電能質(zhì)量可用戶定制微網(wǎng)的按質(zhì)定價(jià)方法

翁國(guó)慶 王 強(qiáng) 戚 軍 謝路耀

（浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院 杭州 310023）

1 引言

微網(wǎng)具有靈活的運(yùn)行方式和可調(diào)度性能，是未來分布式發(fā)電（Distributed Generation，DG）應(yīng)用的主要形式[1]。但由于存在多種特性差異大的分布式微源、受自然條件影響大、多種運(yùn)行模式可切換且自身包含大量電力電子裝置等因素，其運(yùn)行面臨嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題[2]。這將產(chǎn)生威脅系統(tǒng)安全運(yùn)行，降低能量效率，損壞用戶設(shè)備等嚴(yán)重后果。根據(jù)美國(guó)分布式供能系統(tǒng)電氣并網(wǎng)分析報(bào)告，電能質(zhì)量問題是大多數(shù)分布式供電案例都曾經(jīng)歷過的最主要的技術(shù)性市場(chǎng)準(zhǔn)入障礙之一[3]。

一方面，隨著電力市場(chǎng)化發(fā)展等電力改革的不斷推進(jìn)，電能質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響DG或微網(wǎng)系統(tǒng)能否被允許并網(wǎng)交易，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)中電能質(zhì)量有效、準(zhǔn)確的評(píng)估至關(guān)重要。另一方面，隨著諸如有源濾波器（APF）[4]、柔性交流輸電技術(shù)（D-FACTS）[5]、統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPQC）[6]和用戶電力技術(shù)（CP）[7,8]等先進(jìn)電能質(zhì)量治理技術(shù)不斷得以應(yīng)用，未來微網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的用戶按需定制成為可能[9]。顯然，不同電能質(zhì)量等級(jí)下，不同層級(jí)電力用戶的用電成本效益和微網(wǎng)的電能質(zhì)量治理費(fèi)用均不同，如何在微網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)合理的電能按質(zhì)定價(jià)具有重要意義。在未來新能源供電系統(tǒng)高滲透率及高度電力市場(chǎng)環(huán)境下，電力部門必將進(jìn)一步制定合理的微網(wǎng)質(zhì)量評(píng)估和定價(jià)機(jī)制。

近年來，少數(shù)研究者已經(jīng)在電能定價(jià)領(lǐng)域進(jìn)行了探索性研究。如文獻(xiàn)[10]提出的電力市場(chǎng)環(huán)境下基于差別定價(jià)的電能質(zhì)量服務(wù)定價(jià)方法，文獻(xiàn)[11]提出的將特征價(jià)格模型用于電能多特征定價(jià)的思想，文獻(xiàn)[12]較早地在電能按質(zhì)定價(jià)中引入風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)制。但是，文獻(xiàn)[10]未能考慮如何對(duì)電能進(jìn)行電能質(zhì)量合理層級(jí)劃分，文獻(xiàn)[11]所提定價(jià)機(jī)制需要對(duì)數(shù)量繁多的各類特征分別進(jìn)行具體分項(xiàng)處理，大大提高了特征量化、特征價(jià)格模型的合理性選擇難度。更重要的是，上述文獻(xiàn)幾乎均是針對(duì)普通電網(wǎng)進(jìn)行的研究，微網(wǎng)系統(tǒng)在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電能特性、質(zhì)量指標(biāo)特征、用戶需求和運(yùn)行成本組成等多方面的特殊性基本未能得以考慮。目前，針對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的按質(zhì)定價(jià)方法研究成果基本未見。

本文針對(duì)未來微網(wǎng)中電能質(zhì)量可用戶定制的特性，提出一種在盡可能滿足不同層級(jí)用戶電能質(zhì)量等級(jí)需求的前提下，可同時(shí)充分考慮其用電成本效益和微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方成本效益的微網(wǎng)按質(zhì)定價(jià)方法。為實(shí)現(xiàn)合理、簡(jiǎn)潔地表征目標(biāo)微網(wǎng)的電能質(zhì)量整體等級(jí)這一按質(zhì)定價(jià)的前提依據(jù)，提出一種可兼顧一致性檢驗(yàn)和迭代精度的基于改進(jìn)層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）-灰色關(guān)聯(lián)理論的電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法。在對(duì)目標(biāo)微網(wǎng)進(jìn)行詳盡調(diào)研的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對(duì)不同層級(jí)電力用戶意愿支付函數(shù)和微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方的利潤(rùn)函數(shù)進(jìn)行深入研究，提出一種計(jì)及質(zhì)量保險(xiǎn)的微網(wǎng)電能按質(zhì)定價(jià)模型。最后，通過海島微網(wǎng)實(shí)際案例，分析了所提方法和模型的有效性。

