居民用戶對(duì)分時(shí)電價(jià)的響應(yīng)潛力評(píng)價(jià)方法

王媛, 周明

(新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué)), 北京市 102206)

居民用戶對(duì)分時(shí)電價(jià)的響應(yīng)潛力評(píng)價(jià)方法

王媛, 周明

(新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué)), 北京市 102206)

為了適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展，促進(jìn)需求側(cè)資源的合理利用，在分時(shí)電價(jià)下選取居民小區(qū)用戶為研究對(duì)象，從時(shí)間尺度上提出一種刻畫其需求響應(yīng)潛力的指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)方法。評(píng)價(jià)指標(biāo)從需求響應(yīng)能力和速度2個(gè)角度定義了用戶每個(gè)時(shí)段的需求響應(yīng)潛力，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的需求價(jià)格彈性矩陣，得到需求響應(yīng)能力的計(jì)算方法。建立分時(shí)電價(jià)下居民小區(qū)綜合需求響應(yīng)潛力的評(píng)價(jià)模型。該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)居民小區(qū)需求響應(yīng)潛力的量化，為居民需求側(cè)資源的管理提供了依據(jù)，從價(jià)格的制定與峰時(shí)段的劃分2個(gè)角度指導(dǎo)分時(shí)電價(jià)的制定。算例分析證明所提指標(biāo)的合理性、評(píng)價(jià)方法的普適性與有效性。

需求響應(yīng)潛力; 分時(shí)電價(jià); 電價(jià)彈性矩陣; 爬坡率; 評(píng)價(jià)

0 引 言

智能電網(wǎng)的發(fā)展加之智能家居的普及，以及電力市場改革帶來的價(jià)格激勵(lì)，使得居民用戶在需求響應(yīng)中發(fā)揮出越來越重要的作用。需求響應(yīng)(demand response, DR)作為一種高效負(fù)荷管理工具不僅提高了電力系統(tǒng)在尖峰時(shí)刻的運(yùn)行可靠性，且有助于電網(wǎng)更好地消納間歇性能源發(fā)電。需求響應(yīng)項(xiàng)目的開展改變了單純依靠增加裝機(jī)容量來緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力的模式，用戶可通過需求響應(yīng)項(xiàng)目主動(dòng)響應(yīng)激勵(lì)機(jī)制，調(diào)整用電模式參與“削峰填谷”，使負(fù)荷特性呈現(xiàn)“柔性特征”[1]。電價(jià)作為電力市場最有效的經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)杠桿，是需求響應(yīng)的重要激勵(lì)措施。峰谷分時(shí)電價(jià)是目前我國廣泛采用的激勵(lì)政策，通過電價(jià)信號(hào)引導(dǎo)用戶采取合理的用電行為，用戶在電價(jià)激勵(lì)下的用電行為特征又反過來影響峰谷分時(shí)電價(jià)的制定。因此，為了制定合理的分時(shí)電價(jià)以最大程度地激發(fā)用戶的響應(yīng)能力，研究用戶在不同分時(shí)電價(jià)下的響應(yīng)潛力非常必要。

不同類型用戶的響應(yīng)潛力在不同的空間、時(shí)間維度上具有顯著的差異性。需求響應(yīng)的空間維度特性是指不同用戶在不同空間范圍上的響應(yīng)特性，例如單一用戶、區(qū)域用戶、聚合用戶等；而時(shí)間維度特性則反映了用戶在不同時(shí)間尺度上的響應(yīng)特性，例如，小時(shí)、日、月、年等。已有的文獻(xiàn)多針對(duì)不同用戶響應(yīng)的空間特性開展研究，少有針對(duì)需求響應(yīng)的時(shí)間特性進(jìn)行研究的。文獻(xiàn)[2-4]將用戶分成工業(yè)、商業(yè)和居民負(fù)荷，得到了每類用戶的總體需求響應(yīng)削減量。文獻(xiàn)[5]在確定單個(gè)用戶需求響應(yīng)削峰容量的基礎(chǔ)上，按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將需求側(cè)響應(yīng)對(duì)負(fù)荷的影響落實(shí)到具體的每個(gè)節(jié)點(diǎn)。文獻(xiàn)[6]建立了傳統(tǒng)需求側(cè)管理、智能互動(dòng)、電動(dòng)汽車并網(wǎng)及其組合場景下潛力評(píng)估的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)廣東電網(wǎng)的需求響應(yīng)潛力進(jìn)行了評(píng)估。上述研究分別從不同的空間維度對(duì)用戶響應(yīng)潛力進(jìn)行了評(píng)估，未涉及細(xì)致刻畫用戶日內(nèi)不同用電時(shí)段的響應(yīng)潛力。由于分時(shí)電價(jià)是針對(duì)不同用戶不同用電時(shí)段采取不同的電價(jià)政策，因而僅僅考察用戶的整體需求響應(yīng)能力難以準(zhǔn)確揭示用戶響應(yīng)的時(shí)段特性，需對(duì)不同用戶在不同時(shí)段的響應(yīng)潛力進(jìn)行研究，才能有效指導(dǎo)分時(shí)電價(jià)的制定。

