（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）杭州地區(qū)可中斷負(fù)荷管理模式的研究.pdf

獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果 據(jù)我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其 他 人己 經(jīng) 發(fā) 表 或 撰 寫 過 的 研 究 成 果 也 不 包 含 為 獲 得 衛(wèi)應(yīng)大崖 上 或 其 他 教 育 機(jī) 構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn) 均已在論文中作了明確的說明并表示謝意 學(xué)位論文作者簽名 簽字日期 年月日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本 學(xué) 位 論 文 作 者 完 全 了 解 絲些暨色 有 關(guān) 保留 使 用 學(xué) 位 論 文 的 規(guī) 定 有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 允許論文被查閱和 借閱 本 人 授 權(quán) 當(dāng)全可以 將 學(xué) 位 論 文的 全 部 或 部 分內(nèi) 容 編 入 有 關(guān) 數(shù) 據(jù)庫 進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編學(xué)位論文 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書 學(xué)位論文作者簽名 導(dǎo)師簽名 簽字日期 年月日簽字日期 年月日 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向 工作單位 通訊地址 電話 郵編 浙江大學(xué)碩 1 一 學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 引言 隨著市場觀點(diǎn)逐漸引入電力系統(tǒng) 系統(tǒng)對需求側(cè)的觀點(diǎn)也發(fā)生改變 用電方 不再是物理意義上的負(fù)荷而是作為消費(fèi)者的用戶 中止這樣的服務(wù)不是單純拉閘 限電而需要給予用戶一定的補(bǔ)償 系統(tǒng)運(yùn)行是需要對用戶側(cè)的負(fù)荷特性 用電效 益 停電 意愿等因素加以考慮 這促使電力系統(tǒng)引入需求側(cè)管理 需求 側(cè)管理 d e m a n d s i d e ma n a g e m e n t d s m 又 稱需 求方管理 是 美 國 學(xué)者里 wg e l l i n s 于1 9 8 1 年首次 提出的 用于電力公司工作計(jì)劃 執(zhí)行和監(jiān) 督 的管理模式 其含義是 電力公司作為供應(yīng)側(cè) 采取有效的激勵和誘導(dǎo)措施以及 適宜的運(yùn)作方式 與用戶協(xié)力改變用電方式 提高終端用電效率 為減少電量消 耗和電力需求 實(shí)現(xiàn)最低成本電力服務(wù)所進(jìn)行的運(yùn)營管理活動 電力需求側(cè)管理與傳統(tǒng)的負(fù)荷管理不同 它不是電力部門單方面管理負(fù)荷 而是調(diào)動用戶積極參與 并強(qiáng)調(diào)以優(yōu)質(zhì)服務(wù)滿足用戶的用電要求 改變用電方式 是將負(fù)荷從電網(wǎng)高峰時段削減或者轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)低谷時段 改變電力需求在時序上 的分布從而有效地降低峰荷 提高用電效率是通過鼓勵用戶采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè) 備來達(dá)到 需求側(cè)管理能取得的效益包括直接經(jīng)濟(jì)效益 如 緩解電源開發(fā)和電 網(wǎng)建設(shè)帶來的投資矛盾 降低用戶的電費(fèi)開支 減少燃料進(jìn)口并抑制燃料價格的 波動等 和間接效益 如 減少環(huán)境污染 促進(jìn)節(jié)能產(chǎn)品市場的開發(fā)和發(fā)展 確 保國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展等 它的內(nèi)容主要可以概括為以下幾個方面 1 負(fù)荷管理 2 戰(zhàn)略能源 3 新用電服務(wù)項(xiàng)目 4 電氣化 5 用戶自 備電 源 本文研究的 可中斷負(fù)荷管理 就是負(fù)荷管理的一個重要組成部分 浙江大學(xué)碩 f 一 學(xué)位論文 1 2 可中斷負(fù)荷的概念 可中斷負(fù)荷是指在電網(wǎng)高峰負(fù)荷時段或緊急狀況下 用戶負(fù)荷中可以中斷的 部分 可中斷負(fù)荷通常通過經(jīng)濟(jì)合同 協(xié)議 實(shí)現(xiàn) 它由電力公司與用戶簽訂 在系統(tǒng)峰值時和緊急狀態(tài)下 用戶按照合同 協(xié)議 規(guī)定中斷和削減負(fù)荷 電力 公司給予用戶一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償 若經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償適當(dāng)則能激發(fā)各種類型用戶在系統(tǒng)高 峰時減少用電 從而改變負(fù)荷的低彈性 同時電力公司能回避市場風(fēng)險(xiǎn) 降低運(yùn) 營成本 這個補(bǔ)償是以電 價的形式體現(xiàn)在用戶成本中的 因此 實(shí)施可中斷負(fù)荷管 理的重要內(nèi) 容之一是設(shè)計(jì)合理的可中斷負(fù)荷電價 一方面使用戶感受到執(zhí)行可中 斷負(fù)荷電價的吸引力 愿意按照合同 協(xié)議 要求削減或轉(zhuǎn)移其高峰時的用電負(fù) 荷 另一方面 使電力企業(yè)可以移峰填谷 提高電網(wǎng)負(fù)荷率 促進(jìn)電網(wǎng)安全 1 3實(shí)施可中斷負(fù)荷管理的意義 d s m 是對電力用戶實(shí)行節(jié)電及負(fù)荷管理的一種管理模式 是綜合資源計(jì)劃 i n t e g r a t e d r e s o ur c e p l a n n i n g i r p 的一 部分 d s m是2 0 世紀(jì)7 0 年代 石油危 機(jī)后發(fā)展起來的 它改變了電力工業(yè)過去單純以增加供應(yīng)滿足需求的思路 i r p 把通過d s m節(jié)約的電力和電量也當(dāng)作資源 對供應(yīng)與需求兩種資源的各種方案 進(jìn)行綜合比 較 尋求最 優(yōu)方案 取得最大的 社會效益和經(jīng)濟(jì)效益 實(shí)施d s m可 以使社會 電力公司 用戶都受益 對社會而言 可以 減少電力需求 從而減少 發(fā)電資源的消耗和污染物的排放 可以調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu) 提高電氣化水平 促 進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展 可以 促進(jìn)用電設(shè)備的更新?lián)Q代 可以增加大量的就業(yè)機(jī)會 對用戶來說 可以 減少電力消費(fèi) 降低電費(fèi)支出 企業(yè)可以降低生產(chǎn)成本 增強(qiáng) 產(chǎn)品競爭力 對電力公司來說 可以提高發(fā)電設(shè)備利用率 降低發(fā)電成本及發(fā)電 煤耗 推遲新電站建設(shè) 