（技术经济及管理专业论文）电力用户可中断负荷交易机制与模型研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 可中断负荷的定价机制问题一直是近几年的研究热点。本文针对我国现阶段可 中断负荷管理存在的不足，采用迭代竞价的思想对可中断负荷定价机制进行设计。 在界定了可中断迭代竞价机制的参与主体、交易机制和价格结算方式的基础上，结 合可中断负荷交易计划的制定原则，对备用机组事故率和可中断负荷用户违约概率 的模糊不确定性特点进行了计算分析，并且在计算中运用改进的模糊层次分析法 ( f e a h p ) 和模糊概率来表示相关的不确定性。结合计算结果，对用户的报价策略 进行了分析，提出了模糊贝叶斯学习模型来提高用户的动态信息掌握能力，文章最 后的算例证明了本文所构建可中断负荷定价机制的可行性。 关键词：可中断负荷，模糊概率，迭代竞价，违约概率，贝叶斯学习模型 a b s t r a c t t h ep r i c i n gm e c h a n i s mo fi n t e r r u p t i b l el o a dm a n a g e m e n t ( i l m ) i st h eh o tp o i n ti n r e c e n ty e a r s i no r d e rt oi m p r o v et h ed i s a d v a n t a g e so fi l mi nn a t i o n ，t h i sp a p e rd e s i g n a ni t e r a t i v eb i di l mp r i c i n gm e c h a n i s m b a s e do nt h ep a r t i c i p a n t s ，t r a d i n gm e c h a n i s m a n dp r i c eb a l a n c eo ft h ep r i c i n gm e c h a n i s m ，t h ep r i n c i p l eo ft h ei l mb a l a n c ep l a ni s c o m b i n e d ，a n dt h eu n c e r t a i n t yo fr e s e r v eu n i t sa n du s e r sd e f a u l ta r ea l s oc a l c u l a t e da n d a n a l y z e d i nt h ea n a l y s i s ，f u z z ye x t e n d e da n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( f e a h p ) a n d f u z z yp r o b a b i l i t ya r eu s e di no r d e rt oq u a n t i t yt h eu n c e r t a i n t y w i t ht h er e s u l t ，t h eu s e r s p r i c es t r a t e g ya r ea n a l y s i s ，t h ef u z z yb a y e s i a nl e a r n i n gm o d e li sp r e s e n t e dt oi m p r o v e t h eu s e r sa b i l i t yo fc o n t r o l l i n gd y n a m i ci n f o r m a t i o n i nt h ee n do fp a p e r , t h ef e a s i b i l i t y o ft h ep r i c i n gm e c h a n i s mi sp r o v e db ye x a m p l e l il i ( t e c h n i c a le c o n o m i c s & m a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f t a nz h o n g f u k e yw o r d s ：i n t e r r u p t i b l el o a d ，f u z z yp r o b a b i l i t y ，i t e r a t i v eb i d ，d e f a u l t p r o b a b i l i t y , b a y e s i a nl e a r n i n gm o d e l 华北电力大学硕士学位论文 摘要 可中断负荷的定价机制问题一直是近几年的研究热点。本文针对我国现阶段可 中断负荷管理存在的不足，采用迭代竞价的思想对可中断负荷定价机制进行设计。 在界定了可中断迭代竞价机制的参与主体、交易机制和价格结算方式的基础上，结 合可中断负荷交易计划的制定原则，对备用机组事故率和可中断负荷用户违约概率 的模糊不确定性特点进行了计算分析，并且在计算中运用改进的模糊层次分析法 ( f e a h p ) 和模糊概率来表示相关的不确定性。