基于柔性价格的激励型需求响应方法、装置及相关设备

技术领域

本申请涉及需求响应技术领域，更具体地说，是涉及一种基于柔性价格的激励型需求响应方法、装置及相关设备。

背景技术

近年来，技术创新和通信基础设施的建设大大提高了智能电网中分布式能源的利用率，促进了电力用户积极参与智能电网调峰调频。智能电网具有[1]环保、高效和灵活的优点。智能电网的发展也要求供需双方互动和协调的模式转变。其中，需求响应(DemandResponse，DR)是智能电网中双侧互动的关键组成部分。DR为响应电价随时间的波动或当电力系统安全稳定性受到威胁时，为引导用户改变其原有用电方式达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为。大致分为两种方式：基于价格的需求响应(Price-Based Demand Response，PBDR)和基于激励的需求响应(Incentive-Based Demand Response，IBDR)。PBDR具体有实时电价(Real Time Price，RTP)、阶梯电价(Tiered Electricity Price，TEP)、峰谷电价(Peak and Valley Price，PVP)和尖峰电价(Peak Price，PP)。IBDR具体有直接负荷控制(Direct Load Control，DLC)，可中断负荷控制(Interruptible Load Control，ILC)，紧急需求响应(EmergencyDemand Response，EDR)，需求侧竞价(Demand Side Bidding，DSB)和容量市场(CapacityMarket，CM)。

在现有研究中，弹性的应用已经被广泛地考虑到DR建模中。然而，需求响应方法没有体现出激励措施与电价的影响关系，没有考虑价格和激励对用户用能影响的变化，导致激励响应的作用效果不够好。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种基于柔性价格的激励型需求响应方法、装置及相关设备，以克服至少一个上述提出的技术缺陷。

为实现上述目的，本申请第一方面提供了一种基于柔性价格的激励型需求响应方法，包括：

基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型；

基于所述负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求；

基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值；

基于各用户的目标负荷用电需求、所述需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格，所述市场期望价格用于构成激励型需求响应方案。

优选地，基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型的过程，包括：

利用下述方程式表述所述负荷用电预测模型：

其中，d(t)表示需求响应后的负荷用电需求，d

优选地，所述负荷用电预测模型满足下述约束条件：

其中，T

优选地，基于所述负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求的过程，包括：

利用下述方程式确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求：

其中，

优选地，基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值的过程，包括：

利用下述方程式确定需求响应后的市场清算价格预测值：

其中，ρ

优选地，所述负反馈网络包括第一汇聚单元、第二汇聚单元、市场清算价格计算单元、社会价格计算单元和第三汇聚单元，所述社会价格计算单元用于计算需求响应后的预期社会零售价格；

基于各用户的目标负荷用电需求、所述需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格的过程，包括：

将各用户的目标负荷用电需求与效用柔性因子输入至所述第一汇聚单元，得到第一中间变量，所述效用柔性因子表示需求变化对于效用价格变化的影响因子；

将所述需求响应后的市场清算价格预测值、所述第一中间变量和效用柔性因子的倒数输入至所述第二汇聚单元，得到第二中间变量；

将所述第二中间变量输入至相互串联的市场清算价格计算单元和社会价格计算单元，得到第三中间变量；

将所述第三中间变量、所述效用柔性因子以及预设的参考价格输入至所述第三汇聚单元，得到市场期望价格。

优选地，所述社会价格计算单元计算需求响应后的预期社会零售价格的过程，包括：

利用下述方程式计算得到需求响应后的预期社会零售价格：

其中，ρ

本申请第二方面提供了一种基于柔性价格的激励型需求响应装置，包括：

模型确定单元，用于基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型；

负荷预测单元，用于基于所述负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求；

价格预测单元，用于基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值；

价格确定单元，用于基于各用户的目标负荷用电需求、所述需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格，所述市场期望价格用于构成激励型需求响应方案。

本申请第三方面提供了一种基于柔性价格的激励型需求响应设备，包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序；

所述处理器，用于执行所述程序，实现上述的基于柔性价格的激励型需求响应方法的各个步骤。

本申请第四方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述的基于柔性价格的激励型需求响应方法的各个步骤。

经由上述的技术方案可知，本申请首先基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型。其中，所述激励系数反映了用户参与需求响应所获得的激励程度，所述柔性系数反映了用户根据不同时段的价格变化而进行负载调整的调整程度。然后，基于所述负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求。接着，基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值。最后，基于各用户的目标负荷用电需求、所述需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格。其中，所述负反馈网络将效用柔性反作用于目标负荷用电需求及市场清算价格预测值，有利于及时地调整市场清算价格预测值和市场期望价格，所述市场期望价格用于构成激励型需求响应方案。本申请提出的需求响应方法结合了柔性电价和柔性激励的优点，弹性确定市场期望价格，在技术层面和经济层面双侧互动，使得电力市场的价格制定具有更高的灵活性，进一步优化了需求响应的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的基于柔性价格的激励型需求响应方法的示意图；

