a) 實行分時電價前后每天的總用電量保持不變。
(b) 調整到某一時段的電量按時間軸平均分配。
(c) 文中只考慮了價格對用戶需求的影響，其他因素的影響需進一步研究；同樣文中只考慮了用戶需求對價格的影響，其他因素(如燃料價格)對價格的影響暫時忽略。
根據國外實行需求側管理的經驗，在實行需求側管理后，一般用電量略有增加或基本保 持不變，因而假定實行分時電價前后用電量保持不變是合理的。與[4-6]一樣，假設(b)、尤其是假設(c)是為了使本文的討論得以順利進行所作的簡化性假設，特別的消除假設(c)是一個十分重要的問題，有待進一步的研究。
1.1.2 參量的設定
1) 時段的劃分
我們將一天24小時劃分為3類時段：Tf、Tp、Tg,滿足：
Tf+Tp+Tg=24 (1)
其中：Tf峰時段；Tp平時段；Tg谷時段
在本文中，我們假定時段劃分確定，根據負荷曲線中負荷的分布來進行時段劃分。時段劃分的具體數值為：
峰負荷時段：8:00～12:00(峰1)，18:00～22:00(峰2)；平負荷時段：12:00～18:00(平1)，22:00～24:00(平2)；谷負荷時段：0:00～4:00(谷1)，4:00～8:00(谷2)。
2) 電價的確定
峰、平、谷時段的電價分別為：Pf、Pp、Pg。滿足：

其中：Δ 為谷時段電價對平時段電價的拉開度；ξ為峰時段電價對平時段電價拉開度與谷時段電價對平時段電價拉開度的 比值。
3) 用電量
某負荷代表日的負荷曲線為L=L(t)(0≤t≤24),則：

其中：Q全天用電量；Qf 峰時段的用電量；Qp為 平時段的用電量；Qg為 谷時段的用電量
1.2 分時電價數學模型
本文根據DSM的總體目標和經濟學中的會計學原理，從供需兩側出發建立了分時電價模型。
1) 供方獲利
實行分時電價前供電方的銷售收入為：


其中：QfTOU、QpTOU、QgTOU為實行分時電價后峰、平、谷時段的用電量
實行分時電價后供電方通過削峰可以節約的電力建設投資為M′。
供電方獲利的約束條件是：

2) 用戶端受益

即

3) 優化目標
盡可能減小峰負荷，提高谷負荷，從而提高電力系統的負荷率、電力系統的運行效率和穩定性，并且盡可能減少用戶購電費用，從而達到社會效益最優的目的。因此，目標函數為：
目標函數1：