華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院、中國長江三峽集團(tuán)公司的研究人員舒雋、關(guān)睿、韓冰，在2018年第7期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文指出，分時電價是需求側(cè)管理的有效手段。綜合考慮售電公司和工業(yè)大用戶雙方利益，提出了一種分時電價制定的雙層優(yōu)化模型。

該模型的上層模型以售電公司銷售收益最大為目標(biāo)函數(shù)，下層模型以工業(yè)大用戶用電成本最小為目標(biāo)函數(shù)，并考慮了大用戶自備電廠生產(chǎn)調(diào)度、可調(diào)度負(fù)荷以及售電公司的購售電特性等因素。

針對該模型的復(fù)雜性，提出遺傳算法和混合整數(shù)規(guī)劃法相結(jié)合的混合優(yōu)化算法，在采用遺傳算法解決上層優(yōu)化模型的同時，利用代數(shù)技術(shù)將下層模型中非線性部分等價線性化后，使用商用混合整數(shù)線性規(guī)劃求解器求解，并嵌入到遺傳算法中，高效地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)大用戶分時電價的上、下層協(xié)調(diào)優(yōu)化。

算例表明，該方法有利于提高售電公司收益及大用戶用電方式的調(diào)整。

隨著各國電力體制改革的推進(jìn)，實(shí)時電價[1]和分時電價[2]得到廣泛關(guān)注。實(shí)時電價可以最好地發(fā)揮電價的各項作用，實(shí)現(xiàn)社會效益的最大化，但實(shí)時電價復(fù)雜，實(shí)施難度大，分時電價可以平衡電價制定可操作性和效率之間的矛盾[3]。

文獻(xiàn)[3,4]對大工商業(yè)用戶的峰谷電價響應(yīng)進(jìn)行了分析，認(rèn)為合理的峰谷電價結(jié)構(gòu)對負(fù)荷曲線起到較好的調(diào)整效果。合理的峰谷分時電價結(jié)構(gòu)取決于合理的峰谷時段劃分和相應(yīng)的峰谷電價[5]。不少地區(qū)在實(shí)行峰谷電價時，只是簡單地將峰、平和谷均分為8小時[6]，同時設(shè)置峰谷電價比為3:1，即峰時電價在基礎(chǔ)電價上上浮50%，谷時電價下浮50%，平時電價保持基礎(chǔ)電價。

目前已有不少研究對峰谷分時電價結(jié)構(gòu)的制定進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)[7-14]。在時段劃分上，文獻(xiàn)[7,8]采用模糊聚類的方法對峰、平、谷時段進(jìn)行劃分。在電價制定上，文獻(xiàn)[9]從發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)企業(yè)平衡分配分時電價所帶來的利益的角度，提出了峰谷分時電價聯(lián)動模型。

文獻(xiàn)[10]建立了發(fā)電側(cè)與售電側(cè)峰谷分時電價聯(lián)合設(shè)計模型以實(shí)現(xiàn)平均發(fā)電能耗成本最低。文獻(xiàn)[11]討論了分時電價對電源及負(fù)荷側(cè)的影響機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電調(diào)度效益最大化。文獻(xiàn)[12,13]基于用戶反映度，以削峰填谷效果最優(yōu)確定峰、平、谷時段電價。

可見，這些對峰谷電價制定策略的研究，如果是從發(fā)電側(cè)角度出發(fā)，則只能保證發(fā)電企業(yè)或電網(wǎng)公司收益，從需求側(cè)角度出發(fā)，大都是以優(yōu)化負(fù)荷曲線形狀為目標(biāo)，無法兼顧售電公司的售電收益和用戶的用電成本。文獻(xiàn)[14]則利用博弈論同時優(yōu)化了電網(wǎng)公司收益和不同種類用戶的用電成本。

然而，以上研究還忽略了兩個問題：

①與居民用電問題不同，工業(yè)大用戶的生產(chǎn)任務(wù)不可中斷但能轉(zhuǎn)移，分時電價下工業(yè)大用戶生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度問題是一個離散組合優(yōu)化問題[15-17]，假設(shè)工業(yè)大用戶對分時電價的響應(yīng)為連續(xù)函數(shù)將帶來優(yōu)化結(jié)果的偏差；

②對于具有自備電廠的工業(yè)大用戶來說，應(yīng)該同時優(yōu)化其分時電價和自備電廠上網(wǎng)電價，引導(dǎo)大用戶自備電廠優(yōu)化調(diào)度，進(jìn)一步提高售電公司收益。

文獻(xiàn)[15]在文獻(xiàn)[16]的基礎(chǔ)上建立了高耗能企業(yè)自發(fā)電和生產(chǎn)任務(wù)一體化調(diào)度模型，但該文獻(xiàn)是一個單層的優(yōu)化調(diào)度問題，并未考慮雙層的電價優(yōu)化制定。另外，文獻(xiàn)[15,16]均無法準(zhǔn)確計算生產(chǎn)任務(wù)的開始時間，而工業(yè)環(huán)境中往往需要做到毫秒級的控制[18]。

針對以上問題，本文改進(jìn)了現(xiàn)有工業(yè)大用戶調(diào)度模型[15,16]，使其能夠準(zhǔn)確計算生產(chǎn)任務(wù)的開始時間。在此基礎(chǔ)上，考慮售電公司的購售電特性，建立了大用戶分時電價雙層優(yōu)化模型。

該模型的上層模型以售電公司收益最大化為目標(biāo)函數(shù)，同時優(yōu)化分時電價和大用戶自備電廠上網(wǎng)電價，利用遺傳算法優(yōu)化求解；下層模型以大用戶的用電成本最小為目標(biāo)函數(shù)，其中的非線性表達(dá)式等價線性化后，采用商用混合整數(shù)線性規(guī)劃求解器進(jìn)行求解。算例表明本文優(yōu)化模型制定的分時電價在保證了大用戶用電成本不增加的同時，有效提高了售電公司收益。

圖1 任務(wù)時段關(guān)系示意圖

圖2 混合優(yōu)化算法流程

結(jié)論

本文建立了分時電價和自備電廠上網(wǎng)電價的雙層優(yōu)化模型，并采用遺傳算法和混合整數(shù)線性規(guī)劃法相結(jié)合的混合優(yōu)化算法進(jìn)行求解。通過算例結(jié)果的對比，得到以下結(jié)論：

1）改進(jìn)后的下層大用戶優(yōu)化調(diào)度模型對生產(chǎn)任務(wù)開始時間進(jìn)行了精確的線性化建模，從而能夠準(zhǔn)確計算生產(chǎn)任務(wù)的轉(zhuǎn)移費(fèi)用。

2）本文所制定的優(yōu)化分時電價可以有效引導(dǎo)企業(yè)將負(fù)荷從峰時向谷時段轉(zhuǎn)移，有利于提高售電公司的利益。

3）同時優(yōu)化分時電價和自備電廠分時上網(wǎng)電價時，可以充分利用自備電廠的調(diào)整能力，進(jìn)一步提高售電公司的收益。

4）本文的優(yōu)化結(jié)果可以保證大用戶的用電成本不增加，但大用戶用電成本的降低并不明顯，將來可以考慮設(shè)計大用戶和售電公司利益分成方案，提高大用戶的參與積極性，實(shí)現(xiàn)雙方共贏。