2 微網(wǎng)系統(tǒng)的按質(zhì)定價(jià)流程

在未來高度市場(chǎng)化，電能質(zhì)量可定制的微網(wǎng)系統(tǒng)中，各層級(jí)電力用戶所需要擔(dān)負(fù)的電能費(fèi)用不僅和微網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電成本有關(guān)，也和其定制的電能質(zhì)量等級(jí)以及電能質(zhì)量治理成本密切相關(guān)。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方在向用戶收取電能費(fèi)用前，應(yīng)首先對(duì)各層級(jí)電力用戶的電能質(zhì)量需求及用電成本效益進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)本身電能質(zhì)量等級(jí)的合理評(píng)估，若未達(dá)到電力用戶的質(zhì)量定制等級(jí)，則需根據(jù)用戶需求對(duì)該層級(jí)區(qū)域線路進(jìn)行電能質(zhì)量治理與改善。因此，考慮到不同層級(jí)電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求和敏感度不同，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)微網(wǎng)的整體質(zhì)量評(píng)估，并根據(jù)用戶質(zhì)量定制需求實(shí)現(xiàn)分層級(jí)的按質(zhì)定價(jià)具有重要意義。

電能質(zhì)量可用戶定制微網(wǎng)系統(tǒng)按質(zhì)定價(jià)問題的本質(zhì)是如何優(yōu)化微網(wǎng)系統(tǒng)區(qū)域中各電能質(zhì)量層級(jí)與其對(duì)應(yīng)電價(jià)水平的組合，在盡量滿足系統(tǒng)中各層級(jí)電力用戶的電能質(zhì)量定制需求的同時(shí)，兼顧各層級(jí)用戶用電的成本效益和微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方的利潤(rùn)。所提微網(wǎng)按質(zhì)定價(jià)方法的基本流程如圖1所示。

圖1 微網(wǎng)按質(zhì)定價(jià)方法的基本流程Fig.1 Basic flow of the pricing method with featured power quality in microgrid

詳細(xì)、可信的調(diào)研將為目標(biāo)微網(wǎng)系統(tǒng)中電能質(zhì)量層級(jí)劃分、各層級(jí)電力用戶用電成本效益模型、電能質(zhì)量治理成本和質(zhì)量投保等關(guān)鍵步驟提供可靠的原始數(shù)據(jù)。采用電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置獲取各單項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，并基于改進(jìn) AHP-灰色理論實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)各層級(jí)電力線路治理前后的實(shí)際電能質(zhì)量綜合評(píng)估，是進(jìn)一步進(jìn)行按質(zhì)定價(jià)和實(shí)施質(zhì)量保險(xiǎn)的前提依據(jù)。各層級(jí)電力用戶的各項(xiàng)成本效益與電能質(zhì)量等級(jí)關(guān)系根據(jù)微網(wǎng)中各層級(jí)用戶組成不同而異，既需要合適的擬合模型，也需要詳細(xì)的調(diào)研數(shù)據(jù)[10]。引入電能質(zhì)量保險(xiǎn)的意義在于，當(dāng)用戶定制電能質(zhì)量等級(jí)后，因微網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際提供的電能質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成用戶損失時(shí)，可減少其直接經(jīng)濟(jì)損失[12]。

3 基于改進(jìn)AHP-灰色理論的微網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估

3.1 AHP法的模糊一致性和迭代性改進(jìn)

微網(wǎng)電能質(zhì)量是一個(gè)典型的多指標(biāo)體系，定義合理的電能質(zhì)量綜合評(píng)估多指標(biāo)體系是基本前提[13]。AHP法是一種結(jié)合定性分析與定量分析，能夠有效解決多指標(biāo)體系綜合評(píng)估問題的系統(tǒng)分析方法[14]。微網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估體系的梯階層次結(jié)構(gòu)中，目標(biāo)層即目標(biāo)微網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合評(píng)估指標(biāo)，方案層即參與綜合評(píng)估的各種單項(xiàng)特征指標(biāo)，準(zhǔn)則層即方案層中各種具體特征指標(biāo)的分類組別。

