（电力系统及其自动化专业论文）可中断负荷管理的激励机制研究.pdf

a bs t r a c t a b s t r a c t ：t h i sd i s s e r t a t i o ni sb a s e do nd e m a n dr e s p o n s et h e o r y , m a i n l yr e s e a r c hi n t h ei n c e n t i v em 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 ) ，at y p i c a ld e m a n d r e s p o n s e ，i n c l u d i n g ：i m p l e m e n t a t i o ns c h e m ed e s i g no ni l m ，i n t e r r u p t i b l ec u s t o m e r s c r e d i tr i s ke v a l u a t i o n ，t h ei n c e n t i v ec o m p a t i b l ec o n t r a c ta n da n c i l l a r ys e r v i c em a r k e t o p t i m i z a t i o ni n t r o d u i n gi n t e r r u p t i b l el o a da sf o l l o w s ： f i r s t ，m a k ea no p t i m i z a t i o na n a l y s i so f p o w e rm a r k e ti n t r o d u i n gd e m a n dr e s p o n s e i l l u s t r a t et h ea p p l i c a t i o n sa n de f f e c t so fd e m a n dr e s p o n s ei np o w e rm a r k e tb yl o a d r e s p o n s ea n dp r i c er e s p o n s er e s p e c t i v e l y a n dap r i c ec o m b a t i o nm e c h a n i s mi ss h o w e d t od e a lw i t ht h ed i f f e r e n tl o a dd e m a n ds i t u a t i o n t h e n ，t h ep r i c er e s p o n s et oc u s t o m e r s i sc a c u l a t e db ys e n s i t i v i t ya n a l y s i s s e c o n d ，s e tap e r m i t t i n gt h r e s h o l do fi l m t oa c h i e v et h eo b v i o u se f f e c to fc u r t a i l t h ep e a kl o a d ，t h em i n i m u mi n t e r r u p t i b l e c a p a c i t yi s s e tt ot h r e s h o l dc u s t o m e r s p a r t i c i p a t i o n si ni l m ，a n dm a k eat y p ec l a s s i f i c a t i o nb a s e do np o w e rs u p p l yq u a n t i t y a n dr e l i a b i l i t y m o r e o v e r , i d i o g r a p h i cf l o wo fi l mi sp r o v i d e di nt h ed i s s e r t a t i o nt o m a k eb e n e f i ta n a l y s i so nl o a dr e s p o n s ea n dp r i c er e s p o n s er e s p e c t i v e l y t h i r d ，e v a l u a t et h ec r e d i tr i s ko fi n t e r r u p t i b l ec u s t o m e r s c o n s i d e r i n gt h a t c u s t o m e r sw h ow i l lj o i nt h ei l mh a v et h ep r o b a l i t yo fd e f a u l tr i s k ，ar i s ke v a l u a t i o ni s n e c e s s a r yb ye s t a b l i s h i n gac r e d i tr i s ki n d e xs y s t e mi nw h i