黃海濤，高暢，吳潔晶，楊冬

（上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，上海 200090）

負(fù)荷率電價(jià)的選擇性證明及實(shí)用化選項(xiàng)設(shè)計(jì)方法

黃海濤，高暢，吳潔晶，楊冬

（上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，上海 200090）

以國(guó)家銷售電價(jià)改革為背景，對(duì)我國(guó)銷售電價(jià)市場(chǎng)化改革背景下的負(fù)荷率電價(jià)如何適應(yīng)電力市場(chǎng)進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)于電力市場(chǎng)化條件下，負(fù)荷率電價(jià)如何與電力用戶交互、為電力用戶提供選擇權(quán)的研究鮮少，且極少有詳明理論。通過(guò)對(duì)負(fù)荷率電價(jià)和可選擇電價(jià)兩種電價(jià)制度的研究，對(duì)負(fù)荷率電價(jià)的實(shí)用化選項(xiàng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探究，并從理論上證明負(fù)荷率電價(jià)具備可選擇性，為制定可選擇負(fù)荷率電價(jià)提供理論依據(jù)。最后，通過(guò)算例分析驗(yàn)證了負(fù)荷率電價(jià)的可選擇性及其實(shí)用化選項(xiàng)設(shè)計(jì)方法的合理性。

銷售電價(jià)；負(fù)荷特性；負(fù)荷率電價(jià)；可選擇電價(jià)

2015年推出的新電改9號(hào)文提出要進(jìn)一步深化電力體制改革，形成適應(yīng)市場(chǎng)要求的電價(jià)機(jī)制[1-3]，讓電力用戶能夠通過(guò)結(jié)合自身負(fù)荷特性，進(jìn)行電價(jià)模式選擇。因此，負(fù)荷率電價(jià)和可選擇電價(jià)在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注和研究。文獻(xiàn)[4]通過(guò)介紹國(guó)外的可選擇電價(jià)做法與經(jīng)驗(yàn)和對(duì)可選擇電價(jià)理論依據(jù)的研究指出可選擇電價(jià)能夠引導(dǎo)用戶參與并優(yōu)化用電行為，同時(shí)改善用戶和電力企業(yè)的利益，實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利的帕累托優(yōu)化，表示我國(guó)電價(jià)政策體系中有必要引入這種電價(jià)制度。文獻(xiàn)[5-9]通過(guò)對(duì)電價(jià)影響因素和選擇性電價(jià)內(nèi)涵和定價(jià)基礎(chǔ)的研究，對(duì)我國(guó)構(gòu)建選擇性零售電價(jià)體系和實(shí)施選擇性零售電價(jià)的可行性進(jìn)行了分析，并給出了一種可選擇兩部制電價(jià)定價(jià)模型。與此同時(shí)，根據(jù)用戶的用電負(fù)荷特性制定的負(fù)荷率電價(jià)，由于其明顯的優(yōu)點(diǎn)得到了進(jìn)一步的研究。文獻(xiàn)[10-11]對(duì)負(fù)荷率電價(jià)體系的設(shè)計(jì)及其選擇性實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行研究并給出了具體的設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)[12-13]對(duì)負(fù)荷率電價(jià)與分時(shí)電價(jià)的配合進(jìn)行研究，并構(gòu)建了相應(yīng)的電價(jià)模型。

目前，對(duì)于負(fù)荷率電價(jià)及其選擇性的研究多集中在電價(jià)的制定方法研究與建模上，沒(méi)有形成一整套的理論支撐與制定方法。因此，本文將補(bǔ)充可選擇負(fù)荷率電價(jià)在理論研究上的缺失，對(duì)負(fù)荷率電價(jià)的可選擇性進(jìn)行理論分析與證明。結(jié)果證明負(fù)荷率電價(jià)具備可選擇性，可選擇負(fù)荷率電價(jià)同時(shí)具備負(fù)荷率電價(jià)和可選擇電價(jià)的優(yōu)勢(shì)，具有較強(qiáng)的可操作性。