近年來，需求響應(yīng)試點(diǎn)工作已在我國工業(yè)、商業(yè)用戶中逐步展開。由于居民電價(jià)水平偏低，至今對(duì)居民用戶響應(yīng)特性的研究十分缺乏[7]。隨著我國電力市場革新的不斷推進(jìn)，交叉補(bǔ)貼逐步取消，居民電價(jià)可能上漲。同時(shí)，居民生活水準(zhǔn)的提高使家庭用電量不斷增加，電費(fèi)支出在家庭消費(fèi)的占比會(huì)明顯提高，居民用戶參與需求響應(yīng)的積極性也會(huì)得到極大的調(diào)動(dòng)[8-9]。從北美及歐洲智能電網(wǎng)試點(diǎn)工程采集的相關(guān)數(shù)據(jù)分析可知，居民用戶參與需求響應(yīng)的削峰效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類型用戶[6,10]。可見，隨著我國智能電網(wǎng)與電力市場化改革的不斷推進(jìn)，居民用戶的需求響應(yīng)潛力是值得重視的。然而現(xiàn)在對(duì)居民用戶需求響應(yīng)潛力的評(píng)價(jià)與分析方法仍十分缺乏。文獻(xiàn)[11]提出用戶最大用電量、調(diào)用時(shí)間框架、DR項(xiàng)目等因素決定用戶負(fù)荷削減的潛力；文獻(xiàn)[12]通過調(diào)查問卷方式分析需求響應(yīng)的潛力，得出用戶可接受程度是影響DR潛力的關(guān)鍵；文獻(xiàn)[13]模擬用戶對(duì)需求響應(yīng)項(xiàng)目的不同策略，提出需求響應(yīng)潛力受到季節(jié)因素以及調(diào)用時(shí)間的影響。上述研究僅對(duì)影響需求響應(yīng)潛力的因素進(jìn)行了分析，卻并未給出居民需求響應(yīng)潛力的具體定義與量化方法。

基于上述分析，本文選取居民小區(qū)用戶為研究對(duì)象，試圖從時(shí)間尺度上提出刻畫居民用戶需求響應(yīng)潛力的指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。首先從需求響應(yīng)能力和需求響應(yīng)速度兩個(gè)方面定義了用戶每個(gè)時(shí)段負(fù)荷的需求響應(yīng)潛力，將用戶不同時(shí)段的需求響應(yīng)能力定義為其對(duì)削峰填谷的貢獻(xiàn)量，并用經(jīng)濟(jì)學(xué)中彈性系數(shù)的概念對(duì)其進(jìn)行了量化；將需求響應(yīng)速度定義為該時(shí)段負(fù)荷響應(yīng)電價(jià)激勵(lì)的快慢，并借鑒發(fā)電側(cè)資源中爬坡率的概念對(duì)其進(jìn)行了描述。然后給出了居民小區(qū)用戶需求響應(yīng)潛力的具體量化評(píng)估方法。最后，基于實(shí)測數(shù)據(jù)，從平均需求響應(yīng)潛力與響應(yīng)潛力分布的角度比較了不同用戶的響應(yīng)潛力；分析電價(jià)拉開比與峰時(shí)段劃分對(duì)居民小區(qū)需求響應(yīng)潛力特性的影響；討論了該評(píng)價(jià)方法對(duì)電價(jià)彈性系數(shù)變化的穩(wěn)健性。