结合计算结果，对用户的报价策略 进行了分析，提出了模糊贝叶斯学习模型来提高用户的动态信息掌握能力，文章最 后的算例证明了本文所构建可中断负荷定价机制的可行性。 关键词：可中断负荷，模糊概率，迭代竞价，违约概率，贝叶斯学习模型 a b s t r a c t t h ep r i c i n gm e c h a n i s mo fi n t e r r u p t i b l el o a dm a n a g e m e n t ( i l m ) i st h eh o tp o i n ti n r e c e n ty e a r s i no r d e rt oi m p r o v et h ed i s a d v a n t a g e so fi l mi nn a t i o n ，t h i sp a p e rd e s i g n a ni t e r a t i v eb i di l mp r i c i n gm e c h a n i s m b a s e do nt h ep a r t i c i p a n t s ，t r a d i n gm e c h a n i s m a n dp r i c eb a l a n c eo ft h ep r i c i n gm e c h a n i s m ，t h ep r i n c i p l eo ft h ei l mb a l a n c ep l a ni s c o m b i n e d ，a n dt h eu n c e r t a i n t yo fr e s e r v eu n i t sa n du s e r sd e f a u l ta r ea l s oc a l c u l a t e da n d a n a l y z e d i nt h ea n a l y s i s ，f u z z ye x t e n d e da n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( f e a h p ) a n d f u z z yp r o b a b i l i t ya r eu s e di no r d e rt oq u a n t i t yt h eu n c e r t a i n t y w i t ht h er e s u l t ，t h eu s e r s p r i c es t r a t e g ya r ea n a l y s i s ，t h ef u z z yb a y e s i a nl e a r n i n gm o d e li sp r e s e n t e dt oi m p r o v e t h eu s e r sa b i l i t yo fc o n t r o l l i n gd y n a m i ci n f o r m a t i o n i nt h ee n do fp a p e r , t h ef e a s i b i l i t y o ft h ep r i c i n gm e c h a n i s mi sp r o v e db ye x a m p l e l il i ( t e c h n i c a le c o n o m i c s & m a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f t a nz h o n g f u k e yw o r d s ：i n t e r r u p t i b l el o a d ，f u z z yp r o b a b i l i t y ，i t e r a t i v eb i d ，d e f a u l t p r o b a b i l i t y , b a y e s i a nl e a r n i n gm o d e l 华北电力大学硕士学位论文 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力用户可中断负荷交易机制与 模型研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究 工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 ph 学位论文作者签名：蚴日期：超：皇! ! _ 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：盟 e l期：避：至：尘 导师签名： 日期：川弘三， 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景及其意义 第一章引言 2 0 世纪9 0 年代以来，电力需求侧管理逐渐引入中国，在一段时间内它作为 解决中国当时电力供需矛盾的一种有效手段引起了学术界和电力企业的高度认 可。