江岳文，韋嘉睿

（1. 福州大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350108；2. 福建省電器智能化工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350108）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，用電量增長(zhǎng)迅猛，全年總用電量從2010 年的4.193 4×1012kW·h 增長(zhǎng)到2019 年的7.225 5×1012kW·h。社會(huì)總用電量的不斷上升使得峰谷差數(shù)值不斷增大，同時(shí)具有反調(diào)峰特性的風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)規(guī)模不斷增大，這對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力提出了更高的要求［1-2］。目前，我國(guó)調(diào)峰機(jī)組主要為火電機(jī)組與枯水期的水電機(jī)組，公平合理的調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制將有利于提高發(fā)電企業(yè)的調(diào)峰積極性。

目前對(duì)調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倖?wèn)題的研究主要集中于電廠側(cè)輔助服務(wù)費(fèi)用分?jǐn)?。文獻(xiàn)［3］考慮發(fā)電機(jī)組煤耗、投油、壽命折損成本，引入調(diào)峰影響系數(shù)對(duì)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用進(jìn)行修正，使得電廠側(cè)調(diào)峰分?jǐn)偢鼮楹侠恚晃墨I(xiàn)［4］以西北省間調(diào)峰服務(wù)為背景，建立調(diào)峰效用模型對(duì)發(fā)電企業(yè)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用進(jìn)行修正，有利于調(diào)峰資源的跨省調(diào)度；文獻(xiàn)［5］分別建立關(guān)于調(diào)峰啟停成本的無(wú)嫉妒性分?jǐn)偰Ｐ?、虛擬價(jià)格分?jǐn)偰Ｐ秃蚐hapley 值分?jǐn)偰Ｐ?，并采用加總機(jī)制對(duì)3 個(gè)模型進(jìn)行求和，能夠有效平衡各方利益，促進(jìn)清潔能源消納；文獻(xiàn)［6］首先建立以卡爾多改進(jìn)為基礎(chǔ)的調(diào)峰分?jǐn)倷C(jī)制，然后針對(duì)卡爾多模型難以求解的問(wèn)題，建立方便工程實(shí)現(xiàn)的調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)傇瓌t，為電力系統(tǒng)調(diào)峰分?jǐn)偺峁┝诵碌乃悸?；文獻(xiàn)［7］首先給出各類(lèi)型機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用的計(jì)算方法，建立合作博弈模型，通過(guò)對(duì)比Shapley 值法與改進(jìn)Shapley 值法對(duì)調(diào)峰的影響，證明了改進(jìn)Shapley 值法有利于提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率；針對(duì)Shapley 值分?jǐn)偡ńM合數(shù)多、求解困難的問(wèn)題，文獻(xiàn)［8］首先采用K-means 聚類(lèi)算法對(duì)機(jī)組的調(diào)峰能力進(jìn)行分類(lèi)，然后結(jié)合改進(jìn)Shapley 值法對(duì)類(lèi)間分?jǐn)傎M(fèi)用進(jìn)行分配，在降低計(jì)算難度的同時(shí)保證了分?jǐn)偰Ｐ偷挠行耘c激勵(lì)性；文獻(xiàn)［9］采用調(diào)峰里程法分別對(duì)水風(fēng)火電系統(tǒng)的調(diào)峰費(fèi)用進(jìn)行分?jǐn)偅⑴cShapley 值法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證所提方法的有效性。然而，上述文獻(xiàn)的調(diào)峰分?jǐn)倢?duì)象僅為發(fā)電企業(yè)，實(shí)際上電網(wǎng)的峰谷差在一定程度上是由負(fù)荷的峰谷特性造成的。文獻(xiàn)［10］按照機(jī)組引發(fā)的調(diào)峰服務(wù)量比例對(duì)調(diào)峰費(fèi)用進(jìn)行分?jǐn)?，并以附加電費(fèi)的形式將調(diào)峰費(fèi)用傳遞到用戶(hù)側(cè)，但附加電費(fèi)比例較低，無(wú)法有效反映用戶(hù)給電網(wǎng)帶來(lái)的調(diào)峰影響；文獻(xiàn)［11］以用戶(hù)平均負(fù)荷作為基準(zhǔn)劃分調(diào)峰責(zé)任，提出考慮用戶(hù)參與的調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制，對(duì)公平地分?jǐn)傉{(diào)峰費(fèi)用具有積極意義，但其存在分?jǐn)傌?zé)任劃分相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本文首先介紹現(xiàn)行調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制，然后建立用戶(hù)側(cè)參與的調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制，最后通過(guò)算例驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。電廠側(cè)通過(guò)修正后的分?jǐn)傠娏繉?duì)調(diào)峰費(fèi)用進(jìn)行分?jǐn)?，其中火電機(jī)組根據(jù)負(fù)荷率的不同對(duì)分?jǐn)傠娏窟M(jìn)行分段修正，風(fēng)電機(jī)組根據(jù)波形相似度對(duì)分?jǐn)傠娏窟M(jìn)行修正；用戶(hù)側(cè)通過(guò)調(diào)峰影響指標(biāo)對(duì)用戶(hù)側(cè)調(diào)峰費(fèi)用進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