1 負(fù)荷率電價(jià)的基本內(nèi)涵及實(shí)用化選項(xiàng)設(shè)計(jì)方法

1.1 負(fù)荷率電價(jià)的基本內(nèi)涵

目前，國(guó)外許多國(guó)家都采用了負(fù)荷率電價(jià)，如法國(guó)，美國(guó)和韓國(guó)等都根據(jù)本國(guó)實(shí)際制定了應(yīng)用范圍和程度不同的負(fù)荷率電價(jià)。雖然我國(guó)還沒(méi)有執(zhí)行負(fù)荷率電價(jià)，但隨著電力市場(chǎng)化改革的推進(jìn)，推行負(fù)荷率電價(jià)已是大勢(shì)所趨。負(fù)荷率電價(jià)相對(duì)于其他電價(jià)制度來(lái)說(shuō)有一定的特殊性，比如考慮負(fù)荷率因素的不同用戶的用電成本不僅取決于用戶本身的用電特性，還通過(guò)系統(tǒng)同時(shí)率指標(biāo)取決于其他用戶的用電特性。負(fù)荷率電價(jià)的核心并不是補(bǔ)償成本，而是引導(dǎo)用戶優(yōu)化用電特性，提高系統(tǒng)負(fù)荷率，負(fù)荷率電價(jià)的這種功能突出并強(qiáng)化了電價(jià)的資源配置功能。

1.2 負(fù)荷率電價(jià)的實(shí)用化選項(xiàng)設(shè)計(jì)方法

負(fù)荷率電價(jià)制定的基礎(chǔ)是邊際成本定價(jià)原理，根據(jù)用戶負(fù)荷率的不同對(duì)用戶收取不同的費(fèi)用。電力系統(tǒng)中廣大用戶的用電負(fù)荷特性不同，故不同負(fù)荷率用戶的用電成本也是不相同的。因此，負(fù)荷率電價(jià)的制定包括負(fù)荷率分檔和電價(jià)水平分檔兩個(gè)方面，負(fù)荷率分檔是指通過(guò)對(duì)不同用戶負(fù)荷特性的分析與擬合，確定負(fù)荷率分檔的數(shù)目與檔位邊界，電價(jià)水平分檔是指根據(jù)用戶所處電壓等級(jí)和負(fù)荷率等用電成本特性對(duì)用戶進(jìn)行分檔定價(jià)。最后，根據(jù)分檔結(jié)果進(jìn)行供電成本分析，以便于對(duì)供電成本的合理回收。

負(fù)荷率分檔方法：1）選取樣本用戶，采集樣本用戶的用電負(fù)荷特性數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；2）統(tǒng)計(jì)分析樣本用戶的負(fù)荷率及其分布情況；3）根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)負(fù)荷率初步分檔，并根據(jù)供電成本測(cè)算每一檔電價(jià)水平；4）根據(jù)用戶比重、價(jià)格水平等因素對(duì)負(fù)荷率分檔檔位進(jìn)行調(diào)整、合并，最終確定負(fù)荷率分檔結(jié)果。負(fù)荷率電價(jià)水平分檔方法：1）根據(jù)負(fù)荷率分檔結(jié)果，對(duì)各檔位用戶的供電成本進(jìn)行分析；2）在供電成本分析的基礎(chǔ)上，確定電價(jià)水平，通過(guò)財(cái)務(wù)平衡調(diào)整，并制定相應(yīng)的負(fù)荷率電價(jià)。

