第5章 智能電網(wǎng)下需求響應(yīng)及相關(guān)電價(jià)研究

5.1 國(guó)內(nèi)外電力需求響應(yīng)主要模式

許多國(guó)家和地區(qū)對(duì)DR進(jìn)行了廣泛的研究與實(shí)踐，尤其是美國(guó)在開(kāi)展DR方面組織完善，取得了良好的效果。2005年8月，美國(guó)總統(tǒng)布什簽署能源政策法案( E-PACT)，明確規(guī)定將對(duì)實(shí)施DR給予大力支持;之后，美國(guó)能源部于2006年2月向美國(guó)國(guó)會(huì)提交了DR的研究報(bào)告，詳細(xì)闡述實(shí)施DR的效益和相關(guān)建議。另外，美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)( FERC)也分別于2006年8月和2007年9月向美國(guó)國(guó)會(huì)提交DR的年度報(bào)告，系統(tǒng)分析了DR的實(shí)施背景與現(xiàn)狀、DR對(duì)系統(tǒng)的影響以及高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施(AMI-advanced metering infrastructure)在DR中的應(yīng)用。目前，美國(guó)加州ISO(CAISO)、新英格蘭ISO(ISO2NE)和賓夕法尼亞——新澤西——馬里蘭(PJ M)RTO等7個(gè)ISO/RTO，以及太平洋天然氣與電氣(PG&E)和南加州愛(ài)迪生(SCE)等眾多電力公司都已經(jīng)陸續(xù)建立了基于市場(chǎng)運(yùn)作的DR項(xiàng)目。

根據(jù)美國(guó)各個(gè)ISO/RTO的統(tǒng)計(jì)，在2006年夏季高峰負(fù)荷時(shí)期，通過(guò)實(shí)施DR降低了系統(tǒng)114%～411%的高峰負(fù)荷。其他國(guó)家和地區(qū)(如英國(guó)、北歐、澳大利亞等)的電力市場(chǎng)也開(kāi)展了DR項(xiàng)目。

根據(jù)美國(guó)能源部的研究報(bào)告，可以按照用戶不同的響應(yīng)方式將電力市場(chǎng)下的DR劃分為以下兩種類型：基于價(jià)格的DR(Price Basecl DR)和基于激勵(lì)的DR(In-centive Based DR)。

5.1.1 基于價(jià)格的需求響應(yīng)

基于價(jià)格的DR是指用戶響應(yīng)零售電價(jià)的變化并相應(yīng)地調(diào)整用電需求，包括分時(shí)電價(jià)( Time of use Pricing，TOU)、實(shí)時(shí)電價(jià)(Real Time Pricing，RTP)和尖峰電價(jià)( Critical Peak Pricing，CPP)等。用戶通過(guò)內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)決策過(guò)程，將用電時(shí)段調(diào)整到低電價(jià)時(shí)段，并在高電價(jià)時(shí)段減少用電，來(lái)實(shí)現(xiàn)減少電費(fèi)支出的目的。參與此類DR項(xiàng)目的用戶可以與DR實(shí)施機(jī)構(gòu)簽訂相關(guān)的定價(jià)合同，但用戶在進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整時(shí)是完全自愿的。目前，在美同主要有以下3種零售電價(jià)的執(zhí)行方式：強(qiáng)制電價(jià)( manda-tory iervice pricing)，即強(qiáng)制用戶執(zhí)行某種電價(jià)，如強(qiáng)制大用戶執(zhí)行TOU;默認(rèn)電價(jià)(default service pricing)，即設(shè)定一種電價(jià)作為用戶的默認(rèn)電價(jià)，如果用戶不接受，可以選擇其他電價(jià);可選擇電價(jià)( optional service pricing)，即提供用戶一個(gè)電價(jià)選擇表，用戶根據(jù)自身情況可以選擇其中的一種。

1.分時(shí)電價(jià)(TOU)

價(jià)格機(jī)制是市場(chǎng)機(jī)制的核心，公平合理的電價(jià)能夠提供正確的經(jīng)濟(jì)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源的優(yōu)化配置。在電力市場(chǎng)的建設(shè)初期，零售電價(jià)往往是單一的固定電價(jià)，而這忽視了系統(tǒng)不同時(shí)段邊際供電成本的差別，造成非高峰時(shí)段的用戶對(duì)高峰時(shí)段用戶的補(bǔ)貼?；谝?guī)制經(jīng)濟(jì)學(xué)中的高峰負(fù)荷定價(jià)理論，TOU是一種可以有效反映電力系統(tǒng)不同時(shí)段供電成本差別的電價(jià)機(jī)制，峰谷電價(jià)、季節(jié)電價(jià)和豐枯電價(jià)等是其常見(jiàn)的幾種形式。根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷特性，將ld(l年)劃分為峰谷平等時(shí)段(季節(jié))，通過(guò)將低谷時(shí)段(季節(jié))電價(jià)適當(dāng)調(diào)低、高峰時(shí)段(季節(jié))電價(jià)適當(dāng)調(diào)高的價(jià)格信號(hào)來(lái)引導(dǎo)用戶采取合理的用電結(jié)構(gòu)和方式，將高峰時(shí)段(季節(jié))的部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)段(季節(jié))，實(shí)現(xiàn)削峰填谷和平衡季節(jié)負(fù)荷的目標(biāo)。國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)對(duì)TOU進(jìn)行廣泛的研究，主要集中以下幾個(gè)方面：