并減少電力建設(shè)投資 美國 日 本 加拿大 德國 法國 意大利等國實(shí)施d s m取得了巨 大效益 美國制定了鼓勵和規(guī)范d s m的法律法規(guī)和政策 投入大量資金 取得了巨大成 效 僅2 0 0 0 年 美國為實(shí)施d s m投入1 5 6 億美元 節(jié)電5 3 7 t wh 削減高峰 浙江大學(xué)碩 l 學(xué)位論文 負(fù)荷 22g w 2 0 01 年 美國加利福尼亞州政府為緩解電力危機(jī) 實(shí)施新的電費(fèi) 補(bǔ)貼政策 如果用戶2001年夏季用電量比上年同期減少20 這部分電量的收 費(fèi)返還給用戶 2001年 美國40個州用于家用電器和照明器具節(jié)能補(bǔ)貼的費(fèi)用 達(dá) 1 13億美元 近年來 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高 電力負(fù)荷特性也 發(fā)生了很大的變化 九五 以來 全國各地電網(wǎng)總體上都有一個共同的特點(diǎn) 即 年最大負(fù)荷 年最大峰谷差 年平均峰谷差逐年上升 電網(wǎng)平均負(fù)荷率和發(fā) 電機(jī)組利用小時數(shù)呈整體下降趨勢 由于高峰負(fù)荷的過快增長 從2002 年夏季 開始 我國約有20 個省市陸續(xù)出現(xiàn)了高峰電力短缺狀況 給經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生 活帶來了負(fù)面影響 因 此 在我國推行d s m也是十分必要的 在這種情況下 新建擴(kuò)建電廠受投資 建設(shè)周期 選址及環(huán)保等因素的制約 不可能馬上解決這些問題 更重要的是 這些高峰負(fù)荷時間較短 投資發(fā)電容量 從長期運(yùn)行的角度來看是很不經(jīng)濟(jì)的 可中斷負(fù)荷管理正好是為電網(wǎng)調(diào)峰及電力 負(fù)荷曲線的整型而提供的一項(xiàng)由用戶參與的負(fù)荷管理措施 它是由電力公司與用 戶事先簽訂的可中斷合同 協(xié)議 合同 協(xié)議 內(nèi)容包括可中斷的負(fù)荷量 中 斷的時間 可中斷負(fù)荷的電價或補(bǔ)償 提前通知的時間以及違約懲罰等 當(dāng)電力 系統(tǒng)處于負(fù)荷高峰緊張或事故狀態(tài)時 由電力系統(tǒng)運(yùn)行人員向各參與用戶提出中 斷負(fù)荷并得到執(zhí)行 從而很好的解決高峰時段負(fù)荷緊張問題 維護(hù)了電網(wǎng)供用電 的安全性和可靠性 可中斷負(fù)荷特別適合那些可以放寬可靠性要求的工業(yè) 商業(yè) 服務(wù)業(yè)等 塑 性負(fù)荷 許多國家己 廣泛應(yīng)用于冶金 水泥 造紙 紡織等工業(yè)用戶 取得了 顯著的經(jīng)濟(jì)效益 用戶愿意降低有限的用電可靠程度以換取較少的電費(fèi)開支 用戶的效益是電費(fèi)節(jié)約與費(fèi)用支出的差值 可中斷負(fù)荷的潛力很大 通過可中斷 負(fù)荷管理措施使用戶合理用電 降低單位用電成本 對一些工業(yè)負(fù)荷來說 可削 減或轉(zhuǎn)移其在系統(tǒng)高峰時的用電負(fù)荷 同時低谷電價在某種程度上可減少用戶的 費(fèi)用支出 可中斷負(fù)荷管理集成了供電側(cè)和用電側(cè)兩端的經(jīng)濟(jì)措施和技術(shù)手段 電力市 場中的這種管理與傳統(tǒng)的直接負(fù)荷控制相比 不僅在內(nèi)涵上要豐富得多 其方法 也更加靈活多變 它充分尊重市場環(huán)境下的公平原則 符合市場經(jīng)濟(jì)的客觀要求 浙江人學(xué)碩 r 學(xué)位論文 通過與具體客觀條件相適應(yīng)的經(jīng)濟(jì)合同形式 建立一套合理的管理制度 形成帶 有用戶反饋?zhàn)饔玫牧?性閉環(huán)控制 以激勵他們自 愿地與調(diào)控部門合作 在負(fù)荷側(cè) 就地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度 達(dá)到雙贏的目的 1 4 本文的主要工作 本文首先針對需求側(cè)管理 可中斷負(fù)荷的概念 方法及電力系統(tǒng)中的應(yīng)用的 意義作了一個系統(tǒng)的闡述 之后對建立可中斷負(fù)荷的最優(yōu)多目 標(biāo)數(shù)學(xué)模型及補(bǔ)償 機(jī)制數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了 探討 接著 本文就可中斷負(fù)荷管理合同的模式進(jìn)行了 研究 比 較了各種模型的特點(diǎn)和適用場合 并運(yùn)用本文建立的數(shù)學(xué)模型及合同模式 提 出了適合杭州地區(qū)可中斷負(fù)荷管理的模式 本文通過對杭州地區(qū)4 0 家大用戶的 可中斷負(fù)荷管理方面的調(diào)查 進(jìn)一步運(yùn)用上述結(jié)果進(jìn)行模擬運(yùn)算和分析 驗(yàn)證了 杭州地區(qū)可中斷負(fù)荷管理模式的正確性和可操作性 并利用決策樹模型 對可中 斷負(fù)荷用戶屬性相關(guān)性進(jìn)行了分析和研究 得出了初步結(jié)論 本文的具體安排如下 第一章 緒論 簡要介紹了可中斷負(fù)荷的概念及意義和本文的主要工作 第二章 介紹需求側(cè)管理及可中斷負(fù)荷工作的相關(guān)知識 并對國內(nèi)外在需求 側(cè)管理方面的研究現(xiàn)狀做了描述 第三章 可中斷負(fù)荷管理的數(shù)學(xué)模型及成本效益分析 建立了 多目 標(biāo)決策的 可中斷負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型及對用戶負(fù)荷中斷的補(bǔ)償機(jī)制函數(shù) 并對影 響可中斷負(fù)荷成本效益的有關(guān)因素做了詳細(xì)的分析 第四 章 i l m 可中 斷負(fù)荷管理 模型分 析 對各 種i m l 管理模型進(jìn)行了 分 析 比較了各中管理模型的優(yōu)缺點(diǎn)和適用的場合 并對可中斷負(fù)荷管理 合同的內(nèi)容做了闡述 第五章 杭州市實(shí)施可中斷負(fù)荷管理模型研究 根據(jù)杭州市電力負(fù)荷的 特性 和用戶調(diào)查 選擇了適合杭州市的可中斷負(fù)荷管理模型 并運(yùn)用第 三章建立的數(shù)學(xué)模型 對數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬運(yùn)算和驗(yàn)證 第六章 電力市場可中斷用戶屬性研究 建立決策樹數(shù)學(xué)模型 對可中斷負(fù) 浙江人學(xué)碩 1 一 學(xué)位論文 荷用戶屬性相關(guān)性進(jìn)行了分析和研究 并做了用戶仿真模擬運(yùn)算 得出了初步結(jié)論 第七章 總結(jié)和展望 浙江大學(xué)碩 卜 學(xué)位論文 第二章 電力需求側(cè)管理與可中斷負(fù)荷管理 2 0 世紀(jì)7 0 年代的 兩次石油危機(jī) 使得如何合理科學(xué)地利用能源成為一個備 受重視的 課題 1 9 7 3年 美國首先提出能源需求側(cè)管理這一新的課題 并發(fā)展 成為最小成本規(guī)劃和綜合資源規(guī)劃的問題 當(dāng)今 由于電能具有便于傳輸和分配 便于清潔地轉(zhuǎn)化為多種其他形式的能 量等優(yōu)點(diǎn) 人們對電能的需求越來越大 電力發(fā)揮著越來越重要的作用 然而 電能的產(chǎn)生要消耗巨量的一次能源 主要發(fā)電形式火力發(fā)電消耗的都是不可再生 的資源 產(chǎn)生的煙塵和c o z s 0 2 等有害氣體對環(huán)境也有很大污染 如何科學(xué)地 