1 分時(shí)電價(jià)下需求響應(yīng)潛力定義

本文將分時(shí)電價(jià)下的需求響應(yīng)潛力定義為用戶根據(jù)自己的用電習(xí)慣和偏好，響應(yīng)分時(shí)電價(jià)，主動(dòng)改變用電模式，對(duì)區(qū)域整體負(fù)荷實(shí)現(xiàn)削峰填谷可能性的大小。因而從需求響應(yīng)能力和需求響應(yīng)速度2個(gè)角度刻畫不同時(shí)段用戶在分時(shí)電價(jià)下的響應(yīng)潛力。

1.1 需求響應(yīng)能力

本文將t時(shí)刻用戶的需求響應(yīng)能力定義為：受分時(shí)電價(jià)激勵(lì)機(jī)制驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷的過程中，負(fù)荷在t時(shí)刻的響應(yīng)量。處于電價(jià)峰時(shí)段的負(fù)荷在削峰填谷過程中的響應(yīng)量由負(fù)荷自身的削減量與轉(zhuǎn)移到谷時(shí)段的轉(zhuǎn)移量2部分組成；處于電價(jià)平時(shí)段的負(fù)荷在削峰填谷過程中的響應(yīng)量為平時(shí)段到谷時(shí)段的負(fù)荷轉(zhuǎn)移量；谷時(shí)段的削峰填谷能力體現(xiàn)在谷時(shí)段負(fù)荷在分時(shí)電價(jià)前后的增量。根據(jù)上述的定義，可將電價(jià)峰、平、谷時(shí)段的負(fù)荷需求響應(yīng)能力分別表示為

(1)

式中：Ra(t)表示t時(shí)刻負(fù)荷的需求響應(yīng)能力,kW·h；ΔLff(t)為分時(shí)電價(jià)前后電價(jià)峰時(shí)段負(fù)荷自身的削減量，kW·h；ΔLfg(t)為分時(shí)電價(jià)前后電價(jià)峰時(shí)段向谷時(shí)段的負(fù)荷轉(zhuǎn)移量，kW·h； ΔLpg(t)為分時(shí)電價(jià)前后電價(jià)平時(shí)段向谷時(shí)段的負(fù)荷轉(zhuǎn)移量，kW·h；ΔLgg(t)為分時(shí)電價(jià)前后電價(jià)谷時(shí)段負(fù)荷的增量，kW·h；Tf為電價(jià)峰時(shí)段；Tp為電價(jià)平時(shí)段；Tg為電價(jià)谷時(shí)段。

1.2 需求響應(yīng)速度

需求響應(yīng)能力從負(fù)荷響應(yīng)幅值的角度反映了其需求響應(yīng)潛力，本節(jié)從負(fù)荷響應(yīng)速率的角度，定義了需求響應(yīng)速度來衡量負(fù)荷響應(yīng)電價(jià)激勵(lì)的快慢。負(fù)荷對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)速度由其自身的負(fù)荷曲線特性決定，若負(fù)荷變化的斜率越陡峭，意味著其響應(yīng)激勵(lì)的速度越快、需求響應(yīng)潛力越大，具有較大的可能性參與到快速需求響應(yīng)項(xiàng)目中。因此，本節(jié)將負(fù)荷在t時(shí)刻的需求響應(yīng)速度定義為負(fù)荷變化的快慢，具體可表示為

(2)

式中：Rs(t)為t時(shí)刻負(fù)荷的需求響應(yīng)速度， (kW·h)/h；L(t)為t時(shí)刻的負(fù)荷值，kW·h。

1.3 需求響應(yīng)綜合潛力

綜合上述2個(gè)分時(shí)電價(jià)下t時(shí)刻用戶的需求響應(yīng)特性，并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理后便得到評(píng)價(jià)用戶需求響應(yīng)潛力的綜合指標(biāo)。則評(píng)價(jià)t時(shí)刻負(fù)荷需求響應(yīng)潛力的綜合指標(biāo)可表示為

Rp(t)=Ra(t)·Rs(t)