c ht h ew e i g h t si sc a c u l a t e db y f u z z ya h ea tl a s t ，f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni su s e dt os e l e c tt h ep r o p e r c u s t o m e r sw h i c ha r ef i tf o rt h ei l m m o r e o v e r , b a s e do np r i n c i p a l a g e n tt h e o r y , a ni n c e n t i v ec o m p a t i b l ec o n t r a c ti s d e s i g n e dt oe n c o u r a g et h ec u s t o m e rt oj o i nt h ec o n t r a c ta c t i v e l y o n l yw h e nt h e c u s t o m e rc h o o s e sh i sr e a lt y p ec a nh eo b t a i n st h em a x i m u mi n t e n u p t i b l eb e n e f i t a tl a s t ，a no p t i m a lc a p a c i t yd i s t r i b u t i o nm o d e li se s t a b l i s h e di na n c i l l a r ys e r v i c e m a r k e ti n t r o d u i n g i n t e r r u p t i b l el o a d i n d i f f e r e n c ec u r v e sa n dm a r g i n a lr a t eo f s u b s t i t u t i o na r eu s e di nt h em o d e l ，t oa t t a i nt h eu t i l i t ym a x i m i z a t i o nu n d e rt h es i t u a t i o n o ff i x e dp u r c h a s e dc o s t k e y w o r d s ：d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ( d s m ) ；d e m a n dr e s p o n s e( d r ) ； 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 ( i l m ) ；f u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( f a h p ) ； c r e d i tr i s ke v a l u a t i o n ；i n c e n t i v ec o m p a t i b l e ；m a r g i n a lr a t eo fs u b s t i t u t i o n c l a s s n o ：f 4 1 6 ：t m 7 3 ：f 1 2 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期：年 月日签字日期：年月日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，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，也不包含为获得北京交通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。 学位论文作者签名：签字日期：年月 日 致谢 本论文的工作是在我的导师周渝慧教授的悉心指导下完成的，周渝慧教授在 我的两年研究生学习生活中，给予了我莫大的鼓励和帮助。不论是在学习中还是 生活上，周老师严谨的治学态度和科学的工作方法使我受益匪浅，在此衷心感谢 两年来周老师对我的关心和指导。 此外，非常感谢国网经济研究院的胡兆光教授能在百忙中给予我学业上的指 导，使我在学习和科研过程中明确了研究方向和研究意义，其严谨的科研作风使 我学习到了如何才能成为一名优秀的研究生。 吴俊勇教授和黄梅教授等学院老师在我的开题答辩中，对于我的科研工作和 论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 此外，在实验室工作及撰写论文期间，实验室的同学们对我论文中的研究工 作给予了热情帮助，尤其是经管学院的白杨同学，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人们，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学 业，希望自己不辜负家人的期望。 