到如今，电力需求侧管理已在全国范围内的得以推广。经过多年来的大规模 电力建设，中国目前大范围内的供需矛盾已经基本得到解决，于是人们开始怀疑 需求侧管理是不是有必要继续执行，无论从理论上来看，还是从国外的实践经验 来看，电力需求侧管理在维持电力产业的可持续发展是必不可少的。从我国现阶 段的电力供需情况来看，虽然大规模的电力短缺现象已经基本上不再存在，但是 尖峰负荷的短缺现象还是很严重，拉闸限电的现象屡见不鲜。在这种情况下，从 技术经济角度考虑，引入电力需求侧管理解决电力供需矛盾就比投资办厂更经济 合理。电力需求侧管理不同于传统的负荷控制技术。传统的负荷控制技术更多的 是供电公司单方面的、政府行政性的指令，广大电力用户只能服从，这种不公平 性显然与建立社会主义市场经济的要求是不相适应的。而电力需求侧管理不仅可 以体现社会主义市场经济公平竞争的原则，而且也可以充分调动用户参与电力市 场竞争的积极性与主动性，有利于加快我国电力体制改革的进程。 目前在我国应用比较广泛的一项电力需求侧管理技术手段就是峰谷分时电价 【1 5 】，随着改革的逐步推进，这项措施的弊端逐渐显现出来【6 】。从其发挥的作用看， 峰谷分时电价的削峰效果具有不可预见性，而且具有一定的滞后性，这给电力公 司带来了一定的购电风险。电力可中断负荷管理是我国2 1 世纪初引入的一项重要 的电力需求侧管理措施，最初的定义是通过供电公司与用户签订可中断负荷合同， 供电公司在高峰负荷短缺时期中断给用户的供电，并给用户提供一定的补偿。但 在国外，随着理论上的不断完善，电力可中断负荷的研究和应用已经远远超出了 传统的范围，与峰谷分时电价相比，它对负荷的削减作用基本上可以预先知道， 因此它已成为电力公司规避价格风险、削弱发电商的市场力和系统安全管理必不 可少的一个工具。 在我国有关可中断负荷管理方面的研究目前已经很多，但是真正立足于我国 电力工业改革方面的研究却很少。虽然目前我国的电力市场还没有真正实现完全 竞争，但在可预见的将来电力交易必然会通过电力竞价来实现，可中断负荷的交 华北电力大学硕士学位论文 易也必须能够体现出竟价的思想来，实际上这在国外很多成熟的电力市场已经实 现了。因此，研究电力市场下的可中断负荷交易机制是非常有实际意义的。 1 2 国内外研究综述 目前国内外相关学者已经对电力可中断负荷管理做了大量的研究，其侧重点 也有所不同，有从成本效益的角度研究，有从可中断负荷合约设计的角度研究， 也有从可中断负荷交易机制的角度研究，还有的将可中断负荷管理与其他管理如 阻塞管理、市场力管理和系统安全管理结合起来进行研究。下文将分别从这几个 角度来总结。 ( 1 ) 电力可中断负荷的成本效益分析 1 ) 效益分析 电力可中断负荷管理的效益主要体现在对系统可靠性的贡献【7 d0 1 、削减高峰 电价【l l m l 以及减少系统发电成本f 1 3 】等上。电力可中断负荷参与系统调峰相当于增 加了系统的备用机组，可以大大的提高系统可靠性，可靠性的提高可以使得用户 以同样的电价享受更优质的供电服务。同时电力可中断负荷可以增加需求弹性， 从而减少高峰负荷的需求量，避免高峰价格的剧烈波动。另外，也是主要一点就 是电力可中断负荷可以减少备用机组的启停费用甚至是投资费用，为发电商避免 运行成本和投资成本【1 4 】，进而减少系统发电成本。 2 ) 成本分析 从整个电力系统的角度来看，电力可中断负荷带来的成本主要是中断供电给 用户带来的停电损失。由于用户的生产特点的不同，同样性质的停电给用户带来 的成本也不同。这些性质包括中断持续时问、提前通知时间和停电发生时间【1 5 】。 中断成本的研究方法主要分为宏观经济法【m 1 7 】和用户调查法【1 8 邶】，前者由于其不 能详细反映用户停电成本的差异性而未得到广泛的应用；后者虽然能有效反映用 户成本的差异性，但是这种方法可能需要耗费大量的人力、财力和时间，在实践 中需要结合二者的优点应用。 ( 2 ) 合约设计 电力可中断负荷合约应能反映可中断负荷的特性，总结国外现行市场中的电 力可中断负荷合约，其内容应该包括：合约有效期、提前通知时间、中断持续时 间、负荷中断量及可中断电价等【19 1 。我国学者在参考美国部分地区【2 0 彩】、加拿大 f 2 钔、台湾1 4 】的合约形式的基础上提出了一种结合我国实际情况的合约类型设计方 法【2 5 1 。该类合约只对合同有效期、最小切除容量以及中断持续时间进行规定，没 对中断电量和可中断电价进行硬性规定，它们分别由用户报价得到。这种以报价 2 华北电力大学硕士学位论文 支付的形式能够体现用户之间的公平合理性，但是合约没有对如何报价进行规定， 无法避免用户高报价的倾向。因此，合约还需进一步完善。 ( 3 ) 可中断负荷交易机制的设计 可中断负荷补偿机制设计的重点是如何确定补偿电价和负荷中断量，这是目 前国内外研究的焦点，也是电力可中断负荷管理研究的重点。综合目前的研究来 看，主要从以下几个角度出发，包括委托代理模型、期权设计和市场机制。 