(1)TOU的用戶響應(yīng)。研究用戶需求對(duì)TOU的響應(yīng)規(guī)律，是制定合理的TOU水平和TOU時(shí)段劃分的基礎(chǔ)，這可以采用根據(jù)歷史數(shù)據(jù)擬合得出響應(yīng)度曲線和采用需求彈性來(lái)分析用戶響應(yīng)。由于電力需求價(jià)格彈性更適合于定量分析，因而被廣泛應(yīng)用于分析用戶響應(yīng)，如利用對(duì)數(shù)電力成本函數(shù)得出需求彈性和負(fù)荷的總體價(jià)格彈性與時(shí)間價(jià)格彈性進(jìn)行分析。為了能更準(zhǔn)確地描述用戶對(duì)TOU的響應(yīng)，可以利用電量電價(jià)彈性矩陣來(lái)綜合描述需求價(jià)格彈性，矩陣中的自彈性系數(shù)和交叉彈性系數(shù)分別用來(lái)描述單時(shí)段和多時(shí)段的用戶響應(yīng)。秦禎芳等(2004)通過(guò)分析該矩陣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給出了一種簡(jiǎn)化求取方法;CELEBIE等(2007)結(jié)合了電量電價(jià)彈性矩陣和延遲彈性矩陣來(lái)綜合衡量用戶響應(yīng)。

(2)TOU的實(shí)施機(jī)制。目前很多國(guó)家已經(jīng)在大型工商業(yè)用戶中普遍將TOU作為默認(rèn)電價(jià)實(shí)施。在制定TOU時(shí)主要有兩類方法：基于電能供應(yīng)成本分析的方法和基于負(fù)荷響應(yīng)分析的方法。在基于電能供應(yīng)成本分析的方法中，包括利用高峰負(fù)荷定價(jià)理論對(duì)高峰和非高峰時(shí)段進(jìn)行差別定價(jià)，利用隨機(jī)生產(chǎn)模擬計(jì)算平均和邊際電能成本來(lái)制定峰谷定價(jià)，基于邊際成本或利潤(rùn)最大化進(jìn)行TOU定價(jià)。在基于負(fù)荷響應(yīng)分析的方法中，包括基于模糊隸屬度函數(shù)和用戶響應(yīng)度函數(shù)的峰谷電價(jià)模型、基于電量電價(jià)彈性矩陣并考慮用戶滿意度的峰谷電價(jià)模型、基于3階的峰谷平豐枯平電量電價(jià)彈性矩陣的峰谷/豐枯電價(jià)綜合模型、基于豐枯電量電價(jià)彈性矩陣并考慮豐枯負(fù)荷平衡與水火互濟(jì)的豐枯季節(jié)電價(jià)模型。CELEBIE等(2007)則綜合了邊際電能成本定價(jià)和負(fù)荷響應(yīng)分析，利用多時(shí)段的電力批發(fā)與零售市場(chǎng)均衡模型來(lái)制定TOU。

(3)TOU對(duì)系統(tǒng)的影響。通過(guò)實(shí)施時(shí)間上的差別定價(jià)，TOU可以比單一電價(jià)制度實(shí)現(xiàn)更高的市場(chǎng)效率和多方面的效益，包括削峰填谷和增加社會(huì)福利等方面：在電力市場(chǎng)初期，相對(duì)固定的零售電價(jià)與經(jīng)常波動(dòng)的批發(fā)市場(chǎng)電價(jià)存在不同步的問(wèn)題，使供電公司面臨一定的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，而通過(guò)TOU來(lái)實(shí)現(xiàn)零售電價(jià)與批發(fā)電價(jià)聯(lián)動(dòng)，可以使供電公司有效管理購(gòu)售電風(fēng)險(xiǎn)。

2.實(shí)時(shí)電價(jià)( RTP)

