一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法
阅读：1029发布：2020-09-16
专利汇可以提供一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于用户 感知 可靠性指标的可靠性电价制定方法，包括步骤：建立在供电区域内的每个负荷点具有的用户感知可靠性指标对于在供电区域内的每个负荷点，采集该负荷点自身具有的用户分类特征，然后将多个负荷点按照不同的用户分类特征，分别进行聚类，获得分别具有相同用户分类特征的多组负荷点；对于具有相同用户分类特征的每组负荷点，分别进行归一化处理，对应获得虚拟负荷点；对于每组负荷点对应的虚拟负荷点，根据其具有的用户感知可靠性指标以及预设的 电网 系统的原始 基础 电价，获得对应的同组负荷点的可靠性电价。本发明能够基于用户感知可靠性指标，来准确描述用户对供电可靠性的需求，从而制定不同用户的可靠性电价。，下面是一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法专利的具体信息内容。
1.一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、建立在供电区域内的每个负荷点具有的用户感知可靠性指标；
第二步、对于在供电区域内的每个负荷点，采集该负荷点自身具有的用户分类特征，然后将多个负荷点按照不同的用户分类特征，分别进行聚类，获得分别具有相同用户分类特征的多组负荷点；其中，所述用户分类特征用于反映该负荷点具有的供电可靠性需求；
第三步、对于具有相同用户分类特征的每组负荷点，分别进行归一化处理，分别对应获得一个虚拟负荷点；
第四步、对于每组负荷点对应的虚拟负荷点，根据该虚拟负荷点具有的用户感知可靠性指标以及预设的电网系统的原始基础电价，获得该虚拟负荷点的可靠性电价，即为该虚拟负荷点对应的同组负荷点的可靠性电价。
2.如权利要求1所述的可靠性电价制定方法，其特征在于，用户感知可靠性指标包括：
负荷点故障率、负荷点平均故障指标率、用户感知故障严重度指标、用户感知故障率指标、用户感知年停电持续时间指标、用户感知平均停电时间和用户感知电量不足指标中的一个或者多个。
3.如权利要求1或2所述的可靠性电价制定方法，其特征在于，所述用户分类特征包括：
精密电子设备制造业用户、大型商业中心和演出场馆用户、数据中心类用户、高层建筑的用电设施、满足预设气候和供暖条件地区的居民和办公用户，预设特级、一级、二级重要用户，以及交通灯和路灯用户。
一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法
技术领域
背景技术
[0003] 目前，在“高质高价”的指导思想下，可靠性电价在定价时侧重于用户侧的电能质量，供电可靠性高的用户一般需要承担更高的费用。随着配网用户需求的多样化，现有电价制定方法，所采取的传统的供电可靠性指标难以准确描述用户对于供电可靠性的需求，从而无法准确制定用户的可靠性电价。
[0004] 尤其是近年来，随着世界各国节能减排意识的增强，以太阳能、风能等分布式、可再生能源的利用成为人们关注的焦点。为提高可再生能源利用效率，减小分布式电源接入对大电网的冲击，微电网的提出为高渗透率的可再生能源发电提供了可能。微电网中储能系统的设置可以有效抑制分布式发电过程功率波动问题，对于保证微电网稳定、可靠运行发挥了至关重要的作用。因此，在微电网中储能系统的影响下，准确确定用户的可靠性电价，意义重大。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法，其能够基于用户感知可靠性指标，来准确描述用户对供电可靠性的需求，从而准确可靠地制定向具有不同可靠性需求的用户需要收取的可靠性电价，更加符合用户的实际用电需求，具有重大的生产实践意义。
[0006] 为此，本发明提供了一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法，包括以下步骤：
[0007] 第一步、建立在供电区域内的每个负荷点具有的用户感知可靠性指标；
[0008] 第二步、对于在供电区域内的每个负荷点，采集该负荷点自身具有的用户分类特征，然后将多个负荷点按照不同的用户分类特征，分别进行聚类，获得分别具有相同用户分类特征的多组负荷点；其中，所述用户分类特征用于反映该负荷点具有的供电可靠性需求；
