用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法，步骤如下：建立包含多维度需求的电力用户多元用能需求架构；将多元需求对应的用能终端设备划分为时间敏感型、温度敏感型和电量敏感型，分别建立其物理特性模型；构建面向多元需求的用户有限理性用能多维前景函数；确定各类需求满意度参考点的设定方法以及用户对各类用电需求的陈述性偏好；构造前景函数的价值函数中风险系数、损失厌恶系数及权重函数中个人偏好系数的对数似然函数；对前景函数的参数进行辨识，得到符合用户实际选择偏好的参数分布，明确用户的有限理性能源消费行为模型。本发明专利技术能够有效刻画用户在实际生产生活中的有限理性用能决策行为。策行为。策行为。

【技术实现步骤摘要】
用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法


[0001]本专利技术涉及需求侧能源消费使用行为刻画建模方法，特别是一种用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法。

技术介绍

[0002]随着需求侧资源的快速增长与测控技术的发展，需求侧资源已经成为未来新型能源院系统的重要灵活性调节资源。然而，能源用户认知能力、意志力、决策计算能力有限，加上用户决策存在主观性偏好，导致其用能行为存在有限理性的情况。目前，基于传统古典经济学“经济人”假设的研究，大多以用能费用最低或者效用最高为目标进行能源消费行为的刻画，但通常这类对用能行为的简单理想化的刻画无法正确描述与解释这些多重、时变且相互关联的因素对用户行为的影响，导致建模结果与实际不符，负荷调节能力或者灵活性评估偏乐观。因此，有必要引入有限理性“自然人”为基本假设的行为经济学理论，从实际用户多元用能需求出发，合理刻画用户有限理性能源消费行为，为能源零售、端对端交易、需求响应等市场机制及电力系统需求侧灵活性资源评估与调控运行等方面的研究提供基础理论依据和技术方法支撑。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法，从而能够切实合理刻画用户有限理性能源消费行为模型及参数辨识。
[0004]技术方案：本专利技术所述的一种用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法，包括以下步骤：
[0005](1)基于心理账户理论建立电力用户多元用能需求架构。
[0006](2)将多元需求对应的用能终端设备划分为时间敏感型、温度敏感型和电量敏感型三类，分别建立其物理特性模型。
[0007](3)基于累积前景理论构建面向多元需求的用户有限理性用能多维前景函数。
[0008](4)基于历史负荷数据与社会调研数据，确定各类需求满意度参考点的设定方法以及用户对各类用电需求的陈述性偏好。
[0009](5)基于混合Logit模型，构造用户有限理性用能决策概率模型，建立前景函数的价值函数中风险系数、损失厌恶系数及权重函数中个人偏好系数的对数似然函数。
[0010](6)采用极大模拟似然估计方法对前景函数的参数进行辨识，得到符合用户实际选择偏好的参数分布，明确用户的有限理性能源消费行为模型。
[0011]所述步骤(1)具体为：
[0012](1.1)建立电力用户多元用能需求架构的基层部分，所述基层架构包括食物需求(对应电磁炉、电冰箱、电饭锅等设备的使用需求)、温度需求(对应空调、暖风机等设备的使用需求)、卫生需求(对应洗衣机、吸尘器、电吹风等设备的用电需求)、照明需求(对应灯的用电需求)、出行需求(对应电动汽车、电瓶车的充电需求)、娱乐/工作需求(对应电脑、手
机、电视、跑步机等设备的用电需求)，各需求属于不同心理账户，彼此相互独立。
[0013](1.2)建立电力用户多元用能需求架构的上层部分，所述上层架构包括社会需求、用电成本需求，所述社会需求包括从众心理、环保意识，部分用户可能会考虑如何在满足基本需求的情况下节省电费，有的用户则会自发响应政策的号召。
[0014]所述步骤(2)具体为：
[0015](2.1)对时间敏感型设备进行物理特性建模。
[0016]对于时间敏感型设备a，主要包括电饭锅、洗碗机、洗衣机、吸尘器、热水器等，其用电量模型由下式表示：
[0017][0018]式中，q
a
为设备a一天的用电量；为设备在时段t的功率；为设备在该时段的启停状态；和分别为设备a可移动时间范围的上限和下限。
[0019]采用设备的时间偏移比率构建居民用户对设备a的使用舒适度如下：
[0020][0021]式中，u
a
为舒适度值；T
a0
和T
a
分别为设备初始的以及转移过后的使用时刻。
[0022](2.2)对温度敏感型设备进行物理特性建模。
[0023]温度敏感型设备包括空调、冰箱等电器，利用热力学等值模型构建其负荷功率模型：
[0024][0025]式中，θ(t)和θ
a
(t)分别为t时刻的室内温度与室外温度，℃；C为温度敏感型设备的等效热容，kW
·
h/℃；R为等效热阻，℃/kW；P
c
为设备的制冷/制热功率，kW；制冷/制热功率与设备用电功率P满足一定的比例关系，P
c
＝ηP，η为能效比；m(t)表示设备开关状态，停机时取值为0，开机时取值为1；ε表示仿真步长；θ
‑
和θ
+
表示室内温度的上下界。
[0026]以占用电负荷比重最大的温控负荷空调为目标，利用下式表示其负荷功率模型：
[0027][0028]式中，P
a
(t)为t时刻空调的运行功率；为运行功率上限；T
in
(t)、T
out