1 ) 基于委托一代理模型的交易机制 基于委托一代理模型的交易机制主要是指根据中断供电给用户实际带来的停 电损失来确定可中断电价的方式。这种机制认为用户与供电公司之间存在着信息 不对称，供电公司只能通过用户上报的成本信息来确定对其补偿的可中断电价及 负荷中断量。这样的话，供电公司就需要设计一种机制激励用户上报其真实的成 本信息【2 扣3 0 】，然后根据用户上报的成本信息来确定给予其相应的经济补偿。 2 ) 基于期权思想设计的交易机制 从期权的角度对电力可中断负荷进行定价【3 卜3 4 】是一种研究比较早的定价方 式，但是由于电力可中断负荷的期权定价是否合理有效与电力金融市场以及电价 制度是否成熟有着密切的相关性，其应用并不是非常广泛，特别是对于我国这样 一个处在电力体制改革初级阶段的环境，这种定价方法可能与我国目前的国情不 符。 3 ) 基于市场竞价的交易机制 在国外比较成熟的电力市场中，从市场竟价的角度来设计可中断负荷交易机 制已经非常普遍。它视可中断负荷为一种电力供给，与发电侧资源一样参与市场 竞价。可中断负荷的定价随着可中断负荷参与竞价市场的类型不同而不同。文献 3 5 基于日前市场的调度设计可中断负荷补偿机制，文献 3 6 基于备用市场的调度 设计可中断负荷补偿机制，而文献 3 7 3 8 分别从供电公司的角度出发，考虑到可 中断负荷在降低阻塞成本方面的作用，运用最优潮流技术设计可中断负荷补偿机 制。基于市场机制的可中断负荷补偿机制的设计虽然要求有比较成熟的电力市场， 但其基本思想( 即假设只有用户真正知道其本身的中断成本，所以由用户报出其 要求的补偿电价和负荷中断量，然后由调度中心按照一定的规则进行统一调度) 还是比较适合我国现阶段的国情。 ( 5 ) 结合电力可中断负荷管理解决其他问题 由于电力可中断负荷管理的实施对整个电力系统各部分都会产生影响，为了 研究这些影响，学者们进行大量的研究。电力可中断负荷参与系统调峰，首先也 是最直接的影响就是对二级备用市场的影响【3 9 枷】，在这方面采用的研究方法主要 华北电力大学硕士学位论文 是潮流优化思想。研究证明在二级备用市场中引入电力可中断负荷管理可以为 i s o 在高峰时段提供充足的运行备用。其次，电力可中断负荷管理还可以用于阻 塞管理【4 1 。4 3 】中去，引入电力可中断负荷管理的新型阻塞管理模式可以有效降低供 电公司的购电成本，提高供电可靠性。另外，在p o o l 模式下，电力可中断负荷参 与系统资源调度还可以降低系统的边际成本，从而降低系统的出清价格，避免价 格的剧烈波动1 44 | 。 从我国可中断负荷研究的现状和未来的发展趋势来看，设计一种合理的可中 断负荷交易机制是亟待解决的一个问题。从上文提出的三种可中断负荷交易机制 可看出，基于委托代理机制的可中断负荷交易机制最突出的优点就是通过机制设 计能够达到激励用户上报真实的负荷中断成本类型，但由于该模型中引入了用户 停电意愿类型参数，而该参数在实际中很难找到一种合适的量化手段，这导致模 型实际应用的局限性；基于期权思想的可中断负荷交易机制能够反映可中断负荷 合约的真实市场价值，但该机制的有效运行要求不仅要求有一个比较完善的电力 金融市场，而且还对电价的透明性要求比较高，这与我国电力体制改革的现状不 符：基于竞价思想的可中断负荷交易机制能够更贴近地体现可中断负荷在替代发 电机组方面的作用，且无需再设立特殊的机制激励用户上报真实的中断成本。但 在目前我国的电力市场下，发电侧的竟价上网机制还没有真正在全国范围内真正 推广，这就无法为可中断负荷参与系统的竞价提供有效渠道，因此，该机制也无 法直接应用于我国的可中断负荷定价。 但这并不意味着这三种交易机制对研究适合我国电力市场改革的电力可中断 负荷交易机制没有任何借鉴意义。我国电力可中断负荷交易机制的设计不仅要再 理论上体现竞争的思想，同时还要考虑到该交易机制的可操作性，基于这两点出 发，可以采用竞价的思想来设计可中断负荷交易机制。但同时又考虑到我国目前 的发电侧竞价市场还没有完全形成，用户侧直接参与交易中心竞价的条件还不是 很成熟，因此采用竞价思想设计的可中断负荷交易机制暂时应该仅限于用户侧竞 价。 1 3 本文主要研究内容 文章主要围绕电力市场下的可中断负荷交易机制展开研究，首先采用迭代竞 价思想设计可中断负荷交易机制，重点分析了该竟价机制下的最优可中断负荷交 易计划的制定模型，并就如何获取模型中的备用机组故障率和用户违约概率问题 进行了深入研究，最后就可中断负荷用户的报价问题展开了研究。具体内容如下： ( 1 ) 第一章首先介绍了国内外关于可中断负荷管理的研究现状和应用现状， 4 华北电力大学硕士学位论文 指出了我国实施可中断负荷管理亟待解决的问题，概述了文章研究的基本内容； ( 2 ) 第二章主要介绍了本文研究中所涉及到的一些基本知识，包括可中断负 荷管理方法的相关知识和模糊集以及模糊概率的一些基本概念和运算法则等； ( 3 ) 第三章则主要是采用迭代竞价的思想来设计可中断负荷交易机制，并就 该交易机制下如何制定最优的可中断负荷交易计划问题展开了研究，首先给出了 基本的模型，然后就如何获取模型中的备用机组故障率和用户违约概率两问题进 行了详细分析； ( 4 ) 第四章则就可中断负荷迭代竞价机制下用户的报价策略问题进行了详细 分析，首先通过引入模糊贝叶斯学习模型来提高用户对模糊信息和动态信息的掌 握和更新能力，在此基础上给出了不完全信息下用户的最优报价策略模型； ( 5 ) 第五章通过一个算例分析演示了整个文章的研究思路和研究内容，并给 出了一些有意义的结论。 