1 現(xiàn)行調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制

目前，我國(guó)有償調(diào)峰服務(wù)主要為低谷調(diào)峰，在用電低谷時(shí)期，火電機(jī)組等有償調(diào)峰機(jī)組通過(guò)減出力滿(mǎn)足調(diào)峰需求。全國(guó)各地區(qū)對(duì)發(fā)電機(jī)組調(diào)峰輔助服務(wù)費(fèi)用的分?jǐn)傆?jì)算方式各不相同，以福建省為例，各發(fā)電機(jī)組按各自調(diào)峰計(jì)費(fèi)周期內(nèi)的上網(wǎng)電費(fèi)比例進(jìn)行分?jǐn)?。機(jī)組調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用為：

2 考慮用戶(hù)側(cè)參與的調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)分?jǐn)倷C(jī)制設(shè)計(jì)

電力用戶(hù)的用電習(xí)慣導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷具有峰谷特性，在用電低谷時(shí)期，需要發(fā)電企業(yè)降出力以保持供給平衡，這增加了發(fā)電企業(yè)的成本，需要對(duì)發(fā)電企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)償。而目前調(diào)峰費(fèi)用在電廠側(cè)收支平衡，電力用戶(hù)無(wú)需承擔(dān)任何費(fèi)用就可以享受發(fā)電企業(yè)提供的調(diào)峰服務(wù)，不符合公平分配原則。因此，本文考慮將電力用戶(hù)引入調(diào)峰輔助服務(wù)費(fèi)用分?jǐn)偡?，使電力用?hù)承擔(dān)一定的調(diào)峰費(fèi)用或獲得一定的調(diào)峰收益，有利于規(guī)范電力用戶(hù)合理用電。

本文所提出的調(diào)峰輔助服務(wù)費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制，通過(guò)調(diào)峰影響指標(biāo)對(duì)電力用戶(hù)在各個(gè)時(shí)段內(nèi)的調(diào)峰影響進(jìn)行量化，再按一定比例將調(diào)峰費(fèi)用劃分到電廠側(cè)與用戶(hù)側(cè)。首先，在各個(gè)調(diào)峰交易周期內(nèi)，根據(jù)調(diào)峰輔助服務(wù)的需求與調(diào)峰出清價(jià)格，確定該交易周期內(nèi)的總調(diào)峰費(fèi)用，將總調(diào)峰費(fèi)用通過(guò)一定比例劃分為電廠側(cè)與用戶(hù)側(cè)兩部分；然后，根據(jù)交易周期內(nèi)的系統(tǒng)平均負(fù)荷與日平均負(fù)荷情況，確定該交易周期的峰谷性，計(jì)算出電力用戶(hù)在交易周期內(nèi)的自身負(fù)荷曲線(xiàn)與電網(wǎng)放縮后負(fù)荷曲線(xiàn)的偏離情況，并計(jì)算調(diào)峰影響指標(biāo)。電廠側(cè)分?jǐn)倷C(jī)制在現(xiàn)有政策的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充完善，電廠側(cè)調(diào)峰費(fèi)用按照修正后的電量進(jìn)行分?jǐn)?；電力用?hù)則根據(jù)調(diào)峰影響指標(biāo)大小進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

2.1 電廠側(cè)與用戶(hù)側(cè)分?jǐn)偙壤?/h3>

在深度調(diào)峰時(shí)段（如福建省規(guī)定的00:00—06:00、12:00—14:00），用戶(hù)用電量較少，為保證發(fā)電量與用電量一致，發(fā)電機(jī)組需要降低自身出力以保持電力供需實(shí)時(shí)平衡。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2019年火電發(fā)電量占比為72%，當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)，火電機(jī)組應(yīng)承擔(dān)大部分的出力下降。然而，當(dāng)火電機(jī)組參與調(diào)峰服務(wù)時(shí)，機(jī)組容量利用率較低，煤耗更高，機(jī)組使用壽命內(nèi)的效益降低，從而產(chǎn)生了調(diào)峰成本，因此，應(yīng)給予參與調(diào)峰的機(jī)組一定的補(bǔ)償。在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程的每個(gè)時(shí)段內(nèi)，電網(wǎng)的電力供需都必須平衡。未參與深度調(diào)峰的發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率較高，發(fā)電量較多，需要分?jǐn)傄欢ǖ恼{(diào)峰費(fèi)用。同時(shí)，電網(wǎng)的峰谷差主要由用戶(hù)各時(shí)段的用電量不均勻引起，應(yīng)將一定的調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)偨o用戶(hù)。因此，調(diào)峰費(fèi)用應(yīng)由電廠側(cè)、用戶(hù)側(cè)共同承擔(dān)，雙方分?jǐn)傎M(fèi)用分別為：

