基于主成分分析法的区域电力需求侧响应潜力评估方法

吴嘉泳

（广东电网有限责任公司佛山顺德供电局）

0 引言

可再生能源及其应用的日益普及和提高，电力系统应对需求侧响应进行了更大的依赖。电力需求侧响应是指通过调整用户行为、设备和能源系统的运行方式来改变其需求量及时间分布的技术。通过开发和利用区域需求侧响应潜力，电力系统能够实现有效的负荷调节，改善供需平衡的状况，降低运行成本，提高系统稳定性和可靠性。因此，评估区域电力需求侧响应潜力显得尤为重要。区域电力需求侧响应潜力评估目的在于评估一个地区、城市或国家的电力需求侧可调节程度，即针对负荷需求变化的柔性程度。通过发掘区域电力需求侧响应潜力，可以降低电力系统的峰谷差值，提高电力需求的可调度性和可预测性，进而减少系统运行的成本和污染。然而，区域电力需求侧响应潜力的评估受到多种因素的影响，包括地理、经济、社会和技术等方面。为了精确评估区域电力需求侧响应潜力，需要开发一种合理的评估方法。在这个背景下，本文提出了一种基于主成分分析法的区域电力需求侧响应潜力评估方法，旨在解决现有方法的局限性和缺陷，提高实践的应用效果。

1 区域电力需求侧响应潜力评估方法

1.1 利用主成分分析法确定电力需求侧响应潜力的评估指标

在对区域电力的需求侧响应潜力在进行评估时，评估指标能够全面系统的对数据进行评估，从而准确了解和确定该地区的电力需求侧响应潜力［1］。由于区域电力需求侧响应潜力评估指标的影响因素较多，而主成分分析法可以用来对多变量进行降维处理，以提取出反映变量关联性的主成分因素。因此，本文利用主成分分析法将多个区域电力需求侧响应相关的指标进行降维处理，提取出影响最大的主成分因素，以设计出区域电力需求侧响应潜力的评估指标［2］。设Y为主成分指标，表示为如公式（1）所示：

式（1）中，Y为区域电力需求侧响应潜力指标；Xp为主成分因素；βp为主成分因素的权重。

收集不同区域的区域电力需求侧响应相关的指标数据。对采集到的数据展开方差矩阵计算，如式（2）所示：

其中，m为数据样品总数。对全部数据展开因子分析，同时借助主成分分析法完成相关因子的提取工作。分别计算各个单一因子以及综合因子的得分情况，经过计算获取比较科学合理的综合得分，同时确定权重取值，具体计算公式如式（3）所示：

式中，αi为主成分的权重取值；χi为相关变量的系数取值，最后得出电力需求侧响应潜力的评估指标如图1所示。

图1 需求侧响应潜力评估指标

根据图1可知，需求侧响应潜力的一级评估指标为负荷能耗，二级评估指标包括能源结构，内部能源利用效率和平均用电量，本文主要针对一级核心指标负荷能耗对电力需求侧响应潜力的影响进行评估。

1.2 构建区域电力需求侧响应评估模型

为了确定单个用户的典型用电模式及负荷能耗，需要对电力需求侧响应潜力的核心指标进行分析，通过对核心指标负荷能耗的衡量，建立评估模型，如公式（4）所示：

式中，t表示系统的尖峰时刻或低谷时刻，从1～Z中取值计算，pimax和pimin分别为用户i的典型负荷曲线中的最大负荷值和最小负荷值。但在具体的运算中，需要考虑用户的理论填谷潜力不应超过系统低谷时，用户参与需求响应填谷潜力可能的最大值；用户的削峰潜力不应超过在系统尖峰时刻，用户实际负荷与日最小负荷的差值［3-4］。因此，在对用户的典型负荷消耗进行计算时，需要将用户低谷时段实际负荷与日最大负荷的差值和在峰时段实际负荷与日最小负荷的差值计算出来，若最终结果在理论填谷或削峰的差值区间，则表明该数据的有效性，然后才可进行用户的需求侧响应潜力的计算。

2 评估方法测试

本文主要是对基于主成分分析法的区域电力需求侧响应潜力评估方法的实际应用效果进行分析和验证。为了保证最终测试结果的真实性，选定A市的某钢铁公司作为主要测试目标，根据参考文献 ［1］，设定传统的基于用电用户数据分析需求侧响应潜力的评估测试组，设立本文设计的基于主成分分析法的电力需求侧响应潜力评估测试组。将两组最终得出的电力需求侧响应潜力数据与A市某钢铁公司的实际的电力需求侧响应潜力进行对比，通过对比的形式开展测试，最后对得出的结果进行验证和分析。

选取A市某钢铁公司在进行需求侧响应的时段作为典型日，对其产生的负荷能耗数据进行统计，如图2所示。

图2 A市某钢铁公司电力需求侧响应时段负荷能耗

根据以上数据，分别运用传统的基于数据分析的需求侧响应潜力评估方法，和本文设计的电力需求侧响应潜力的评估方法，对该钢铁公司的电力需求侧响应潜力进行计算。根据钢铁公司的在典型日的负荷能耗数据进行计算，并将得出的测试结果进行比较，见表。

表 测试结果对比分析

根据图2所示进行测试分析：相较于传统的基于用电用户数据分析需求侧响应潜力评估测试组，本文设计的基于主成分分析法的需求侧响应潜力评估测试组得出的数据更贴近实际的数据结果，更能精确具体地展现出区域电力的需求侧响应潜力，减小误差，在反应区域电力需求侧响应潜力方面具有一定的应用价值。通过上述实例的验证，不难看出采用主成分分析法确定区域电力需求侧响应潜力评估指标的评估方法，可以有效地评估区域电力需求侧响应潜力具体情况。基于主成分分析法的区域电力需求侧响应潜力评估方法可以有效地评估区域内的电力需求侧响应潜力，通过不断地更新、完善数据，实时地对区域内的电力需求侧响应潜力进行评估，可以让数据具有更高的精度和可靠性，更加符合实际需求［5］。总的来说，本文的评估方法为区域电力需求侧响应潜力的评估和规划提供了一种新的思路和方法，具有一定的理论和应用价值。为区域内电力管理提供数据支持，提高区域电力管理的效率和精度，有利于实现区域内电力的可持续发展。

3 结束语

本研究基于主成分分析法，提出了一种区域电力需求侧响应潜力评估方法。该方法通过分析影响电力需求侧响应的多个因素，识别主要因素，并用主成分分析对其进行度量和评估。本文通过对比不同的成分分析方法，经过实验验证，发现本文所提出的方法具有更好的效果，能够很好地捕捉区域需求侧响应的潜力，具有较高的精度和可靠性，在实际应用中，该方法还可以为区域电力需求侧响应的规划和实施提供参考，为区域电力需求侧响应的评估和规划提供了一种新的思路和方法，对于建立可持续的电力体系提供良好的借鉴经验，具有一定的理论和应用价值。该方法对于制定区域电力需求侧响应策略，优化电力系统调度和提高系统可靠性与稳定性具有实际意义。未来，我们将进一步探索其他有效的评估方法，并不断优化该方法的适用性与通用性，以更好地指导电力系统建设和需求侧响应实践。