[0009] 第三步、对于具有相同用户分类特征的每组负荷点，分别进行归一化处理，分别对应获得一个虚拟负荷点；
[0010] 第四步、对于每组负荷点对应的虚拟负荷点，根据该虚拟负荷点具有的用户感知可靠性指标以及预设的电网系统的原始基础电价，获得该虚拟负荷点的可靠性电价，即为该虚拟负荷点对应的同组负荷点的可靠性电价。
[0011] 其中，用户感知可靠性指标包括：负荷点故障率、负荷点平均故障指标率、用户感知故障严重度指标、用户感知故障率指标、用户感知年停电持续时间指标、用户感知平均停电时间和用户感知电量不足指标中的一个或者多个。
[0012] 其中，所述用户分类特征包括：精密电子设备制造业用户、大型商业中心和演出场馆用户、数据中心类用户、高层建筑的用电设施、满足预设气候和供暖条件地区的居民和办公用户，预设特级、一级、二级重要用户，以及交通灯和路灯用户。
[0013] 由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法，其能够基于用户感知可靠性指标，来准确描述用户对供电可靠性的需求，从而准确可靠地制定向具有不同可靠性需求的用户需要收取的可靠性电价，更加符合用户的实际用电需求，具有重大的生产实践意义。附图说明
[0014] 图1为本发明提供的一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法中的区域可靠性需求价值评估示意框图；
[0015] 图2为本发明提供的一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法的流程图；
[0016] 图3为本发明提供的一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法中一种具体实施例的算例图；
[0017] 图4为本发明提供的一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法中一种具体实施例具有的两个负荷点的可靠性电价示意图。
具体实施方式
[0018] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0019] 参见图1、图2，本发明提供一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法，包括以下步骤：
[0020] 第一步：建立在供电区域内的每个负荷点(即用电的用户)具有的用户感知可靠性指标；
[0021] 第二步：对于在供电区域内的每个负荷点，采集该负荷点自身具有的用户分类特征，然后将多个负荷点按照不同的用户分类特征，分别进行聚类，获得分别具有相同用户分类特征的多组负荷点；其中，所述用户分类特征用于反映该负荷点(用电的用户)具有的供电可靠性需求；
[0022] 需要说明的是，在本发明中，对于一个负荷点，其具有的相同用户分类特征，说明其具有的供电可靠性需求相同。同一组负荷点，具有的供电可靠性需求相同。
[0023] 第三步：对于具有相同用户分类特征的每组负荷点，分别进行归一化处理，分别对应获得一个虚拟负荷点，该虚拟负荷点用于代表该组负荷点的用户分类特征(即可靠性特征)；
[0024] 第四步：对于每组负荷点对应的虚拟负荷点，根据该虚拟负荷点具有的用户感知可靠性指标以及预设的电网系统的原始基础电价，获得该虚拟负荷点的可靠性电价，即为该虚拟负荷点对应的同组负荷点的可靠性电价，也就是：具有相同用户分类特征(即具有相同供电可靠性需求)的同组负荷点中各个负荷点的可靠性电价。
[0025] 在第四步中，虚拟负荷点具有的用户感知可靠性指标，即为每组负荷点中的负荷点(即用电的用户)具有的用户感知可靠性指标。
[0026] 在本发明中，具体实现上，本发明提供的可靠性电价制定方法，可以通过计算机PC、中央处理器CPU等具有数据处理功能的设备和模块，对电网系统中的相关数据进行处理，最终获得各个负荷点的可靠性电价。
[0027] 基于以上技术方案可知，对于本发明，基于用户感知的可靠性指标的提出，能够为配电网可靠性电价的制定提供新的方法。
[0028] 在储能系统接入的情况下，对于本发明所提出的基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法，利用基于用户感知的可靠性指标评估用户的可靠性需求，以及利用区域可靠性需求评估方法，将电网系统中具有相类似特征的多个负荷点等效为一个典型的负荷点(即虚拟负荷点)，同时利用基于价格功能弹性的方法，制定各个虚拟负荷点的可靠性电价。