1 问题的提出 1 1论文的研究背景及意义 1 1 1可中断负荷管理的研究背景 目前，世界各国的电力工业正在进行市场化改革，由传统的垂直垄断管理模 式向市场化方向发展，在发、输、配、售四方面引入竞争机制，促进电力工业提 高生产效率、降低运行成本、提高服务质量，实现电力工业的可持续发展。在我 国，电力工业的厂网已彻底分开，发电侧开始引入竞争，电网作为自然垄断环节 接受国家监管 1 】。如果说发电资源是第一资源，那么电力需求侧管理( d e m a n ds i d e m a n a g e m e n t ，d s m ) 这种可供选择的需方资源就是第二资源。电力工业的发展一方 面要重视电源建设，保证电力供应；另一方面，要重视电力需求侧管理；保证电 力的科学合理使用。在我国乃至世界都面临资源短缺和环境保护双重压力的严峻 形势下，加强电力需求侧管理不仅是缓解电力紧张的有效经济措施，更是可持续 性发展的战略选择。 目前，针对电力资源供应紧张的现状，电力公司通过电力需求侧管理的一系 列措施来引导用户有序用电，即在用电紧张局面下，应用现代化或各种有效管理 手段，将可调用的部分高峰电力负荷转移到平谷时段，以达到削峰填谷的目的。 随着国民经济的发展和产业结构的调整，电力需求增长很快，峰谷差逐年拉大， 电网平均负荷率和发电机组利用小时数呈整体下降趋势，用户对供电可靠性的要 求也越来越高。尤其是在负荷高峰期，传统的负荷管n ( l o a dm a n a g e m e n t ，l m ) 通常使用老旧、行将淘汰的低效机组来缓解负荷高峰供电，这使得发电成本很高； 或是增加新电源的建设，但这种方法受投资、建设周期、选址及环保等因素的制 约投资大、见效慢。并且，负荷曲线中占高峰负荷9 5 以上的部分，年累计持续 时间只有几十个小时，专门建设发电机组对其进行调峰也是非常不经济的拉j ，这既 阻碍了市场化的发展又影响到系统的供电可靠性。需求响应( d e m a n dr e s p o n s e ， d r ) 作为市场化条件下电力需求侧管理中的一部分，强调电力用户直接根据市场的 激励信号或价格信号，主动做出调整负荷需求的反应。目前在美国加州、纽约、 加拿大a l b e r t a 等地的主能量市场和辅助市场中，需求响应都得到了广泛的应用。 l 胡兆光，韩新阳等综合资源战略规划与需求侧管理，中国电力i l l 版社，2 0 0 8 2 曾鸣，电力营销服务与电价体系，中国电力出版社，2 0 0 7 l 可中断负荷管理( i n t e m l p t i b l el o a dm a n a g e m e n t ，i l m ) 是一种典型的需求响应： 一方面，电力公司给予用户一定的激励信号，通过签订可中断合同，在用电高峰 期，客户响应电网调度的指令，实行指定时间、指定中断容量的短时停电，以削 减负荷高峰，保证电网供需平衡；另一方面，因为可中断负荷管理具有提前通知 用户中断时间、缓解系统峰荷时供电压力的特点，可以提高系统的供电可靠性， 所以在辅助服务市场中可以作为一种备用资源与发电厂一样通过报价向系统提供 辅助服务。 1 1 2实施可中断负荷管理的意义 实施可中断负荷管理不仅是解决目前缺电问题的途径之一，而且可以提高系 统运行可靠性，抑制尖峰负荷和市场力作用，促进电力行业的可持续发展。因此 具有较强的现实意义和长远意义。具体来说，推广实施可中断负荷管理的意义主 要体现在以下几个方面： 首先，在一定程度上缓解了目前电力供需矛盾，减少电力紧缺所带来的经济 损失和社会影响。 可中断负荷管理通过一种较为简便、快捷、有效的方式解决电力供应不足时 所产生的负荷缺口，它不仅克服了建设发电机组周期较长的缺点，还可以灵活的 控制中断负荷量的大小，实施方便，效果明显。 在实施可中断负荷管理的过程中，通过电力公司与中断用户的信息互动，可 以最大程度的降低缺电损失。同时，可中断负荷的实施对象主要集中在少数大工 业用户，从而保证了居民等大部分用户的用电水平，因此，可以减少电力供应不 足所带来的社会影响。 第二，可以引导用户科学、合理用电，提高全社会的用电水平。 可中断负荷管理提供了一种使用户对供电方式进行选择的机制，即用户可以 选择在用电高峰期继续用电，辅以较高的电价，也可选择在高峰期按合同要求中 断用电，以降低电费的支出。也就是说，这种机制可以引导用户根据自己的生产 特点和要求选择用电方式，以便更加科学、合理的用电。同时，可中断负荷带来 电网高峰负荷的降低、负荷曲线的平稳，提高了全社会的用电水平。 第三，可以实现电力资源以及社会资源的优化配置，保证电力行业的长远持 续发展。 可中断负荷管理是需求侧管理的重要手段之一，而需求侧管理是综合资源规 划的重要组成部分。实施可中断负荷通过对用户的用电方式进行合理的引导，在 电力供应紧张时期优化系统潮流分布，减少或推迟了发电机组的投资，实现了整 2 个电力系统资源以及社会资源的优化配置，从而保证了电力行业的可持续发展。 第四，采用可中断负荷管理的经济手段平抑峰谷差，顺应了电力工业市场化 改革的要求，获得了移峰的市场效果。 过去在解决电力工业发展中的问题时，往往侧重于采用行政手段。例如，在 电力供应不足时，对用户进行指令性的拉闸限电，而用户因缺电所造成的损失完 全由自己承担。