傳統(tǒng)AHP法通常采取1～9標(biāo)度法來生成判斷矩陣 A =( aij)n×n，以此描述梯階層次結(jié)構(gòu)模型中上層元素的所有n個(gè)下層元素間的相對(duì)重要性關(guān)系。但是在實(shí)際問題的研究中，由于專家賦權(quán)的主觀誤差、權(quán)重標(biāo)度不完備及判斷矩陣信息冗余等原因，該方法無法保證判斷矩陣A的一致性。為確保評(píng)估結(jié)論的可靠性，必須對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)和調(diào)整。當(dāng)n較大時(shí)，一致性檢驗(yàn)計(jì)算量非常大且調(diào)整非常困難，常導(dǎo)致決策無法繼續(xù)。為了確保判斷矩陣一致性檢驗(yàn)通過，引入可表征模糊特性的0.1～0.9比例標(biāo)度，并基于模糊一致性矩陣和迭代求解特征方程根法對(duì)傳統(tǒng)AHP法進(jìn)行改進(jìn)[15]。0.1～0.9標(biāo)度的意義見表1，若元素i和j的重要性之比為aij，則j和i的重要性之比為aji。

表1 0.1～0.9比例標(biāo)度的意義Tab.1 Meaning of the ratio-scaled variables from 0.1 to 0.9

利用以下公式將0.1～0.9標(biāo)度判斷矩陣A轉(zhuǎn)換為模糊一致性判斷矩陣R其中，對(duì)于任意矩陣元素0 ＜ rij＜1，且 rij=1 - rji+ 0 .5。模糊一致性矩陣R具有很好的傳遞性和魯棒性，可用求解 R w=λmaxw計(jì)算R的最大特征根λmax的方法求取各特征指標(biāo)權(quán)值向量 w，且具有兩大優(yōu)勢(shì)：①不必再進(jìn)行判斷矩陣一致性檢驗(yàn)和不一致性調(diào)整；②可利用迭代算法得到滿足所需精度要求的權(quán)重排序向量w。

基于R的微網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估體系各特征指標(biāo)權(quán)值向量w求解算法的基本步驟如下：

（1）用轉(zhuǎn)換公式 eij= rij/ rji將模糊一致性判斷矩陣 R =( rij)n×n轉(zhuǎn)變成正互反矩陣 E =( eij)n×n。

（2）利用幾何平均法求取單準(zhǔn)則下權(quán)重排序向量 w(0)

（3）把求得的 w(0)作為迭代初始向量 V0，利用迭代法求解特征方程 E · Vn×1= λmax·Vn×1，最終求得滿足精度要求的權(quán)重排序向量 w(k)。該迭代求解法的步驟如圖2所示。

圖2 權(quán)重向量迭代求解步驟Fig.2 Solving steps of weight vector with iterative method

3.2 基于灰色關(guān)聯(lián)法的微網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估

灰色理論中的灰色關(guān)聯(lián)法基本思想是通過計(jì)算對(duì)象和對(duì)象之間的相互關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，從而反映對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)程度[16]。假設(shè)有 m個(gè)樣本S = { s0,s1,… ,sm)，n個(gè)評(píng)估指標(biāo) J ={ j0,j1,… ,jn}，從而形成初始樣本指標(biāo)矩陣 B =( bij)n×m，其綜合評(píng)估的步驟如下：

（2）計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

（3）通過下式，可得到等級(jí)（1～10）之間的微網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估結(jié)果

4 多質(zhì)量層級(jí)的微網(wǎng)按質(zhì)定價(jià)

4.1 各層級(jí)用戶支付優(yōu)化模型

根據(jù)對(duì)目標(biāo)微網(wǎng)區(qū)域內(nèi)所有電力用戶進(jìn)行電力質(zhì)量需求、用電成本效益情況和參與保險(xiǎn)意愿等多個(gè)方面的詳細(xì)調(diào)研，將整個(gè)區(qū)域合理劃分為N個(gè)電能質(zhì)量層級(jí)子區(qū)域；各電能質(zhì)量層級(jí)可記為qi( i = 1 ,2,… ,N )，層級(jí)越高表示該子區(qū)域用戶對(duì)電能質(zhì)量水平的需求越高。同時(shí)，對(duì)各層級(jí)子區(qū)域布置電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)并評(píng)估其初始電能質(zhì)量等級(jí)及按需定制質(zhì)量后達(dá)到的實(shí)際質(zhì)量等級(jí)。