[0029] 对于本发明，关于第一步：建立在供电区域内的每个负荷点(即用电的用户)具有的用户感知可靠性指标，具体说明如下：
[0030] 在第一步中，具体实现上，可以利用现有的配电系统用户感知可靠性评估技术，来获得在供电区域内每个负荷点(即用电的用户)的用户感知可靠性指标的计算值。
[0031] 在第一步中，具体实现上，用户感知可靠性指标包括：负荷点故障率、负荷点平均故障指标率、用户感知故障严重度指标、用户感知故障率指标、用户感知年停电持续时间指标、用户感知平均停电时间和用户感知电量不足指标中的一个或者多个。当然，根据用户的需要，还可以增加其他的指标。
[0032] 对于本发明，建立以下用户感知可靠性指标，来表征基于用户感知的配网可靠性。在具体算例以及实施过程中，可以采用序贯蒙特卡洛法进行可靠性计算，可获得各个用户感知可靠性指标的数值。具体说明如下：
[0033] 其中，负荷点故障率λi,x指标，用于表征在时间间隔i时，用户x所感知的故障率λi,x：
[0034]
[0035] 在上面公式(1)中，Pi,x是x在时间间隔i期间的瞬时功率，Ti,0是时间间隔i的起始时刻，Ti,x是时间间隔i的时长，Px,max是用户x的最大功率。
[0036] 其中，负荷点平均故障率λmean,x指标，用于表征在一年共计8760h中，用户x所感知的平均故障率：
[0037]
[0038] 其中，用户感知故障严重度指标Sm,i,x，用于表征故障发生时，用户所需功率的大小：
[0039] Sm,i,x＝λi,x/λmean,x，公式(3)；
[0040] 其中，用户感知故障率指标fx,aware：
[0041]
[0042] 在上面公式(4)中，f为故障率。
[0043] 其中，用户感知年停电持续时间指标CAIDIx,aware，用于表征用户感知的年停电持续时间：
[0044]
[0045] 以上公式(5)中，Tm为故障m的持续时间。
[0046] 其中，用户感知平均停电时间指标rx,aware，用于表征用户感知的平均停电时长：
[0047]
[0048] 其中，用户感知电量不足指标EENSaware,x，用于表征用户感知的因元件停运而引起的向用户提供电量的缺额：
[0049]
[0050] 对于本发明，关于第二步，具体说明如下：
[0051] 在第二步中，具体实现上，利用区域可靠性需求评估方法，将具有相同可靠性需求的负荷点，聚类为具有相同用户分类特征的多组负荷点。也就是说，对于本发明，利用区域可靠性需求评估方法，将系统中具有相类似特征的多个负荷点等效为一个典型的负荷点，即虚拟负荷点。
[0052] 在第二步中，具体实现上，所述用户分类特征包括：精密电子设备制造业用户(类别1)、大型商业中心和演出场馆用户(类别2)、数据中心类用户(类别3)、高层建筑的用电设施(用电设施例如为电梯和水泵等，类别4)、满足预设气候和供暖条件地区的居民和办公用户(类别5)，预设特级、一级、二级重要用户(是现有标准，类别6)，以及交通灯和路灯用户(类别7)。当然，根据实际的需要，还可以增加其他的用户分类特征。
[0053] 对于本发明，关于第二步，在具体方案设计上，根据供电区域的用户构成和用户的供电可靠性价值，对区域供电可靠性差异化服务需求进行评估。
[0054] 对于本发明，由第二步来进行供电区域可靠性需求评估。具体实现上，供电区域可靠性需求评估由三层分析环节构成，分别是：供电区域的用户分类特征采集、用户可靠性价值分类评估、区域可靠性需求评价。
[0055] 一、第一环节：供电区域的用户分类特征采集。
[0056] 根据以上的分析，初步考虑七个纳入评估的用户类别(即用户分类特征)，包括：精密电子设备制造业用户(类别1)、大型商业中心和演出场馆用户(类别2)、数据中心类用户(类别3)、高层建筑的用电设施(用电设施例如为电梯和水泵等，类别4)、满足预设气候和供暖条件地区的居民和办公用户(类别5)，预设特级、一级、二级重要用户(是现有标准，类别6)，以及交通灯和路灯用户(类别7)。当然，根据实际的需要，还可以增加其他的用户分类特征。
[0057] 参见图1所示，在本发明中，ai为第i类客户的特征系数；bij为第i类客户对第j种价值的偏好系数；wj为第j种价值在可靠性价值中的权重。
[0059]
[0060] 在上述公式中：Wj为用户j的年用电量；WΣ为区域年用电总量；Ui为各类型用户集合，i＝1,…,7。
