一種基于電價(jià)多狀態(tài)模型的直購(gòu)電大用戶購(gòu)電策略優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力市場(chǎng)交易領(lǐng)域，具體講，涉及電力市場(chǎng)交易中直購(gòu)電大用戶的購(gòu) 電策略優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大用戶直購(gòu)電是指用電量較大的電力用戶直接與發(fā)電企業(yè)簽訂雙邊電力交易合 同，其具體模式靈活多樣。普遍認(rèn)為，大用戶直購(gòu)電的開(kāi)展將在售電側(cè)引入競(jìng)爭(zhēng)，有利于完 善電價(jià)形成機(jī)制，提升電力資源的優(yōu)化配置水平。2005年2月，國(guó)家電監(jiān)會(huì)、國(guó)家發(fā)改委印 發(fā)了《電力用戶向發(fā)電企業(yè)直接購(gòu)電試點(diǎn)暫行辦法》。大用戶直購(gòu)電的實(shí)施打破了電網(wǎng)企業(yè) 為"單一購(gòu)買者"的壟斷局面，大用戶直購(gòu)電有利于各大用戶通過(guò)對(duì)供電方的合適選擇，降 低購(gòu)電成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
[0003] 在現(xiàn)有的對(duì)我國(guó)電力市場(chǎng)大用戶直購(gòu)電購(gòu)電策略研究中，文獻(xiàn)[1]針對(duì)大用戶在 多個(gè)市場(chǎng)上的購(gòu)電組合問(wèn)題，綜合考慮大用戶購(gòu)電量及現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)的隨機(jī)性，從預(yù)期購(gòu) 電成本和風(fēng)險(xiǎn)的角度分析了大用戶購(gòu)電最優(yōu)組合策略。文獻(xiàn)[2]為研究收益和風(fēng)險(xiǎn)并存的 大用戶購(gòu)電組合決策問(wèn)題，分析了均值-方差模型、均值-半方差模型的特點(diǎn)及適用情 況，提出了均值-絕對(duì)離差購(gòu)電組合模型。文獻(xiàn)[3]綜合考慮現(xiàn)貨市場(chǎng)和長(zhǎng)期合約市場(chǎng) 電價(jià)的相關(guān)性，采用多變量灰色模型（multi-variablegreymodel，MGM)(1,η)，對(duì)現(xiàn)貨市 場(chǎng)和長(zhǎng)期合約市場(chǎng)電價(jià)進(jìn)行長(zhǎng)期綜合預(yù)測(cè)；在預(yù)測(cè)電價(jià)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊優(yōu)化的方法，按 照用戶給定的期望目標(biāo)及容差，建立了線性隸屬函數(shù)的均值-風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值（valueatrisk， VaR)最優(yōu)購(gòu)電組合模型。文獻(xiàn)[4]在基于可信性理論建立了大用戶購(gòu)電策略的數(shù)學(xué)規(guī)劃模 型，所建立的模型能夠同時(shí)處理市場(chǎng)中隨機(jī)和模糊兩類不確定信息。
[0004] 參考文獻(xiàn)：
[0005] [1]魏穎莉，周明，李庚銀.大用戶購(gòu)電組合策略研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008， 32(10) :22 - 27.
[0006] [2]鄭雅楠，李庚銀，周明.大用戶購(gòu)電組合決策模型及對(duì)比分析[J].電網(wǎng)技術(shù)， 2011,35(3) :188 - 194.
[0007] [3]鄭雅楠，李庚銀，周明.大用戶模糊優(yōu)化購(gòu)電組合策略的研究[J].中國(guó)電機(jī)工 程學(xué)報(bào)，2010, 30 (10) :98-104.