對(duì)于微網(wǎng)電力用戶，顯然電能質(zhì)量越差其潛在的用電經(jīng)濟(jì)損失越大，反之則可使其電能使用成本下降，但要達(dá)到其期望的更高等級(jí)電能質(zhì)量所需的治理成本也將提高。各 qi層級(jí)電力用戶的電能總費(fèi)用 CTi可表示為式中，CB為用戶電能基本費(fèi)用，可設(shè)為常數(shù)；CZi為qi層級(jí)的質(zhì)量治理平均費(fèi)用，其值將隨 qi的提高而升高；相反， CUi為 qi層級(jí)的電能使用平均成本費(fèi)用，其值將隨 qi的提高而降低。兩者估算模型基本滿足二次函數(shù)關(guān)系

式中，Δqi為該層級(jí)用戶定制質(zhì)量等級(jí)和治理后實(shí)際評(píng)估所得質(zhì)量等級(jí)之差（顯然，當(dāng) Δ qi＜0時(shí)，CZi=0）； CU0為最差質(zhì)量等級(jí)時(shí)的平均電能使用費(fèi)用； ak、 bk為二次函數(shù)系數(shù)，均可基于前期的調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到。因系統(tǒng)中電能質(zhì)量等級(jí)設(shè)定為非連續(xù)的分層（分級(jí)）分布，可將上述擬合特性曲線按電能質(zhì)量層級(jí) qi取其平均值進(jìn)行離散量化處理，如圖3所示。

圖3 qi層級(jí)用戶費(fèi)用擬合特性Fig.3 Fitted characteristic curves of user costs in q leveli

4.2 計(jì)及質(zhì)量保險(xiǎn)的微網(wǎng)電能按質(zhì)定價(jià)模型

從微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方角度考慮，綜合發(fā)電成本、基本電價(jià)、質(zhì)量治理費(fèi)用和保險(xiǎn)賠償?shù)雀鞣N因素構(gòu)建系統(tǒng)利潤(rùn)函數(shù)

式中， Qi為 qi層級(jí)用戶的電能實(shí)際使用總量； Ri為不考慮保險(xiǎn)因素時(shí) qi層級(jí)的基本電價(jià)； ci為 qi層級(jí)用戶是否參保選擇系數(shù)（參保時(shí) ci= 1，否則 ci= 0 ）；di為 qi層級(jí)用戶參保金額與基本電價(jià)的比例系數(shù)（以百分比值表示）； CG表示微網(wǎng)實(shí)際平均發(fā)電成本，其值可通過調(diào)研確定； Si為 qi層級(jí)參保用戶的退還保險(xiǎn)金。

一般而言，微網(wǎng)中的發(fā)電微源可能包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、潮汐能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電和生物能發(fā)電等多種分布式發(fā)電系統(tǒng)[17]。考慮微網(wǎng)中各種微源組成項(xiàng)及比例各不相同，以最常見的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電共同組成的微網(wǎng)為例，微網(wǎng)系統(tǒng)整體平均發(fā)電成本 CG可表達(dá)為

式中， Cw、 Cp分別為風(fēng)機(jī)、光伏系統(tǒng)平均實(shí)際發(fā)電成本； Aw、 Ap分別為政府或行業(yè)依據(jù)相關(guān)政策給予風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電的補(bǔ)貼；rw、rp為微網(wǎng)中風(fēng)機(jī)、光伏的發(fā)電量比例。

由式（10）可知，微網(wǎng)各層用戶可由系數(shù) ci選擇其是否參加質(zhì)量保險(xiǎn)。各層級(jí)用戶單位用電量所需繳納的保險(xiǎn)金額 Bi可表示為