实施可中断负荷，考虑到用户的可接受程度以及对其缺电损失的 适当补偿，体现了有行政手段向经济手段的转变，是顺应电力工业市场化改革的 要求，并促进其发展的重要举措。 1 2国内外可中断负荷管理的应用及研究 1 2 1国内外应用现状 1 国外应用现状 2 0 世纪7 0 年代的两次石油危机，使能源危机问题成为了全球的关注焦点。1 9 7 3 年，美国首先提出能源需求侧管理这一新的课题，并发展成为最小成本规划和综 合资源规划的问题。 2 0 0 0 年美国加州电力危机使得人们重新认识到了可中断负荷作为一种电力可 靠性资源在市场环境下的巨大潜在价值，并且正从传统的管制型行为，转为参与 者在市场环境下的一种自愿行为，而且也将成为电力公司改善竞争能力的一种有 效工具【3 1 。可中断负荷作为调峰的一个主要手段已经被美国几乎所有的电力公司采 用，并且获得了相当大的经济效益和社会效益，其措施己广泛应用于诸如冶金、 水泥、造纸和纺织等工业用户。 主要有北卡罗莱那州、康涅狄格州，具体介绍如下： ( 1 ) 北卡罗莱那州可中断负荷合同 为了计算每个月的中断补偿，潜在时期设定如下：夏季6 - 9 月的周一至周五， 1 3 ：0 0 - 2 1 ：0 0 ；冬季1 0 月至次年5 月的周一至周五，6 - 0 0 - 1 3 ：0 0 。潜在时 期不包括节假日、新年、纪念日、独立日、劳动节、感恩节和圣诞节。 合同的具体内容： 合同有效期：最少5 年，用户如要中止合同需提前1 2 个月向电力公司提出 书面申请。 中断实施的前提：当系统发电容量小于负荷时，电力公司即实行可中断负 3g c h r i n gkl c a ny e s t e r d a y sd e m a n d - s i d em a n a g e m e n tl e s s o n sb e c o m et o m 讲r o w i sm a r k e ts o l u t i o n s ? j 】t h ee l e c t r i c i t yj o u r n a l ，2 0 0 2 ，15 ( 5 ) ：6 3 - 6 9 3 荷。 提前通知时间：用户应在开始中断前至少3 0 分钟被通知。 中断持续时间：由电力公司决定中断的开始和结束，用户应被告知所有中 断时期的结束时间。电力公司每年的中断时间应不多于1 5 0 小时。 最长中断时间不得多于l o 小时，如用户在3 个月或更长时间内未能按要求中 断负荷，电力公司保留中止合同的权利。 用户获得的补偿及补偿计算：每个月电力公司要确定其可获得的中断容量 来计算补偿。潜在时期用户消耗的超过固定合同需求的负荷减去中断时期用户消 耗的超过固定合同需求的负荷。 违约罚款与罚款计算：在任何一个中断时期，用户未能减少并保持负荷小 于等于固定合同需求时，电力公司将从用户的电费里追加违约罚款。 ( 2 ) 康涅狄格州可中断负荷合同 合同适用范围：在电力公司要求中断时同意中断至少3 0 0k w 负荷的用户。 中断实施的前提：一是为了保持系统的稳定性，如在输电线路阻塞或任何 影响供电可靠性的时期；二是出于经济考虑，如在预计或实际当地能源( 煤、油、 水等发电原材料1 价格高的时期。 提前通知时间：电力公司在中断前至少4 小时通知用户。 中断持续时间：一年不超过5 次，每次中断最少4 小时。 用户获得的补偿：根据可中断负荷合同中签订的可中断需求量，电力公司 每个月在电费中给予用户补偿。 违约罚款：如果用户在中断期间不能将负荷减少到固定合同需求，第1 种 形式的罚款是这时用户的负荷将被视为新的固定合同需求，用户的电价在1 2 个月 内将执行新的标准；第2 种形式的罚款是在当年余下的时间内，用户所享受的电 费优惠将被中止，用户的所有负荷，包括可中断需求与固定合同需求都将执行固 定合同需求的电价。 其它事项：在合同期间，用户如要增加可中断需求量或固定合同需求量应 提前3 0 天书面通知电力公司，如要减少则应提前3 个月书面通知电力公司，如要 终止可中断负荷合同应至少提前一个月向电力公司书面申请。用于计量的自动控 制电量表由用户购买电力公司负责安装维护。 ( 3 ) 俄勒冈州可中断负荷合同 合同适用范围：负荷超过lm w 且能中断至少2 0 0 k w 的用户。 中断持续时间：冬季当年1 2 月次年2 月的周一至周五，6 ：0 0 - - - ，1 1 ：0 0 和1 7 ：0 0 2 0 ：0 0 ，每个月中断1 0 天。 提前通知时间：电力公司在中断前一天上午l o ：0 0 点以前通知用户，如用 4 户周一中断，周五发出通知。 用户获得的补偿：用户每千瓦中断负荷补偿费用为平均高峰负荷的电费单 价。 用户中断方式：一种是在高峰负荷时段中断，而在其它时段不增加负荷需 求；另一种是将高峰负荷转移至其它时段。 加拿大a l b e r t a 电力库( p o w e rp 0 0 1 ) 贝j j 采用拍卖方法，提供1 m w 及以上负荷削 减的用户上报削减负荷和价格，电力库和报价成功的用户按月签订固定补偿价格 合同，并根据运行情况决定负荷削减方案。 加拿大魁北克水电公司选择可中断计划来转移负荷高峰日的负荷。在这种计 划下，一些5 0 0 0 k w 及以上的大工业用户根据魁北克水电公司的要求在负荷高峰 时段应减少他们的负荷需求。