電價(jià)的更新周期是確定電價(jià)體系時(shí)的一個(gè)重要考慮因素，該周期越短，則電價(jià)的杠桿作用發(fā)揮越充分，但對(duì)技術(shù)支持的要求也越高。TOU的時(shí)段劃分和費(fèi)率都是事先確定的，其更新周期通常為1個(gè)季度以上，只能反映電力系統(tǒng)長(zhǎng)期的每日或季節(jié)供電成本變化，因而，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短期容量短缺時(shí)。TOU不能給予用戶進(jìn)一步削減負(fù)荷的激勵(lì)。而零售側(cè)RTP是一種動(dòng)態(tài)定價(jià)機(jī)制，其更新周期可以達(dá)到1h或者更短，通過(guò)將零售側(cè)的價(jià)格與電力批發(fā)市場(chǎng)的出清電價(jià)聯(lián)動(dòng)，可以精確反映每天各時(shí)段供電成本的變化并有效傳達(dá)電價(jià)信號(hào)。

RTP理論源于美國(guó)學(xué)者F.C.Schweppe提出的現(xiàn)貨電價(jià)(spot price)概念，借助最優(yōu)潮流等工具，RTP理論得到了不斷地完善和補(bǔ)充，陸續(xù)提出了節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)和區(qū)域電價(jià)的概念，在發(fā)電側(cè)定價(jià)方面得到了廣泛應(yīng)用。雖然F.C.Schweppe主張首先對(duì)零售側(cè)實(shí)行RTP，而發(fā)電側(cè)仍保持原有的工業(yè)結(jié)構(gòu)，但由于零售側(cè)的容量分散性和技術(shù)條件限制等原因，許多國(guó)家都只是在有限范圍內(nèi)實(shí)施了RTP。目前RTP的研究主要有以下幾個(gè)方面：

(1) RTP的實(shí)施機(jī)制。美國(guó)從20世紀(jì)80年代以來(lái)針對(duì)大型工商業(yè)用戶實(shí)施了RTP，而且一般將RTP作為可選擇電價(jià)捉供給大用戶，只在一些開(kāi)放零售市場(chǎng)的州中將RTP作為默認(rèn)電價(jià)提供給大用戶?？紤]到社會(huì)和政治影響以及居民用戶的技術(shù)條件，RTP還沒(méi)有在居民用戶中普遍實(shí)施，只有伊利諾斯州將RTP作為可選擇電價(jià)提供給居民用戶。為了使用戶有充足的時(shí)間來(lái)響應(yīng)RTP.零售側(cè)RTP通?；谌涨盎蛐r(shí)前批發(fā)市場(chǎng)的電價(jià)，計(jì)費(fèi)間隔一般為th.這樣，用戶就可以根據(jù)各時(shí)段電價(jià)提前1d或者1h作出用電計(jì)劃的調(diào)整。為了保護(hù)用戶利益，一般采用兩部制RTP (two part RTP)，即定義用戶在高峰和非高峰時(shí)段的基線負(fù)荷，基線負(fù)荷不實(shí)行RTP(通常實(shí)行固定電價(jià)或TOU)，只針對(duì)超出/低于基線負(fù)荷的那部分負(fù)荷實(shí)行RTP。另外，用戶也可以利用保險(xiǎn)和套期保值等金融工具來(lái)規(guī)避RTP的價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)。

(2) RTP的用戶響應(yīng)。研究用戶對(duì)RTP的響應(yīng)行為有利于合理制定RTP實(shí)施方案并了解用戶對(duì)RTP的滿意度。針對(duì)短期的高電價(jià)，用戶通常有3種響應(yīng)方式：放棄用電、轉(zhuǎn)移用電和啟用自備發(fā)電機(jī)。DARYANIAN等(2007)針對(duì)存儲(chǔ)類型(轉(zhuǎn)移用電)用戶分析了其最優(yōu)RTP響應(yīng)模型。GOLDMAN(2007)分析了尼亞加拉莫霍電力公司( NMPC)對(duì)大用戶實(shí)施RTP的響應(yīng)行為。在放棄用電的用戶中，有65%的用戶表示幾乎未受到影響;在轉(zhuǎn)移用電的用戶中，有35%的用戶將用電轉(zhuǎn)移到了當(dāng)天其他時(shí)段，47%的用戶將用電轉(zhuǎn)移到了第2天，18%的用戶將用電轉(zhuǎn)移到了第3天。GOLDMAN( 2007)分析指出，參與RTP的用戶中雖然有54%的用戶沒(méi)有作出響應(yīng)，但只有15%的用戶不滿意。

(3)RTP對(duì)系統(tǒng)的影響。由于RTP能及時(shí)反映邊際供電成本.因而，它在經(jīng)濟(jì)學(xué)上是最優(yōu)的零售側(cè)定價(jià)方式，可以給用戶和電力公司帶來(lái)多方面的效益，如用戶的電費(fèi)節(jié)省和削減系統(tǒng)峰荷等。通過(guò)對(duì)實(shí)施RTP和TOU的分析比較表明：相比單一電價(jià)制度，在經(jīng)濟(jì)盈余方面，TOU只有RTP的8%～29%。美國(guó)加州電力市場(chǎng)中如果對(duì)部分用戶實(shí)施RTP，需求的少量減少可以使批發(fā)價(jià)格大幅下降。

