基于半云模型的价格型需求响应建模方法技术

本发明专利技术涉及一种基于半云模型的价格型需求响应建模方法，将具有单侧不确定特征同时兼具随机性与模糊性的半云模型应用到价格型需求响应建模中，能够改善传统建模方法精确度不高的缺陷，充分反映用户参与响应行为时存在的认知模糊性与响应随机性。在分时电价下建立用户参与响应行为的数学函数表达式，同时定义收益率作为不同用户对收益认知的统一度量标准；对所得单侧收益率样本构造与其对称的映像数据以获得完整的收益率样本；利用逆向云发生器求取收益率样本的数字特征，实现将具体的定量数据转化为抽象的定性概念；再通过正向云发生器生成反映用户收益率与响应行为的半云云图，用云滴的分布形状及离散程度模拟用户参与响应行为的不确定性。应行为的不确定性。应行为的不确定性。

【技术实现步骤摘要】
基于半云模型的价格型需求响应建模方法


[0001]本专利技术涉及一种价格型需求响应建模方法，特别涉及一种基于半云模型的价格型需求响应建模方法。

技术介绍

[0002]自世界能源危机苗头初露，价格型需求响应(priced-based demand response, PBDR)以其能够改变用户终端用电方式的优点逐渐受到电力公司的青睐。PBDR项目的实施一改传统“发电跟踪负载”的用电方式，通过价格信号手段引导用户改变自身用电行为，从而参与到系统的调度中以实现电费的节约，故对用户的响应行为进行建模分析成为衡量PBDR的关键技术。常用的PBDR建模方法通常将用户参与响应的具体行为与经济学原理和概率学理论相结合，由于用户对PBDR的响应行为不但存在随机性，同时也存在一定的认知模糊性，故以上方法普遍存在建模精确度不高的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对传统价格型需求响应建模方法精确度不高的问题，提出一种基于半云模型的价格型需求响应建模方法，解决参与PBDR的用户收益率与响应度之间的不确定映射关系问题。在分时电价下建立用户参与响应行为的数学函数表达式，以节约电费最大化为目标采用CPLEX对函数进行求解，此外，为了对不同用户的收益认知具有统一的度量标准，定义收益率作为衡量用户收益的指标，以便后续半云模型的建立。由于用户参与PBDR所获收益率与响应度之间的映射关系具有单侧不对称分布特征，故采用半云模型对用户参与PBDR的行为进行建模分析。首先构造与原单侧收益率样本对称的映像数据以获得完整的收益率样本集；其次利用逆向云发生器求取所得收益率样本的数字特征，分别为均值Ex，熵En和超熵He，并用C(Ex, En, He)进行表示；最后在已知收益率样本数字特征的基础上，通过正向云发生器生成反映用户收益率与响应行为的半云云图，用云滴的分布形状及离散程度模拟用户参与PBDR的响应行为及其不确定性。
[0004]本专利技术的技术方案为：一种基于半云模型的价格型需求响应建模方法本专利技术的有益效果在于：本专利技术为一种基于半云模型的价格型需求响应建模方法，能够有效改善传统建模方法难以同时考虑用户响应行为随机性与模糊性的不足，使建模更加精确。
附图说明
[0005]图1为本专利技术价格型需求响应机理分析图；图2为本专利技术中正向云发生器与逆向云发生器原理结构图；图3为本专利技术中半云模型云滴分布图；图4为本专利技术基于半云模型的价格型需求响应建模流程图。
具体实施方式
[0006]基于半云模型的价格型需求响应建模方法，具体包括以下步骤：1）在分时电价下以用户节约用电费用最大化为目标，建立参与PBDR行为的数学函数表达式，并采用CPLEX求解器进行求解，得到用户参与响应行为时的可转移负荷量；2）考虑到不同用户对参与响应带来的收益认知不同，在步骤1）所建立数学函数表达式的基础上，定义收益率作为用户对获得收益认知（节省电费认知）的统一度量标准，以便后续半云模型的建立；3）参与PBDR的用户所获收益率与响应行为间的映射关系具有单侧不对称分布特征，故采用可以衡量单侧不确定变量特征的半云模型对PBDR行为中用户的收益率与响应关系进行建模分析；4）用户参与PBDR所获收益率为一组单侧不对称数据，需构造与其对称的映像数据并将二者取并集后才能获取完整的收益率数据样本；5）利用半云模型中的逆向云发生器求解由步骤4）所得用户收益率样本的数字特征，分别为期望Ex，熵En和超熵He，并用C(Ex, En, He)进行表示；6）在步骤5）所得数字特征C(Ex, En, He)的基础上，通过半云模型中的正向云发生器，生成反映用户收益率与响应度关系的半云云图，用云滴的分布形状及离散程度模拟用户对PBDR策略的响应情况及波动范围。
[0007]建模方法具体展开阐述如下：（1）本专利技术所设计的基于半云模型的价格型需求响应建模方法中，首先对价格型需求响应的机理进行分析：图1所示为价格型需求响应机理分析图，图中a