(3)

式中Rp(t)表示t時(shí)刻負(fù)荷的需求響應(yīng)潛力。

2 分時(shí)電價(jià)下負(fù)荷需求響應(yīng)潛力的評(píng)價(jià)模型

在定義了需求響應(yīng)潛力的情況下，引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中的彈性系數(shù)，對(duì)分時(shí)電價(jià)激勵(lì)下負(fù)荷需求響應(yīng)能力進(jìn)行計(jì)算，并給出基于實(shí)測數(shù)據(jù)的需求響應(yīng)速度計(jì)算方法。

2.1 負(fù)荷需求響應(yīng)能力計(jì)算方法

2.1.1用電需求價(jià)格彈性系數(shù)

電力負(fù)荷的彈性系數(shù)表示在一定時(shí)期內(nèi)電價(jià)變化所引起的用戶用電需求量變化的百分比，其通用公式[14-15]可表示為

(4)

式中：E為電能的需求彈性系數(shù)；Δρ為電價(jià)的變化，元/(kW·h)；Δd表示基于價(jià)格所產(chǎn)生的用電需求量的變化，kW·h；ρ0和d0分別為分時(shí)電價(jià)前的電價(jià)和電力需求量。

2.1.2分時(shí)電價(jià)前后負(fù)荷的改變量

分時(shí)電價(jià)前后負(fù)荷的改變量由負(fù)荷的自身的削減量與轉(zhuǎn)移量共同決定，其中，負(fù)荷自身的削減量與自彈性系數(shù)對(duì)應(yīng)，轉(zhuǎn)移量與交叉彈性系數(shù)對(duì)應(yīng)。因此，當(dāng)負(fù)荷曲線的數(shù)據(jù)維數(shù)為N時(shí)，分時(shí)電價(jià)前后t1時(shí)刻的負(fù)荷改變量為

(5)

式中：t2為負(fù)荷曲線中的采樣時(shí)刻，當(dāng)t2=t1時(shí)，EL(t1,t2) ≤0為自彈性系數(shù)，當(dāng)t2≠t1時(shí)，EL(t1,t2) ≥0為交叉彈性系數(shù)；L0(t1)為t1時(shí)刻的負(fù)荷量；ρ0(t2)為分時(shí)電價(jià)前t2時(shí)刻的電價(jià)；ρ(t2)為分時(shí)電價(jià)后t2時(shí)刻的電價(jià)。

令λL(t1)表示實(shí)施分時(shí)電價(jià)后負(fù)荷L在t1時(shí)刻的用電量變化率，則有

(6)

令k(t2)表示t2時(shí)刻分時(shí)電價(jià)前后的電價(jià)浮動(dòng)比，并將其定義為[16]

(7)

則式(6)可以改寫成

(8)

因此，當(dāng)t1，t2分別屬于電價(jià)峰、平、谷時(shí)段時(shí)，其用電量變化率為

(9)

式中：Tf、Tp、Tg分別表示電價(jià)的峰、平、谷時(shí)段；t1為其中的任一時(shí)段；λfp、λfg和λpg表示負(fù)荷轉(zhuǎn)移的效果；λff和λgg描述在峰時(shí)段和谷時(shí)段削峰填谷效果；由于在電價(jià)高峰時(shí)，kfgt;0，在平段時(shí)，kp=0，在電價(jià)谷時(shí)，kglt;0，因此λfp、λfg和λpg均為正數(shù)，又由于E(t1)lt;0，因此λfflt;0，而λgggt; 0。

2.1.3分時(shí)電價(jià)前后負(fù)荷需求響應(yīng)量

基于上述分時(shí)電價(jià)下負(fù)荷變化的分析與電價(jià)峰、平、谷時(shí)段的負(fù)荷需求響應(yīng)能力定義，可知負(fù)荷需求響應(yīng)量具體的計(jì)算公式為

(10)

又由式(8)可知，λ(t1)由EL(t1,t2)與k(t2)決定，而在具體的分時(shí)電價(jià)下k(t2)已知；負(fù)荷的彈性系數(shù)EL(t1,t2)可基于負(fù)荷類型的劃分，通過用戶的上報(bào)或社會(huì)調(diào)查來獲得，具體方法可參考文獻(xiàn)[17-18]。