(4)實(shí)施RTP的技術(shù)支持。參與RTP的用戶需要對(duì)RTP作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，但讓用戶頻繁地觀察電價(jià)變化并作出用電調(diào)整是不現(xiàn)實(shí)的。美國(guó)已有不少RTP實(shí)施機(jī)構(gòu)免費(fèi)為用戶安裝能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量、通信并自動(dòng)響應(yīng)電價(jià)變化的AMI，以鼓勵(lì)用戶積極參與RTP，用戶也可以利用基于互聯(lián)網(wǎng)的DR管理系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行輔助決策分析。

3.尖峰電價(jià)(CPP)

雖然RTP是理想的定價(jià)方式，然而在電力市場(chǎng)建設(shè)初期，要在零售側(cè)全面實(shí)施RTP還有一定的難度。CPP是在TOU和RTP的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種動(dòng)態(tài)電價(jià)機(jī)制，即通過(guò)在TOU上疊加尖峰費(fèi)率而形成的。CPP實(shí)施機(jī)構(gòu)預(yù)先公布尖峰事件的時(shí)段設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)(如系統(tǒng)緊急情況或者電價(jià)高峰時(shí)期)以及對(duì)應(yīng)的尖峰費(fèi)率，在非尖峰時(shí)段執(zhí)行TOU(用戶還可以獲得相應(yīng)的電價(jià)折扣)，但在尖峰時(shí)段執(zhí)行尖峰費(fèi)率，井提前一定的時(shí)間通知用戶(通常為ld以內(nèi))，用戶則可作出相應(yīng)的用電計(jì)劃調(diào)整，也可通過(guò)AMI來(lái)自動(dòng)響應(yīng)CPP。由于CPP的費(fèi)率也是事先確定的，因而在經(jīng)濟(jì)效率上不如RTP。但CPP可以降低RTP潛在的價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，反映系統(tǒng)尖峰時(shí)段的短期供電成本，因而優(yōu)于TOU。目前，CPP的研究主要集中在以下幾個(gè)方面。

(1) CPP的實(shí)施機(jī)制。法國(guó)電力公司(EDF)于20世紀(jì)80年代實(shí)施了首例CPP，即將CPP作為默認(rèn)電價(jià)提供給居民用戶。目前在美國(guó)CPP相對(duì)沒(méi)有TOU和RTP那么普及，只有部分機(jī)構(gòu)針對(duì)大型工商業(yè)用戶和普通居民用戶進(jìn)行了CPP試點(diǎn)實(shí)施，如佛羅里達(dá)州的海灣( Gulf)電力公司、加州的全州電價(jià)試點(diǎn)(statewide pri-cing pilot，SPP)項(xiàng)目等。CPP主要有以下幾種模式：①同定時(shí)段CPP( fixed periodCPP，CPP-F)。尖峰時(shí)段的起始時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間和尖峰事件的最大允許執(zhí)行天數(shù)都是事先確定的，但具體在哪些天執(zhí)行尖峰事件不是事先確定的，并通?；谌涨笆袌?chǎng)的情況來(lái)觸發(fā)尖峰事件。②變動(dòng)時(shí)段CPP( variable period CPP，CPP- V)。尖峰時(shí)段的起始時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間和具體在哪些天執(zhí)行尖峰事件都不是事先確定的，而是在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中確定的。由于其實(shí)時(shí)性較高，因而一般需要在用戶側(cè)安裝AMI，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)響應(yīng)尖峰事件。③變動(dòng)峰荷定價(jià)( variable peak pricing，VPP)。事先設(shè)定一定時(shí)期(如1個(gè)月)內(nèi)的平時(shí)段和谷時(shí)段的電價(jià)，而峰時(shí)段的電價(jià)則與批發(fā)市場(chǎng)電價(jià)聯(lián)動(dòng)。④尖峰補(bǔ)貼電價(jià)( critical peak rebates，CPR)。用戶保留原有的單一固定電價(jià)制度，如果用戶在尖峰時(shí)段削減負(fù)荷，可以獲得相應(yīng)的補(bǔ)貼。