图2为本申请实施例公开的负反馈网络的示意图；

图3示例了本申请实施例公开的确定市场期望价格的过程；

图4为本申请实施例公开的基于柔性价格的激励型需求响应装置的示意图；

图5为本申请实施例公开的基于柔性价格的激励型需求响应设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面介绍本申请实施例提供的基于柔性价格的激励型需求响应方法。请参阅图1，本申请实施例提供的基于柔性价格的激励型需求响应方法可以包括如下步骤：

步骤S101，基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型。

其中，动态电价为电力市场中实时变化的价格，激励系数反映了用户参与需求响应所获得的激励程度，柔性系数反映了用户根据不同时段的价格变化而进行负载调整的调整程度。

步骤S102，基于该负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求。

步骤S103，基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值。

其中，市场柔性因子反映了由于预期市场清算价格和市场需求的变化而在市场层面的市场柔性。

步骤S104，基于各用户的目标负荷用电需求、需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格。

其中，该市场期望价格用于构成激励型需求响应方案。

本申请首先基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型。其中，所述激励系数反映了用户参与需求响应所获得的激励程度，所述柔性系数反映了用户根据不同时段的价格变化而进行负载调整的调整程度。然后，基于所述负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求。接着，基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值。最后，基于各用户的目标负荷用电需求、所述需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格。其中，所述负反馈网络将效用柔性反作用于目标负荷用电需求及市场清算价格预测值，有利于及时地调整市场清算价格预测值和市场期望价格，所述市场期望价格用于构成激励型需求响应方案。本申请提出的需求响应方法结合了柔性电价和柔性激励的优点，弹性确定市场期望价格，在技术层面和经济层面双侧互动，使得电力市场的价格制定具有更高的灵活性，进一步优化了需求响应的效果。

在本申请的一些实施例中，步骤S101基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型的过程，可以包括：

利用下述方程式表述该负荷用电预测模型：

其中，d(t)表示需求响应后的负荷用电需求，d

高峰时段的动态电价会导致弃载，激励率会进一步放大弃载。从网侧来看，有利于在减少峰值负载的情况下提高系统的可靠性和安全性。但是，峰时负荷的大规模降低也会导致用户收益的减少。

基于此，在本申请的一些实施例中，步骤S101中提及的负荷用电预测模型满足下述约束条件：

其中，T

在DR应用中，柔性系数通常根据用户的负载调整行为分为两种方式：用户由于每日相同时间段的价格变化而调整其负载表现出的自柔性，由于同日不同时间段的价格变化而发生负载调整表现出的交叉柔性，如下表示：

其中，

上式表明，ε(t,τ)当t＝τ和t≠τ时，分别表示自柔性和交叉柔性，其中自柔性表现为负值，交叉柔性表示为正值。实际应用中，交叉柔性的取值往往很低可以忽略不计，因此在后续表述中，自柔性系数即为柔性系数

为了评估DR的经济性，根据电力用户实际支付的费来衡量用户的收益，称为净用户利益函数。由于每个用户在日常活动和生产生活都有不同的用能需求，因此，用户的收益也具有差异性。采用分解方法实现DR中用户的差异性响应收益，定义不同类别的用户净收益函数，如下所示：

其中，

对式(5)求导，可以得到：

令式(6)中的导数为0，则有：

对式(7)进行二阶求导，可以得到：

其中，

对式(9)进行求导，可以得到：

其中，

结合式(7)进行求解，可以得到：

式(11)表示动态价格下t时间内的DR后的负荷用电需求。

基于上述推导，在本申请的一些实施例中，步骤S102基于该负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求的过程，可以包括：

利用下述方程式确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求：

其中，

IBDR通常分为自愿性和强制性，电力用户参与IBDR的激励/惩罚功能设计如下：

其中，ICF表示用户激励/惩罚成本函数，ICF

式(14)定义了与自愿性计划相关的激励成本函数。

式中，

由于实时运营中电网公司日内的需求响应变化，电力采购的市场价格将发生变化，导致价格和需求在用户实时操作中将与预期不同。定义三种不同的柔性，以阐明用户、社会和市场层面的价格变化。在这种情况下，首先，DR对批发市场预期市场清算价格变化的影响定义如下：