华北电力大学硕士学位论文 2 1 电力可中断负荷管理 第二章基础知识 2 1 1 电力可中断负荷及可中断电价 作为电力需求侧管理( d e m a n d s i d em a n a g e m e n t d s m ) 的重要组成部分，可 中断负荷管理( i n t e r r u p t i b l el o a dm a n a g e m e n t - 可中断负荷) 是利用用户的用电灵 活性，来缓解负荷高峰时的供电紧张状况，以避免或减少昂贵的旋转备用和满足 用电增长而需要的发电容量投资，同时满足系统的安全约束，达到优化资源的目 的。2 0 0 0 年的美国加州电力危机更使人们重新认识到可中断负荷管理在市场环境 下的巨大潜在价值，它正从传统的管制性行为转为参与者在市场环境下的自愿行 为，并且将成为供电公司改善竞争能力的有效工具【2 引。 可中断负荷管理是指供电公司与用户签订可中断负荷合约，合约规定供电公 司可以在系统高峰时段中断对该用户的供电，并给予用户一定的经济补偿，这一 经济补偿就是可中断电价。可中断负荷合约包括：合约有效期、提前通知时间、 中断持续时间、负荷中断量、可中断电价以及违约惩罚金等。表2 1 【1 4 2 0 1 、表2 2 总结了国外以及我国部分地区的可中断负荷合约内容。在国外，可中断负荷既可 以参与主能市场的统一调度，也可以备用竞价的方式参与调度，从这个角度看， 可中断负荷定价方法就可以借鉴电能或者备用市场定价的思想。另外，供电公司 与用户签订可中断负荷合约相当于为其提供了一个规避未来现货市场由于电价剧 烈波动导致售电收入损失的风险管理工具，从这个角度看，可中断负荷合约的定 价可以采用期权定价方法。就我国目前电力金融市场的发展状况来看，各电力市 场参与者利用金融衍生工具规避市场风险的条件还不是很成熟，因此，采取期权 定价方法不一定能达到预期的效果，而借鉴备用市场竞价的思想来制定可中断负 荷更加符合我国的实际情况。 2 1 2 电力可中断负荷管理的特点 在目前我国的电力市场环境下，可中断负荷和分时电价是两种比较常用的需 求侧管理措施，比较二者之间的差异可清晰看出可中断负荷的特点。总体看来， 二者之间既存在着共同点，又有许多不同的地方。 6 华北电力大学硕士学位论文 加州类型i s 0 1 加州类型i s 0 1 纽约i s o 北卡罗莱那州 3 0 m i n 1 5 m i n 每次2 8 每月 3 0 每次2 8 每月 3 0 1 1 m i n1 ，2每月 4 1 每次 4 5 每次= 6 容量费用+ 实际调度 的能量费用 1 m w 负荷给于旋转 备用市场价格： 2 m w 负荷给于目前 的市场电能价格 按用户可获得的中断 容量计算 每月根据签订的可中 断负荷容量进行电费 补偿 平均高峰负荷电价 与中断次数无关的固 定费用； 每月l m w 付p ( $ ) 按实际中断负荷付费 电能合同电价5 折优 惠 l d , 4 h , l h 蝥黧。雠黼差删师 7 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 可中断电价与分时电价的共同点 1 ) 二者都是d s m 中的经济措施，前提思想相同 可中断电价和分时电价得以成功实施的前提条件都是能够得到广大电力用户 的积极响应，这就要求在制定可中断电价和分时电价时都必须充分考虑用户参与 前后的收益成本，保证用户参与后的收益不为负，只有这样才能得到用户的支持。 2 ) 用户在参与这两项措施时是自愿的 与传统的行政性拉闸限电不同，用户参与可中断负荷管理和分时电价时都是 自愿的，供电公司不对其施加任何压力。 3 ) 供电公司在实施这两项措施的时候都必须考虑到与发电公司的价格联动 从目前分时电价实施的情况来看，供电公司的售电收入都会受到损失，可中 断电价亦如此，这主要是因为供电公司实施d s m 的主要受益者不是供电公司而 是整个电力系统，这就意味着可中断电价和分时电价的制定需要从整个电力系统 的角度出发，发电公司的成本效益分析不容忽视。 ( 2 ) 可中断电价与分时电价的不同点 1 ) 二者执行的目的及时间不同 执行分时电价主要是为了改善每天的负荷曲线形状，提高资源使用效率，每 天都在执行；可中断电价主要是在系统高峰负荷不能满足供电需求时执行，其作 用旨在解决高峰时刻系统由于供电不足而引起的一系列问题，有时一年中会执行 许多次，有时一年一次也不执行【4 5 1 。 2 ) 用户对二者的响应方式不同 用户对分时电价的响应方式主要是将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段， 而对可中断电价的响应方式主要是降低高峰时段的用电负荷，至于是不是会转移 到低谷时段，就要根据用户的实际情况来定了。 