2.2 負(fù)荷需求響應(yīng)速度計(jì)算方法

根據(jù)第1節(jié)的定義可知，居民小區(qū)用戶在時(shí)刻t1的需求響應(yīng)速度由其負(fù)荷曲線在該點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)決定。而由于實(shí)測數(shù)據(jù)的離散性，負(fù)荷曲線呈現(xiàn)出不連續(xù)的特點(diǎn)，具有不可導(dǎo)的負(fù)荷尖峰時(shí)刻，因而不能采用適用于連續(xù)函數(shù)的求導(dǎo)法對(duì)負(fù)荷變化的速率進(jìn)行計(jì)算。因此本節(jié)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)的采樣間隔Δt，將t時(shí)刻負(fù)荷的需求響應(yīng)速度定義為負(fù)荷在與t時(shí)刻相鄰的2個(gè)時(shí)間間隔間的變化率的平均值，其表達(dá)式如(11)所示：

(11)

式中：Rs(t)表示t時(shí)刻負(fù)荷的需求響應(yīng)速度；L(t-Δt)為t-Δt時(shí)刻的負(fù)荷值；L(t+Δt)為t+Δt時(shí)刻的負(fù)荷值；Δt表示實(shí)測數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間間隔。

2.3 負(fù)荷需求響應(yīng)潛力綜合計(jì)算方法

將上述需求響應(yīng)能力與需求響應(yīng)速度的計(jì)算公式代入式(3)，即可得到t時(shí)刻負(fù)荷需求響應(yīng)綜合潛力指標(biāo)Rp(t)。則居民用戶日平均需求響應(yīng)潛力可表示為

(12)

式中：Rp表示居民用戶日負(fù)荷平均需求響應(yīng)潛力；N是居民日負(fù)荷數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)。

3 仿真算例分析

3.1 數(shù)據(jù)描述

本文選取3個(gè)居民小區(qū)的整體日負(fù)荷曲線(用電量)，用MATLAB工具對(duì)不同分時(shí)電價(jià)政策下其需求響應(yīng)潛力特性進(jìn)行分析。每個(gè)居民小區(qū)由500家居民用戶組成，用電量采樣的時(shí)間間隔為30 min。該地區(qū)不同行業(yè)的電價(jià)彈性系數(shù)如表1所示。

表1某地電力負(fù)荷分類及用戶負(fù)荷特性
Table1Loadclassificationandcharacteristicsinaspecificarea

3.2 仿真結(jié)果及分析

如圖1—3所示為3個(gè)不同居民小區(qū)在相同的分時(shí)電價(jià)下日負(fù)荷(采樣點(diǎn)為48個(gè))的潛力分布情況。居民小區(qū)1 的日負(fù)荷曲線中，18：00點(diǎn)負(fù)荷尖峰時(shí)刻的需求響應(yīng)潛力最大。而居民小區(qū)2 的日負(fù)荷中的需求響應(yīng)最大值與最大負(fù)荷未能在同一時(shí)刻取得，這是因?yàn)樽畲筘?fù)荷處于電價(jià)平時(shí)段，分時(shí)電價(jià)前后向谷時(shí)段轉(zhuǎn)移的負(fù)荷量少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電價(jià)峰時(shí)段負(fù)荷的自身削減量與向谷時(shí)段轉(zhuǎn)移量之和；同處于電價(jià)峰時(shí)段的17：30的負(fù)荷值雖然大于18：00的負(fù)荷值，但是由于18：00負(fù)荷的需求響應(yīng)速率更大，綜合考慮兩方面的因素，該小區(qū)在18：00的負(fù)荷具有最大的需求響應(yīng)潛力。居民小區(qū)3的需求響應(yīng)潛力最大值在處于電價(jià)峰時(shí)段的17：30取得。

圖1 居民小區(qū)1日負(fù)荷的需求響應(yīng)潛力分布Fig.1 Demand response potential distribution ofdaily load in residential area 1

圖2 居民小區(qū)2日負(fù)荷的需求響應(yīng)潛力分布Fig.2 Demand response potential distribution ofdaily load in residential area 2