利用電能成為許多國家能源利用過程中的又一新課題 電力需求側(cè)管理 d s m 應(yīng)運(yùn)而生 2 1 電力需求側(cè)管理 d s m 問題的幾個基本概念 以下是有關(guān)電力需求側(cè)管理的幾個基本概念 它們是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益核算和方 案比較的基礎(chǔ) 1 電力需求側(cè)管理 它是現(xiàn)代電力系統(tǒng)在電力市場條件下產(chǎn)生的用電管理模 式 通過提高終端用電效率和優(yōu)化用電方式 在完成同樣用電功能的同時減 少電力功率和電量消耗 實(shí)現(xiàn)低成本電力服務(wù) 達(dá)到節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的 目 的 它突破了傳統(tǒng)的電力管理模式 改變了依靠單純地?cái)U(kuò)大供應(yīng)能力以滿 足日益增長的電力需要的方式 在更高層次上處理供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)的關(guān)系 2 可避免電量 由于實(shí)施了電力需求側(cè)管理而避免的新增電量 包括終端和系 統(tǒng)可避免兩種 事實(shí)上就是節(jié)電量 3 可避免峰荷容量 由 于實(shí)施了電 力需求側(cè)管理使電力系統(tǒng)避免新增的裝機(jī)容 量 在數(shù)值上等于發(fā)電端可避免的峰荷電力加上與其相適應(yīng)的備用容量 4 可避免電量成本 由于實(shí)施電力需求側(cè)管理 使電力系統(tǒng)避免的新增電量成 本 其中也包括中斷可避免電量成本 s 可避免峰荷容量成本 由 于實(shí)施了電力需求側(cè)管理 使電力系統(tǒng)避免的新增 裝機(jī)容量成本 浙江大學(xué)硬 1 一 學(xué)位論文 6 單位節(jié)電成本 實(shí)施電力需求側(cè)管理項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)壽命期內(nèi)節(jié)約單位電量的支 出費(fèi)用 如 美國單位節(jié)電成本大約是 1 6 美分瓜 wh 低于4 美分瓜 wh 的 生產(chǎn)成本 7 單位避免峰荷容量成本 具有峰荷調(diào)整目標(biāo)的電力需求側(cè)管理技術(shù)項(xiàng)目 在 標(biāo)準(zhǔn)壽命期內(nèi)支出費(fèi)用與可避免峰荷容量之比 如美國單位可避免峰荷容量 成本大約是30美分瓜 w h 大大低于500 美分瓜 wh 的投資成本 2 2實(shí)施電力需求側(cè)管理對機(jī)制和環(huán)境支持的要求 電 力需求側(cè)管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程 涉及政府職能部門 電力公司 用戶 項(xiàng) 目中介機(jī)構(gòu)和節(jié)能產(chǎn)品制造廠商 基本內(nèi)容包括 調(diào)查資源 選擇管理對象 設(shè) 置管理目 標(biāo) 制定政策法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn) 制定管理計(jì)劃 選擇管理手段 組織實(shí)施項(xiàng) 目 實(shí)施 評估項(xiàng)目 實(shí)施效果等 做好以下幾個方面是很必要的 1 政府要賦予電力公司辦電和節(jié)電的雙重智能 電力公司不僅要分?jǐn)傓k電 效率 而且要分?jǐn)偣?jié)電效率 改變單純以 售電收入衡量公司經(jīng)濟(jì)利益的做法 保證公司實(shí)施d s m節(jié)電的投資利潤率不低于裝機(jī)發(fā)電的投資利潤率 提高 電力公司推廣需求側(cè)管理的積極性 2 電力公司應(yīng)更新工作概念 充分發(fā)揮實(shí)施電力需求側(cè)管理的主體作用 必須按照供應(yīng)側(cè)與需求側(cè)整體最小的準(zhǔn)則制定電力發(fā)展計(jì)劃 即電力最小成 本計(jì)劃 或綜合資源規(guī)劃 政府按照該準(zhǔn)則審批該計(jì)劃 3 推行合同能源管理 研究和制定電力部門和節(jié)電產(chǎn)品制造部門 經(jīng)營部 門及應(yīng)用部門合作推廣節(jié)電產(chǎn)品和設(shè)備的機(jī)制 4 逐步完善電價機(jī)制 使電能電價更加公正 合理 細(xì)分電力市場 對形 成基荷 腰荷 峰荷的不同行業(yè)區(qū)別電價 從而形成不同的電價水平 2 3電力需求側(cè)管理實(shí)施的技術(shù)支持 電力需求側(cè)管理技術(shù)措施 基本可分為四類 1 提高終端設(shè)備效率 包括綠色照明技術(shù) 使用節(jié)能家電 大功率低頻冶 浙汀人學(xué)碩 l 學(xué)位論文 煉技術(shù) 交流電動機(jī)調(diào)速運(yùn)行技術(shù) 高效電動機(jī) 高效變壓器的應(yīng)用技術(shù) 控制電污染的濾波技術(shù)等 2 建筑節(jié)電設(shè)計(jì)和改造 包括新建筑物提高絕熱保溫標(biāo)準(zhǔn)和建筑物的門 窗 屋頂?shù)炔糠旨友b絕熱保溫層 3 負(fù)荷控制技術(shù) 包括直接調(diào)控和簡介調(diào)控 空調(diào) 熱水器日 負(fù)荷循環(huán)控 制為直接調(diào)控 實(shí)行分時 分季電價 用經(jīng)濟(jì)手段調(diào)控峰谷負(fù)荷為簡介調(diào)控 4 蓄熱蓄冷技術(shù) 包括集中式或單元式陶瓷熱存儲裝置 儲熱式和制冷式 空調(diào)等 從運(yùn)行角度看 電力需求側(cè)管理的某些手段在有些條件下可以作為電網(wǎng) 運(yùn)行的手段 把它作為一種在錯峰 緊急減負(fù)荷 系統(tǒng)備用等情況下可以調(diào) 度的資源 表2 一1 電力需求側(cè)管理與常規(guī)供應(yīng)側(cè)資源的比較 序號類型用途特點(diǎn)舉例 l來水過程確定 的水力發(fā)電 描 述 不 可 調(diào)度 的 ds m 能確定各時段所能竹 省的電量 高效照明措施 2火電發(fā)電廠描述可根據(jù)需要而隨 時使用的d s m 投入運(yùn)行的時間是不 確定的 且出力是可 變的 直接負(fù)荷控制 3 能量受限電廠描述總出力給定的 ds m 某時段內(nèi)給定的總節(jié) 電量 而此時期內(nèi)各 時段的出力可變 自備發(fā)電 4抽水蓄能電廠描述改變用電時段的 ds m 將用電行為從高峰時 段轉(zhuǎn)向低谷時段 不 產(chǎn)生節(jié)省電量的效益 分時電價 可中斷負(fù)荷 蓄冷 熱 系統(tǒng) 2 4實(shí)施可中斷負(fù)荷管理與可中斷電價的作用 在國際上 可中斷負(fù)荷是電力負(fù)荷管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容 其方法是通過電力 浙江大學(xué)碩 1 學(xué)位論文 企業(yè)和用戶之間簽訂合同 協(xié)議 通過電價激勵機(jī)制 時限在系統(tǒng)負(fù)荷高峰時 期或者緊急狀態(tài)下 用戶按照合同 協(xié)議 規(guī)定中斷或削減負(fù)荷 實(shí)施可中斷負(fù) 荷措施的重要內(nèi)容之一 是設(shè)計(jì)合理的可中斷負(fù)荷電價 一方面使用戶感受到執(zhí) 行可中斷負(fù)荷電價的吸引力 并產(chǎn)生按合同 協(xié)議 要求削減或轉(zhuǎn)移其在系統(tǒng)高 峰時用電負(fù)荷的動力 另一方面使電力企業(yè)可以移峰填谷 提高電網(wǎng)的負(fù)荷率 促進(jìn)電網(wǎng)安全 