2 負(fù)荷率電價(jià)的可選擇性研究與證明

2.1 負(fù)荷率電價(jià)的可選擇性研究

對(duì)于電力系統(tǒng)中的用戶，按照負(fù)荷特性分析得到用戶的負(fù)荷率-同時(shí)率關(guān)系曲線如圖1所示，對(duì)于某類用戶而言，假設(shè)其平均負(fù)荷率為f，同時(shí)率為d，則該用戶的負(fù)荷率、同時(shí)率對(duì)應(yīng)于用戶負(fù)荷率-同時(shí)率關(guān)系曲線中的C點(diǎn)，設(shè)該類用戶所處電壓等級(jí)的系統(tǒng)邊際容量成本為Csmc，則該類用戶應(yīng)承擔(dān)的容量成本為d×Csmc，即圖中AC部分。過(guò)C點(diǎn)作切線與縱軸交于點(diǎn)e，該交點(diǎn)將用戶應(yīng)承擔(dān)的容量成本分為AB和BC兩部分，其中AB部分與負(fù)荷率、年利用小時(shí)數(shù)無(wú)關(guān)，把這部分作為基本電費(fèi)；BC部分則與負(fù)荷率、年利用小時(shí)數(shù)有關(guān)，把這部分歸入電度電費(fèi)，由電度電價(jià)回收。如圖1所示，當(dāng)用戶負(fù)荷率為60%時(shí)，用戶應(yīng)承擔(dān)80%的容量成本，其中40%容量成本作為基本電費(fèi)，剩下40%的容量成本轉(zhuǎn)入電度電費(fèi)。

圖1 容量成本在基本電費(fèi)和電度電費(fèi)中的分?jǐn)偸疽鈭DFig.1 Schematic diagram of the capacity cost allocation in the basic electricity price and consumption-based electricity price

根據(jù)用戶的負(fù)荷率不同，其所應(yīng)承擔(dān)的容量成本也不相同，可以通過(guò)對(duì)不同負(fù)荷率的用戶制定不同的兩部制電價(jià)組合，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)不同負(fù)荷特性用戶供電成本的公平合理回收。由于電力企業(yè)作為獨(dú)家供電的公共事業(yè)，它在價(jià)格制定方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位；同時(shí)，它比政府監(jiān)管部門具有信息優(yōu)勢(shì)，政府部門很難監(jiān)管其在定價(jià)過(guò)程中上報(bào)用戶用電負(fù)荷信息的真實(shí)性。為防止電力企業(yè)憑借自身信息不對(duì)稱地位和定價(jià)優(yōu)勢(shì)，對(duì)用戶制定高價(jià)格以賺取不正當(dāng)利益，可通過(guò)制定負(fù)荷率電價(jià)菜單，讓用戶自行選擇符合自己利益的電價(jià)組合套餐，該電價(jià)組合套餐應(yīng)滿足可分離均衡條件。由此，電力公司可合理回收供電成本，電力用戶可公平分?jǐn)傆秒姵杀荆煌瑫r(shí)，有效引導(dǎo)用戶改變用電模式，充分挖掘需求側(cè)潛力，優(yōu)化電力資源配置。

2.2 負(fù)荷率電價(jià)的可選擇性證明

根據(jù)用戶負(fù)荷率制定的可選擇電價(jià)組合菜單應(yīng)能實(shí)現(xiàn)用戶理性選擇價(jià)格組合的結(jié)果與負(fù)荷率定價(jià)初衷相一致，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的定價(jià)目標(biāo)。由于可選擇定價(jià)存在逆向選擇問(wèn)題，因此負(fù)荷率電價(jià)的可選擇性實(shí)現(xiàn)還應(yīng)當(dāng)滿足用戶參與約束和激勵(lì)相容約束。目前，在我國(guó)，電力僅由一家電力公司提供供電服務(wù)，因此滿足用戶參與約束。對(duì)于用戶激勵(lì)相容約束，根據(jù)用戶負(fù)荷率制定的電價(jià)組合菜單應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶a所制定的電價(jià)組合i，當(dāng)用戶a選擇電價(jià)組合i時(shí)，與選擇其他電價(jià)組合相比，其支付的電費(fèi)最少，即平均電價(jià)最小。

負(fù)荷率與同時(shí)率之間的關(guān)系無(wú)法用數(shù)學(xué)模型表述，只能通過(guò)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出。對(duì)于同一電壓等級(jí)，該電壓等級(jí)用戶的負(fù)荷率-同時(shí)率關(guān)系曲線滿足二階多項(xiàng)式，呈開(kāi)口向下的拋物線形式，則負(fù)荷率、同時(shí)率滿足二次函數(shù)關(guān)系式[14]：