圖3 居民小區(qū)3日負(fù)荷的需求響應(yīng)潛力分布Fig.3 Demand response potential distribution ofdaily load in residential area 3

圖4比較了3個(gè)不同居民小區(qū)的日負(fù)荷需求響應(yīng)潛力分布，表2所示為歸一化后不同居民小區(qū)同一日峰時(shí)段中不同時(shí)刻的需求響應(yīng)潛力與日均需求響應(yīng)潛力。其中居民小區(qū)2的日均需求響應(yīng)潛力最大為0.065 1，在18:00點(diǎn)達(dá)到其需求響應(yīng)潛力的最大值0.616 0；而居民小區(qū)1、3的需求響應(yīng)潛力分別在18:00與17:30達(dá)到其最大值1.000 0和0.313 7。此外，由表中信息計(jì)算可得，居民小區(qū)1、2、3高峰時(shí)段的平均需求響應(yīng)潛力分別為0.590 4、0.476 2、0.253 8。由此可知，從負(fù)荷整體的需求響應(yīng)潛力來看，居民小區(qū)2的用戶較其他2個(gè)小區(qū)的用戶在該電價(jià)政策下具有更大的需求響應(yīng)潛力；若需最大程度地調(diào)動(dòng)用戶在電價(jià)峰時(shí)段的需求響應(yīng)潛力，則對(duì)居民小區(qū)1的用戶實(shí)施該電價(jià)政策的響應(yīng)效果最理想。

圖4 居民小區(qū)1、2、3在同一電價(jià)政策下的需求響應(yīng)潛力Fig.4 Demand response potential of residentialarea 1,2,3 under same tariff

圖5所示為居民小區(qū)1在表3中所示的不同分時(shí)電價(jià)政策(不同電價(jià)拉開比)下的日負(fù)荷需求響應(yīng)潛力分布。從圖5中可以看出，對(duì)于該居民小區(qū)的用戶而言，電價(jià)拉開比越大，其需求響應(yīng)潛力越大，4種電價(jià)政策中，分時(shí)電價(jià)機(jī)制D能最大程度激發(fā)該小區(qū)用戶的需求響應(yīng)潛力。

圖5 居民小區(qū)1在不同電價(jià)拉開比下的需求響應(yīng)潛力Fig.5 Demand response potential of residentialarea 1 under different price ratios

圖6比較了居民小區(qū)1的日負(fù)荷需求響應(yīng)潛力在不同峰谷平時(shí)段劃分下的分布。當(dāng)峰時(shí)段為17：00—19：00時(shí)，該小區(qū)日負(fù)荷的平均需求響應(yīng)潛力最大為0.060 8，當(dāng)峰時(shí)段前移(16：00—18：00)或者后移(18：00—20：00)1 h，其平均需求響應(yīng)潛力分別為0.058 8、0.037 1。而負(fù)荷高峰時(shí)段多分布在17：00至19：00之間，因此，可以得到如下結(jié)論：當(dāng)電價(jià)高峰時(shí)段與負(fù)荷峰時(shí)段重合度越高，該電價(jià)政策越能激發(fā)用戶的需求響應(yīng)潛力。

圖6 居民小區(qū)1在不同峰時(shí)段劃分下的需求響應(yīng)潛力Fig.6 Demand response potential of residentialarea 1 under different peak periods

考慮到調(diào)研統(tǒng)計(jì)過程中存在的偶然因素和誤差會(huì)影響居民電價(jià)彈性系數(shù)的精度，因此，圖7比較了在不同電價(jià)彈性系數(shù)下居民用戶需求響應(yīng)潛力的分布。從圖7可以看出電價(jià)彈性系數(shù)的變化未能改變居民用戶響應(yīng)潛力分布的整體趨勢，彈性系數(shù)的變化僅僅改變了用戶不同時(shí)段需求響應(yīng)潛力的絕對(duì)大小，相對(duì)大小未發(fā)生較大變化。在不同電價(jià)彈性系數(shù)下，居民小區(qū)1中用戶需求響應(yīng)潛力的最大值都在19：00取得；且電價(jià)峰時(shí)段的需求響應(yīng)潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電價(jià)谷時(shí)與電價(jià)平時(shí)段。據(jù)此可以得出，本文中居民需求響應(yīng)潛力的定義對(duì)于電價(jià)彈性系數(shù)在時(shí)間尺度上具有較好的穩(wěn)健性，用戶不同時(shí)段的潛力分布趨勢受電價(jià)彈性系數(shù)影響較小。因此，所提方法可用于指導(dǎo)不同地區(qū)用戶電價(jià)峰、平、谷、時(shí)段的劃分。