3 ) 二者对负荷曲线形状的作用不同 执行分时电价是为了全面调整负荷曲线，使得整个负荷曲线变得更加平坦； 执行可中断电价主要是为了降低高峰时段的用电负荷，使负荷曲线凸出来的部分 变得更加平坦，不一定能填补负荷曲线凹下去的部分1 4 引。 4 ) 用户需要准备的设备不同 分时电价需要用户安装峰谷电表，为了转移负荷、节省电费，用户要改变相 应的用电措施，如为节约用电可使用节电灯具、节电家用电器、节电变压器、电 动机等。为了移峰填谷可能要建蓄冷空调或蓄热式电采暖装置；而可中断电价只 要选择可以停止一部分用电负荷的用户，在高峰负荷不能满足供电要求时停电数 小时，既不安装峰谷电表，也不用采取特别的用电措施1 4 引。 8 华北电力大学硕士学位论文 5 ) 推行的对象不同 分时电价推行的对象比较广泛，工业、商业以及居民因生活用电、大中小电 力用户都可以采用；可中断电价的推行对象则主要是大工业用户和一部分商业用 户，所以前者参与的用户多，后者参与的用户少；前者见效慢，后者见效快。可 中断负荷可用于救急，可起到立竿见影的作用效果【4 引。 6 ) 确定性效果不同 由于在执行可中断电价之前，供电公司与用户之间需要签订可中断负荷合约， 因此，供电公司能够对可中断负荷的预期调峰效果进行精确地预期，但是分时电 价政策的执行没有任何确定性的契约做支撑，因而供电公司对其实际调峰效果不 能得到精确的预期，只能做一个大体的估计。 7 ) 定价方式不同 在国外，由于很多时候电力可中断负荷都可以直接参与主能市场或者备用市 场的竞价，因此其定价方式首先是由用户进行报价，然后根据市场出清结果统一 定价。但是峰谷分时电价的定价一般都是由电力公司根据实际情况按照一定的比 例进行分配，与市场的出清状况并无直接的联系。 2 1 3 电力可中断负荷的定价 目前国内外学者研究的比较多的可中断负荷定价方法主要有：基于委托代理 机制的定价方法、基于期权思想的定价方法和基于主电能市场或者备用市场竞价 的定价方法。 ( 1 ) 基于委托代理机制的可中断负荷定价 委托代理机制下的可中断负荷定价方法其所基于的思想是：可中断电价主要 是为了补偿用户的负荷中断成本，但是由于用户与供电公司之间存在着关于用户 真实负荷中断成本的不完全信息，供电公司只能通过设计一种机制激励用户上报 真实的负荷中断成本，这样才能保证所设计的可中断电价能促进资源的最优化配 置。该定价模型的基本框架可概述如下： 目标函数： k m a x = b f x f y i b m a x yk f ( 2 1 ) = 。l 缈，x ，一i p ，f 2 1 1 l y 百 该式反映供电公司实施可中断负荷管理的目标是使其收益最大化。其中q 表 示供电对用户i 实施可中断负荷管理所得到的单位收益，石，y 。分别表示用户f 的 负荷中断量和得到的补偿。p 表示供电公司估计用户停电意愿f 属于t ，的概率。 约束条件： 9 华北电力大学硕士学位论文 1 ) 个人理性约束条件 y k c ( 五，气) o ，( 七= l ，2 ，k )( 2 2 ) 这个条件说明用户在参与可中断负荷管理时也要求自己的利益不会受到损 害，y 。，c ( x 。，t k ) 分别表示当用户上报t 为t 。得到的补偿费用和此时的中断成本。 2 ) 激励相容条件： 以一c ( 坼，) 乃- c ( x , ，) ，( v k ，k )( 2 3 ) 式( 2 - 3 ) 中的乃，c ( ，) 表示用户上报其真实用户类型参数t ，时得到的补偿费 用和它相应的成本。这个条件说明用户只有上报真实的用户类型参数t 才能得到 最大的收益。 从式( 2 1 ) ( 2 3 ) 可以看出，委托代理模型能够应用成功的关键是用户类 型参数t 的引入。它表示用户停电意愿的大小，该值越大，用户的停电意愿就越 高，该值越小，用户的停电意愿就越低，值越大的用户对供电公司的价值就越大。 ( 2 ) 基于期权思想的可中断负荷定价 期权理论下的可中断负荷定价方法的基本思想是：可中断负荷合约为供电公 司提供了一种灵活的电能，为了获得这种灵活的电能，供电公司首先需要与用户 通过签订期权合同来购买中断对用户供电的权力，那么在这种情况下的可中断负 荷定价主要就反映在如何对期权合约的进行定价。其基本定价模型可概括如下 1 4 6 ： 在期权定价思想下，可中断负荷期权合约电价应该等于对负荷中断时间丁时 刻现货市场价格的预期减去一个补偿用户愿意停电的价格折扣肋，这个价格折 扣等于交易中心在时刻丁中断一单位的电能而获得的收益，即 p = e m a x 0 ，s r k , l ) i z 】( 2 4 )厶 ，7 - j、一， 这里目表示在时刻f 所能获得的最乐观信息。因此可中断负荷合约的价格厶 可被定义为 矗= e j r i z , l - e z ) , , = f x q s r ( x 矽x - f ( x - - k l l ) q , , ( x l c 抚( 2 - 5 ) = f 【1 一纬( 工) 协 其中品为r 时刻的发电侧系统边际成本，k 为交易中心在时刻r 时中断用户 供电后给用户的单位补偿。