式中：f為用戶的負(fù)荷率；d為用戶負(fù)荷率為f時(shí)所對(duì)應(yīng)的同時(shí)率；a、b為二階多項(xiàng)式的常系數(shù)，且a＜0。

據(jù)上述容量成本分?jǐn)偰Ｐ涂芍河脩舴謹(jǐn)偟娜萘砍杀局校苫倦妰r(jià)回收的部分占系統(tǒng)邊際容量成本的比重為e，剩余的應(yīng)分?jǐn)偟娜萘砍杀竞腿侩娏砍杀居呻姸入娰M(fèi)回收。根據(jù)負(fù)荷率-同時(shí)率曲線，可得用戶應(yīng)承擔(dān)容量成本分?jǐn)偟饺萘侩娰M(fèi)中的比例為

結(jié)合式（1）簡(jiǎn)化可得：

有同一電壓等級(jí)的不同負(fù)荷率的兩個(gè)用戶，分別記為用戶i和用戶j，按前文負(fù)荷率分檔定價(jià)為用戶i和用戶j制定相應(yīng)的電價(jià)組合1和2：

電價(jià)組合1基本電費(fèi)：

電價(jià)組合1電度電費(fèi)：

電價(jià)組合2基本電費(fèi)：

電價(jià)組合2電度電費(fèi)：

式中：AC是單位容量成本；T是測(cè)算時(shí)間周期；CV是變動(dòng)成本。

令用戶i選擇電價(jià)組合1時(shí)應(yīng)支付的電費(fèi)記為M1；用戶i選擇電價(jià)組合2時(shí)應(yīng)支付的電費(fèi)記為M2；則有：

將式（1）和（3）代入上式化簡(jiǎn)可得：

式中，a＜0且f1≠f2，其余參數(shù)均大于0；因此。

式（8）、式（9）表明：用戶i只有選擇根據(jù)其負(fù)荷率制定的電價(jià)組合1時(shí)，所支付的電費(fèi)才能最低。這時(shí)，用戶的選擇才與電力公司的電價(jià)設(shè)計(jì)期望一致。因此，基于負(fù)荷率的兩部制電價(jià)模型能夠滿足用戶參與約束和激勵(lì)相容約束，能夠解決可選擇電價(jià)的逆向選擇問(wèn)題，由此證明基于用戶負(fù)荷率的負(fù)荷率電價(jià)具有可選擇性。

3 算例分析

現(xiàn)以某省市35 kV的用戶用電數(shù)據(jù)和供電成本數(shù)據(jù)為依據(jù)，以該省市35 kV工商業(yè)用戶為研究對(duì)象，通過(guò)負(fù)控系統(tǒng)抽取有效用戶樣本850戶，采集系統(tǒng)最大負(fù)荷日的日負(fù)荷數(shù)據(jù)。對(duì)樣本用戶進(jìn)行用電負(fù)荷特性分析，結(jié)合供電成本數(shù)據(jù)和負(fù)荷率電價(jià)模型，通過(guò)測(cè)算，制定相應(yīng)的負(fù)荷率電價(jià)。在維持銷售電價(jià)定價(jià)目標(biāo)與現(xiàn)有收入不變的前提下，根據(jù)用戶負(fù)荷率分布情況與售電量數(shù)據(jù)，進(jìn)行該電壓等級(jí)用戶負(fù)荷率分檔與測(cè)算電價(jià)水平結(jié)果如表1。

表1 某省市35 kV工商業(yè)用戶負(fù)荷率分檔電價(jià)表Tab.1 The load rate step electricity price for 35 KV industrial and commercial users in a certain province or municipality