pv
为峰谷电价差死区拐点，b
pv
为峰谷电价差饱和区拐点，红色曲线为负荷转移率偏差波动范围边界。随着峰谷电价差的增大，用户的响应行为会经历由死区到线性区再到饱和区的变化。当位于线性区时，用户在不同电价差下的响应度变化范围较大；当位于饱和区内时，随着电价差进一步增大（用户的收益率进一步增加），考虑到用户的用电舒适度及各种主客观因素（突发事件、天气状况等）的影响，响应程度达到饱和，不再随着电价差的增大而发生变化。
[0008]对用户参与PBDR行为进行建模分析，过程如下：PBDR的响应机理为用户根据分时电价的变化主动调整自身用电方式，电力公司为了鼓励用户参与到PBDR行为中来，会给予用户一定的优惠电价比例，以用户节约用电费用最大化为目标，对参与PBDR策略的负荷转移量进行优化：式中：C
0,i,t
为用户i未参与需求响应前所需用电费用，C
r,i,t
为用户i参与PBDR行为后所需用电费用，C
save
为用户参与PBDR节约的费用，N为参与需求响应用户总数，T为调度周期。
[0009]参与需求响应行为前，用户的用电费用为：式中：为t时刻的电价，Q
PB,i,t
为用户i在t时刻的基准负荷，即未参与PBDR行为前的总负荷；
参与PBDR行为后，用户的用电费用为：式中：R为优惠电价比例，为t时刻电价变化量，Q
P,i,t
为参与需求响应的用户i在t时刻转移的用电量，由于PBDR用户不但能在电价增高时降低负荷需求，还能在电价降低时增加负荷需求，因此和Q
P,i,t
的值有正有负。
[0010]用户参与PBDR行为时，负荷转移前后用电总量不发生改变：参与PBDR的用户由于要根据电价的变化调整自身用电方式，用电舒适度会有所下降，但不应超过某一限值，用户用电方式满意度约束可表示为：式中：E(Q
P,i,t
)为负荷响应量期望值，M
P,min
为用户参与PBDR项目时用电量变化满意度最小值。不同的用户由于认知的模糊性，对电价变化敏感程度不同，因而响应程度也不尽相同，为了统一描述这种情况，定义用户参与PBDR行为获得的收益率E
R
如下所示：由此定义收益率可便于后续半云模型的建立。
[0011]（2）本专利技术所设计的基于半云模型的价格型需求响应建模方法中，由于正态分布和正态隶属函数的特殊性，导致正态云模型适用于对具有对称分布特征的对象进行研究，而半云模型则常用来表述具有单侧不确定特征的定性概念。同时，对于半云而言，当Ex不是一个数值而是一个区间范围时，半云就拓展成图2所示的形状，所有大于Ex的云滴隶属于此概念的程度均为1，而这些云滴在隶属度为1的区间中呈均匀分布。这种半云的数字特征由C(Ex, En, He, x)表示，其中x表示隶属度为1的长度范围。结合本文，由于用户参与PBDR所获收益率与响应度之间的映射关系具有单侧不对称分布特征，故选择半云模型对其进行建模分析。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半云模型的价格型需求响应建模方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）根据价格型需求响应作用机理，建立用户在分时电价下参与响应行为的数学函数表达式，并以用户节约用电费用最大化为目标，采用CPLEX求解器对函数进行求解，可获得用户参与响应行为的负荷转移量；2）在步骤1）所建立的数学函数表达式的基础上，定义收益率（用电费用变化比值）作为不同用户对收益认知的统一度量标准；3）由于价格型需求响应的收益率与响应度之间的映射关系具有单侧不对称分布特征，故采用可将随机性与模糊性进行有机结合的半云模型对其进行建模分析，用以反映用户在不同收益率下的响应程度及波动范围；4）由步骤2）所得收益率为单侧的数据样本，需对其构造对称的映像数据后才可获得完整的收益率样本；5）利用半云模型中的逆向云发生器求解由步骤2）-4）所得用户收益率样本的数字特征，分别为期望Ex，熵En和超熵He，用C(Ex, En, He)进行表示；6）在步骤5）所得数字特征C(Ex, En, He)的基础上，通过正向云发生器，生成反映用户收益率与响应度关系的不确定半云云图，以此描述用户在不同收益率下的响应行为及波动程度。2.根据权利要求1所述的一种基于半云模型的价格型需求响应建模方法，其特征在于，所述步骤2）定义收益率作为不同用户对收益认知的统一度量标准，解决了由于用户主观认知的差异导致对获得收益情况（节约电费情况）响应程度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇华，王丛，王育飞，薛花，孙晓鹏，黄珂，王志南，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：