智能电表的经济信息：需求概况与

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英文标题：
《Economic information from Smart Meter: Nexus Between Demand Profile and
  Electricity Retail Price Between Demand Profile and Electricity Retail Price》
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作者：
Yang Yu, Guangyi Liu, Wendong Zhu, Fei Wang, Bin Shu, Kai Zhang, Ram
  Rajagopal, and Nicolas Astier
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最新提交年份：
2016
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英文摘要：
  In this paper, we demonstrate that a consumer\'s marginal system impact is only determined by their demand profile rather than their demand level. Demand profile clustering is identical to cluster consumers according to their marginal impacts on system costs. A profile-based uniform-rate price is economically efficient as real-time pricing. We develop a criteria system to evaluate the economic efficiency of an implemented retail price scheme in a distribution system by comparing profile clustering and daily-average clustering. Our criteria system can examine the extent of a retail price scheme\'s inefficiency even without information about the distribution system\'s daily cost structure. We analyze data from a real distribution system in China. In this system, targeting each consumer\'s high-impact days is more efficient than target high-impact consumers.
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中文摘要：
在本文中，我们证明了消费者的边际系统影响只取决于他们的需求概况，而不是他们的需求水平。根据对系统成本的边际影响，需求档案聚类与集群消费者是相同的。基于配置文件的统一费率价格与实时定价一样经济高效。通过比较剖面聚类和日平均聚类，我们开发了一个标准系统来评估分销系统中已实施零售价格方案的经济效率。我们的标准体系可以检查零售价格方案的低效程度，即使没有关于分销系统每日成本结构的信息。我们分析了来自中国实际配送系统的数据。在这个系统中，针对每个消费者的高影响日比针对高影响消费者更有效。
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分类信息：

一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Economics        经济学
分类描述：q-fin.EC is an alias for econ.GN. Economics, including micro and macro economics, international economics, theory of the firm, labor economics, and other economic topics outside finance
q-fin.ec是econ.gn的别名。经济学，包括微观和宏观经济学、国际经济学、企业理论、劳动经济学和其他金融以外的经济专题
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PDF下载：
--> Economic_information_from_Smart_Meter:_Nexus_Between_Demand_Profile_and_Electric.pdf (590.8 KB)

2022-5-31 00:33:29 上传

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关键词：经济信息 智能电表 distribution economically Inefficiency

智能电表的经济信息：需求文件与电力零售价格之间的关系IEEE学生成员Yang Yu、IEEE高级成员Guangyi Liu、IEEE高级成员Wendong Zhu、Fei Wang、Bin Shu、Kai Zhang、Ram Rajagopal、IEEE成员Nicolas Astier。在本文中，我们证明了消费者的边际系统影响仅由其需求绩效而非需求水平决定。根据集群消费者对系统成本的边际影响，需求型集群与集群消费者完全相同。基于文件的统一费率价格在经济上与实时定价一样有效。我们开发了一个标准系统，通过比较优势聚类和日平均聚类来评估分销系统中实施的详细价格方案的经济效率。我们的标准体系可以检查零售价格方案的无效程度，即使没有关于分销系统每日成本结构的信息。我们分析了来自中国实际配电系统的数据。在这个系统中，针对每个消费者的高影响日比针对高影响消费者更有效。指数术语需求利润、边际系统影响、零售价格、集群、分销系统I。简介消费者的日常需求从根本上与在配电网系统（DS）中为其提供服务的成本有关【1】。消费者的每日需求比例是他们每天的小时电量需求，通过智能电表测量。DS中的总需求比例决定了DS的日常系统成本和相关排放量【2】。当前大多数零售价格设计基于需求水平，而非需求比例。例如，目前美国大部分地区的零售电费。