從表1負(fù)荷率分檔電價(jià)可以看出：高負(fù)荷率電價(jià)中的基本電費(fèi)高于低負(fù)荷率電價(jià)的基本電費(fèi)、電度電費(fèi)低于低負(fù)荷率電價(jià)的電度電費(fèi)，這是由于高負(fù)荷率用戶占用發(fā)、輸變電設(shè)備時(shí)間較長(zhǎng)，因此需支付的基本電費(fèi)較高，容量成本分?jǐn)偟诫姸入娰M(fèi)中的那部分較少，所以電度電費(fèi)較低。隨著負(fù)荷率的提升，平均電價(jià)逐漸降低。這些都表明負(fù)荷率電價(jià)能夠反映不同負(fù)荷率用戶供電的固定成本和變動(dòng)成本的差異，并且能夠激勵(lì)用戶提高用電負(fù)荷率。

由于負(fù)荷率電價(jià)在執(zhí)行過(guò)程中，電力企業(yè)需要獲得用戶負(fù)荷率信息，才能據(jù)此對(duì)用戶執(zhí)行不同的電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。然而，實(shí)際上電力企業(yè)很難獲得用戶的負(fù)荷率信息，特別是為數(shù)眾多的中小用戶的負(fù)荷率信息，這導(dǎo)致負(fù)荷率電價(jià)執(zhí)行起來(lái)十分困難。因此，基于經(jīng)濟(jì)機(jī)制設(shè)計(jì)理論的可選擇電價(jià)設(shè)計(jì)機(jī)制成為了解決上述問(wèn)題的最好方法。本文中為實(shí)現(xiàn)負(fù)荷率電價(jià)的可選擇性，通過(guò)制定多個(gè)兩部制電價(jià)選項(xiàng)讓用戶自由選擇，該電價(jià)組合套餐的制定目標(biāo)應(yīng)與負(fù)荷率分檔電價(jià)一致，且能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)電力用戶的有效區(qū)分，防止用戶選擇結(jié)果偏離定價(jià)預(yù)期。因此，需要對(duì)電價(jià)組合選項(xiàng)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與負(fù)荷率電價(jià)等同的效果。設(shè)計(jì)與表1負(fù)荷率分檔電價(jià)具有等同效果的可選擇兩部制電價(jià)組合套餐如表2所示。

表2 與負(fù)荷率電價(jià)等效的可選擇兩部制電價(jià)套餐Tab.2 The optional two-party electricity price package equivalent to the load factor electricity price

用戶從套餐選項(xiàng)A、B、C中自由選擇一組適合自身的價(jià)格組合套餐，圖2顯示各種負(fù)荷率用戶選擇3種套餐與所支付的平均電價(jià)之間的關(guān)系。

從圖2可以看出：負(fù)荷率在[0～0.35]的用戶選擇套餐A時(shí)支付的平均電費(fèi)最少；負(fù)荷率在[0.35～0.75]的用戶選擇套餐B時(shí)支付的平均電費(fèi)最少；負(fù)荷率在 [0.75～1]的用戶選擇套餐C時(shí)支付的平均電費(fèi)最少。由此可知，用戶的選擇結(jié)果與可選擇兩部制電價(jià)定價(jià)預(yù)期相同，滿足用戶可分離條件。因此，該選擇套餐執(zhí)行結(jié)果與執(zhí)行負(fù)荷率電價(jià)效果等同。

圖2 可選擇兩部制電價(jià)用戶負(fù)荷率與平均用電價(jià)格關(guān)系曲線圖Fig.2 The relationship between the user load rate and the average electricity price for customers who can choose the two-part electricity pricing system

4 結(jié)語(yǔ)

