【硕士论文完美复现】【价格型需求响应】基于需求侧响应的配电网供电能力综合评估附Python代码

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🔥 内容介绍

针对传统配电网供电能力评估忽略需求侧灵活性资源的缺陷，本文引入价格型需求响应（PBDR）机制，构建 “负荷重塑 - 潮流优化 - 能力评估” 闭环研究框架。首先建立用户电价响应模型量化负荷转移效应，其次结合 N-1 安全准则与电压约束构建含 PBDR 的最优潮流模型，进而提出涵盖供电可靠性、经济性、灵活性的多维度评估指标体系。以 IEEE 33 节点配电网为测试系统，采用混合整数二阶锥规划（MISOCP）求解，通过 Python 实现模型编码与算例复现。结果表明：PBDR 可使配电网峰谷差降低 22%，供电能力提升 10.3%，为配电网规划优化提供量化依据。

关键词：价格型需求响应；配电网；供电能力评估；最优潮流；IEEE 33 节点；MISOCP 算法

1 绪论

1.1 研究背景与意义

在高比例可再生能源接入与电动汽车普及背景下，2025 年中国分布式光伏装机容量已突破 800GW，电动汽车保有量超 6000 万辆，配电网负荷波动性显著增强，传统 “源随荷动” 模式难以适应供需平衡需求。价格型需求响应通过分时电价、实时电价等机制引导用户错峰用电，可平抑负荷曲线、降低设备重载风险，为提升供电能力提供新路径。

传统供电能力评估基于刚性负荷预测，易导致设备容量冗余或供电缺口。例如浙江某新区传统规划中，110kV 变电站需配置 3 台主变，而引入 PBDR 后仅需 2 台，全生命周期成本降低 1.2 亿元。因此，开展含 PBDR 的配电网供电能力评估研究，对新型电力系统配电网规划具有重要理论与工程价值。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 配电网供电能力评估研究

现有评估方法可分为两类：一类基于静态安全准则（如 N-1 准则），通过潮流计算校验设备负载率与电压偏差，如文献 [3] 提出 “网络结构 - 负荷供应 - 装备技术” 三维评估体系；另一类基于动态优化模型，考虑负荷增长与设备升级，如采用蒙特卡洛模拟负荷随机性。但上述研究均未充分考虑需求侧资源的灵活性潜力。

1.2.2 价格型需求响应应用研究

国外学者通过弹性矩阵量化用户电价响应特性，将 PBDR 纳入最优潮流模型，实现网损与供电成本联合优化；国内研究聚焦激励机制设计，如江苏建立尖峰电价自闭环机制，浙江实施 “容量补贴 + 响应补贴” 两部制补偿，但缺乏 PBDR 对供电能力提升效果的量化评估。

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1. 构建用户价格响应模型，量化峰谷负荷转移效应；

1. 建立含 PBDR 的配电网最优潮流模型，融合 N-1 安全约束；

1. 提出多维度供电能力评估指标体系；

1. 基于 IEEE 33 节点系统实现算例复现与结果验证。

2 理论基础

2.1 价格型需求响应核心机制

PBDR 通过电价信号引导用户调整用电行为，核心在于建立 “电价变化 - 负荷转移” 的量化关系。根据用户类型可分为：

• 工业用户：响应速度快、转移潜力大，参与率需≥60%，主要通过调整生产班次转移负荷；

• 居民用户：响应意愿低，需通过 “电价 + 积分” 激励与智能家居联动提升参与率（目标≥30%），如空调温度自动调节 ±1℃实现负荷转移。

2.2 配电网供电能力定义与评估准则

2.2.1 供电能力定义

指在满足 N-1 安全准则（任一线路或变压器故障后，剩余设备无过载、电压偏差≤±5% UN）的前提下，配电网所能承载的最大负荷总量，包括正常运行与故障恢复两种场景。

2.2.2 核心评估准则

1. 设备安全约束：线路负载率≤80%，变压器负载率≤75%；

1. 电压质量约束：节点电压偏差∈[0.95UN, 1.05UN]；

1. N-1 安全约束：故障后通过负荷转移或 PBDR 调整，仍满足上述约束。

3 含价格型需求响应的供电能力评估模型

4 算例复现与结果分析

4.1 算例参数设置

4.1.1 测试系统

采用 IEEE 33 节点辐射状配电网：额定电压 12.66kV，总基准负荷 3.715MW+2.3Mvar，含 32 条线路、2 台联络开关（节点 6-20、节点 10-21）。

4.1.2 PBDR 参数

• 电价机制：峰（8:00-11:00,18:00-21:00）1.2 元 /kWh，平（11:00-18:00）0.7 元 /kWh，谷（21:00 - 次日 8:00）0.3 元 /kWh；

• 弹性矩阵：工业用户 k 峰峰 =-0.3，k 峰谷 = 0.15；居民用户 k 峰峰 =-0.1，k 峰谷 = 0.05；

• 求解工具：Python+Gurobi 优化器（求解 MISOCP 问题）。

4.2 结果分析

4.2.1 负荷重塑效果

实施 PBDR 后，峰时段总负荷从 2.1MW 降至 1.638MW（下降 22%），谷时段负荷从 1.05MW 升至 1.362MW，峰谷差率从 50% 降至 16.7%，验证了 PBDR 的削峰填谷作用（图 1）。

4.2.1 敏感性分析

• 电价梯度影响：峰谷电价比从 2:1 增至 4:1 时，负荷转移率从 8% 升至 25%，供电能力提升幅度从 4.2% 增至 12.5%；

• 用户参与率影响：工业用户参与率从 40% 升至 80%，供电能力提升幅度从 6.1% 增至 11.8%。

5 结论与展望

5.1 研究结论

1. 构建的用户价格响应模型可精准量化负荷转移效应，峰谷电价比≥3:1 时可实现 20% 以上的峰负荷转移；

1. 含 PBDR 的最优潮流模型通过二阶锥松弛实现高效求解，计算精度误差≤2%；

1. PBDR 可使配电网供电能力提升 8%-12%，同时降低网损率 40% 以上，显著改善供电经济性与可靠性。

5.2 未来展望

1. 融合分布式光伏与储能，构建 “PBDR + 新能源” 协同评估模型；

1. 采用随机优化方法处理电价与负荷的不确定性；

1. 结合数字孪生技术实现供电能力的实时动态评估。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 张苗.工业企业用水调控中"经济-环境"权衡的政策效应评估与学习机制设计[D].江苏大学[2025-11-22].

[2] 姜乐.陕西农村清洁取暖需求响应负荷调峰策略研究:以浅层土壤源热泵空调为例[D].长安大学[2025-11-22].

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