市场包括两部分：电能消耗的分层价格，以及平衡公用事业公司固定成本和其他服务成本预算的固定费用【3】。这两部分都独立于消费者的需求文件。缺乏有关个人用户电力需求模式的信息限制了零售价格设计和需求响应项目目标。在智能电表收集个人消费者的需求文件之前，零售价格设计和需求响应项目的设计基于两个假设[4]。一是所有的消费者都有非常相似的用电模式。另一个原因是供应成本曲线是凸的。这两个假设得出的结论是，theYang Yu在加州斯坦福大学Precourt能源效率中心和管理科学与工程系工作，94305，yangyu1@stanford.edu.Guangyi刘、朱文东和王菲在盖里北美公司工作，地址：5451 Great America Parkway，Santa Clara，CA 95054，guangyi。liu@geirina.net.Bin舒和王凯在中国北京电力经济技术研究院工作，邮编100055。Ram Rajagopal就职于加利福尼亚州斯坦福大学土木与环境工程系和电子工程系，邮编94305，ramr@stanford.edu.NicolasAstier在法国图卢兹图卢兹经济学院工作，31500，nicolas。astier@ut-国会大厦。fr.为消费者提供服务的边际系统成本随消费者的需求水平单调增加。例如，分层价格方案向每月总需求水平超过给定阈值的消费者收取的费用高于其他用户。无论何时出现高峰需求，需求费也仅根据一个月内的高峰需求水平为消费者定价。只有当消费者使用模式同质化的假设成立时，这些“基于需求水平”的政策才有效。

不幸的是，这种假设被智能电表数据的经验数据分析所推翻。研究人员发现，输电系统中消费者的日常需求具有显著的异质性【5】。[6] 证明了每年消费者对天然气和天然气的需求可分为200多种类型。消费者日常需求比例的异质性表明，我们应该分析为不同消费者提供服务的边际成本差异，检查消费者边际系统影响与其需求比例和水平之间的关系，并重新考虑我们当前的零售定价方案。消费者每日需求报告提供了我们关于影响消费行为的特征的信息，如温度[7][8][9][10][11]。此外，还使用需求报告来提高需求预测的准确性[12][13][14][15]。许多研究试图在需求报告的基础上，以消费者为目标进行需求管理[16][17][18][19]。然而，我们仍然缺乏对消费者异质但集群化需求的经济解释。因此，目前尚不清楚如何将文件聚类结果用于配电系统市场设计和需求响应项目开发。在利用消费者档案信息设计零售合同和需求响应项目之前，必须解决两个核心问题。消费者的需求水平和利润如何影响分销系统为该消费者提供服务的成本？消费者的利益集群与他们对分销系统成本的影响之间的关系是什么？理解消费者需求文件和系统成本之间的关系是分析为消费者服务的可行性、评估零售价格设计或需求响应项目的效率以及检查DS中需求响应资源质量的框架的基础。

在本文中，我们解释了消费者需求比例、边际系统成本和经济最优日平均零售率之间的经济关系。该经济解释还用于制定标准，以评估DS中实施的具体价格方案的经济效率和关联影响。论文的其余部分组织如下：第二节包括关于消费者需求比例和边际系统影响的理论讨论；我们在第三节中解释了需求比例聚类和日平均率聚类之间的联系；然后，我们制定了评估第四节零售价格设计的标准；第五节中国DS实证分析综述；第六节包括对实证研究的讨论，并总结全文。二、负荷分布聚类、边际系统影响和定价设计。一个消费者的边际系统影响我们检查一个服务于N个小时需求为正的消费者的DS。消费者i的每日需求由-→Li=（li1，…，lih，…，li24）h=1∈ R、 其中，lihis consumeri的小时需求量（单位：h）。所有消费者需求的总和为DS的每日系统总需求量-→L=PNi=1-→Li，它决定了DS的每日系统成本和排放量。每日成本C(-→L）以及排放量，不仅取决于总的电力需求量，还取决于-→L的文件，包括峰值水平、峰值时间和振幅范围。例如，C(-→L）当-→我有一个很大的eveningramp，比如加利福尼亚州的“鸭子曲线”。我们假设-→L有M个影响系统成本的特性，并使用φjt表示第jth个特性。特征φjis是-→L