發(fā)電機(jī)組也能夠經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行 降低運(yùn)行成本 可中斷負(fù)荷控制 措施和可中斷電價手段 在許多國家己經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金 水泥 造紙 紡織等 工業(yè)用戶 并取得了較為顯著的調(diào)荷效果 電力企業(yè)和用戶都可以從中獲益 如 韓國采用全國g d p 總用電量和某產(chǎn)業(yè)g d p 該產(chǎn)業(yè)用電 量 來估算停電損失 從 而確定可中斷負(fù)荷電價的宏觀經(jīng)濟(jì)方法 香港地區(qū)利用己 知信息 如以前的停電 損失 通貨膨脹率 稅率等來預(yù)測以后停電損失確定可中斷負(fù)荷電價的方法 中 國臺灣地區(qū)在 2 0 世紀(jì) 80 年代末 9 0 年代初實(shí)施了相關(guān)的可中斷負(fù)荷控制 根 據(jù)可避免成本理論確定給予用戶優(yōu)惠的負(fù)荷中斷電價 英格蘭一威爾士電力市場 于19 95年就率先采用需求側(cè)報(bào)價d s b d eman d si debi ddin g 形式 大的 工業(yè) 用戶可以在目前電能市場對削減的負(fù)荷容量進(jìn)行報(bào)價 可中斷負(fù)荷參與市場時 市場的調(diào)度與一般的市場有所不同 如在北美電力 可靠性委員會n e r c n o r t 加a me ri c a ue l e c t r i c c o u o c i l 制定的運(yùn)行規(guī)則上 將可中斷負(fù)荷明確地當(dāng)作是一種事故備用 在美國加州電力市場上 可中斷負(fù)荷 可以直接參與日前和小時前的輔助服務(wù)市場 提供非旋轉(zhuǎn)備用和替代備用 也可 以 直 接參與實(shí)時 平衡市 場 提供補(bǔ)充能量服務(wù) s u p pl e m e n ta l e n er gy 在紐約 電力市場 可中斷負(fù)荷同 樣可以參加非旋轉(zhuǎn)備用和替代備用輔助服務(wù)市場 應(yīng)該 指出 研究可中斷負(fù)荷參與市場報(bào)價 不僅對 15 0 p x 玩de peu d 叨t s ys te m o pera to r l p o w ere xc b ange 有用 而且 對售電 商的 購電 策略 調(diào)度方式也有重 要的指導(dǎo)意義 實(shí)施可中斷負(fù)荷管理的重要內(nèi)容之一是設(shè)計(jì)可中斷電價 設(shè)計(jì)這樣的電價 要發(fā)揮價格杠桿作用 使得用戶認(rèn)為執(zhí)行可中斷電價對他們有利 按合同要求削 減或轉(zhuǎn)移其在系統(tǒng)高峰時的負(fù)荷 從而提高電能的社會效益 對電網(wǎng)公司而言 可以改善調(diào)峰形式 降低運(yùn)行成本并減少電網(wǎng)投資建設(shè)成本 浙江人學(xué)碩 1 一 學(xué)位論文 2 5可中斷負(fù)荷主要研究的問題 可中斷負(fù)荷實(shí)施是通過簽訂合同 按照合同條款履約實(shí)行的 因此 可中斷 負(fù)荷合同中的幾個關(guān)鍵因素的確定就成了實(shí)施可中斷負(fù)荷成敗的關(guān)鍵 對用戶來 說 每個用戶可中斷的最大負(fù)荷是多少 不同運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)際需要中斷的負(fù)荷 量 中斷的時間確定 中斷負(fù)荷的成本 提前通知時間等 對電力公司來說 除 了系統(tǒng)安全需要的中斷負(fù)荷外 還要考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 如在電網(wǎng)高峰時段啟用 可中斷負(fù)荷降低成本 可中斷電價或給用戶中斷負(fù)荷補(bǔ)償及由此支付的成本 用 戶才會愿意參與可中斷負(fù)荷項(xiàng)目 而電力公司的補(bǔ)償或可中斷電 價既要能吸引用 戶參與中斷負(fù)荷項(xiàng)目 又要滿足自 身成本收益平衡 還要考慮不同 地點(diǎn)負(fù)荷或負(fù) 荷特性中斷負(fù)荷的效果 作為研究可中斷負(fù)荷運(yùn)作機(jī)理 這些問題從理論上歸納成以下幾個方面 1 可中斷負(fù)荷是怎樣影響系統(tǒng)運(yùn)行成本進(jìn)而影響電價的 具體就是可中斷 負(fù)荷電價如何確定 怎樣通過對用戶的電費(fèi)折扣 在用戶的實(shí)用電量電費(fèi)中體現(xiàn) 出來 用戶得到的長期收益是什么 該收益應(yīng)體現(xiàn)在用戶通過簽訂 i l m合同 使參與i ml的那部分電力容量費(fèi)用得到削減 2 在實(shí)時的情況下 選擇不同類型的可中斷負(fù)荷受哪些因素的影響 主要 考慮一下方面 1 負(fù)荷中斷的數(shù)量及提前通知時間 1 小時 1 天等 2 負(fù)荷中斷的持續(xù)時間 一一 僅限于高峰時段的削減 負(fù)荷通過從高峰時 段轉(zhuǎn)移到非高峰時段進(jìn)行較長期的削減 3 負(fù)荷的特性及中斷負(fù)荷的成本 低功率因素的負(fù) 荷具有較低的中斷 成本 例如農(nóng)業(yè)負(fù)荷 高功率因素的負(fù)荷中斷的成本較高 4 發(fā)電和網(wǎng) 絡(luò)特性 不同 位置的負(fù)荷和發(fā)電資源 受限于發(fā)電輸出 有 功和無功 爬坡率 r a m p r a t e 電 壓 線路潮流等 5 系統(tǒng)安全性 確保系統(tǒng)可以承受一些特定的預(yù)想事故 即預(yù)想事故 引起的電 壓波動和線路潮流的范圍 不能超過某條線路 節(jié)點(diǎn)或發(fā)電 機(jī)聯(lián)合開斷時 的值 3 可中斷負(fù)荷與其他調(diào)峰資源成本比較等 浙江大學(xué)碩 卜 學(xué)位論文 2 6需求側(cè)管理在國內(nèi)外研究和應(yīng)用 2 6 1國際上在該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用 美國是最早提出和實(shí)施電力需求側(cè)管理的國家 實(shí)施過程中 前期效果并不 明顯 擴(kuò)大試點(diǎn)范圍和增加試點(diǎn)項(xiàng)目 后 效果劇增 裝機(jī)計(jì)劃普遍推遲2 5 年 綜合經(jīng)濟(jì)效益每年提高約6 用戶電費(fèi)也有所下降 特別是節(jié)能型電力需求側(cè) 管理項(xiàng)目 很受用戶歡迎 被稱為 s m a rt p d s m 如美國2 0 0 0 年投資1 5 6 億美 元 節(jié)電5 3 7 億度 減少高峰負(fù)荷2 2 0 0 k w 2 0 0 1 年美國加利福尼亞州出 現(xiàn)的能 源危機(jī)使每天美國許多州的電力公司認(rèn)識到 解決能源危機(jī)應(yīng)從需求側(cè)尋求采取 一些技術(shù)措施和經(jīng)濟(jì)措施減少用戶在系統(tǒng)高峰時期的負(fù)荷需求 可中斷負(fù)荷作為 調(diào)峰的一個主要手段己經(jīng)被美國幾乎所有的電力公司采用 并且獲得了相當(dāng)大的 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益 據(jù)預(yù)測 未來幾年 美國電力需求側(cè)管理將減少社會電力 需求2 5 0 0 0 mw 相當(dāng)于同期新需求的3 0 0 相對于美國電力公司的大型化和私有化 西歐電力公司結(jié)構(gòu)和產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn) 出多樣性 其實(shí)施電力需求側(cè)管理的動機(jī)有的是出于環(huán)境考慮 有的是為了 解決 電力容量缺乏 電力需求側(cè)管理項(xiàng)目也呈現(xiàn)出多樣性 