一种基于成本因果关系的需求响应成本分摊方法

本发明涉及电力系统及其自动化，特别是涉及一种基于成本因果关系的需求响应成本分摊方法。

背景技术：

1、在以新能源为主体的新型电力系统中，发电侧的调节能力被大幅度削减了，电力系统的平衡压力巨大。在电力需求侧，存在大量具有灵活调节潜力的柔性负荷，如果可以协调柔性负荷开展调节，可以从根本上弥补新型电力系统调节能力的不足。为此，国内外提出开展需求响应(dr)，引导需求侧的柔性负荷做出改变。

2、现有文献将dr大致分为两类：价格型dr(pdr)和激励型dr(idr)。pdr将电力平衡负荷的波动整合到变化的电价中，鼓励电力用户将用电转移到非高峰时段，包括分时电价、尖峰电价和实时电价。然而，分时电价的制定基于标准负荷曲线，常常无法准确与动态地反映系统的调节需求，可能导致超调和反弹现象。idr通过中断负荷、直接负荷控制和高峰时段返利等方式帮助电网削峰填谷。idr的关键在于评估客户贡献并进行补偿结算，其中负荷基线(cbl)是用来量化用户参与dr项目贡献的常用指标。然而，确定cbl需要大量的客户统计数据，并且其准确性和公平性一直是争议的话题。

3、近些年来，有文献提出一种基于负荷准线(cdl)的新型dr方案。该方案将cdl作为指导目标和评估基准。但是准线型dr中关于成本分摊的研究仍然不足，这也是各种dr项目类型的共同挑战。

4、为了解决这一问题，工业界也进行了诸多探索。在美国，在独立系统运营商(iso)的支持下，dr资源已经进入电力市场中，包括容量市场、辅助服务市场和能量市场。在国内，dr主要采用邀约制，电网公司创建专门的激励资金池来开展dr。此外，也有研究提出在高峰时段提高电价、将激励资金纳入平衡账户等融资渠道。然而，这些方法未能将dr成本分摊给产生电力调节需求的主体，无法解决dr成本分摊的核心问题。

5、成本因果关系原则(ccp)是设计分摊方法时应当遵守的一个基础原则，它规定成本应由引起成本的主体承担。通过准确计算和分摊成本，ccp提供了清晰的市场和监管信号，可以促进经济效率。鉴于ccp在成本分摊方面的优势，我们将其引入到dr的成本分摊中，旨在增加分配过程的公平性、效率和透明度。

技术实现思路

1、一、解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是现有的成本分摊方法未能将dr成本分摊给产生电力调节需求的主体，无法解决dr成本分摊的核心问题。

3、二、技术方案

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于成本因果关系的需求响应成本分摊方法，包括以下步骤：

5、s1、将电力向量分解为两个组成部分：能位el和能移es，

6、其中，el指的是在一段时间内实际产生或消耗的电力量，通常在每个时间段内进行平均，

7、es表示每个时间段相对于el的电力变化量，也被称为电力调节，es是维持电力系统电力平衡所必需的，

8、表示电力发电或负荷的电力向量用el和es的组合来表示；

9、s2、为了描述es的大小，定义es总量等于es向量的2范数，即||x||2，由于es向量与时间紧密耦合，具有相同es总量的不同es向量会产生完全不同的电力调节效果，考虑电力系统中四个典型成员火电机组、新能源机组、刚性负荷和dr用户，新能源机组和刚性负荷产生的电力系统es需求为：

10、

11、其中rj和dm表示由新能源机组j和刚性负荷m产生的es，nr和nd表示新能源机组和刚性负荷的数量；

12、s3、将每个主体es的边际效益定义为，该主体es的新加入引起整个电力系统es的变化，由于es表征的是连续时间的物理量，在定义其变化时需将传统的微分概念拓展到泛函空间，采用加托导数加以计算，直观发现任意成员的es曲线与系统es需求曲线的变化趋势一致性影响其贡献程度，为忽略es曲线量级而保留其变化趋势，定义任意es向量x的轮廓线形状，

13、

14、在此基础上，基于加托导数的定义，es边际效用表示为，

15、

16、其中是整个电力系统的es曲线轮廓；

17、s4、进行化简后，得到任一主体es所产生的边际效益等于其形状与系统es曲线轮廓的内积，上述的es边际效益量化了每个主体的es向量的贡献程度，结合es总量，最终定义每个主体的有效es为u(x)·||x||2；

18、s5、进行成本分摊，有效es表征了电力系统中每个主体在进行dr时所产生的实际电力调节需求，将其作为分摊需求响应成本的依据，基于每个主体的有效es，确定每个产生电力调节需求主体需要承担的成本，具体的分摊方式如下，

19、计算第i个产生电力调节需求的主体的有效es，

20、esi≡||xi||2×u(xi)

21、计算第i个产生电力调节需求的主体电力调节责任量，

22、fi＝|min{0,esi}|；

23、s6、对esi的值进行判定，当esi的值为正数时，则将其归为0，表示在这个dr周期中，第i个主体是一个es生产者，不需要支付费用，如果esi的值为负数，则意味着在这个需求响应周期中，第i个主体是一个es消费者，产生了es需求，并需要承担电力调节责任；

24、s7、计算第i个产生电力调节需求的主体在一个dr周期中分摊的金额，

25、

26、其中，c是一个dr开展周期的dr成本总额，n是开展dr的电力系统中的刚性负荷和res的总数。

27、三、有益效果

28、本发明与现有技术相比的优点在于：

29、1、提出了es和有效es的概念来评估dr中引发者对调节需求的边际影响，相比于沙普利值，时间复杂度o(2n)，提出的es和有效es可以得到近似的评估结果并具有o(n)时间复杂度；

30、2、基于有效es的评估方法对各主体是白盒过程，这可以更加透明和直接地引导dr引发者进行dr成本的分摊；

31、3、本发明提出的成本分摊方法遵循了成本因果关系，能够将dr成本公平且客观地分摊给对应的引发者，从而形成长期稳定的dr资金池，支撑dr常态化开展。

技术特征：

1.一种基于成本因果关系的需求响应成本分摊方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提供了提出了一种基于成本因果关系的需求响应成本分摊方法，将由于可再生能源、刚性不可调负荷产生电力调节需求引发的DR成本，公平客观地分摊给引发者，从而形成长效稳定的资金池，支撑DR常态化开展。其优点在于：可以更加透明和直接地引导DR引发者进行DR成本的分摊，能够将DR成本公平且客观地分摊给对应的引发者，从而形成长期稳定的DR资金池，支撑DR常态化开展。技术研发人员：何光宇,张毅,范帅,孟琰,邹楷铭,朱默研,石智豪受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16