这样，魁北克水电公司就避免了新建机组和调峰操 作，否则在这种情况下将需要使用燃气轮机。作为回报，用户获得折扣。用户可 以在魁北克水电公司的可中断供电计划中选择最适合他们的项目。用户可以从一 个“菜单”上选择三项内容：频度、持续时间和中断次数。这项计划的削峰量达到近 1 3 0 0 m w 。 意大利在上个世纪9 0 年代实施了可中断计划，这项特殊的电价措施可用于需 求超过3 0 0 0 k w 。而且至少可中断1 0 0 0 k w 的大工业用户。规定每年的中断供电时 间总计不超过3 0 天。完全中断需求的时间不超过1 5 天，另外的1 5 天只能中断5 0 ， 每天最多中断8 小时，每次中断之间相隔至少3 小时，一般是4 小时。参与这项 措施的用户享受年电费的2 5 折扣。中断当天，再增加相当于月用电量5 的折扣。 1 9 9 5 年底有1 8 6 个用户参与，其中8 9 个是钢铁业。必须参与的用户是炼金，化工 及水泥等行业。实施计划结果显示总计峰荷可中断2 2 2 1 k w ，其它时间可中断 2 3 7 6 m w 。 英格兰所采用的另一种可中断形式是，直接根据大工业用户的负荷削减能力， 工业用户可以在日前电能市场对削减的负荷容量进行报价，即所谓的需求侧报价 ( d e m a n d - s i d eb i d d i n g , d s b ) 。文献 1 9 ，【2 0 贝j j 基于博弈论的思想，利用显示原理揭 示用户中断负荷成本的真实信息，从而设计出合理的可中断负荷合同。 瑞典的可中断负荷方案要求用户在平均5 年的协议期间内保证8 0 0 0 小时的负 荷中断，而另一种方案则仅要求5 年内保证1 5 0 0 0 小时的负荷中断。当然，后者 的补偿要大于前者。 可中断负荷也可以通过价格响应机制参与辅助服务市场。北美电力可靠性委 员会( n o r t ha m e r i c a ne l e c t r i cr e l i a b i l i t yc o u n c i l ，n e r c ) g t 定的运行规贝j j _ k 就明确 指出可以将可中断负荷当作是一种事故备用。在美国加州市场，可中断负荷可以 直接参与日前和小时前的辅助服务市场，提供非旋转备用和替代备用，也可以参 5 加实时平衡市场，提供补充能量服务，在纽约电力市场，可中断负荷同样可以参 加非旋转备用和替代备用辅助服务市场，如表1 1 所示。 2 国内应用现状 1 9 9 2 年，我国开展电力需求侧管理以来，在政府的政策指引下，电力企业与 用户紧密配合，积累了许多宝贵经验，取得了成效。 如1 9 9 7 年，我国首次以大型电力用户胜利油田作为电力需求侧管理的示范工 程，启动了以“电力拖动”和“绿色照明”为中心的节电项目，取得了很好的经 济社会效益，投资回收期只有6 - - 9 个月，为大型终端用户应用电力需求侧管理开 辟了一条新路； 2 0 0 3 年，江苏、上海、浙江、福建、河北、山西、湖南等省的日最大移峰负 荷都在1 0 0 万k w 以上，其中江苏省达2 8 0 万k w 。根据国家电力监管委员会统 计预测，2 0 0 4 年全国缺电3 0 0 0 万k w ，通过削峰填谷的方式，可以降低高峰负荷 1 0 0 0 多万k w 事实证明，我国节电潜力和负荷分配灵活性很大，电力需求侧管理 作为一种重要资源在很大程度上缓解了电力供应的紧张局面，有效地保证了人民 生产和生活用电； 台湾电力公司采用多种措施来平衡系统负荷，提高系统功率因数和电力功率： 扩大峰荷时和非峰荷时的电价差；增加可中断负荷电价的种类，放宽电价的适用 范围；实行季节性电价，用价格信号激励用户有序用电。他们于1 9 8 7 年开始实施 可中断电价，并逐年修订，目前共有7 类可中断电价，截止2 0 0 1 年夏季，台湾电 力公司共有6 7 7 户选用该电价，合同中可中断容量为1 6 5 万k w ，在夏季高峰日削 减负荷1 1 5 万k w ，约占削减高峰负荷总数的2 6 。 2 0 0 2 年，江苏省开展了可中断负荷的试点工作，在夏季用电高峰期对5 家钢 厂试行中断负荷避峰措施。全年实际错峰共1 0 天，1 5 次，2 8 小时；错峰负荷3 8 7 万k w 。补偿标准为每1 万k w 中断1 小时，补偿1 万元，全年补偿支出共7 8 5 万 元。 2 0 0 3 年，河北省电力缺口达到2 0 0 万k w 。在夏季用电晚高峰季节7 月1 日 至8 月3 1 日，根据电网调峰需要，河北电网实施可中断负荷管理及补偿办法，鼓 励功率在2 万k w 及以上的用电大户结合企业生产实际，在对企业生产和效益影 响不大的情况下，自愿中断用电，对中断负荷企业给予每1 万k w 中断1 h ，补偿 1 万元的经济补偿，并尽可能减少中断负荷企业的中断次数，把对企业的影响降到 最低。违反中断负荷规定，不执行电力调度中断命令的企业，按该企业违约负荷 检测记录值乘以3 , - 5 倍电价计算款额进行处罚。在实施可中断负荷管理期间，若 出现不符合条件的限电和供电情况不能给予补偿。最终，通过可中断负荷管理， 河北省解决了3 0 万k w 的缺口，补偿金额共2 0 0 0 万元至3 0 0 0 万元。 