負(fù)荷率電價(jià)具有激勵(lì)用戶提高用電負(fù)荷率和使用戶公平合理分?jǐn)偣╇姵杀镜膬?yōu)勢(shì)，在負(fù)荷率電價(jià)執(zhí)行過(guò)程中，電力企業(yè)會(huì)面臨對(duì)用戶的負(fù)荷率信息難以全面掌握的難題，阻礙負(fù)荷率電價(jià)的實(shí)施。本文通過(guò)對(duì)負(fù)荷率電價(jià)的研究，從理論上證明了負(fù)荷率電價(jià)具備可選擇性，通過(guò)制定高基本電價(jià)與低電度電價(jià)結(jié)合、低基本電價(jià)與高電度電價(jià)相結(jié)合的與負(fù)荷率電價(jià)等效的用戶自選擇兩部制電價(jià)套餐，很好地解決了上述難題，并對(duì)我國(guó)推進(jìn)和深化銷售電價(jià)改革提出如下建議。

1）積極推進(jìn)負(fù)荷率電價(jià)改革，提高資源配置效率和電力設(shè)施利用率。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)存在電力系統(tǒng)和電力用戶負(fù)荷率偏低等問(wèn)題，節(jié)能高效環(huán)保機(jī)組不能充分利用，這就需要通過(guò)推行負(fù)荷率電價(jià)提高用戶用電負(fù)荷率和電力設(shè)施利用率。

2）精心設(shè)計(jì)可選擇負(fù)荷率電價(jià)制定標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施規(guī)范。隨著我國(guó)電力體制改革的深化，電力行業(yè)發(fā)展還面臨一些亟待通過(guò)改革解決的問(wèn)題。如現(xiàn)行電價(jià)難以合理反映用電成本，這就需要積極推行負(fù)荷率電價(jià)，真實(shí)反映不同負(fù)荷率用戶的供電成本?？深A(yù)見(jiàn)的負(fù)荷率電價(jià)在執(zhí)行過(guò)程中遇到的難題，可通過(guò)引入基于經(jīng)濟(jì)機(jī)制設(shè)計(jì)理論的可選擇電價(jià)設(shè)計(jì)機(jī)制，制定與負(fù)荷率電價(jià)等效的可選擇負(fù)荷率電價(jià)解決。

3）繼續(xù)深化可選擇電價(jià)的研究與應(yīng)用?？蛇x擇電價(jià)通過(guò)為用戶提供更多的電價(jià)選擇權(quán)，讓用戶根據(jù)自身用電負(fù)荷特性選擇最適合自己的電價(jià)套餐，能夠有效增加用戶福利，與傳統(tǒng)的政府定價(jià)相比，在社會(huì)福利的改進(jìn)上能取得更好的效果?？紤]我國(guó)實(shí)際情況，可選擇電價(jià)可與峰谷分時(shí)電價(jià)、負(fù)荷率電價(jià)等已有電價(jià)制度結(jié)合，賦予用戶選擇權(quán)的同時(shí)，保證電力企業(yè)收支平衡，提升社會(huì)福利。

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（編輯 徐花榮）

Selective Proof and Practical Option Design Method for Load Factor Price

HUANG Haitao，GAO Chang，WU Jiejing，YANG Dong
（College of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China）

In the context of the national electricity sales price reform，this paper presents an in-depth research on how to adapt the load factor electricity price to the electricity market,and it is found that studies on how to interact the load factor price with power users and provide options for power users are rather rare in the condition of electricity market，and detailed theories are even rarer in this aspect.Through research on the two kinds of pricing system of the load factor electricity price and optional electricity price，we have explored the design method of the practical option for the load factor electricity price，and theoretically proved that the price is optional，providing the theoretical basis for the formulation of the optional price.Finally，the optionality of the factor load price and the rationality of its practical option design method are verified by the example analysis.

sales electricity price；load characteristic；load factor electricity price；optional electricity price

2017-02-05。

黃海濤（1978—），女，博士，副教授，研究方向?yàn)殡妰r(jià)理論與應(yīng)用、電力系統(tǒng)優(yōu)化等方面的研究和教學(xué)工作；

高 暢（1993—），男，通信作者，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)與銷售電價(jià)理論研究；

吳潔晶（1991—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)殇N售電價(jià)理論研究；

楊 冬（1991—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)殇N售電價(jià)理論研究。

1674-3814（2017）05-0074-05

TM714

A

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（71203017）。

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China（71203017）.