(2) CPP的用戶響應(yīng)。FARuoui等(2005)，PIETTE等(2007)、HERTER等(2007)詳細(xì)分析了美國(guó)加州的SPP項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明參與CPP用戶的滿意度是非常高的，有87%的用戶認(rèn)為該項(xiàng)目設(shè)計(jì)得非常公平。相比工商業(yè)用戶，雖然居民用戶的尖峰時(shí)段負(fù)荷削減和獲得的電費(fèi)節(jié)省更少，但對(duì)CPP的響應(yīng)程度卻高出15%，這突破了傳統(tǒng)認(rèn)為居民用戶響應(yīng)程度低于工商業(yè)用戶的觀點(diǎn)。另外.AMI在用戶對(duì)CPP的響應(yīng)率方面起到了關(guān)鍵的作用，有大約2/3的負(fù)荷削減是通過(guò)AMI來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于CPP在各類型用戶中取得了良好的實(shí)施效果，因而可以考慮全范圍實(shí)施CPP。

(3)CPP對(duì)系統(tǒng)的影響。通過(guò)實(shí)施CPP可以有效地降低系統(tǒng)在尖峰時(shí)段的負(fù)荷，如美國(guó)加州通過(guò)實(shí)施CPP，使參與CPP的居民用戶在尖峰時(shí)段的基線負(fù)荷分別平均降低了41%(2h尖峰時(shí)段，有AMI)、25%(Sh尖峰時(shí)段，有AMI)和13%(sh尖峰時(shí)段，無(wú)AMI)。在負(fù)荷削減比例方面，CPP用戶也比TOU用戶高出5%.驗(yàn)證了CPP的有效性。

5.1.2基于激勵(lì)的需求響應(yīng)

基于激勵(lì)的DR是指DR實(shí)施機(jī)構(gòu)通過(guò)制定確定性的或者隨時(shí)間變化的政策，來(lái)激勵(lì)用戶在系統(tǒng)可靠性受到影響或者電價(jià)較高時(shí)及時(shí)響應(yīng)井削減負(fù)荷，包括直接負(fù)荷控制( direct load control，DI,C)、可中斷負(fù)荷(interruptible load.IL)、需求側(cè)競(jìng)價(jià)(demand side bidding，DSB)、緊急需求響應(yīng)(emergency demand response.EDR)和容量/輔助服務(wù)計(jì)劃(capacity/ancillary servicc program.CASP)等。激勵(lì)費(fèi)率一般是獨(dú)立于或者疊加于用戶的零售電價(jià)之上的，并且有電價(jià)折扣或者負(fù)荷賠償兩種方式。參與此類DR項(xiàng)目的用戶一般需要與DR的實(shí)施機(jī)構(gòu)簽訂合同，并在合同中明確用戶的基本負(fù)荷消費(fèi)量和削減負(fù)荷量的計(jì)算方法、激勵(lì)費(fèi)率的確定方法以及用戶不能按照合同規(guī)定進(jìn)行響應(yīng)時(shí)的懲罰措施等。

1.直接負(fù)荷控制(DLC)

DLC是指在系統(tǒng)高峰時(shí)段由DLC執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)遠(yuǎn)端控制裝置關(guān)閉或者循環(huán)控制用戶的用電設(shè)備，提前通知時(shí)間一般在15min以內(nèi)。DLC 一般適用于居民或小型的商業(yè)用戶，且參與的可控制負(fù)荷一般是那種短時(shí)間的停電對(duì)其供電服務(wù)質(zhì)量影響不大的負(fù)荷，例如電熱水器和空調(diào)等具有熱能儲(chǔ)存能力的負(fù)荷，參與用戶可以獲得相應(yīng)的中斷補(bǔ)償。

DLC作為一種簡(jiǎn)單和實(shí)用的DR手段，在美國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣已經(jīng)成功實(shí)施了多年。目前國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)對(duì)DLC的實(shí)施機(jī)制即DLC優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行了研究。電力公司一般通過(guò)最小化系統(tǒng)峰荷和運(yùn)行成本，或者最大化用戶滿意度和企業(yè)利潤(rùn)來(lái)實(shí)施DLC。在從傳統(tǒng)的電力工業(yè)體制轉(zhuǎn)變到引人競(jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)環(huán)境的過(guò)程中，DLC優(yōu)化調(diào)度模型經(jīng)歷了從基于成本分析到基于利潤(rùn)分析的發(fā)展、從只考慮電力公司利益的單一目標(biāo)到兼顧電力公司和用戶利益的多目標(biāo)的發(fā)展，另外，將DLC與其他DR項(xiàng)目如IL進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化也成為電力市場(chǎng)下DLC研究的趨勢(shì)。在進(jìn)行DLC優(yōu)化調(diào)度建模的時(shí)候，需要考慮反彈負(fù)荷(energy payback)對(duì)削峰效果的影響，這也是DLC區(qū)別于IL的重要特征。由于不同類型負(fù)荷的反彈特性是不一樣的，因而，很難得到精確的反彈負(fù)荷模型，通常使用的是3階段反彈負(fù)荷模型。