6 2 0 0 7 年，北京地区电力最大负荷达到1 3 0 0 力千瓦，相比2 0 0 6 年增长2 0 ， 高峰容量缺口2 0 万千瓦。政府首先保证了居民用电有保证，不拉路限电，同时对 用电高峰期间的工业用户采取可中断负荷管理，以1 o o 元l ( 、枷的标准进行中断补 艇乡 i 蔷io 上海地区配合全市错峰避峰用电，采取季节性可中断电价措施，向用户购买 紧急备用负荷。避峰时间不同，补贴标准不同，试行避峰( 可中断负荷) 补偿电 价的标准与提前通知中断的时间相关。凡与电力部门签订避峰让电协议、实施负 荷监控的用户，避峰补偿电价标准为：隔日通知避峰每千瓦每小时补偿0 3 0 元， 当日通知避峰每千瓦每小时补偿0 。8 0 元，随时可中断用电避峰每千瓦每小时补偿 2 元。目前峰谷比价为4 5 ：1 ，这个比价对避峰让电的企业补贴提高了企业的积极 性。 综上所述，从我国的可中断负荷管理的应用进程上可以看出，我国的可中断 电价正由缺乏市场弹性机制的固定赔偿价格逐步向考虑用户响应和意愿的市场化 方向发展。 表1 - 1 可中断负荷合同类型 一一一旦b 1 一! t h e c o n t r a c ts t y l e so f i n t e r r u p t i b l el o a d 一。一一 提前通知最小切除 名称合同形式切除时间l l补偿费用 时间容量m w 1 2 2国内外研究现状 提高负荷对市场价格的响应，能从需求侧抑制市场力，稳定市场价格。可中 7 断负荷管理能充分利用用户的用电弹性，缓解高峰负荷时的电力供应紧张状况以 避免或减少昂贵的旋转备用和满足用电需求增长而需要的发电容量投资，对电力 系统的经济和安全运行有直接作用【4 】。 目前，国内外专家学者对可中断负荷管理的研究已取得了一些成果。鉴于可 中断负荷合同在未实施时的零成本，文【2 2 】考虑利用其作为系统的旋转备用，提出 了构建可中断负荷合同市场的框架。但该文的算例分析表明，可中断负荷合同市 场仍存在用户的市场力问题，即用户策略性报价，不能真实的反应用户类型； 在可中断负荷管理机制设计方面，文 2 3 】通过对1 0 个美国电力公司和d s m 的 股份持有者的调查评价，发现利用激励性机制使得管理者的目标与电力公司和用 户的自身利益能更好的融合在一起，说明了满足激励相容特性的可中断负荷管理 合同在电力市场下更具有社会经济意义和现实意义； 短期内实施的供电规划要求电力公司采取短期调整机制，主要应用最优潮流 ( o p f ) 的分析方法。但其不足是没有考虑用户的长期成本，可能是由于缺乏可利用 的数据，这样制定的可中断负荷方案也就不能精确地嵌入在实时电价的框架中。 在文献 2 4 】中s m i t h 提出了一种全面的实时电价方案模型，它支持在不同的运行环 境下平衡电力的供需，同时在用户可中断负荷成本的基础上决定电力公司的可中 断负荷补偿标准和用户所能提供的合同来中断负荷； 电力公司开始把用于用户负荷有效管理的电价优惠视作一种资源。其中最常 见的就是可中断负荷电价，它用经济手段诱导用户参与负荷控制以减少系统高峰 时的电力负荷需求。文献【2 5 】利用最优潮流框架，以节点边际价格和提前通知时间 作为可中断电价的制定因素，并同时考虑了电力公司与用户之间的各种作用来分 析各种因素对可中断电价的影响。用户与电力公司签订可中断负荷协议，在电力 公司需要时减少所要求的电力负荷。用户安装电力负荷限制器，电力公司发送中 断负荷的信号，限制器作用或者用户自行手动减负荷，达到协议规定的要求。 在电力市场中，负荷作为市场的参与者，既可参与协作，也可参与竞争，可 以在消除系统阻塞等方面发挥积极的作用。在电力市场环境下，整个系统一般由 系统调度员i s o 进行统一调度和管理。i s o 最重要的任务之一就是进行系统的传 输阻塞管理。电力市场下的传输阻塞是指线路传输容量不能满足所有希望的输电 要求，包括输电线路潮流越限及节点电压越限等，特别是发生某种意外事故时， 某些线路过载，影响了系统的安全稳定运行。阻塞管理就是建立一套合理的调度 计划，使系统各条线路在容量限制范围内安全运行。近年来，由于发电、用电规 模的日益增大以及电源、负荷的分布不均，使得某些输电线路很容易发生阻塞。 4h i r s te r e l i a b i l i t yb e n e f i t so f p r i c e - r e s p o n s i v ed e m a n d 【j 】i e e ep o w e r e n g i n e e r i n gr e v i e w , 2 0 0 2 ，2 2 ( 1 1 ) ：1 6 2 1 8 采用传统的阻塞管理模式，电网公司不得不调整发电机出力以调用高价电能消除 阻塞。在节点电价下，阻塞会引起电价上升，使某些发电商的市场力提高，用电 风险增大，同时引起预料之外的强迫停电，严重威胁系统安全。 最优潮流作为解决阻塞管理的强有力的工具，当实时市场的容量不足以消除 传输阻塞时，i s o 就必须根据市场竞价修正某些双边合同，并调整与该合同相关的 发电厂出力和电力用户的负荷。在目前需求弹性低的电力市场中，基本上都是通 过调整发电厂出力来解决问题，但是，随着需求侧的逐步开放，尤其是在配电网 放开模式下，电力用户也成为了独立的经济实体，可以灵活的参与到电力市场交 易当中。