[0062] 其中，U2＝{j|j∈大型商业中心用户∨演出场馆用户}。其中，商业中心指大型的综合零售中心，可按照商业面积大于指定的最小值(Smin)或商业用户配电变压器容量不小于指定的最小值(Cmin)进行判断。Smin或Cmin可以根据地区实际情况选取。
[0063] 其中，U3＝{j|j∈数据中心用户}。
[0064] 其中，U4＝{j|j∈高层建筑用户}。根据GB50352—2005《民用建筑设计通则》，十层及以上或高度大于24m的建筑可归于高层建筑。
[0065] 其中，确定U5前，首先须判断供电区域的类型。可按下式统计用户需自行依靠供电取暖供冷的天数
[0066]
[0067] 上述公式中：r中为统计期间的任意1天；TH(r)为r日的最高气温；TL(r)为第r日的最低气温；HU(r)为第r日的平均湿度；θH1、θH2、θL、hH分别为高温阈值1、高温阈值2、低温阈值和高湿度阈值，这四个阈值可根据人体舒适度要求并结合当地经济状况和空调使用情况，来适当选取。获得x(r)后，可计算制冷取暖设备需用率，具体如下：
[0068]
[0069] 上述公式中，Y为统计期间的总天数。当制冷取暖设备需用率Dn大于给定阈值(可取25％～40％)时，U5＝{j|j∈居民、写字楼和商业用户， U3}，否则
[0070] 其中，U6＝{j|j∈现有标准下的特级、一级、二级重要用户}。但是，需注意的是，对于35kV及以上电压等级专线和专用变电站供电的重要用户，如地铁、冶炼等用户，一般单独进行单项需求评估，不宜纳入公用配电系统的可靠性需求分析考虑。
[0071] 其中，U7＝{j|j∈在本区域供电的交通灯用户}。
[0072] 二、第二环节：用户可靠性价值分类评估。
[0073] 虽然∑ai能够直接反映供电区域中，所有对供电可靠性有较高要求的用户的电量占比，但是，不同类型(即不同用户类别，具有不同的用户分类特征)的用户，对不同用户感知可靠性指标的需求偏好不同，其供电可靠性价值体现在直接经济价值、用户体验价值和社会价值方面的比重也不同，因此，具体实现上，不能简单叠加不同类用户的电量占比，来评价用户的可靠性需求。可靠性价值分类评估的目的是定量考虑不同类型用户的可靠性差异。
[0074] 具体实现上，可靠性价值分类评估，采取对每一种可靠性指标单位增量的价值分别进行评估的方式。以用户x感知的故障率增量Δfx,aware为例，对第c类用户，系数bc1、bc2、bc3分别表示第i类用户(i＝1,…,7)因年停电次数减少一次可获得的直接经济价值、用户体验价值和社会价值。其中，bc1即为vd的价值系数kdf。其值可通过用户调查和数据分析获得。
[0075] 三、第三环节：供电区域可靠性需求评价。
[0076] 具体实现上，逐一计算供电区域可靠性指标提升的直接经济价值vd、用户体验价值ve和社会价值vs，依次分别为：
[0077]
[0078] 利用层次分析法，可以采样得出三种价值的权重w1、w2和w3，然后计算出供电区域的可靠性需求综合评价值v，具体为：
[0079] v＝w1vd+w2ve+w3vs，公式(12)；
[0080] 通过开展用户差异化的可靠性供电需求分析，建立用户供电可靠性需求特征的描述模型以及对用户差异化可靠性供电需求特征进行分级和评价，对制定合理的可靠性电价，划分用户可靠性等级，形成针对不同用户感知可靠性理论的差异化供电可靠性保障方案，都具有重要意义。
[0081] 其中，重要程度不同的用户停电对配电系统可靠性的影响程度有较大差别，因此，在配电网可靠性评估中，需要科学合理地引入用户重要程度。
[0082] 对于本发明，关于第三步、第四步，在具体方案设计上利用基于价格功能弹性的方法，制定各个虚拟负荷点的可靠性电价。具体说明如下：
[0083] 根据价值工程理论，用价格功能弹性系数Epf表示价格P对用户感知可靠性指标F的敏感程度。其中：
[0084] 价格功能弹性系数
[0085] 上面公式中，P0为电网系统的原始基础电价(单位：元/(kWh)),F0为选取的用户感知可靠性指标，通常为用户感知年停电持续时间指标CAIDIx,aware或用户感知电量不足指标EENSaware,x。当功能从F0变化为F0+ΔF时，价格从P0变化到P0+ΔP。只有当Epf恒等于1时，确定功能调整取向，才能兼顾企业和用户双方利益，实现社会公平。因此可得：
[0086] 价格增幅