鳞( 石) 为s t 的概率分布函数，( x ) 为相应的概率密 度函数。 l o 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 基于竞价思想的可中断负荷定价 由于可中断负荷在一定程度上相当于是种灵活的电源，因此其既可以参与 主电能市场的竞价，也可以参与备用市场的竞价，在这种情况下，可中断负荷的 定价方式就与电力交易市场的定价方式相同，即首先由用户进行报价，然后由交 易中心按照购电成本最小化原则，在满足一定的系统约束条件下，与发电机组进 行统一出清，用户得到的可中断电价也就等于出清后的系统边际电价。 2 2 模糊集和模糊概率 2 2 1 模糊集 2 2 1 1 模糊集的概念 模糊集合是模糊数学理论的基础，模糊集概念最初是由美国加利福尼亚大学 控制论专家扎德( z a d e hla ) 在1 9 6 5 提出的。模糊集概念的提出为模糊数学理 论奠定了基础，经过4 0 多年来的发展，模糊数学的理论体系不断得到完善和丰富， 模糊数学在实际中的应用也几乎涉及到国民经济的各个领域及部门，不仅在传统 的能源、农业和林业领域得到广泛而成功的应用，而且在高科技如i t 、生物和国 防等领域发挥着巨大的作用。模糊集的定义为钉1 ： 定义2 1 设在论域u 上给定了一个映射 a ：u 寸【o ，l 】 甜h 彳 ) 则称a 为u 上的模糊( f u z z y ) 集，a ( u 1 称为彳的隶属函数( 或称为元素“对 模糊集合彳的隶属程度) 。模糊集合彳是由模糊隶属函数a ( u ) 唯一确定的。 2 2 1 2 模糊集合的表示方法 对于有限论域u = 2 1 “：，“。) 上的任一模糊集4 ， ( 扛1 ，2 ，捍) ，它可表示为 1 ) z a d e h 表示法： 4 ：堂生+ 丛堕+ + 丛盟 。 ”lu 2“” 其隶属函数为 彳( “，) ) ( 2 6 ) 这里丛：业不是分数，“+ ”也不表示求和，只有符号意义，它表示元素h ，隶属 珞 华北电力大学硕士学位论文 于集合4 的程度。 2 ) 序偶表示法： 号。 4 = ( 甜t ，4 ( u 。) ) ，( “2 ，4 ( u 2 ) ) ，( “。，4 ( u 。) ) ) ( 2 7 ) 3 ) 向量表示法： 4 = 4 ( ) ，4 ( u ：) ，4 ( ) ) ( 2 - 8 ) 对于无限论域u 上的模糊集合4 ，其表示方法为 仁。三掣 ( 2 - 9 ) e c ， h 这里的积分符号f 不是普通的积分运算符号，只是模糊数学的一个专用符 2 2 1 3 模糊三角数 模糊三角数是模糊数学中经常运用的一个隶属函数形式，一个典型的模糊三 角数的形状如图2 1 所示， 图2 - 1模糊三角数( 肋 图中刀l ，n 2 和刀3 分别表示所属领域可能发生的最小值、最可能发生的值和可 能发生的最大值，则一个模糊三角数可以表示为o 。，以2 ，刀3 ) ，其中行is 胛2 刀3 ，隶 属度函数表示为 f i f 一啊) ( - n i ) x 【惕，? 2 】 肌( x ) = ( n 3 一x ) ( - n 2 ) x 【伤，? 3 】 ( 2 - 1 0 ) 【0 o t h e r w i s e 由于模糊三角数的隶属函数形式比较简单，因而其运算起来也比一般的模糊 华北电力大学硕士学位论文 集简单，运算法则如下： 设m = m i ，m 2 ，m 3 和n = 瓴，嘞，n 3 ) 是两个模糊三角数，则有 1 ) m + = 肌l ，m 2 ，鸭) + “，刀2 ，n 3 ) = m l + i ，+ ，m 3 + 1 1 3 ) ； 2 ) m 圆= m l ，m 2 ， o 臻，n 2 ，n 3 = m 1 ，传 ； 3 ) 1 n = 1 码，1 2 ，1 惕) 。 2 2 2 模糊概率 传统的概率是用精确的数字表示确定事件的随机性，然而在现实当中，有很 多诸如“明天下大雨的概率为0 ”、“明天下雨的可能性很大 和“明天下大雨的 可能性很小”这一类随机现象，要么所描述的随机事件是模糊概念，要么发生的 概率是模糊概念，抑或者二者都为模糊概念，对于这一类随机事件的概率要用模 糊概率的概念才能表达清楚。 根据随机事件和发生概率是否是模糊性来看，模糊概率主要有三种形式，如 表2 3 所示。 表2 - 3 模糊概率的三种形式 2 2 2 1 模糊事件的概率 f u z z y 事件的概率定义如下： 定义2 2 t 4 7 】：在概率空间( q ，夕) 上模糊事件a 的概率定义为 p ( a ) a - i ，4 ( 甜) d p = e ( 彳 ) ) ( 2 - l 1 ) 这里的积分是勒贝格积分。 2 2 2 2 事件的模糊概率 ( 1 ) 定义 定义2 3 4 8 】：若，a ，占，p ) 为一个语言概率空间，则p 称为语言概率。语言概 率是语言值的一种特殊形式，在获取了一定的原始单词后，可通过逻辑运算和语 言算子获得其他一系列概率语言值。 