因此，可中断负荷作为一种有效的电力资源，已经越来越广泛的被用来 解决输电阻塞问题。这种做法既缓解了高峰时段的用电需求，又抑制了阻塞时因 重新调整发电厂出力而造成的电价上升等问题。通过在日前市场调度中引入可中 断负荷，比较调整发电出力和实施可中断负荷的边际成本，选择更合适的方案， 可以更经济更有效的解决输电阻塞问题。 但是，无论是在负荷响应还是价格响应方面的i l m 研究，都没有考虑到可中 断用户的分类和信用评价。参与i l m 的用户需要对系统高峰负荷曲线有明显的削 弱作用，因此需要根据用户在某时段的用电容量进行分类，设置i l m 准入门槛， 对于不能达到准入门槛的小容量用户，可以采取负荷集合的方式集合可中断负荷 以达到准入要求；而达到准入门槛的用户，电力公司也要综合评价其信用，以减 少i l m 的实施风险。 1 3本文的研究内容及创新 本文首先对可中断负荷管理的研究背景、概念、意义、国内外研究现状等方 面进行概括总结，为下文的可中断负荷管理研究打下坚实的基础，主要的研究内 容包括以下几点： 1 引入需求响应的电力市场机制完善 首先，对需求响应的主要内容进行高度概括，包括需求响应的应用、与需求 侧管理的关系以及参与电力市场的响应环节；其次，对价格响应中的组合电价机 制进行研究，通过不同的电价组合引导用户改变用电方式，减少峰谷差；最后， 对价格响应进行了敏感性分析，以得到用户对价格激励的响应程度； 2 研究可中断负荷管理的市场准入条件 为了保证参与i l m 的用户都对削峰具有明显的贡献，需要对参与用户进行筛 选，包括：基于供电可靠性要求的类型分类、设置最小可中断容量、用户信用评 9 可中断负荷管理 准入门槛、细分用户 用户信用风险评估 削减高峰负荷 提高供电可靠性 j j ， 哑竺多一! 多 t下 负荷响应 价格响应 1 需求响应 电力需求侧管理 图1 - 1 本文研究内容 f i g 1 1r e s e a r c hc o n t e n t so fi l m 价。而对于低于最小可中断容量却想参与i l m 的小用户，引入“需求减少服务提 供商 ，按照负荷响应计划集合小容量用户，以达到i l m 的准入要求。最后，针对 i l m 在需求响应方面的作用和贡献分析了i l m 的实施效益，分别就负荷响应和价 格响应两方面说明i l m 对于削减高峰负荷和提高系统可靠性方面的作用； 3 可中断用户的信用风险评估 按照负荷响应机制，电力公司将和用户签订可中断合同，考虑到合同具有一 定的风险性，用户很可能因为激励不到位或生产计划变动等原因在指定时段内拒 绝响应，对系统和实时市场的稳定都造成了威胁。故此，需要对用户进行信用风 险评估。通过建立可中断用户信用风险评估指标体系，并运用模糊数学中的模糊 层次分析法分析指标体系的权重，以改善传统层次分析法在专家建立1 - 9 标度判断 矩阵时的不确定性，最后采用模糊综合评价法进行信用等级划分，对不同等级的 用户制定不同的激励机制； l o 4 具有激励相容特性的可中断合同设计 负荷响应大多由合同来规范，参与者事先与电力公司签订合同，在峰荷或系 统出现紧急情况时按照合同要求减少或完全中断用电，并获得一定的补偿1 5 。本文 在第五章首先分析了i l m 中的信息不对称问题，设计具有激励相容特性的可中断 合同，应用信息经济学中的委托代理理论，建立具有激励相容特性的激励模型， 模型使得当且仅当用户选择真实类型合同时获得的中断赔偿最大；此外，对可中 断合同的内容、实施流程进行了具体的分析和设计； 5 可中断负荷参与的备用市场最优容量分配 可中断负荷作为一种需方资源，在提供系统备用、提高可靠性方面有着积极 的作用。本文在第六章将可中断负荷引入备用辅助服务市场当中，以求在备用总 购买成本不变的情况下，得到效用最大化时的最优容量分配。通过微观经济学中 的消费者选择行为建立最优分配模型，以效用最大化为目标，求得可中断负荷参 与的备用市场容量分配最优。 本文在创新方面主要有以下几点： 1 将组合电价应用于需求响应当中，提出针对不同的组合需求需采用不同组 合电价方式，并给出五种组合电价，对其功效进行了分析： 2 对参与可中断负荷管理的用户进行了筛选，通过最小可中断容量和用户的 信用风险评估来保证可中断负荷管理的顺利实施： 3 将模糊层次分析法应用到可中断用户的信用风险评估当中，解决了以往层 次分析法专家判断的不确定性问题； 4 对投标型备用市场引入可中断负荷，将社会效益最大化作为分配备用容量 的目标，达到在备用总购买成本不变的条件下发电备用和可中断备用的最优容量 分配。 5 宋平，应用需求响戍优化电力高峰负荷管理，大众用电，2 0 0 4 ，9 ( 4 ) ：1 7 - 1 8 l l 2 引入需求响应的电力市场机制完善 2 1需求响应的基本理论概述 2 1 1电力改革中不同形式的需求响应 1 国内外不同的需求响应形式 世界各国在电力市场改革中引入了不同形式的需求响应，以纽约的电力市场 为例，有三个需求侧响应程序：紧急负荷响应程序e d r p ( t h ee m e r g e n c yd e m a n d r e s p o n s ep r o g r a m ，e d r p ) 、特殊资源程序s c r ( t h es p e c i a lc a s e r e s o u r c ep r o g r a m ， s c r ) 和日前负荷响应程序d a d r p ( t h ed a y a h e a dd e m a n dr e s p o n s ep r o g r a m ， d a d r p ) 。