圖7 居民小區(qū)1在不同彈性系數(shù)下的需求響應(yīng)潛力Fig.7 Demand response potential of residentialarea 1 under different elasticity matrices

4 結(jié) 論

本文從響應(yīng)能力和響應(yīng)速度2個(gè)方面定義了評(píng)價(jià)用戶在分時(shí)電價(jià)下需求響應(yīng)潛力的指標(biāo)，并基于電價(jià)彈性矩陣建立了居民小區(qū)日負(fù)荷響應(yīng)潛力評(píng)價(jià)模型。算例比較了不同分時(shí)電價(jià)激勵(lì)對(duì)居民日響應(yīng)潛力的影響，給出了分時(shí)電價(jià)下不同居民小區(qū)不同時(shí)段的需求響應(yīng)潛力特性；研究了不同電價(jià)拉開比與不同峰時(shí)段對(duì)居民小區(qū)負(fù)荷響應(yīng)潛力分布的影響；討論了該評(píng)價(jià)方法對(duì)電價(jià)彈性系數(shù)變化的穩(wěn)健性。結(jié)果表明：電價(jià)拉開比在一定范圍內(nèi)與居民用戶的響應(yīng)潛力呈正相關(guān)；電價(jià)高峰時(shí)段與負(fù)荷峰時(shí)段重合度越高，居民用戶在該分時(shí)電價(jià)政策下的需求響應(yīng)潛力越大。該評(píng)價(jià)方法對(duì)電價(jià)彈性系數(shù)具有較好的穩(wěn)健性，對(duì)不同區(qū)域居民用戶的響應(yīng)潛力評(píng)價(jià)具有普適性。

研究工作對(duì)用戶響應(yīng)電價(jià)潛力進(jìn)行了合理的量化與評(píng)價(jià)，能指導(dǎo)分時(shí)電價(jià)的制定；同時(shí)所提供的需求響應(yīng)潛力評(píng)估和預(yù)測值可用于用戶或其聚合商參與電力市場交易的決策指導(dǎo)。

致謝

本文中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由Electric Ireland and SEAI提供，在此向他們表示衷心的感謝。

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2017-05-24

王媛(1992)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌?、需求響?yīng)、負(fù)荷預(yù)測等；

周明(1967)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樾履茉措娏ο到y(tǒng)分析與優(yōu)化運(yùn)行、電力市場、需求響應(yīng)等。

(編輯 劉文瑩)

DemandResponsePotentialEvaluationMethodofTime-of-usePriceforResidentialCommunity

WANG Yuan, ZHOU Ming

(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University), Beijing 102206, China)

To adapt to the development of smart grid and promote the reasonable utilization of demand side resources, based on time-of-use price, this paper selects the residential area users as the research object and proposes indexes and a comprehensive evaluation method to describe its demand response potential from time scale. The evaluation indexes define the demand response potential of user in per time period from the aspects of demand response ability and speed. Demand response ability is calculated by applying the conception of demand elasticity matrix of electricity price which is commonly used in economics. Finally, an evaluation model of comprehensive demand response potential in residential area under time-of-use electricity price is established. This method quantifies the demand response potential of the residential area, and provides the basis for the management of the residents’ demand side resources. In the meantime, the results can instruct the formulation of the time-of-use price from the aspects of price setting and peak period division. The analysis of the cases has proved the rationality of the proposed indexes, as well as the validity and universality of the evaluation method.

demand response potential; time-of-use price; price elasticity matrix; climbing rate; evaluation

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51577061); 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題(2016YFB0901101)

Project supported by National Natural Science Foundation of China(51577061)；National Key Research and Development Program of China(2016YFB0901101)

TM73

A

1000-7229(2017)11-0048-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2017.11.007