其中，ε

由于预期需求变化而导致的社会需求变化通过社会柔性来描述，其表示如下：

ε

基于已知柔性的市场预期价格变化计算如下：

其中，1/ε

基于上述推导，在本申请的一些实施例中，步骤S103基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值的过程，可以包括：

利用下述方程式确定需求响应后的市场清算价格预测值：

利用下述方程式计算得到需求响应后的预期社会零售价格：

其中，ρ

本申请引入柔性价格机制，在激励性DR中定义三种柔性：市场柔性、社会柔性、效用柔性，在预测电价与需求的前提下，能够对电价和负荷用能需求进行反馈修正。

在本申请的一些实施例中，请参阅图2，步骤S104中提及的负反馈网络可以包括第一汇聚单元51、第二汇聚单元52、市场清算价格计算单元53、社会价格计算单元54和第三汇聚单元55，其中，社会价格计算单元54用于计算需求响应后的预期社会零售价格。

请参阅图3，步骤S104基于各用户的目标负荷用电需求、需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格的过程，可以包括：

S1，将各用户的目标负荷用电需求与效用柔性因子输入至第一汇聚单元，得到第一中间变量。

其中，效用柔性因子表示需求变化对于效用价格变化的影响因子。

S2，将需求响应后的市场清算价格预测值、第一中间变量和效用柔性因子的倒数输入至第二汇聚单元，得到第二中间变量。

S3，将第二中间变量输入至相互串联的市场清算价格计算单元53和社会价格计算单元，得到第三中间变量。

S4，将第三中间变量、效用柔性因子以及预设的参考价格输入至第三汇聚单元，得到市场期望价格。

系统将通过负反馈跟踪从批发市场到DR下用户水平的连锁反应。在DR下，需求量很大，Δd(t)会改变，所以出现了新的预期负荷需求，这将同时在市场层面表现出新的预期市场清算价格。因此，将向用户提供新的动态电价(即预期价格)，以响应社会层面的实时操作调整需求。

下面对本申请实施例提供的基于柔性价格的激励型需求响应装置进行描述，下文描述的基于柔性价格的激励型需求响应装置与上文描述的基于柔性价格的激励型需求响应方法可相互对应参照。

请参见图4，本申请实施例提供的基于柔性价格的激励型需求响应装置，可以包括：

模型确定单元21，用于基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型；

负荷预测单元22，用于基于所述负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求；

价格预测单元23，用于基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值；

价格确定单元24，用于基于各用户的目标负荷用电需求、所述需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格，所述市场期望价格用于构成激励型需求响应方案。

本申请实施例提供的基于柔性价格的激励型需求响应装置可应用于基于柔性价格的激励型需求响应设备，如计算机等。可选的，图5示出了基于柔性价格的激励型需求响应设备的硬件结构框图，参照图5，基于柔性价格的激励型需求响应设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器31，至少一个通信接口32，至少一个存储器33和至少一个通信总线34。

在本申请实施例中，处理器31、通信接口32、存储器33、通信总线34的数量为至少一个，且处理器31、通信接口32、存储器33通过通信总线34完成相互间的通信；

处理器31可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路等；

存储器33可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)等，例如至少一个磁盘存储器；

其中，存储器33存储有程序，处理器31可调用存储器33存储的程序，所述程序用于：

基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型；

基于所述负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求；

基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值；

基于各用户的目标负荷用电需求、所述需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格。

可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。

本申请实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：

基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型；

基于所述负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求；

基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值；

基于各用户的目标负荷用电需求、所述需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格。

可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。

综上所述：

本申请首先基于动态电价、预定义的激励系数以及预定义的柔性系数，确定负荷用电预测模型。其中，所述激励系数反映了用户参与需求响应所获得的激励程度，所述柔性系数反映了用户根据不同时段的价格变化而进行负载调整的调整程度。然后，基于所述负荷用电预测模型，确定每一类用户中的每一用户的目标负荷用电需求。接着，基于预定义的市场柔性因子，确定需求响应后的市场清算价格预测值。最后，基于各用户的目标负荷用电需求、所述需求响应后的市场清算价格预测值以及预设的负反馈网络，确定市场期望价格。其中，所述负反馈网络将效用柔性反作用于目标负荷用电需求及市场清算价格预测值，有利于及时地调整市场清算价格预测值和市场期望价格，所述市场期望价格用于构成激励型需求响应方案。本申请提出的需求响应方法结合了柔性电价和柔性激励的优点，弹性确定市场期望价格，在技术层面和经济层面双侧互动，使得电力市场的价格制定具有更高的灵活性，进一步优化了需求响应的效果。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。