半數(shù)以上的項(xiàng)目 在進(jìn)行之 中 效果有待進(jìn)一步觀察 在東歐和非洲 由于技術(shù)和管理水平相對較低 資金來源缺乏 政治不穩(wěn)定 電力需求側(cè)管理受到一定限制 亞洲和拉美很多國家電力需求側(cè)管理還在實(shí)施初 級階段 加拿大也是繼美國之后電力需求側(cè)管理實(shí)施比較成功的國家之一 并己開始 關(guān)注配電網(wǎng)絡(luò)的電力需求側(cè)管理規(guī)劃 表2 2 是加拿大兩個電力公司實(shí)施電力需 求側(cè)管理的有關(guān)情況 浙江大學(xué)碩 卜 學(xué)位論文 表2 一 2加拿大兩家電力公司實(shí)施電力需求側(cè)管理的基本情況 公司 名稱 所有制 形式 裝機(jī)容舉 萬 k w 發(fā)電 形式 ds m 投入資金 可避免 電星 可避免 峰荷 同收 年限 相當(dāng)于己 建電源投 資的比例 魁 北 克 電力公司 國有 控股 3 60 0 水電95 火電3 核電2 y6 600 萬 年 加元 2 0 億度 1 7 0萬 k w 2 21 1 0 安 大 略 電力公司 國有 控股 2 9 3 3 水電25 火電 1 0 核電65 ys ooo 萬 年 加元 1 4 億度 1 40 萬 k w 3 01 7 2 6 2我國在該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用 我國在20世紀(jì)90 年代引入了d s m 國家計(jì)委 國家經(jīng)貿(mào)委 科技部 國 家電力公司以及大中型電力用戶 有關(guān)科研機(jī)構(gòu) 高等學(xué)校 社會團(tuán)體做了大量 的工作 開展多種形式的國際交流與合作 在區(qū)域電網(wǎng)和企業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)研究和工 程示范 在我國 可中斷負(fù)荷管理和可中斷電價研究工作剛剛起步 尚未見到相關(guān)成 熟的研究資料及成果報(bào)道 由于我國工業(yè)用電一直占全社會用電量的70 以上 全國缺電局面尤其是缺峰荷電力現(xiàn)象己經(jīng)持續(xù)20 多年 更應(yīng)該借鑒國外的成功 經(jīng)驗(yàn) 研究和實(shí)施符合我國實(shí)際的可中斷負(fù)荷管理方式 在我國推廣各種d s m錯 避峰措施已經(jīng)到了非常緊迫的地步 挖掘削峰潛 力具體可通過拉大峰谷價比 加大兩部制電價中基本電價的比重 實(shí)施可中斷負(fù) 荷管理 推廣冰蓄冷空調(diào)等蓄能設(shè)備以及拉限電等行政性避峰錯峰措施 目前 我國的d s m活動主要有 1 國家計(jì)委d s m試點(diǎn)示范項(xiàng)目 深圳電網(wǎng)d s m試點(diǎn)研究 2 國家經(jīng)貿(mào)委d s m試點(diǎn)示范項(xiàng)目 與亞洲開發(fā)銀行合作的 加強(qiáng)廣東 和浙江省電力部門需求側(cè)管理 項(xiàng)目 3 國家電力公司的d s m活動 1 9 9 5 年開始在華北 天津 福建 遼寧 等電網(wǎng)d s m試點(diǎn)研究 1998 年成立d s m指導(dǎo)中心 1 999 年年出版 浙江人學(xué)碩 一 學(xué)位論文 電力需求側(cè)管理 雜志 我國實(shí)施d s m 的主要應(yīng)用領(lǐng)域 1 移峰填谷 采取拉大峰谷電價差 實(shí)行可中斷負(fù)荷電價 以及推廣冰 蓄冷空調(diào) 蓄熱式電鍋爐等措施 鼓勵和引導(dǎo)用戶避峰填谷 2 節(jié)能節(jié)電 推廣高效照明器具和家用電器 高效電動機(jī)及變頻調(diào)速 高效變壓器等節(jié)能設(shè)備 3 能源替代 不少城市在城區(qū)禁止燃煤 發(fā)展蓄熱式電鍋爐 上海己開 始發(fā)展燃?xì)饫錈犭娐?lián)產(chǎn) 這可以 起到移峰填谷的作用 并減少電力需 求 夏季是用電高峰期 而天然氣則是低谷期 如發(fā)展燃?xì)饪照{(diào) 既 能削減電力高峰負(fù)荷 減少電力消費(fèi) 又可以填補(bǔ)天然氣季節(jié)性低谷 因此 能源替代也是d s m 的一個重要領(lǐng)域 浙江大學(xué)碩 l 學(xué)位論文 第三章 可中斷負(fù)荷管理的數(shù)學(xué)模型 及成本效益分析 可中斷負(fù)荷是電 力需求側(cè)管理的一項(xiàng)重要內(nèi) 容 其方法是通過電 力企業(yè)和用 戶簽訂合同 協(xié)議 通過電價激勵 實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)峰值時和緊急狀態(tài)下 用戶按 照合同 協(xié)議 規(guī)定中斷和削減負(fù)荷 實(shí)施的重要內(nèi)容之一是設(shè)計(jì)合理的可中斷 負(fù)荷電價 一方面使用戶感受到執(zhí)行可中斷負(fù)荷電價的吸引力 愿意按合同 協(xié) 議 要求削減或轉(zhuǎn)移其高峰時的用電 另一方面使電力企業(yè)可以移峰填谷 提高 電網(wǎng)負(fù)荷率 促進(jìn)電網(wǎng) 安全 降低運(yùn)行成本 下面就建立一個多目 標(biāo)的可中斷負(fù) 荷數(shù)學(xué)模型及影響可中 斷負(fù)荷成本效益的因素進(jìn)行論述 3 1可中斷負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型 在電力系統(tǒng)中 電力公司往往追求的不只是經(jīng)濟(jì)利益 還必須考慮到系統(tǒng)的 安全可靠 電能質(zhì)量 環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡等一系列因素 因此可中斷負(fù)荷管理 的數(shù)學(xué)模型可以描述為一個多目 標(biāo)的決策模型 通過一個多目 標(biāo)的決策支持模 型 把降低峰荷 增加電 力公司收益和提高用戶的用電舒適性這三個目 標(biāo)綜合起 來 找到一個折中的方案 使得從系統(tǒng)的角度來看 可中斷負(fù)荷實(shí)施實(shí)際的負(fù)荷 與計(jì)劃的目 標(biāo)值相符 控制高峰負(fù)荷 低谷時利用可中斷負(fù)荷的恢復(fù) 能量反彈 增加電力公司的負(fù)荷需求增加收入 而用戶為保證自己的電 力消費(fèi)水平能滿足舒 適度要求 則必須知曉自 身的必保負(fù)荷 也即本文所述的最低舒適度負(fù)荷門檻值 3 1 1假設(shè)條件及符號含義 假設(shè)通過負(fù)荷預(yù)測電網(wǎng)各個節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷可以預(yù)先知道 負(fù)荷控制時段覆蓋整 個高峰時段 包括因負(fù)荷控制產(chǎn)生的負(fù)荷反彈而造成的新的高峰時段在內(nèi) 為此 把控制期分成 段相等的區(qū)間 a t a t n 以下公式中的符號含義如下 基本單位時間的 序號 i 1 2 二 n 負(fù) 荷組序號 j 1 2 二 m 浙江大學(xué)碩 1 學(xué)位論文 k 可中 斷負(fù) 荷管 理措 施或者方案序號 卜1 2 二 婦 bj 負(fù)荷組j 實(shí) 施 可中斷負(fù) 荷措施k 時 在實(shí)行過 程中 未能同時 達(dá)到最低舒 適度門檻值的最大負(fù)荷數(shù) 勿 負(fù) 荷 組j 中 允 許同 時 達(dá)到 最低 舒適 度門 檻 值的 最 大負(fù) 荷數(shù) 戈 實(shí)施可中斷負(fù)荷后時間段1 內(nèi)的系統(tǒng)平均負(fù)荷 時 段1 內(nèi) 可中 斷 負(fù) 荷方 案k 應(yīng)用到 負(fù) 