e d r p 负荷自愿承诺在2 小时之内减载，因此可以得到5 0 0 美元 或实时出清电价中的最大值作为补偿。s c r 负荷必须在日前被通知后2 小时之内 切除。s c r 负荷在容量市场卖出容量，交换条件是承诺减负荷。当这些职责真正 需要被履行时，总体上这些职责的价格设定为5 0 0 美元m w h 。d a d r p 允许负荷 服务主体l s e ( l o a ds e r v i n g e n t i t y ，l s e ) 在日前电力市场提供可中断负荷，方式与 其他资源一样，即d a d r p 可中断负荷报价，如果它们在出清中中标，那么l s e 必须在得到调度指令后中断响应的负荷量，并得到日前出清价格中断负荷量的收 益。表2 1 给出了纽约市场三种需求侧响应服务的详细情况。 表2 - 1 三种需求响应的比较 s c re d i t p d a d r 所在市场 i c a p 市场 紧急能量市场经济能量市场 基准合格数量 1 0 0 k w 1 0 0 k w 1 m w 日前上午5 点申报， 通知时间 目前警报，2 h 提前通知 2 h 提前通知 运行日中午通知 持续时间按需要大于4 h 根据申报要求 m a x ( 约定价格，实时m a x ( 约定价格，实时市场m a x ( 申报价格，日前 事后结算 市场边际价格)边际价格)市场边际价格) 对不听从调度u c a p 减除，基于不足 m a x ( 日前市场边际价 命令的惩罚量的惩罚 没有 格，实时市场边际价 格) 参考义献：文献6 英国需求侧电力市场改革进行的较早，1 9 9 0 年就允许1 0 0 0 k w 以上的用户选 6 国家电力监管委员会，美国电力市场，中国电力出版社，2 0 0 5 1 3 择供电商，1 9 9 8 年以后所有用户都可以自由选择供电商；2 0 世纪9 0 年代英格兰 和威尔兰电力市场采用了需求侧竞价方案，使得电力中断用户削减的电力负荷与 电力库中参与调度的发电出力一起竞价，取得了比较明显的效果，有效地抑制了 价格尖峰和发电商滥用市场力【j 7 】；2 0 0 1 年取消强制性电力库，建立以双边合同为 主导的电力市场。 北欧电力市场由挪威、瑞典、丹麦、芬兰4 国组成，是目前具有代表性的跨 国电力交易市场，运行有电力期货市场和日前现货市场。在日前现货市场中，同 发电商参与市场竞价一样，挪威、瑞典的电力用户也参与到“电力购买兆瓦数一 一时间价格 为形式的竞价。兆瓦以上的大用户可以直接参与需求侧竞价， 小用户可以通过他们的供电商作为代理间接参与需求竞争。芬兰电力市场需求侧 引入竞争的结果是所有用户的电价都有所下降【8 】。 日本为了引入竞争，实现电力自由化，于1 9 9 9 年制定了新电力法，规定：零 售市场对2 0 k v 、容量在2 0 0 0 k w 以上的高压用户开放。这些用户约占市场总量的 3 0 ，按照规定，他们可以自由选择供电商，直接参与电力零售，需求侧电力市场 的新政策出台后约有2 0 o , - - 3 的用户重新选择了供电商。 需求响应的运行机构有系统运行机构、负荷服务实体和公共配电公司等。目 前出现了一种运作需求响应的新机构需求减少服务提供商( c u r t a i l m e n ts e r v i c e p r o v i d e r ，c s p ) ，它根据i s o 需求响应计划对参加需求响应计划的最低规模要求， 集合多个小用户减少的负荷，以达到需求响应计划的准入要求。反映在可中断负 荷管理方面，即是根据参加可中断负荷管理的最小可中断容量要求，集合多个小 容量的可中断用户，以达到可中断负荷管理的准入要求。 2 需求响应的分类 需求响应包括负荷响应( 1 0 a dr e s p o n s e ) 和价格响应( p r i c er e s p o n s e ) ，分别在引导 需求侧有序用电、科学用电上起到了不同的作用。 1 负荷响应 负荷响应是指用户在系统负荷时或系统出现紧急情况时削减其需求，包括直 接进行负荷控$ | j ( d i r e c tl o a dc o n t r o l ，d l c ) 和可中断负荷( i n t e r r u p t i b l el o a d ，i l ) 。 直接负荷控制 直接负荷控制作为一种简单、实用的负荷管理手段，是指电力部门在系统高 峰负荷时段利用电力监控设备，采取一定的控制策略在不同控制阶段对不同种类 负荷进行控制，循环和分阶段的切断所需控制负荷，如空调和电热水器负荷与系 7i n t e r n a t i o n a le n e r g ya g e n c y ap r a c t i c a lg u i d et od e m a n d s i d eb i d d i n g r h t t