DLC優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題在數(shù)學(xué)上是復(fù)雜的多目標(biāo)組合優(yōu)化問(wèn)題，求解方法主要有傳統(tǒng)優(yōu)化方法和啟發(fā)式優(yōu)化方法。其中，在傳統(tǒng)優(yōu)化方法方面包括線性規(guī)劃、多目標(biāo)線性規(guī)劃、逐步近似梯度法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、多步動(dòng)態(tài)規(guī)劃和模糊動(dòng)態(tài)規(guī)劃等;啟發(fā)式優(yōu)化方法包括遺傳算法、多目標(biāo)進(jìn)化算法和蟻群算法等。

2.可中斷負(fù)荷(IL)

IL是根據(jù)供需雙方事先的合同約定，在電網(wǎng)高峰時(shí)段由IL實(shí)施機(jī)構(gòu)向用戶發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)用戶響應(yīng)后中斷部分供電的一種方法。對(duì)用電可靠性要求不高的用戶，可減少或停止部分用電避開(kāi)電網(wǎng)尖峰，并且可獲得相應(yīng)的中斷補(bǔ)償。IL一般適用于大型工業(yè)和商業(yè)用戶，是電網(wǎng)錯(cuò)峰比較理想的控制方式。目前，國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)對(duì)IL進(jìn)行了廣泛的研究，主要集中在以下幾個(gè)方面：

(1)設(shè)計(jì)合理的IL實(shí)施機(jī)制。目前主要有以下幾種IL實(shí)施機(jī)制：①簽訂IL合同。IL的實(shí)施通常通過(guò)簽訂合同來(lái)實(shí)現(xiàn)。合同中通常會(huì)明確提前通知時(shí)間、停電持續(xù)時(shí)間、中斷容量和補(bǔ)償方式等因素，而且這些IL合同一般都需要具有引導(dǎo)理性用戶披露其真實(shí)缺電成本的激勵(lì)相容特性?？梢岳媒鹑诠ぞ咴O(shè)計(jì)IL合同，如電力供應(yīng)商買人看漲期權(quán)而用戶賣出看漲期權(quán)的IL合同、電力供應(yīng)商買入看跌期權(quán)而獨(dú)立發(fā)電商賣出看跌期權(quán)的IL合同、引入雙值看漲期權(quán)的IL合同、帶雙邊期權(quán)的IL合同;可以基于用戶缺電成本設(shè)計(jì)IL合同，如基于二次的用戶缺電成本函數(shù)并分別引入連續(xù)和離散取值的用戶類型參數(shù)的IL合同，以及進(jìn)一步考慮了用戶最大IL限制的IL合同。②通過(guò)DSB方式。一般將通過(guò)非競(jìng)價(jià)方式確定的IL合同稱為基本IL 項(xiàng)目，而將通過(guò)竟價(jià)方式確定的IL作為DSB項(xiàng)目來(lái)研究。IL合同中規(guī)定的用戶補(bǔ)償方式是IL合同的重要內(nèi)容，目前主要有電價(jià)折扣和中斷賠償這兩種補(bǔ)償方式。針對(duì)這兩種補(bǔ)償方式不同的經(jīng)濟(jì)特性和互補(bǔ)性，可以利用風(fēng)險(xiǎn)管理的方法協(xié)調(diào)優(yōu)化這2類IL用戶與電力公司簽訂IL合同以后，存在用戶接到系統(tǒng)中斷指令后不能響應(yīng)的可能性，而IL的購(gòu)買者將因此面臨電網(wǎng)運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)，將保險(xiǎn)機(jī)制引入IL合同的設(shè)計(jì)中，利用基本IL合同和IL保險(xiǎn)來(lái)反映不同可靠性的IL資源的價(jià)值差別，可以激勵(lì)用戶提高響應(yīng)的可靠性。

(2)評(píng)估實(shí)施IL對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。IL作為一種可以快速并積極響應(yīng)的DR措施，可以提高需求側(cè)對(duì)市場(chǎng)價(jià)格的響應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行有多方面影響。在可靠性方面，實(shí)施IL能提供系統(tǒng)非旋轉(zhuǎn)備用和事故備用，減少發(fā)電側(cè)的容量投資，實(shí)現(xiàn)備用容量的優(yōu)化配置，提高發(fā)電容量充裕度，降低系統(tǒng)峰荷.緩解系統(tǒng)阻塞。在經(jīng)濟(jì)性方面，實(shí)施IL可以降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，增加需求側(cè)彈性，削弱價(jià)格尖峰.供電商可以在實(shí)時(shí)電價(jià)偏高時(shí)利用IL降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn).用戶也可以得到相應(yīng)的中斷補(bǔ)償。