[0087] 具体实现上，利用价格功能弹性系数Epf做配电网的负荷点电价计算，把负荷点的用户感知可靠性指标计入功能。这里，可以选取第i层的用户感知可靠性水平下的虚拟负荷点对应的用户感知期望缺供电量指标EENSaware,Li。
[0088] 具体实现上，本发明可以通过引入虚拟负荷点的概念，将可靠性定价表示为某一可靠性水平i下的虚拟负荷Li的可靠性价格。其可靠性电价公式如下所示：
[0089]
[0090] 为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面结合具体的实施例来进行说明。
[0091] 本发明可以以IEEE-RBTS中母线2的馈线F4为算例，对可靠性电价的制定进行说明，其拓扑结构如图3所示，其中一个包含有分布式光伏、分布式风机、储能装置以及小型燃气轮机机组的微电网，于PCC节点接入到配网中。分布式光伏(PV)、风机(WG)、储能(ESS)、燃气轮机机组的参数如下表1所示，其中MTTF为设备的平均无故障工作时间，MTTR为平均故障修复时间。LP16～LP22为各负荷点，假定其属于可靠性需求不同的同种类型的负荷。负荷点的额定功率与可靠性需求指标CAIDI0,x,aware如表2所示。在可靠性计算分析过程中，运用了序贯蒙特卡洛法。
[0092] 表1：分布式电源DG及储能设备参数。
[0093]
[0094] 表2：用户负荷信息。
[0095]负荷编号 P(kW) CAIDI0,x,aware(h)
LP16 18000 1.20
LP21 3000 2.70
LP17 24000 3.10
LP22 2500 3.45
LP18-19 8000 3.55
LP20 800 3.68
LP16 18000 1.20
LP21 3000 2.70
LP17 24000 3.10
LP22 2500 3.45
LP18-19 8000 3.55
LP20 800 3.68
[0096] 为了验证本本发明提供的方法，对于储能系统接入下可靠性电价计算方法的有效性，假定以下三种情况：情况1(S1)为假设没有ESS接入电网系统；情况2(S2)为假定2组ESS接入电网系统；情况3(S3)为假定4组ESS接入电网系统。由于ESS的接入，只对负荷点LP21和LP22的可靠性有影响，所以只制定负荷点LP21和LP22的可靠性电价。
[0097] 一、计算负荷点LP21和LP22的用户感知可靠性指标CAIDIx,aware的计算值。
[0098] 在三种情况S1、S2和S3下，负荷点LP21和LP22的用户感知可靠性指标CAIDIx,aware如下表3所示：
[0099] 表3：LP21和LP22用户感知可靠性指标CAIDIx,aware计算值。
[0100]负荷点Load number S1 S2 S3
LP21 3.567 3.423 3.198
LP22 3.467 3.389 3.176
LP21 3.567 3.423 3.198
LP22 3.467 3.389 3.176
[0101] 二、由于只有两个负荷点LP21与LP22，所以用LP21和LP22代表该处所有负荷，并用其自身作为该点的虚拟负荷点。
[0102] 三、假设电网系统的原始基础电价为P0，将虚拟负荷点的用户感知可靠性指标以及电网系统的原始基础电价P0代入，可得LP21和LP22的可靠性电价，如图4所示。
[0103] 基于以上技术方案可知，对于本发明，基于用户感知可靠性指标评估配网用户所感知的供电可靠性，继而根据供电区域的用户构成和用户的供电可靠性价值，对区域供电可靠性差异化服务需求进行评估，根据价值工程理论，得到在储能系统接入下基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法，算例结果证明，本发明所提出的方法，能够合理制定可行的可靠性电价。
[0104] 综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种基于用户感知可靠性指标的可靠性电价制定方法，其能够基于用户感知可靠性指标，来准确描述用户对供电可靠性的需求，从而准确可靠地制定向具有不同可靠性需求的用户需要收取的可靠性电价，更加符合用户的实际用电需求，具有重大的生产实践意义。
[0105] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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