在本节中，我们考察了消费者日常需求对每日成本C的边际影响(-→L）通过影响-→L的专业功能。-→当消费者i增加其需求并保持其每日需求比例不变时，L及其特征会发生变化，这意味着额外的电力需求会根据i的每日需求比例分配到24小时。-→L’特性决定每日系统成本。因此，消费者i保持需求增长的能力将改变theDS的每日系统成本。由消费者i的每日电力需求引起的边际系统每日成本是系统每日成本的导数-→李。我们将i的边际系统特征影响（MFI）和边际系统成本影响（MCI）定义为-→L的文件功能和系统成本对应于-→Li\'s致力于保持需求增长。定义消费者i的边际系统特征对φjisMF Ii的影响，j=-→Liφ(-→L）=lim→0φj(-→L+-→Lik公司-→Lik）- φj(-→L）. （1） 这里，kokis是R的形式。相应地，消费者i的日常需求对边际系统成本的影响是cii=-→LiC公司(-→L）=MXj=1(CφjMF Ii，j）。（2） 在这里，Cφjis具有φj的边际系统成本影响。MFI和MCI对需求比例敏感，而不是对需求水平敏感。我们提出两项日常需求-→利昂-→如果线性相关，则LK共享相同的需求比例。如果两个消费者的日常需求共享相同的需求比例，即使他们消耗的电量不同，他们的MFI和MCI也相同。定理二。1、如果-→利昂-→LK呈线性相关，消费者i和k共享相同的MFI和MCI。证明：假设消费者i和k具有相同的需求文件。他们的日常需求呈线性相关，因此α-→李=-→Lk，其中α为正常数。

j、 MF Ii，j=lim→0φj(-→L+-→Lik公司-→Lik）- φj(-→L）.= lim公司→0φj(-→L+α-→Likα-→Lik）- φj(-→L）.= lim公司→0φj(-→L+-→Lkk公司-→Lkk）- φj(-→L）.= MF-Ik，j。因为M F-Ii，j=MF-Ii，k对于所有j，我们得出结论，mcii=MCIk。定理二。1是消费者档案聚类的经济学解释。引理II。2、需求预测聚类实际上是根据消费者的MFI和MCI对消费者进行聚类。同一专业集群中的消费者共享相同的MFI和MCI。B、 消费者需求比例和经济零售价格消费者MCI与经济最优零售价格有着根本的相关性。根据消费者的MCI向消费者收费的零售价格设计在经济上是最优的。如果消费者以等同于toMCIi的费率支付每日账单，我们将此价格方案称为“定价菜单”（PPM）。PPM实际上为消费者提供了一个成对的菜单（价格、每日价格），并允许消费者从菜单中选择demandpro文件。PPM相当于以实时小时价格（RTP）向消费者收费，有两种方式。首先，PPM给予每个消费者与RTP相同的经济激励。其次，PPM和RTP在DS中导致了相同的市场均衡，这意味着消费者需求、系统成本和排放量是相同的。在下面的定理中，我们证明了基础定理II。3、根据购买力平价向消费者收费为每个消费者在所有时间内提供了相同的激励，从而导致了与DS系统中向消费者收取RTP相同的市场均衡。因此，PPM也是经济有效的零售价格。证明：我们的演示包括三个步骤。首先，Webbuild在消费者的MCI和RTP之间建立链接。然后，我们证明了PPM和RTP在每个消费者决定其小时需求水平时为他们提供了相同的信息。