3.需求側(cè)競(jìng)價(jià)( DSB)

DSB是需求側(cè)資源參與電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的一種實(shí)施機(jī)制，它使用戶能夠通過(guò)改變自己的用電方式，以競(jìng)價(jià)的形式主動(dòng)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)并獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益，而不再單純是價(jià)格的接受者。供電公司、電力零售商和大用戶可以直接參與DSB.而小型的分散用戶可以通過(guò)第三方的綜合負(fù)荷代理( AggregaLor)間接參與DSB。DSB有多種靈活的實(shí)施機(jī)制，目前已有不少文獻(xiàn)進(jìn)行了研究，主要集中在以下兩個(gè)方面：

(1)全部電力需求參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。這有如下形式：①用戶直接與發(fā)電公司簽訂雙邊交易合同，如大用戶直購(gòu)電。②需求側(cè)(供電公司、電力零售商或大用戶)參與市場(chǎng)需求競(jìng)價(jià)，即提供類似發(fā)電公司競(jìng)價(jià)曲線的需求側(cè)競(jìng)價(jià)曲線，如基于線性競(jìng)價(jià)函數(shù)的發(fā)電公司和大用戶競(jìng)價(jià)的隨機(jī)優(yōu)化模型、考慮風(fēng)險(xiǎn)的購(gòu)電商最優(yōu)購(gòu)電分配并結(jié)合電價(jià)預(yù)測(cè)DSB策略、在北歐電力市場(chǎng)中電力零售商的分段線性報(bào)價(jià)模型、購(gòu)電商參與日前和實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)競(jìng)價(jià)的兩階段博弈過(guò)程，以及針對(duì)發(fā)電公司、供電公司和大用戶共同參與競(jìng)價(jià)的市場(chǎng)中考慮風(fēng)險(xiǎn)的供電公司最優(yōu)競(jìng)價(jià)策略。

(2)參與需求改變量的競(jìng)爭(zhēng)。這部分內(nèi)容相當(dāng)豐富，與電力市場(chǎng)諸多方面相聯(lián)系。在不同形式的市場(chǎng)，用戶可以參與主/輔市場(chǎng)競(jìng)價(jià)，如參與主能量市場(chǎng)競(jìng)價(jià)或者與電能/備用報(bào)價(jià)聯(lián)合出清、參與輔助服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)價(jià)、參與緊急需求響應(yīng)競(jìng)價(jià)等;在不同的時(shí)間尺度上，用戶可以參與日前/實(shí)時(shí)市場(chǎng)競(jìng)價(jià);在不同的市場(chǎng)運(yùn)行模型，用戶可以參與物理/合同市場(chǎng)競(jìng)價(jià);根據(jù)不同的調(diào)整方式，用戶可以參與增減負(fù)荷競(jìng)價(jià)。在允許DSB的電力市場(chǎng)中，用戶可以主動(dòng)參與市場(chǎng)的一系列定價(jià)過(guò)程中，有利于社會(huì)效益的最大化。DSB作為系統(tǒng)的備用容量有利于提高系統(tǒng)可靠性和備用資源的靈活性;同時(shí)，實(shí)施DSB也可以顯著提高需求彈性，進(jìn)而有效抑制發(fā)電商的市場(chǎng)力和價(jià)格尖峰。

5.1.3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)行電價(jià)概述

由于國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)的特殊性，現(xiàn)國(guó)內(nèi)用戶側(cè)實(shí)行的電價(jià)以峰谷電價(jià)和階梯電價(jià)為主。

分時(shí)電價(jià)也被稱為峰谷電價(jià)，是根據(jù)電網(wǎng)的需求特性以及負(fù)荷變化情況，將一天24小時(shí)劃分為峰、尖、平、谷等若干時(shí)段，每一時(shí)段采取不同的售電價(jià)格，從而引導(dǎo)用戶合理安排在每個(gè)時(shí)間段的用電量，該價(jià)格應(yīng)該在市場(chǎng)上起到配置資源、削峰填谷和提高電力資源利用率的作用。實(shí)行峰谷電價(jià)后，在一定程度上能夠拉平電力系統(tǒng)的負(fù)荷曲線，起到削峰填谷、平衡負(fù)荷等作用，也可以減少發(fā)電企業(yè)的備用容量，節(jié)省發(fā)電企業(yè)資金。同時(shí)，分時(shí)電價(jià)劃分按照日循環(huán)，且根據(jù)年負(fù)荷曲線的加權(quán)平均曲線來(lái)制定，很難精細(xì)化調(diào)整，不能夠貼切地反映電價(jià)供需情況。在執(zhí)行峰谷電價(jià)的過(guò)程中，由于制定的峰谷時(shí)段過(guò)于固定僵硬，從而出現(xiàn)了峰谷時(shí)段偏移狀況，對(duì)執(zhí)行制定峰谷電價(jià)偏移初衷，背道而馳。

