馮力鴻

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電力市場分時電價策略及其影響分析

馮力鴻

（中國電力建設(shè)股份有限公司，北京 100044）

電力負(fù)荷通常隨著時間的變化而產(chǎn)生波動，隨著電力系統(tǒng)市場化的發(fā)展，發(fā)電側(cè)形成了競價上網(wǎng)的交易機(jī)制，而用戶側(cè)采用固定電價的非市場化運營，因此系統(tǒng)負(fù)荷峰谷變化而引起的電價波動會造成某些電網(wǎng)企業(yè)的利潤降低甚至導(dǎo)致虧損，使得電網(wǎng)企業(yè)需要獨自承擔(dān)巨大的市場風(fēng)險。因此在用戶側(cè)和發(fā)電側(cè)同時建立分時電價策略是十分必要的。本文介紹了電力用戶的分時電價策略，并分析了分時電價策略對系統(tǒng)的影響。

競價上網(wǎng)；分時電價；影響分析

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)用電量增長迅猛，電網(wǎng)用電負(fù)荷的峰谷差也在不斷加大，導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷率偏低，電力公司為了確保電力系統(tǒng)的可靠運行，在用電高峰時通常不得不切斷部分用戶的供電，而在用電低谷時又只能把發(fā)電機(jī)組的輸出降低甚至關(guān)停，導(dǎo)致嚴(yán)重的電力資源浪費。一方面會影響社會生產(chǎn)和人民正常生活，另一方面也會提高發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)成本[1]。為了解決電力供求問題，業(yè)界提出了峰谷分時電價的方案。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入分析電力用戶的峰谷分時電價策略，并對峰谷分時電價策略對電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行了研究。

1 分時電價策略的確立

1.1 模型參數(shù)的確立

1）峰谷時間段的區(qū)分

應(yīng)用模糊聚類法對負(fù)荷曲線的峰谷時間段的概率進(jìn)行分析，并應(yīng)用隸屬函數(shù)對峰時段、平時段和谷時段進(jìn)行確定，其原則如下。

（1）負(fù)荷曲線的最高點和最低點位于峰時段的概率分別為1和0。

（2）負(fù)荷曲線的最低點和最高點位于谷時段的概率分別為1和0。

負(fù)荷曲線上剩余電的峰谷時段概率應(yīng)用半梯形隸屬度函數(shù)進(jìn)行確認(rèn)。如圖1所示，和分別是曲線的最低谷和最高峰，為曲線上相應(yīng)的點，()為該點所處時間段的概率。

通常在進(jìn)行峰谷時段劃分時，可以建立一個包含各種峰谷時段劃分方法的集合，在每種模型下求解削峰填谷的最優(yōu)效果，并對集合中所有方法的結(jié)果進(jìn)行對比分析，選擇最優(yōu)策略。最終把一天分為1、2、3，即峰值、平值、谷值3個時段[2]。

圖1 半梯形分布函數(shù)

2）峰谷電價的建立

在實行峰谷電價前的電能平均電價為0，引入峰谷分時電價策略后，各時間段的電能價格分別為M、1、和m，則有

（2）

式中，M為峰值時間段的價格，1為平均時間段的價格，m為谷值時間段的價格，為向上和向下拉開幅值的比值，D為向下拉開的幅值。也可以計算出各時段的平均電價。

3）客戶端用電量

假定=()（0≤＜24）為某典型日負(fù)荷曲線，則有

式中，0、1、2、3分別為分時電價改革前的全天用電總量、峰值時間段用電量、平均時間段用電量以及谷值時間段的用電量。同理可得到進(jìn)行分時電價后的負(fù)荷曲線，如圖2所示。

圖2 典型用戶負(fù)荷曲線

1.2 建立分時電價策略模型

模型的滿足條件如下。

1）供電企業(yè)的利益

在電力系統(tǒng)市場化的環(huán)境下，發(fā)電企業(yè)進(jìn)行競價上網(wǎng)，而電網(wǎng)企業(yè)在進(jìn)行購電的同時又要向最終用戶銷售電能，其在進(jìn)行分時電價策略前后應(yīng)當(dāng)盡最大可能獲得更多利潤，最起碼不能降低利潤。

2）電力用戶的利益

電力用戶支出的電費金額為供電企業(yè)的銷售總額，對于用戶來講，在進(jìn)行峰谷分時電價策略之后，客戶用電時間在進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，所支出的電費總額不應(yīng)大于分時電價策略之前的額度。

3）限制條件

進(jìn)行峰谷分時電價后各時間段的性質(zhì)不變，同時系統(tǒng)運行的限制條件如爬坡限制等不變。

4）策略最終目標(biāo)

進(jìn)行分時電價策略是要對負(fù)荷波形進(jìn)行削峰填谷，保證負(fù)荷曲線峰值和谷值之間的差值最小，即盡可能減小負(fù)荷曲線的波動，使系統(tǒng)的負(fù)荷率和最小負(fù)荷系數(shù)增大，使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性增強(qiáng)[3]。