最后，我们证明了相同的个体经济激励会导致相同的市场均衡。步骤1：我们使用λhto表示hourh中的批发RTP，并且-→∧=（λ…λ）表示全天的RTP。每日系统成本为-→∧·-→L |。因此，消费者i的MCIMCIi=-→LiC公司(-→L）=-→李-→∧·-→L|=-→∧-→李·-→L |=Xh=1li，hPh=1li，hλh。（3）这里，li，他的消费者i在h小时内的消费。因此，MCI是RTP的加权平均值，其中每小时价格的权重是每小时需求与每日总需求的比例。步骤2：我们使用Ui（li，1，…，li，24）来表示consumeri的效用函数。考虑到PPM，消费者i支付SMCII（li，1，…，li，24）要求一个单位的电力。MCIi（li，1，…，li，24）是li，h的函数。因此，消费者的每小时需求可以通过以下福利最大化问题来解决Max（li，h，i） Ui（li，1，…，li，24）- M CIi（li，1，…，li，24）×Xm=1li，M（4）因此，一阶条件为Ui（li，1，…，li，24）li，h=MCIili，h×Xm=1li，m{z}A+MCIi{z}B，h、 （5）式（5）的左侧是消费者i的边际效用，即需求li，hin小时h，包括两部分。术语Ais是指通过影响MCIi费率对所有小时成本的边际影响。B项是通过改变需求水平，对h小时成本的边际影响。术语A和B的总和是小时h的RTP。MCIili，h×Xm=1li，m+MCIi=λhPm6=hli，m-Pm6=hλmli，m（Pm=1li，m）×Xm=1li，m+Xm=1li，mPm=1li，mλm=λh（6），因此，式（5）等价于Ui（li，1，…，li，24）li，h=λh，h、 （7）当在DS中实现RTP时，消费者i的福利最大化问题ismax（li，h，i） Ui（li，1，…，li，24）-Xh=1λhli，h（8）式（8）的一阶条件也是式（7）。

因此，PPM和RTP在所有时间为消费者i提供相同的经济激励。步骤3：当所有消费者都是价格接受者时，RTPin小时hλh(-→L）仅是总需求的函数，不受单个消费者需求的影响。因此，整个DS的供应成本为C(-→L）=Ph=1λh(-→L）Pi=1N。因此，对于PPM和RTPscenarios，所有小时的市场均衡都是从Ui（li，1，…，li，24）li，h=λh(-→L），i、 h.（9）因此，PPM和RTP导致相同的市场均衡。由于RTP是经济上最优的零售价格，PPM也是经济上最优的。三、 轮廓聚类和日平均费率聚类PPM方案的经济最优性表明了消费者需求预测聚类的经济本质。定理二。1和II。3共同表明，共享相同需求比例的消费者在PPM模式下支付相同的每日费率。因此，当实施PPM时，相同需求群体中的消费者支付相同的费率。因为PPM dailyrate和RTP之间的经济联系在定理II的证明中得到了证明。3、使用RTP时，同一需求档案群中的消费者也支付相同的每日平均费率。推论III.1。实施RTP或PPMis时，同一需求项目群中的消费者支付相同的每日平均费率。推论III.1中的结论可以推广到以下定理中的任何经济最优价格方案，这是本文的核心结论。在这个定理中，我们得出结论，当且仅当每个消费者根据实施零售价格计算的平均日利率为其MCI时，实施零售价格才是经济最优的。

因此，如果实施了经济最优的价格方案，则根据消费者需求比例对消费者进行的划分是根据日平均价格对消费者进行划分的结果。当两个集群中的使用者具有不同的MCI时，两个分区必须相同。定理III.2。只有当每个消费者的日平均价格是他们的MCI时，价格方案才是经济最优的。因此，经济上最优的价格将导致共享相同需求比例的消费者支付相同的日均利率，即使他们有不同的需求水平。证明：定理二。3已证明其有效性。在这里，我们证明了必要性。我们假设Γ是一个经济最优的价格方案。消费者i的平均日消费率为γi，它是消费者i每小时需求的函数，在消费者之间可能有所不同。因此，消费者i通过求解以下福利优化问题来选择价格方案Γ下的小时需求。最大值（li，h，i） Ui（li，1，…，li，24）- γi（li，1，…，li，24）Xm=1li，m（10），然后，根据一阶条件求解消费者i的小时需求束。Ui（li，1，…，li，24）li，h=γili，hXm=1li，m+γi，h、 （11）由于γ是经济最优的，Ui（li，1，…，li，24）li，hm必须等于λh。因此，根据Cauchy-Kovalevskaya定理，等式（11）在（λ，…，λ）附近有唯一的解析解。因为M ci是等式（11）的解，所以γim必须等于MCIi。四、 D中实施零售价格方案的绩效评估标准将消费者需求文件、MCI和经济最优价格方案联系在一起的经济联系有助于评估DS中实施零售价格方案的经济绩效。