階梯電價(jià)全名為階梯式累進(jìn)電價(jià)，是指將用戶每月、每季度或每年的總用電量設(shè)置為若干階梯。第一階梯為基數(shù)電量，此階梯內(nèi)電量較少，每千瓦時(shí)電價(jià)也較低;第二階梯點(diǎn)將較高，電價(jià)也較高;第三階梯電量更多，電價(jià)漲幅更高，依次類推。隨著用戶的消費(fèi)電量的增長(zhǎng)，每千瓦時(shí)電價(jià)逐級(jí)遞增。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委公布的《居民生活用電實(shí)行階梯電價(jià)指導(dǎo)意見(jiàn)》，2012年我國(guó)全面實(shí)行階梯電價(jià)。階梯電價(jià)的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠通過(guò)累進(jìn)式的電價(jià)計(jì)費(fèi)，從而通過(guò)價(jià)格杠桿來(lái)均衡用戶的需求，達(dá)到需求側(cè)管理的目的;同時(shí)，也能夠減少電價(jià)之間的交叉補(bǔ)貼，使得居民電價(jià)常年偏低的情況得以緩解。但是，在實(shí)施階梯電價(jià)的過(guò)程中，不利于拉動(dòng)內(nèi)需，且居民的居住條件不同、電表應(yīng)對(duì)的人數(shù)亦不同，如何保證公平合理，亦需仔細(xì)權(quán)衡。

目前，北京、上海、浙江等先后公布階梯電價(jià)聽(tīng)證方案。公布的居民用電方案中，結(jié)合峰谷電價(jià)和階梯電價(jià)，從時(shí)段和用電量上來(lái)引導(dǎo)居民合理用電，從而進(jìn)行需求側(cè)管理。上海市公布的階梯電價(jià)聽(tīng)證方案對(duì)比浙江執(zhí)行的階梯電價(jià)方案，可以看出此次上海公布的三個(gè)方案較原先有較大的改進(jìn)。從單一的每個(gè)月對(duì)居民用戶電價(jià)進(jìn)行階梯分量推廣到按照季度、年度執(zhí)行。上海市公布的階梯電價(jià)方案，第一檔電價(jià)峰時(shí)為0.617元/度，谷時(shí)為0.307元/度;第二檔電價(jià)峰時(shí)為0.667元/度，谷時(shí)為0.357元/度;第i檔電價(jià)峰時(shí)為0.917元/度，谷時(shí)為0.607元/度。實(shí)施的三個(gè)階梯劃分方案根據(jù)月度、季度、年度總用電量進(jìn)行：月度萬(wàn)案第一檔電量為260度，第二檔為400度，該方案沒(méi)有考慮到居民在高峰季度和低谷季度用電的差異;季度方案在高峰月季(1、7、8、12月)第一檔為350度，第二檔為540度;在非高峰月季(2～6月、9～11月)第一檔為210度，第二檔為320度。該方案考慮了不同季節(jié)電量差異的因素，但是上海地區(qū)電表抄表時(shí)問(wèn)跨度較長(zhǎng)，很難與季節(jié)性時(shí)段精確匹配，管理難度大，也由于氣候原因，每年高溫和天冷時(shí)間分布不均，很難科學(xué)合理地制定所謂高峰月份。年度方案第一檔為3 120度，第二檔為4 800度，該方案能夠讓上海的居民用足了每月260度的階梯電量技術(shù)，有利于電力公司減少抄表糾紛，操作和管理成本相對(duì)較低，減少因執(zhí)行階梯電價(jià)從而對(duì)居民產(chǎn)生的電費(fèi)支出影響;但是該方案的缺點(diǎn)在于約束效果太弱，時(shí)間跨度長(zhǎng)，可能會(huì)因?yàn)槿觌妰r(jià)前低后高產(chǎn)生一定的矛盾。

總的來(lái)看，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行電價(jià)從原先的單一制逐步完善多樣，更能切合我國(guó)的現(xiàn)有國(guó)情。但是在執(zhí)行各類電價(jià)中，依舊出現(xiàn)很多問(wèn)題，如峰谷電價(jià)執(zhí)行期間產(chǎn)生的峰時(shí)段偏移以及階梯電價(jià)階梯量的制定，都會(huì)對(duì)電力公司以及用戶的利益產(chǎn)生損害。如何在現(xiàn)有電價(jià)的基礎(chǔ)上完善改進(jìn)，在智能電網(wǎng)的大背景下有效執(zhí)行需求側(cè)管理.利用電價(jià)杠桿管理用戶，使得雙方共同獲益，是現(xiàn)在需要攻克的問(wèn)題之一。