荷組 j 后的 負(fù) 荷水 平與 之前的 差 值 馬 不舒 適 度 水平 即今和今的函 數(shù) xj 負(fù) 荷 組 j 實(shí) 施可 中 斷 方 案時 k 時 取1 否則 為0 壽 未實(shí)施可中斷負(fù)荷方案時 1 時間段內(nèi)預(yù)測系統(tǒng)平均負(fù)荷 p 未實(shí)施可中斷負(fù)荷管理時預(yù)測的系統(tǒng)最大負(fù)荷 表示削減的電網(wǎng)高峰負(fù)荷決策變量 心 實(shí)施可中 斷 負(fù) 荷方案k 時 與負(fù) 荷組j 相關(guān)的 收益變量 構(gòu) 電力公司在時間段1 向負(fù)荷組j 售電 取得的單位凈收益 3 1 2 高峰負(fù)荷削減模型 在進(jìn)行負(fù)荷管理后 每單位時間內(nèi)的負(fù)荷需求表示為 兀 二 藝藝 十 乙 了幾 1 1 2 n 3 一 1 要減少高峰負(fù)荷就必須使高峰時每個時間段的最大負(fù)荷需求最小化 即 min 五 介 詳 x xz 石 3 一 2 浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文 該目 標(biāo)可以用另外一種形式表達(dá) 即用預(yù)測的高峰負(fù)荷 尸與各時段控制的 負(fù)荷x的差值來表示 最大化它們之間的差值 即削峰量 材 改九 方 武 尸 一 x l 尸 一 x z 尸 一 龍 3 一 3 這個目標(biāo)的優(yōu)化問題不是一個線性問題 但可以用代表電網(wǎng)峰荷削減量的決 策變量r 來進(jìn)行轉(zhuǎn)換 即上式可以寫為 幾 盛 2 工 r 尸一無 一r之0 1 之1 2 二 n r之0 3 書 3 1 3電 力公司收益模型 電力公司收益的優(yōu)化等同于最大化采取可中斷負(fù)荷方案的電力公司每個時 段的售電收益之和 這樣收益最大化可表示為 max 藝藝 執(zhí) 少k 3 一 5 這里 一 齋 萬 cum 表 明 電 力 公 司 對 組 負(fù) 荷 供 電 在 時 段 內(nèi) 售 電 收 入 之和 而為 則是有無實(shí)施k 可中斷負(fù) 荷方案的 標(biāo)記 有則為1 無則為 這樣 對j 組負(fù)荷運(yùn)用可中斷負(fù)荷方案k 在刁 t 內(nèi)所得收益之和就是 3一 5 式 3 1 4用戶舒適度模型 用戶舒適度指標(biāo)是指用戶能保持其生活工作質(zhì)量的最低電力負(fù)荷指標(biāo) 不取 決于用戶類型 如 熱水器水溫能保持某個水溫所需的最少負(fù)荷就是舒適度的一 個門檻值 同 樣空調(diào) 室內(nèi) 照明 也都是如此 本文采用工趕圈童 這個指標(biāo)來衡量 浙江人學(xué)碩 1 一 學(xué)位論文 應(yīng)用可中斷負(fù)荷管理策略帶來的用戶不舒適度 根據(jù)每個時段未達(dá)到最低舒適門 限的負(fù) 荷量來確定 在控制時段內(nèi) 未達(dá)到的負(fù)荷量越少 說明 服務(wù)質(zhì)量 q u al i ty o f s e 口 i c e q o s 越高 用戶 越 滿意 也即 min藝藝馬 偽 孟 j k 3 6 馬幾 表示如 下 環(huán) 口 注 馬 無 十 口 刀 馬 式中 aa ab分別 為再 和介的 權(quán)系 數(shù) 模型約束 認(rèn)為對于每一負(fù)荷組 者方案 藝 1 3 一 7 至多允許實(shí)施一種可中斷負(fù)荷管理措施或 叮 1 2 m 3 一 8 同時 未能同時達(dá)到最低舒適度的負(fù)荷數(shù)是有限的 因此存在一個最大值 好 而不考慮該情況下 管理措施引 起的 更多的負(fù) 荷數(shù) 藝bj kx 島 j 1 2 二 m 3 一 9 綜上所述 可中斷負(fù)荷的多目標(biāo)數(shù)學(xué)模型可歸納如下 五 吸 硯 r 撇 藝 藝 凡 心 jk min藝藝幾 偽 走 j止 浙江人學(xué)碩 t 一 學(xué)位論文 約束條件 p 一 l 一 藝藝 c x jk 一 0 j k j 1 2 二 m 藝s jk 1 j 1 2 m 3 1 0 藝b kx k b i x k 0 或1 j 1 2 一 m j 1 2 m k 1 2 r r之0 3 2可中斷負(fù)荷的補(bǔ)償機(jī)制數(shù)學(xué)模型 可中斷負(fù)荷管理的一個重要內(nèi)容就是中斷負(fù)荷的分配和激勵補(bǔ)償問題 為了 實(shí)現(xiàn)電力資源的有效利用 電力公司在確定中斷負(fù)荷的分配時需要有關(guān)用戶中斷 成本的真實(shí)信息 然而市場環(huán)境下 電力公司和用戶之間存在信息的不對稱 用 戶知道自己的真實(shí)停電成本特性 但電力公司對此卻缺乏了解 這種情況會導(dǎo)致 用戶在參與可中斷負(fù)荷管理時虛報(bào)其中斷成本信息 下面利用確定中斷閩值的辦 法可以較好地解決這個問題 3 2 1計(jì)算單位負(fù)荷的購電成本 假設(shè)某電網(wǎng)有n 個用戶參與可中斷負(fù)荷管理項(xiàng)目 考慮不同類型用戶的補(bǔ)償 費(fèi)不同 則系統(tǒng)購電成本為 c s 一 q a 藝l i b i i 3 1 1 式 中 p m cp 是 系 統(tǒng) 邊 際電 價 q 為 系 統(tǒng) 發(fā)電 上網(wǎng) 電 量 l i 為 用 戶 中 斷 的 負(fù) 荷 b q 為 某一類型用戶負(fù)荷中斷補(bǔ) 償費(fèi) a 是 判別變量 有可中斷負(fù) 荷時為 1 否則為 0 可以看出系統(tǒng)的購電成本分為兩個部分 一部分是無約束條件下 浙江人學(xué)碩 卜 學(xué)位論文 的購買電能成本 另一部分是調(diào)用可中斷負(fù)荷的補(bǔ)償成本 系統(tǒng)單位購電成本cs二 為 腸q 又 藝l 州 q 3 一 1 2 由 上式可知當(dāng) 系統(tǒng)發(fā)電 量 q一定時 如果高峰時容量短缺 系統(tǒng)就要調(diào)用 可中斷負(fù)荷 從而增加購電成本 1 2 2確定用戶中斷閡值和補(bǔ)償費(fèi) 假設(shè)某一用戶1 的利潤開 鉤為 口口 甲 二 介 四一 jcs 祀一 獷 姐 了 dl o0 3 一 1 3 式中 5 i 表示第1 個用戶創(chuàng)造的單位容量社會效益 co i 為第1 個用戶單位 電量引 起的附加成本 包括人工成本 設(shè)備成本 材料消耗等 bc i 為 第1 個用 戶的停電 補(bǔ)償費(fèi)用 上式由四個部分的組成 用電 量q帶來的效益 購電 量q 成本費(fèi)用 附加成本費(fèi)用 可中斷負(fù)荷l的補(bǔ)償費(fèi) 用戶1 單位電量創(chuàng)造的利潤 嘰 i 為 磯 1 日 平 1 日 q 5 1 一 g 一 c o 1 3 一 1 4 在電力市場環(huán)境下 電價是變動的 在供電容量短缺的情況下 往往造成價 格上升 從上式分析如果電 價上漲 購電 成本心 增加 鞏 i 就可能為 或者負(fù) 值 作為理性消費(fèi)用戶應(yīng)該選擇停止用電 因此 這里就產(chǎn)生一個用戶選擇負(fù)荷 中斷的閉 值電 價 使嘰 i 0 由式 3 一 14 得到用戶1 的負(fù)荷中斷閉 值電 價為 pl 1 砰 1 一 c o 1 3 一 1 5 由于不同的負(fù)荷效益不同 缺乏可比性 因此我們在負(fù)荷中斷闡值電價去掉 了負(fù)荷的附加成本 co i 負(fù)荷效益在相同的價格水平下 它可繼續(xù)用電 而成 浙江大學(xué)碩 1 一 學(xué)位論文 本高于或等于利潤cs 之 s i 的負(fù)荷 嘰 i 少 理性用戶應(yīng)選擇中斷負(fù)荷 獲得相 應(yīng)的補(bǔ)償費(fèi)用 可中斷負(fù)荷的 補(bǔ)償費(fèi)bc i 為 及 1 尸 p 1 一 尸 用 印 0 三 1 3 一 1 6 