[0008] [4]祝全樂(lè)，馬新順，苑津莎.計(jì)及市場(chǎng)不確定性的大用戶購(gòu)電策略[J].華北電力 大學(xué)學(xué)報(bào).2012-39-2。
[0009] 在已有的大用戶購(gòu)電策略研究中，大多通過(guò)采用固定電價(jià)進(jìn)行建模來(lái)為大用戶直 購(gòu)電提供合理購(gòu)電策略；也有部分研究用正態(tài)分布概率模型來(lái)考慮電價(jià)的不確定性，但模 型的復(fù)雜程度高和求解難度大。
[0010] 隨著發(fā)電側(cè)市場(chǎng)的逐漸成熟，開(kāi)放用電側(cè)競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)已是大勢(shì)所趨。目前，我國(guó)正在 穩(wěn)步推進(jìn)用電側(cè)市場(chǎng)改革，并允許大用戶直接參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。與以往被動(dòng)接受不同，大用戶 有了自主選擇購(gòu)電權(quán)利，也在具體購(gòu)電過(guò)程中需要面對(duì)市場(chǎng)更多的不確定性因素。這其中， 大用戶直購(gòu)電的購(gòu)電價(jià)格受各種因素影響會(huì)產(chǎn)生不同程度的波動(dòng)。面對(duì)電力市場(chǎng)交易中電 價(jià)的不確定性，如何構(gòu)造合理有效的購(gòu)電策略，成為大用戶側(cè)亟待解決的問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明針對(duì)這一點(diǎn)，提出了一種基于電價(jià)多狀態(tài)模型的直購(gòu)電大用戶購(gòu)電策略優(yōu) 化新方法。該方法運(yùn)用多狀態(tài)模型反映電價(jià)的不確定性，從而可以將含有電價(jià)不確定性直 購(gòu)電大用戶購(gòu)電策略優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化成多狀態(tài)確定性模型，能夠有效的降低模型復(fù)雜程度和 求解難度。本方法建立了考慮電價(jià)不確定性的直購(gòu)電大用戶購(gòu)電策略優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用 混沌優(yōu)化方法對(duì)模型進(jìn)行求解，從而為大用戶直購(gòu)電提供最優(yōu)購(gòu)電策略，使直購(gòu)電大用戶 利益最大化。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0013] 1、一種基于電價(jià)多狀態(tài)模型的直購(gòu)電大用戶購(gòu)電策略優(yōu)化方法，其特征在于，所 述方法主要包括電價(jià)的不確定性描述、考慮電價(jià)不確定性的直購(gòu)電大用戶購(gòu)電策略優(yōu)化 數(shù)學(xué)模型、基于混沌優(yōu)化的直購(gòu)電大用戶購(gòu)電策略多狀態(tài)模型求解方法三個(gè)步驟，具體如 下：
[0014] (1)電價(jià)的不確定性描述
[0015] 當(dāng)前大用戶直購(gòu)電中電價(jià)主要由三部分組成，分別為年度購(gòu)電電價(jià)，月度購(gòu)電電 價(jià)和網(wǎng)上購(gòu)電電價(jià)；
[0016] 電價(jià)可以看作一個(gè)隨機(jī)變量，采用正態(tài)分布可以反映電價(jià)的不確定性，電價(jià)概率 密度函數(shù)為
[0018] 式中：μ為數(shù)學(xué)期望；〇 2為方差；
[0019] (1. 1)年度購(gòu)電電價(jià)多狀態(tài)模型
[0020] 在當(dāng)前我國(guó)電力市場(chǎng)交易環(huán)境下，大用戶直購(gòu)電總電價(jià)組成中，年度購(gòu)電電價(jià)概 率密度可表示為
[0022] 式中：μ:為數(shù)學(xué)期望；〇J為方差；
[0023] 設(shè)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得出年度購(gòu)電電價(jià)最高為βi_，最低為βi_，則將βi_到β1 _這段電價(jià)范圍均分為N/h狀態(tài)，βls(i)為各個(gè)狀態(tài)下的電價(jià)，其對(duì)應(yīng)的概率為Fls(i)，則 0ls(i)、Fls(i)分別為
[0026]式中i= 1，2,…況；
[0027] 綜上，給出年度購(gòu)電電價(jià)的多狀態(tài)空間為
[0028] Dls = ^ls(i),Fls(i);/ = 1，2,…，jYs 丨 （5)
[0029] (1. 2)月度購(gòu)電電價(jià)多狀態(tài)模型
[0030] 在當(dāng)前我國(guó)電力市場(chǎng)交易環(huán)境下，大用戶直購(gòu)電每月的月度購(gòu)電電價(jià)互不相同， 故全年存在12個(gè)不同的月度購(gòu)電電價(jià)，第a月的月度購(gòu)電電價(jià)概率密度可表示為：
[0032] 式中：μas為數(shù)學(xué)期望；σas2為方差；a= 1，2,…，12;