綜合以上條件，則有基于雙邊價格波動的分時電價策略函數(shù)為

式中

（5）

2 分時電價策略對電力系統(tǒng)的影響

2.1 分時電價策略對電力能源損耗的影響

電力系統(tǒng)運行過程中，負(fù)荷曲線越平坦，負(fù)荷在傳輸過程中造成的電能損耗越低。圖3為某供電公司分時電價策略應(yīng)用前后的用戶負(fù)荷曲線。從圖中可以看出，在分時電價策略應(yīng)用之后，受價格的影響，用戶會對用電方式進(jìn)行調(diào)整，盡可能避開用電高峰，以達(dá)到降低用電費用支出的目的，從而促使用戶負(fù)荷曲線的高峰用電負(fù)荷降低，低谷的用電負(fù)荷增加，使負(fù)荷曲線的平穩(wěn)度得到提高，電能在傳輸中造成的損耗也會降低。

圖4為分時電價策略應(yīng)用后對電能損耗影響的仿真結(jié)果。其中的電能損耗變化率為

式中，D0和D分別為分時電價應(yīng)用前后的電能損耗。從圖4可以發(fā)現(xiàn)，分時電價策略對電網(wǎng)的電能損耗的減少作用明顯。分時電價策略應(yīng)用之后，拉開比不同的情況下，用戶會根據(jù)峰谷電價的變化，做出相應(yīng)的反應(yīng)，主動避開用電高峰，系統(tǒng)的值明顯上升，表示電能在傳輸過程中的損耗大幅減少，當(dāng)峰谷電價比達(dá)到一定值以后這種影響作用會趨于平穩(wěn)。

圖3 分時策略下的用戶負(fù)荷曲線

圖4 分時電價對電能損耗的影響

2.2 分時電價策略對系統(tǒng)電壓損耗的影響

電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。用電設(shè)備在額定電壓下才能達(dá)到設(shè)計的最佳運行狀況表1為電壓波動對用電設(shè)備的影響。

表1 電壓波動對用電設(shè)備的影響

系統(tǒng)電壓波動和有功功率損耗的關(guān)系如下：

可見電壓損耗和有功功率損耗成正比。用平均負(fù)荷表示的電網(wǎng)有功損耗為

（9）

式中，、為負(fù)荷曲線、的形狀系數(shù)。假定負(fù)荷功率因數(shù)保持恒定，則有

式中，為最小負(fù)荷系數(shù)?？芍档碗娋W(wǎng)的有功損耗可以采取提高電力系統(tǒng)的負(fù)荷率和最小負(fù)荷系數(shù)的方法。而應(yīng)用分時電價策略后正好可以促使最小負(fù)荷系數(shù)和負(fù)荷率增大，從而既可以降低電網(wǎng)的電能損耗，減小負(fù)荷曲線的形狀系數(shù)，還可以提升發(fā)電機(jī)的效率，改善電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

2.3 分時電價策略對用戶購電費用的影響

分時電價策略的實施會對電力用戶的購電費用造成相當(dāng)大的影響，合理的分時電價策略不僅可以進(jìn)行系統(tǒng)峰谷調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，還可以使用戶的購電費用降低，其中合理的電價拉開比是關(guān)鍵。圖5為分時電價對用戶購電費用的影響曲線，可以看出，當(dāng)拉開比不同時，用戶購電費用隨著峰谷電價比值的增大而變化，用戶的購電費用在拉開比為1時會增加，而隨著拉開比的降低用戶的購電費用會明顯降低，對不同的拉開比仿真有同樣的結(jié)果。因此綜合考慮系統(tǒng)的調(diào)峰、電能損耗減少以及用戶電費支出3方面要求，分時電價的拉開比應(yīng)小于1。

圖5 分時電價策略對用戶購電費用的影響

3 結(jié)論

本文對電網(wǎng)的分時電價策略建立及其影響進(jìn)行了分析。可以看出，科學(xué)的電價建立機(jī)制對電力系統(tǒng)的運行影響重大，通過適當(dāng)?shù)姆謺r電價策略，可以對系統(tǒng)負(fù)荷曲線、電能損耗以及用戶電費支出起到積極作用。因此，科學(xué)合理的分時電價策略研究是電網(wǎng)運行所要研究的重點問題。本文提出的模型具有一定的參考意義，但是研究中還存在一些不足，沒有考慮季節(jié)影響以及地區(qū)電力的豐枯影響，同時，也忽略了網(wǎng)絡(luò)損耗以及地區(qū)輸電限制造成的影響，因此對于分時電價模型的進(jìn)一步完善還有很多工作需要做。

[1] 言茂松. 電能價值當(dāng)量分析與分時電價預(yù)測[M]. 北京: 中國電力出版社, 1998.

[2] 馬金明, 秦雷鳴, 朱振青. 供電公司分時售電電價研究[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2002, 26(5): 9-12, 59.

[3] 霍雪松, 金益民. 電力市場中分時電價模型研究[J]. 江蘇電機(jī)工程, 2003, 22(2): 17-19.

Strategy of Electricity Market and Its Influence Analysis

Feng Lihong

(China Electric Power Construction Limited by Share Ltd, Beijing 100044)

Power load often changes with time fluctuate, along with the development of the market of electric power system, power generation side formed bidding transaction mechanism, and user side by fixing the price of electricity in the non market operation, so the system load peak and valley changes caused by electricity price fluctuation caused by certain power grid enterprise's profit decreased and even lead to loss, caused by power grid enterprises alone to face huge market risks. So it is very necessary to set up the electricity pricing strategy at the same time in the user side and power generation side. This paper introduces the power user's time sharing price strategy, and analyzes the effect of the time sharing price strategy on the system.

bidding; time sharing price; influence analysis

馮力鴻（1980-），男，高級工程師，從事電力項目投資運營、電力市場研究工作。