式中p是一個常數(shù) 用于調(diào)節(jié)補(bǔ)償費(fèi)比例 可以 看出 當(dāng)p取 1 時 負(fù)荷 中 斷 補(bǔ)償費(fèi) 就是 在系 統(tǒng) 邊際電 價為產(chǎn) 摘 時 的 利潤 上 式表明 補(bǔ) 償費(fèi) 與 負(fù) 荷中 闡值電價緊密相關(guān) 聞值電價越高 補(bǔ)償費(fèi)越高 這說明效益好 成本低的負(fù)荷 利潤大 負(fù)荷中斷的閉值價格也高 同時補(bǔ)償費(fèi)也高 成本高利潤低的負(fù)荷則反 之 將要優(yōu)先中斷負(fù)荷 這是符合市場規(guī)律的 3 2 3可中斷負(fù)荷補(bǔ)償機(jī)制數(shù)學(xué)模型 綜上所述 設(shè)系統(tǒng)目 標(biāo)函數(shù)為社會效益最大化 則得 儷 藝鞏 1 以 3 一 1 7 藝9 q 必全0 式中 嘰 i 為用戶1 單位電 量創(chuàng)造的利潤 qi是與之對應(yīng)的 用電量 該式是 一個典型的線性規(guī)劃問 題 通過求解可獲得最優(yōu)負(fù)荷容量組合 在實(shí)際運(yùn)行中 由電力公司通過程序計(jì)算 在滿足安全穩(wěn)定性約束 社會效 益最大化的條件下 確定負(fù)荷中斷閨值電價 履行該價格的可中斷負(fù)荷按照補(bǔ)償 費(fèi)和相應(yīng)的中斷容量進(jìn)行補(bǔ)償 可中斷負(fù)荷的中斷閩值電價是供求關(guān)系決定的 供電 容量越緊張 中斷閉值價格越高 切除的負(fù)荷越多 充分體現(xiàn)市場需求關(guān)系 決定閡值價格 并通過閉值電價調(diào)節(jié)市場供需關(guān)系的市場規(guī)律 3 2激勵機(jī)制 可中斷負(fù)荷實(shí)施要解決兩大難題 一是如何激勵更多的可中斷負(fù)荷參與系統(tǒng) 浙江人學(xué)碩 t 一 學(xué)位論文 運(yùn)營 二是如何讓用戶提出真實(shí)的補(bǔ)償費(fèi)信息 兩個問題互相矛盾 補(bǔ)償費(fèi)低 不能激勵負(fù)荷參與可中斷服務(wù) 補(bǔ)償費(fèi)過高造成購電成本增加 電價不合理 而 上述負(fù)荷中斷閉值補(bǔ)償函數(shù)法能有效地解決這個問題 舉例說明 設(shè)某用戶可中斷負(fù)荷 單位容量電能產(chǎn)生真實(shí)社會效益為y1 0 o 其中 附 加成本占 6 0 而原材料 設(shè)備折舊 稅金等占附加成本的80 4 8 系統(tǒng) 非峰時段 購電 成本 18 此時該負(fù)荷的利潤為 22 按公式 3 一 1 6 得補(bǔ)償 費(fèi)也為 22 在高峰電力供應(yīng)緊張時 系統(tǒng)電價上升到 21 此時該負(fù)荷利潤減 少為 1 9 如果該用戶申 報(bào)一個合適的停電閉值價格 被系統(tǒng)切除 可以獲得 22 的補(bǔ)償 另外 從附加成本中節(jié)約 48 不勞而獲的額外收入 利潤高于此時 用電帶來的利潤 這種情況下 該用戶只有負(fù)荷中斷并獲得補(bǔ)償時利潤最大 因 此用戶愿意積極參與可中斷負(fù)荷調(diào)節(jié) 而且愿意申 報(bào)一個合適的中斷闡值電價 因此如果用戶高報(bào)闡值電價 用戶就需承擔(dān)高價電費(fèi) 獲得利潤低于補(bǔ)償費(fèi) 另 一方面 如低報(bào)閩值電 價 不僅會被優(yōu)先停電 而且利潤也相應(yīng)減少 3 3可中斷負(fù)荷的 成本效益 可中斷負(fù)荷的成本效益分析是可中斷負(fù)荷管理研究的基礎(chǔ) 通過系統(tǒng)地了解 用戶的停電成本組成和用電效益 可以制定合理的可中斷負(fù)荷管理方案 停電成 本就是停電給用戶帶來的損失 這與用戶類型 提前通知時間 停電持續(xù)時間 停電發(fā)生時間 缺電比率等因素密切相關(guān) 相關(guān)數(shù)據(jù)通?？梢酝ㄟ^用戶調(diào)查的方 式獲得 調(diào)查結(jié)果已 在一些系統(tǒng)中得到實(shí)際運(yùn)用 比 如英格蘭電力市場中采用的 v o l l valu ofl o t l o ad 指標(biāo)就是臨時停電 造成的平均損失 而實(shí)施可中斷負(fù) 荷可以等效為增加了 備用機(jī)組 這有助于提高系統(tǒng)可靠性 削弱電力市場中市場 勢力的影響 抑制價格尖峰 使系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行 本小節(jié)對可中斷負(fù)荷的成 本效益進(jìn)行了綜述 分析了提前通知時間 停電持續(xù)時間 停電發(fā)生時間 缺電 比率等因素對可中斷負(fù)荷成本的影響 并得到一些可供參考的結(jié)論 然后介紹了 可中斷負(fù)荷對提高可靠性 消除價格尖峰和減少運(yùn)行費(fèi)用的貢獻(xiàn) 最后再小結(jié)了 相關(guān)研究的問題 浙江人學(xué)0 學(xué)位論文 3 3 1可中斷負(fù)荷成本 可中斷負(fù)荷成本就是停電給用戶帶來的損失 即停電損失 停電損失的研究 方法主要分為宏觀經(jīng)濟(jì)方法和用戶調(diào)查法 宏觀經(jīng)濟(jì)方法比較粗糙 不能詳細(xì)描述停電對各產(chǎn)業(yè)和各用戶的實(shí)際影響程 度 但在沒有進(jìn)行用戶調(diào)查研究的國家和地區(qū) 該方法仍具有一定的指示意義 本文第二章曾提及韓國采用全國g d p 總用電量和某產(chǎn)業(yè)g d p 該產(chǎn)業(yè)用電量 來 估算停電損失 從而確定可中斷負(fù)荷電價的宏觀經(jīng)濟(jì)方法 香港地區(qū)利用已 知信 息 如以前的停電損失 通貨膨脹率 稅率等來預(yù)測以后停電損失確定可中斷負(fù) 荷電價的方法 這些都是宏觀經(jīng)濟(jì)方法的實(shí)際應(yīng)用 用戶調(diào)查法能夠較為真實(shí)地反應(yīng)用戶的意愿 并能詳細(xì)的得到各行業(yè)的信息 以及中斷時間等因素帶來的影響 是現(xiàn)在國際上流行的一種方法 對可中斷負(fù)荷成本影響較大的因素有 用戶類型 提前通知時間 停電持續(xù) 時間 停電發(fā)生時間及缺電比率等 現(xiàn)在很多國家和地區(qū)都進(jìn)行了用戶調(diào)查 作 為可中斷負(fù)荷管理的重要依據(jù) 1 提前通知時間 提前通知時間對用戶的停電損失影響很大 可中斷負(fù)荷運(yùn)營中常常將提前 通知時間作為一個重要參數(shù)加以規(guī)定 一般情況下 提前通知的時間越短 中 斷負(fù)荷的補(bǔ)償就越高 表3 1 給出1 9 9 8 年希臘和 1 9 9 3 年加拿大有關(guān)調(diào)查結(jié)果 分析表 3 1 的數(shù)據(jù)可以看出 停電前通知時間在 3天之內(nèi)給用戶造成的損 失變化明顯 通知時間越長 減少的停電 損失越大 超過三天減少的停電 損失趨 于恒定 這是由 于提前通知時間長 用戶可以預(yù)先安排和調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃 造成的 損失小 提前通知時間短 用戶不能及時調(diào)整工作計(jì)劃 停電 損失率會很大 特 別是當(dāng)提前通知時間為零時 表示臨時停電 停電損失達(dá)到最大值 表 3 1有提前通知的停電損失的減少率 用戶提前通知時間 式中 b 表示用戶類型 k l k 2 是常系數(shù) 3 3 2可中斷負(fù)荷效益 可中斷負(fù)荷的效益大小是一個有爭議的問題 一種觀點(diǎn)認(rèn)為可中斷負(fù)荷的 實(shí)施具有一定的效益 但其經(jīng)濟(jì)效益不顯著 不應(yīng)該過高估價 另一種觀點(diǎn)認(rèn)為 浙江人學(xué)碩 1 一 學(xué)位論文 