微網(wǎng)根據(jù)該層級(jí)用戶定制需求進(jìn)行電能質(zhì)量治理后，若仍然無法達(dá)到用戶所定制的質(zhì)量等級(jí)，必然對(duì)該層級(jí)用戶造成用電經(jīng)濟(jì)損失。出于對(duì)參保用戶的經(jīng)濟(jì)利益保護(hù)，要求微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方對(duì)參保用戶進(jìn)行適當(dāng)賠償。賠償方案可由微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方和參保用戶方協(xié)商，根據(jù)互惠原則和可行性分析制定。為簡(jiǎn)化算法，這里簡(jiǎn)單設(shè)退還保險(xiǎn)金Si與Δqi（用戶定制和治理后實(shí)際評(píng)估的質(zhì)量等級(jí)差值）滿足一次線性關(guān)系

式中， K1、 K2為賠償系數(shù)。

對(duì)于微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方而言，在盡可能滿足用戶質(zhì)量定制需求前提下，優(yōu)化各層級(jí)電能質(zhì)量等級(jí) qi—基本電價(jià) Ri的組合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)最大化是其重要目標(biāo)。根據(jù)式（9），微網(wǎng)系統(tǒng)中 qi層級(jí)用戶的意愿支付數(shù)值 Pi可求，進(jìn)而可進(jìn)一步定義其電能使用凈效用剩余值 Ui= Pi- Ri。上述優(yōu)化求取各層級(jí)（ qi,Ri）組合的實(shí)質(zhì)是，確定最佳的基本電價(jià) Ri使qi層級(jí)用戶凈效用剩余值 Ui最合適。

以微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方利潤(rùn)最大化為目標(biāo)，以各 qi層級(jí)電力用戶的凈效用剩余量 Ui為約束，構(gòu)建計(jì)及質(zhì)量保險(xiǎn)的微網(wǎng)電能按質(zhì)定價(jià)模型

式中，前約束表示對(duì)于 qi層級(jí)用戶，購(gòu)買 qi質(zhì)量等級(jí)的電能所產(chǎn)生的效用不能小于所用于購(gòu)買該部分電能的支出（即在此前提下，用戶才會(huì)愿意支付此電力費(fèi)用），其邊界條件為 P1= R1；后約束表示用戶購(gòu)買較高質(zhì)量電能所獲得的剩余效用不小于購(gòu)買較低質(zhì)量電能，體現(xiàn)高電能質(zhì)量給用戶帶來的好處，其邊界條件為 Ri- Ri-1= Pi- Pi-1。

結(jié)合式（9）、式（11），求解該優(yōu)化模型，可得滿足按質(zhì)定價(jià)原則的微網(wǎng)電能基本電價(jià) Ri。再結(jié)合用戶參加保險(xiǎn)情況和式（12）、式（13），可最終獲得各 qi層級(jí)用戶需向微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方支付的優(yōu)化電價(jià)

5 算例分析

5.1 系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)

圖4所示為某典型電能質(zhì)量可定制微網(wǎng)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)示意圖。該微網(wǎng)由風(fēng)力發(fā)電單元、光伏發(fā)電單元、儲(chǔ)能系統(tǒng)和多質(zhì)量等級(jí)區(qū)域負(fù)荷群組成。系統(tǒng)可能與外部配電網(wǎng)絡(luò)存在并網(wǎng)接口允許并網(wǎng)模式運(yùn)行，也可能是獨(dú)立微網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行（如海島微網(wǎng)）。根據(jù)用戶電能質(zhì)量調(diào)研，可將微網(wǎng)負(fù)荷劃分為若干用戶子區(qū)域，并分別布置區(qū)域電能質(zhì)量控制器，由電能質(zhì)量監(jiān)控子系統(tǒng)（微網(wǎng)能量控制中心的重要功能模塊之一）統(tǒng)一在線管理，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域線路電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)、評(píng)估和按需定制治理。

圖4 電能質(zhì)量可定制微網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)Fig.4 Hierarchical structure of the microgrid of power quality is customizable

5.2 微網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估結(jié)果

代表性地選取電壓偏差、電壓波動(dòng)、電壓閃變、諧波畸變、三相不平衡、頻率偏差和電壓暫降7項(xiàng)最重要的電能質(zhì)量單項(xiàng)指標(biāo)組成目標(biāo)微網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估多指標(biāo)體系。表 2中，X1～X7分別代表上述 7項(xiàng)單項(xiàng)特征指標(biāo)；S0是理想樣本；S1～S4分別代表優(yōu)質(zhì)樣本、良好樣本、合格樣本和較差樣本數(shù)據(jù)；S5、S6、S7分別為以圖4中層級(jí)區(qū)域I、層級(jí)區(qū)域 II、層級(jí)區(qū)域 III為例，由#1、#2、#3電能質(zhì)量測(cè)控點(diǎn)獲取的對(duì)應(yīng)區(qū)域線路電能質(zhì)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