(t)分别为t时刻的室内温度和室外温度；ε为室内温度改变的惯性系数；η
a
为热传导效率；A为导热系数；T
set
(t)为t时刻的空调设定温度；ΔT为最大温度偏移量。
[0029](2.3)对电量敏感型设备进行物理特性建模。
[0030]电量敏感型设备主要包括电动汽车、手机、电脑等，以其中大功率的电动汽车为例，综合考虑电动汽车荷电状态与充电功率关系、充电功率约束以及荷电状态约束，其负荷功率模型由下式表示：
[0031][0032]式中，SOC(t)为t时刻电动汽车的荷电状态；P
c
(t)为t时刻电动汽车的充电功率；η
c
为充电效率；E为电动汽车电池的额定容量；为电动汽车的最大充电功率；SOC
max
、SOC
min
分别为电动汽车的最大荷电状态和最小荷电状态。
[0033]所述步骤(3)具体为：
[0034](3.1)计算前景理论价值函数，公式如下：
[0035][0036][0037]式中，v
+
(x)和v
‑
(x)分别代表正相关与负相关指标的价值函数；x为满足用户多维需求用电满意度的属性指标值，如用户的用餐、洗衣的等待时间，体感舒适度等；x0为对应的参考点；α和β分别为风险偏好系数和风险规避系数；λ为决策者对损失和收益的敏感系数；W为指标权重。
[0038](3.2)计算基于累积前景理论的权重函数。
[0039]假设用户某一需求的某一属性存在结果(x1＜
…
＜x
l
‑1＜x
l
＜
…
＜x
n
)，对应的概率为(p1,
…
,p
l
‑1,p
l
,
…
,p
n
)，其中x
l
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基于心理账户理论建立电力用户多元用能需求架构；(2)将多元需求对应的用能终端设备划分为时间敏感型、温度敏感型和电量敏感型三类，分别建立其物理特性模型；(3)基于累积前景理论构建面向多元需求的用户有限理性用能多维前景函数；(4)基于历史负荷数据与社会调研数据，确定各类需求满意度参考点的设定方法以及用户对各类用电需求的陈述性偏好；(5)基于混合Logit模型，构造用户有限理性用能决策概率模型，建立前景函数的价值函数中风险系数、损失厌恶系数及权重函数中个人偏好系数的对数似然函数；(6)采用极大模拟似然估计方法对前景函数的参数进行辨识，得到符合用户实际选择偏好的参数分布，明确用户的有限理性能源消费行为模型。2.根据权利要求1所述的一种用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：(1.1)建立电力用户多元用能需求架构的基层部分，所述基层架构包括食物需求、温度需求、卫生需求、照明需求、出行需求、娱乐/工作需求，各需求属于不同心理账户，彼此相互独立；(1.2)建立电力用户多元用能需求架构的上层部分，所述上层架构包括社会需求、用电成本需求，所述社会需求包括从众心理、环保意识。3.根据权利要求1所述的一种用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：(2.1)对时间敏感型设备进行物理特性建模；对于时间敏感型设备a，主要包括电饭锅、洗碗机、洗衣机、吸尘器、热水器，其用电量模型由下式表示：式中，q
a
为设备a一天的用电量；为设备在时段t的功率；为设备在该时段的启停状态；和分别为设备a可移动时间范围的上限和下限；采用设备的时间偏移比率构建居民用户对设备a的使用舒适度如下：式中，u
a
为舒适度值；T
a0
和T
a
分别为设备初始的以及转移过后的使用时刻；(2.2)对温度敏感型设备进行物理特性建模；温度敏感型设备包括空调、冰箱，利用热力学等值模型构建其负荷功率模型：
式中，θ(t)和θ
a
(t)分别为t时刻的室内温度与室外温度，℃；C为温度敏感型设备的等效热容，kW
·
h/℃；R为等效热阻，℃/kW；P
c
为设备的制冷/制热功率，kW；制冷/制热功率与设备用电功率P满足一定的比例关系，P
c
＝ηP，η为能效比；m(t)表示设备开关状态，停机时取值为0，开机时取值为1；ε表示仿真步长；θ
‑
和θ
+
表示室内温度的上下界；(2.3)对电量敏感型设备进行物理特性建模；电量敏感型设备主要包括电动汽车、手机、电脑，其负荷功率模型由下式表示：式中，SOC(t)为t时刻电量敏感型设备的的荷电状态；P
c
(t)为t时刻设备的充电功率；η
c
为充电效率；E为设备电池的额定容量；为设备的最大充电功率；SOC
max
、SOC
min
分别为设备的最大荷电状态和最小荷电状态。4.根据权利要求1所述的一种用户多维有限理性能源消费行为模型刻画及参数辨识方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：(3.1)计算前景理论价值函数，公式如下：(3.1)计算前景理论价值函数，公式如下：式中，v
+
(x)和v
‑
(x)分别代表正相关与负相关指标的价值函数；x为满足用户多维需求用电满意度的属性指标值；x0为对应的参考点；α和β分别为风险偏好系数和风险规避系数；λ为决策者对损失和收益的敏感系数；W为指标权重；(3.2)计算基于累积前景理论的权重函数；假设用户某一需求的某一属性存在结果x1＜
…
＜x
l
‑1＜x
l
＜
...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘磊，余昆，陈星莺，陈裕江，胡烊溢，沈俊，王博，华昊辰，梅飞，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：