可中斷負(fù)荷在經(jīng)濟(jì)效益和可靠性方面貢獻(xiàn)明顯 雖然在可中斷負(fù)荷效益的大小上 有一些爭議 但在實(shí)施可中斷負(fù)荷可以提高系統(tǒng)性 帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益上卻較 為一致 下面對可中斷負(fù)荷在可靠性貢獻(xiàn) 削減價格尖峰和減少系統(tǒng)成本三個方 面進(jìn)行闡述 1 可中斷負(fù)荷對可靠性的貢獻(xiàn) 可中斷負(fù)荷的實(shí)施能削減系統(tǒng)峰荷 相當(dāng)于給系統(tǒng)增加備用機(jī)組 可大大提 高系統(tǒng)的可靠性 可靠性的提高相當(dāng)于系統(tǒng)向用戶提供了 更優(yōu)質(zhì)的電能 這使得 電力用戶以不高于原來的電價享受更好的服務(wù) 2 可中斷負(fù)荷對削減價格尖峰的貢獻(xiàn) 在電 力市場中 實(shí)施可中斷負(fù)荷可大大增加需求側(cè)彈性 有利于市場運(yùn)行 帶來長期和短期的經(jīng)濟(jì)效益 短期經(jīng)濟(jì)效益是降低了電力市場中的價格尖峰 這 可以用圖3 一 2 來說明 圖中 1 為供給曲線 2 為主要發(fā)電機(jī)故障時供給曲線 3 為峰荷時需求曲線 4 為可中斷負(fù)荷的需求曲 線 橫坐標(biāo)q表示負(fù)荷容量 4 3 一 一 乙 一 薈 之 幾幾 一 一 一 一 一 口 一 抽 se 戶 曰 一 一 腳 一 一 一 一 圖3 一 可中斷負(fù)荷消除價格尖峰原理 從圖3 一可以看到 正常情況下峰荷電 價時供需曲線交點(diǎn)a 對應(yīng)的電價為 p 在發(fā)電 機(jī)故障后 或者當(dāng)一些發(fā)電 廠商進(jìn)行投機(jī)時 供給曲 線將左移 此時 如果沒有可中斷負(fù)荷 價格將飛速上漲 價格達(dá)到p3 該情況對應(yīng)圖中d點(diǎn) 浙江大學(xué)碩 1 學(xué)位論文 如果市場預(yù)先購入可中斷負(fù)荷 則需求曲線彈性增大 如圖a b c曲線所示 此 時市場出 清價p z 對應(yīng)于c點(diǎn) 很明顯 p 2 c p 3 即實(shí)施可中 斷負(fù) 荷后削 減了 價格 尖峰 而價格尖峰的減弱可以帶來長期的經(jīng)濟(jì)效益 體現(xiàn)在降低平均電價 減少 價格波動商 其效益可以用平均電價的減少值與雙邊合同電量的乘積估計(jì) 3 可中斷負(fù)荷對減少系統(tǒng)成本的貢獻(xiàn) 可中斷負(fù)荷不僅可以 直接節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用 還可以減少發(fā)電 機(jī)荷輸配電設(shè)備的 容量投資 即實(shí)施可中斷負(fù)荷減少的成本既包括可避免運(yùn)行成本 還包括可 避免容量成本 圖3 3可避免成本運(yùn)行成本的估算 從圖3 3 中可以看到 計(jì)算可中斷負(fù)荷可避免成本主要示比較有可中斷負(fù)荷 和無可中斷負(fù)荷兩種情況的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本的差值 并計(jì)及總的售電收入的損 失 可中斷負(fù)荷可避免容量成本計(jì)算思路與可避免運(yùn)行成本相似 主要不同點(diǎn)是 采用系統(tǒng)規(guī)劃成本而不是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本作比較 3 4本章小結(jié) 可中斷負(fù)荷數(shù)學(xué)模型和成本效益分析是可中斷負(fù)荷研究的 基礎(chǔ) 本章對可中 斷負(fù)荷管理的目 標(biāo)及需要解決的主要問題建立了 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 第二部分對多個 國家和地區(qū)的停電損失和研究數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總和分析 并討論了實(shí)施可中斷負(fù)荷 浙江大學(xué)碩 1 丁 學(xué)位論文 帶來的效益 獲得以下結(jié)論 1 中斷負(fù)荷成本與提前通知時間在時間較長時成線性關(guān)系 2 單位時間中斷負(fù)荷成本與停電持續(xù)時間成指數(shù)形式下降 3 中斷負(fù)荷成本與缺電量通常可以采用二次型來近似模擬 4 可中斷負(fù)荷的效益主要體現(xiàn)在對系統(tǒng)的可靠性貢獻(xiàn)和經(jīng)濟(jì)效益兩個方面 浙江人學(xué)b y l 學(xué)位論文 第四章可中斷負(fù)荷管理 i m l 模型分析 在電力市場中 各個參與成員的目 的是追求自 身利益的最大化 為獲得最大 的利益 必須在遵循一定市場規(guī)則下做出最優(yōu)化的決策 而且其決策行為必然受 到其他成員的決策影響 市場就意味著風(fēng)險(xiǎn) 電力市場也不例外 電力市場下的 i l m 同樣存在著風(fēng)險(xiǎn) 可中斷負(fù)荷是指在電網(wǎng)高峰負(fù)荷時段 用戶負(fù)荷中可以 中斷的部分 這也是d s m的重要內(nèi)容 對于i l m的實(shí)施 電力公司是主導(dǎo)方 然而用戶有權(quán)選擇不參與或者不配合 如何調(diào)動用戶的主動性 積極和電力公司 配合共同參與i l m等問題 首先需要解決可中斷機(jī)制設(shè)計(jì)和可中斷電價確定兩 個關(guān)鍵問 題 也就是要設(shè)計(jì)出 科學(xué)合理的可中斷電價模型 4 1 基于動態(tài)潮流優(yōu)化的可中斷負(fù)荷管理模型 這種方法是在傳統(tǒng)的潮流優(yōu)化模型里考慮可中斷負(fù)荷參與優(yōu)化調(diào)度對于潮 流優(yōu)化的影響 用動態(tài)潮流優(yōu)化考慮可中斷負(fù)荷的d s m模型 利用目 標(biāo)優(yōu)化函 數(shù)可以 確定可中斷負(fù)荷的電價 為了能把動態(tài)潮流優(yōu)化引用于i l m 其建模過 程考慮如下幾個問題 1 給予用戶的短期折扣 即用戶由于中斷負(fù)荷而得到補(bǔ)償 2 負(fù)荷持續(xù)的時間 3 負(fù)荷特性及負(fù)荷成本特性 其中涉及到各種不同功率因素的負(fù)荷削減成 本 4 發(fā)電和網(wǎng)絡(luò)特性 包括電廠的發(fā)電成本及線路于不同負(fù)荷的網(wǎng)損 5 系統(tǒng)的安全性 發(fā)電 機(jī)的有功 無功以及電壓幅值不能超過或小于給定 值 6 新建電 廠的成本 假如我們不施行這種負(fù)荷管理方法 當(dāng) 用戶的電 力需 求越來越高時 我們必須新建電廠以滿足峰荷時的正常供電 如此就會 帶來巨額新建電廠費(fèi)用以 及電廠運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用 除此之外 目前i ml分析還引入以下一些特性 1 不同功率因數(shù)和持續(xù)削減的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上可利用的可中斷負(fù)荷范圍考慮到 浙江人學(xué)碩 1 丁 學(xué)位論文 負(fù)荷削減對有功 無功潮流的等式進(jìn)行修正 2 將網(wǎng)絡(luò)約束和動態(tài)約束聯(lián)系起來 3 計(jì)算給予用戶實(shí)時電價折扣 4 計(jì)算從可中斷負(fù)荷項(xiàng)目 中獲得的總利益 5 當(dāng)可中斷負(fù)荷的最優(yōu)選擇和電價折扣的問題解決了 就再確定從長遠(yuǎn)來 看因?yàn)樾陆姀S的減少而帶來的長期利益 基于動態(tài)潮流優(yōu)化模型 可中斷負(fù)荷電價模型的目 標(biāo)函數(shù)將表示