表2 微網(wǎng)中電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)樣本和待評(píng)樣本數(shù)據(jù)Tab.2 Data of the standard samples and the evaluated samples of power quality in micrigrid

基于專家意見及微網(wǎng)區(qū)域內(nèi)電力用戶的需求調(diào)研，設(shè)定所選取7項(xiàng)電能質(zhì)量單項(xiàng)指標(biāo)的重要性排序：頻率>諧波畸變>電壓波動(dòng)>閃變>電壓偏差>電壓暫降>三相不平衡，并建立基于 0.1～0.9標(biāo)度的兩兩比較模糊一致性判斷矩陣

通過式（1）、式（2）和圖2所示的改進(jìn) AHP法的迭代求解步驟，可得同時(shí)滿足判斷矩陣一致性和所需精度要求的權(quán)重排序向量

W=(0.26,0.175,0.139,0.13,0.118,0.106,0.096)

進(jìn)而利用式（4）、式（5）所示的灰色關(guān)聯(lián)法及相關(guān)步驟，可得到表2所示各樣本的電能質(zhì)量綜合評(píng)估結(jié)果，見表 3。可知，目標(biāo)微網(wǎng)區(qū)域中用戶層級(jí)區(qū)域I、層級(jí)區(qū)域II和層級(jí)區(qū)域III的電能質(zhì)量等級(jí)綜合評(píng)估結(jié)果分別為 5.2，6.1和 9.0。根據(jù)離散量化處理原則，其電能質(zhì)量分別可取整量化為 q5、q6和 q9層級(jí)。

表3 各樣本電能質(zhì)量綜合評(píng)估結(jié)果Tab.3 Results of power quality comprehensive evaluation for the samples

5.3 用戶意愿支付優(yōu)化模型求取

在圖4所示典型結(jié)構(gòu)的電能質(zhì)量可定制微網(wǎng)中，假設(shè)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方及電力用戶方調(diào)研，將該微網(wǎng)按需求劃分為 q4、 q5、 q6、 q8質(zhì)量層級(jí)對(duì)應(yīng)的4個(gè)供電層級(jí)區(qū)域。通過對(duì)文獻(xiàn)[18-20]中電能質(zhì)量治理成本和用戶損失統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的擬合，可得到式（7）、式（8）中對(duì)應(yīng)的CZi、CUi和Δqi、qi間關(guān)系的關(guān)鍵參數(shù)，見表4。

表4 各層級(jí)區(qū)域治理費(fèi)用和使用費(fèi)用參數(shù)Tab.4 Parameters of quality controlling costs and power utilization costs of each quality level

5.4 微網(wǎng)電能按質(zhì)定價(jià)確定

以2011年投建的浙江舟山東福山島微網(wǎng)為例，該海島微網(wǎng)風(fēng)光總裝機(jī)容量310kW，由7臺(tái)單機(jī)容量 30kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、1臺(tái)100kWp的光伏發(fā)電系統(tǒng)組成。根據(jù)島上太陽能資源、風(fēng)力資源評(píng)估進(jìn)行發(fā)電預(yù)測(cè)，該海島微網(wǎng)可再生能源發(fā)電量中光伏發(fā)電量和風(fēng)力發(fā)電量比例分別約為 35.4%和64.6%。根據(jù)相關(guān)部門公布的可再生能源上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)、政府補(bǔ)貼政策及發(fā)電成本估算等調(diào)研信息可獲得部分所需關(guān)鍵參數(shù)，其余部分可進(jìn)行合理設(shè)定，見表5。

表5 按質(zhì)定價(jià)優(yōu)化模型關(guān)鍵參數(shù)Tab.5 Key parameters of the optimization model to determine the power price with featured power quality

由式（11）計(jì)算可得，該微網(wǎng)實(shí)際平均發(fā)電成本約為610元/MW·h。設(shè)微網(wǎng)全系統(tǒng)初始電能質(zhì)量等級(jí)為 q5，然后根據(jù)各層級(jí)區(qū)域用戶的不同定制需求進(jìn)行治理。設(shè)經(jīng)過分布式布置的各層級(jí)區(qū)域電能質(zhì)量監(jiān)控模塊的治理，各層級(jí)區(qū)域均達(dá)到用戶定制的電能質(zhì)量等級(jí)。根據(jù)式（14）、式（15）以及表5所列關(guān)鍵參數(shù)，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該微網(wǎng)的按質(zhì)定價(jià)計(jì)算，結(jié)果見表6。