1 ) 语言概率的原始单词 华北电力大学硕士学位论文 语言概率的原始单词为： “p ( p 0 ，1 】) “很可能 ( 万( 尹) ) = “很不可能” ( 厅( p ) ) = 0 ， p c x ，= l 二i ； 嚣) 2 ， ( 等) 2 ， ( 2 - 1 2 ) 0 p 口 口 p 丁a + l ( 2 - 1 3 ) 孚 p 一2 ( 南) 2 ， 。娜字 2 ( 等) 2 ，t 1 - a l 时，日( 。称为集中化算子；当五 l 时，( 2 称为 弱化算子。 如我们可以令：【很】= 日2 ，【极】= 日4 ，【相当】- 日1 。”，【比较】h n 7 5 ，【有点】一日n 5 ， 【稍微有点】= 日n 2 5 等。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 判断化算子 判断化算子是为了形容诸如“偏向”、“倾向 、“多半是 这类模糊词给出的 粗糙判断。 定义2 5 【4 9 】：对于口( o ，1 2 ，定义映射 尸佃：歹( x ) 一歹( x ) 么卜专尸4 ( 彳) p 4 ( 4 ) ( x ) = d 4 ( 彳( x ) ) 则称p 4 为判断化算子，其中d 4 是定义在【o ，l 】上的实函数 v x x ，d 4 ( z ) = 由上面的定义我们可以给出其他一些模糊概率值，如： 不很可能( x ( p ) ) = 【很可能( 万( p ) ) 】k 1 一很可能( 万( p ) ) 非常可能( x ( p ) ) = 【很可能( 7 r ( p ) ) 】2 有点可能( 万( p ) ) = 【j 艮可能( 万( p ) ) 】o 2 5 值得注意的是，在语言概率中，不能简单地运用语气算子进行计算，如我们 定义 “很可能”= 堕+ 坠+ 塑+ 上+ 1 0 60 70 80 91 根据上面的定义有 “士b 一。，0 8 4 0 9 10 9 7 11 “有点可能”= = + 二二一+ = + + 一 u 6u 7u g0 9l 直观上看，“很可能 应该比“有点可能”的可能性要大很多，而且0 9 和l 虽然绝对属于“很可能”的范围，但是应该不是绝对属于“有点可能”，所以语言 概率值并不能简单的运用语气算子求解，应该根据实际情况进行调整。 在实际应用中，常把论域【o ，1 】换成一有限集，如 q = 【0 ，0 1 ，0 2 ，0 9 ，1 】 此时可取 很可能”：堕+ 塑+ 塑+ 上+ 1 0 6o 7o 80 9l “很不可能”：! + 上+ 塑十塑+ 堕 2 口一i 一 1 口 矧 h 一 x 口 x q 一2 l 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 语言概率的计算 语言概率的四则运算首先可通过扩张原理求得。 定义2 6 t 4 7 1 ( 扩张原理i i ) ：设映射 f ：u x u 2 x 乩专v 由厂诱导出映射： f ：歹( u ) 歹鸱) 歹( 乩) 寸歹( y ) 隶属函数为 厂( 4 ，4 ，4 ) ( 力 f n ：，( 岣一_ ) _ v ( 台4 ( ”厂。1 ( y ) g ( 2 - 1 6 ) 1 0f 。1 ( 1 ，) = o 但由于语言概率值的支集要限制在 0 ，1 】内，按照语言值的四则运算后的语 言值很有可能不再是概率语言值，因此需要重新定义语言概率的四则运算法则： 定义2 7 f 4 7 】：设互g ( s 为语言概率的值空间) ，a i 【o ，l 】，i = i ，2 ，珂， 则 乃) 的线性组合被定义成为一个模糊语言值： ( q 7 c i + 口2 乃+ + 死) ( p ) 全q n + 口2 见v 鹄 ：，( 巧( a ) 死( 以) ) ( 2 - 1 7 ) 2 2 2 3 模糊事件的模糊概率 定义2 8 【4 8 】：若u 是有限集，即u = ( 地，“：，“。) ，在语言概率空间( u ，p ) 上，彳为一模糊事件，设尸( 甜，) = 乃，i = 1 ，2 ，r l ，则定义 p ( 4 ) 垒a ( u l7 7 i + 彳( “2 ) 万2 + a ( u 。) ( 2 1 8 ) 为模糊事件a 的模糊概率。 模糊事件的模糊概率实质上是几个语言概率的线性组合，最终的表式方式也 是一个模糊概率的形式。 定义2 8 实际上是规定了在模糊事件的语言概率不知道，而模糊事件中每个 元素的语言概率知道的情况下如何求模糊事件的模糊概率。在实际中常常会遇到 模糊事件的概率知道，而模糊事件中的每个元素的概率不知道的情况，如“明天 下大雨的可能性很大 ，当我们只是想知道整个模糊事件的模糊概率的时候，就无 需再经过( 5 ) 式进行计算，只需知道模糊概率如“可能性很大”的隶属函数即可。 1 6 华北电力大学硕士学位论文 2 2 3 模糊集的清晰化 尽管模糊集之间的四则运算可以通过扩张原理获得，但当模糊隶属函数比较 复杂时，运用扩张原理的计算量是非常大。另外，扩张原理也无法解决当两个模 糊集需要进行比较大小的情景。此时，如果在计算之前先将模糊集合转换成清晰 数，所有的计算就转换成了经典集合下的计算，对运算量和运算方法