[0033] 因?yàn)槿甏嬖?2個(gè)不同的月度購(gòu)電電價(jià)，每個(gè)月的月度購(gòu)電電價(jià)又存在多種狀 態(tài)；所以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得出第a月的月度購(gòu)電電價(jià)最高為i3as_，最低為i3as_，則將i3as _到βas_這段電價(jià)范圍均分為Nl狀態(tài)，βasw(j)為各個(gè)狀態(tài)下的電價(jià)，其對(duì)應(yīng)的概率 為Fasw(j)，則Uj)、Fasw(j)分別為
[0036]式中j=1，2,…，Nw;a= 1，2,…，12;
[0037] 綜上，給出第a月的月度購(gòu)電電價(jià)的多狀態(tài)空間為
[0038]乃顯={Κ·/)Κ·/);j=h2,...,Nw,α= 0,1,...,12} (9)
[0039] (1· 3)網(wǎng)上購(gòu)電電價(jià)多狀態(tài)模型
[0040] 網(wǎng)上購(gòu)電電價(jià)為單一狀態(tài)，電價(jià)定義為b，概率為1;
[0041] (1. 4)第a月的電價(jià)多狀態(tài)空間
[0042] 根據(jù)多狀態(tài)系統(tǒng)理論，第a月同時(shí)考慮年度購(gòu)電電價(jià)，月度購(gòu)電電價(jià)和網(wǎng)上購(gòu)電 電價(jià)的系統(tǒng)總狀態(tài)數(shù)為M=NWNS;設(shè)當(dāng)?shù)赼月的年度購(gòu)電電價(jià)為βi(i)，第a月的月度購(gòu)電 電價(jià)為0as(j)，第a月的網(wǎng)上購(gòu)電電價(jià)為b時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)空間為0az(i,j) ;Faz(i,j)為該 狀態(tài)空間對(duì)應(yīng)的概率，則其值為
[0044]所以第a月的電價(jià)多狀態(tài)空間可表示為
[0046] (2)考慮電價(jià)不確定性的直購(gòu)電大用戶購(gòu)電策略優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
[0047] 直購(gòu)電大用戶在制定全年購(gòu)電策略時(shí)，需要確定每月按年度購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入的電量 qal，按月度購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入的電量qas以及按網(wǎng)上購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入的電量qab;
[0048] 因?yàn)楦髟沦?gòu)電電量相互獨(dú)立，所以為使全年總購(gòu)電成本的期望值T最小，應(yīng)以第a 月的購(gòu)電成本的期望值1最小為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化變量為每月的按年度購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入電量， 按月度購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入電量，按網(wǎng)上購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入電量；建立的數(shù)學(xué)模型如下
[0051]s.t. qal (k) +qas (k) +qab (k) = Qa
[0052] qal_彡q al (k)彡qalnax
[0053] qas_彡qas(k)彡qasnax
[0054] qabnin< qab(k)彡qabnax
[0055] 式中，第a月按年度購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入電量qal (k)，第a月按月度購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入電量 qas(k)和第a月按網(wǎng)上購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入電量qab(k)為第a月第k組購(gòu)電量的可行解；
[0056] Qa為月份a直購(gòu)電大用戶總購(gòu)電電量；
[0057] qal_為第a月的最少購(gòu)電量；
[0058] qal_為第a月按年度購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入的最大購(gòu)電量；
[0059] qas_為第a月按月度購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入的最少購(gòu)電量；
[0060] qas_為第a月按月度購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入的最大購(gòu)電量；
[0061] qab_為第a月按網(wǎng)上購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入的最少購(gòu)電量；
[0062] qab_為第a月按網(wǎng)上購(gòu)電電價(jià)購(gòu)入的最大購(gòu)電量；
[0063] (3)基于混沌優(yōu)化的直購(gòu)電大用戶購(gòu)電策略多狀態(tài)模型求解方法