表6 微網(wǎng)各層級(jí)用戶各項(xiàng)費(fèi)用（元/MW·h）Tab.6 Several costs of each quality level in microgrid(yuan/MW·h)

從表6所示結(jié)果可以看出，考慮到用戶所提的電能等級(jí)要求是對(duì)其自身用電情況進(jìn)行全面考量后得到的綜合結(jié)果，用戶意愿支付度較高。因此，對(duì)于不同電能質(zhì)量等級(jí)要求的電力用戶所收取的費(fèi)用不相同，對(duì)電能質(zhì)量要求越高，用戶向微網(wǎng)所支付的實(shí)際電價(jià)也會(huì)相應(yīng)提高。在優(yōu)質(zhì)高價(jià)前提下，電網(wǎng)會(huì)盡量滿足高質(zhì)量的用電需求，體現(xiàn)按質(zhì)定價(jià)的意義。同時(shí)考慮到高等級(jí)的電能質(zhì)量將減低用戶的電能質(zhì)量事故損失，合理的電能質(zhì)量保險(xiǎn)策略在用戶電費(fèi)增加不明顯的前提下既保證了用戶在電能質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)的利益，同時(shí)也對(duì)電力公司進(jìn)行了監(jiān)督。

在對(duì)微網(wǎng)治理滿足用戶質(zhì)量定制需求的情況下，微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方的利潤(rùn)也達(dá)到最大化。以表格6中算例參數(shù)為例，假設(shè)微網(wǎng)所有用戶均參與質(zhì)量保險(xiǎn)：①若電能質(zhì)量治理后，各層級(jí)區(qū)域均達(dá)到用戶定制需求，微網(wǎng)利潤(rùn)達(dá)到577.35元/MW·h；②若電能質(zhì)量治理后，整個(gè)或部分微網(wǎng)區(qū)域電能質(zhì)量未達(dá)到用戶定制需求，運(yùn)營(yíng)方需向未達(dá)標(biāo)區(qū)域用戶賠付相應(yīng)保險(xiǎn)金（假設(shè)微網(wǎng)全區(qū)域均僅達(dá) q5，層級(jí)區(qū)域III、IV將獲保險(xiǎn)金，微網(wǎng)利潤(rùn)將降至391.92元/MW·h）。

6 結(jié)論

隨著電力市場(chǎng)化改革的不斷推進(jìn)，以及電能質(zhì)量治理技術(shù)的快速發(fā)展，在未來DG或微網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶需求提供電能質(zhì)量定制服務(wù)成為可能。本文主要針對(duì)電能質(zhì)量可用戶定制微網(wǎng)提出一種多層級(jí)用戶的電能按質(zhì)定價(jià)方法。基于改進(jìn)AHP-灰色理論的微網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法合理、簡(jiǎn)潔。采用的離散量化處理手段，很好實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)多層級(jí)用戶的電能質(zhì)量等級(jí)劃分以及定制質(zhì)量等級(jí)的匹配表征。獲得的電能使用費(fèi)用特性曲線及其意愿支付函數(shù)具有較好適用性，但不同微網(wǎng)系統(tǒng)、不同層級(jí)電力用戶特性各異，需根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)確定關(guān)鍵參數(shù)。構(gòu)建的微網(wǎng)電能按質(zhì)定價(jià)模型，可在盡可能滿足不同層級(jí)用戶電能質(zhì)量定制需求的前提下，兼顧其用電成本效益和微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方利潤(rùn)，并體現(xiàn)了合理的電能質(zhì)量保險(xiǎn)策略。微網(wǎng)算例分析表明，所提方法可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電能質(zhì)量可多層級(jí)用戶定制時(shí)，提供有效的質(zhì)量評(píng)估和成本效益分析，獲得各層級(jí)區(qū)域的質(zhì)量等級(jí)與電價(jià)的優(yōu)化組合，為目標(biāo)微網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)行合理的按質(zhì)定價(jià)提供合理、有效的依據(jù)。

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