式中：WG，t為電廠側(cè)在t時(shí)段承擔(dān)的調(diào)峰金額；α為分?jǐn)傎M(fèi)用比例系數(shù)；WC，t為用戶(hù)側(cè)在t時(shí)段承擔(dān)的調(diào)峰金額。

α的取值可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況確定，如：系統(tǒng)中可控機(jī)組比例越高，則α應(yīng)越小，因?yàn)榉骞炔钪饕怯韶?fù)荷引起的；如果系統(tǒng)中可再生能源比例較高且具有明顯的反調(diào)峰特性，則系統(tǒng)的峰谷差由電源和負(fù)荷共同引起，α應(yīng)在0.5 附近。雖然現(xiàn)階段峰谷差主要是由負(fù)荷波動(dòng)引起的，但現(xiàn)有的調(diào)峰費(fèi)用平衡主要是在電廠側(cè)，為了平穩(wěn)過(guò)渡，建議前期對(duì)α取較大值，后期根據(jù)電源結(jié)構(gòu)和負(fù)荷側(cè)峰谷差程度對(duì)其值進(jìn)行調(diào)整。

2.2 電廠側(cè)調(diào)峰機(jī)制

由于電廠側(cè)僅常規(guī)機(jī)組能在深度調(diào)峰時(shí)段獲得調(diào)峰收益，為保證分?jǐn)倷C(jī)制的公平性，電廠側(cè)參與調(diào)峰的無(wú)論是火電還是風(fēng)電，其補(bǔ)償費(fèi)用和分?jǐn)傎M(fèi)用僅針對(duì)深度調(diào)峰時(shí)段，火電與風(fēng)電均不參與非深度調(diào)峰時(shí)段的用戶(hù)側(cè)調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)偂?/p>

1）電廠側(cè)調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)用。

2）電廠側(cè)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用。

參與深度調(diào)峰的機(jī)組下調(diào)自身出力后，提高了風(fēng)電、光伏的消納水平，在一定程度上減少了棄風(fēng)、棄光；同時(shí)，未參與深度調(diào)峰的機(jī)組仍保持較高的負(fù)荷率，發(fā)電成本較低，利潤(rùn)較高。因此，電廠側(cè)調(diào)峰費(fèi)用應(yīng)由風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站以及未參與深度調(diào)峰的火電廠分?jǐn)?，其分?jǐn)傎M(fèi)用應(yīng)根據(jù)超出有償調(diào)峰基準(zhǔn)負(fù)荷率的發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算，如圖1 所示（發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率以額定功率為基準(zhǔn)值）。

圖1 電廠側(cè)調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)偸疽鈭DFig.1 Schematic diagram of peak-shaving cost allocation at generator side

則電廠i在t時(shí)段的分?jǐn)傎M(fèi)用為：

式中：E′i，t為需分?jǐn)傉{(diào)峰費(fèi)用的機(jī)組i在t時(shí)段的修正電量；n2為需要分?jǐn)傉{(diào)峰費(fèi)用的機(jī)組數(shù)量。

（1）火電機(jī)組分?jǐn)傎M(fèi)用。

對(duì)同一火電機(jī)組而言，其負(fù)荷率越高，超出基準(zhǔn)調(diào)峰負(fù)荷率的發(fā)電量越大，該時(shí)段內(nèi)電量收益越大，給電網(wǎng)帶來(lái)的調(diào)峰壓力也相應(yīng)增大。因此，火電機(jī)組超出基準(zhǔn)調(diào)峰負(fù)荷率部分的發(fā)電量，應(yīng)根據(jù)其負(fù)荷率的大小進(jìn)行修正，參照湖北省調(diào)峰規(guī)則［12］，將火電機(jī)組分?jǐn)偟男拚娏扛鶕?jù)負(fù)荷率分為3 檔，則火電機(jī)組修正電量為：

式中：kj為第j檔負(fù)荷率-電量修正系數(shù)；Ei，j，t為機(jī)組i在t時(shí)段第j檔的實(shí)際發(fā)電量。

（2）風(fēng)電場(chǎng)分?jǐn)傎M(fèi)用。

由于風(fēng)電機(jī)組不具備調(diào)峰能力，且不存在基準(zhǔn)調(diào)峰負(fù)荷率，因此風(fēng)電場(chǎng)調(diào)峰分?jǐn)傠娏亢突痣姀S的分?jǐn)傠娏坑?jì)算方法不同。

雖然風(fēng)電機(jī)組不具備調(diào)峰能力，但當(dāng)其出力曲線(xiàn)與負(fù)荷曲線(xiàn)相似時(shí)，隨著負(fù)荷增減，風(fēng)電出力相應(yīng)隨之增減，這種相似的變化趨勢(shì)將減輕系統(tǒng)調(diào)峰壓力，因此本文考慮利用風(fēng)電-負(fù)荷波形相似度修正風(fēng)電分?jǐn)傉{(diào)峰電量。本文采用等電量-順負(fù)荷法將風(fēng)電出力曲線(xiàn)變換為一條與電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)性相同的風(fēng)電等效出力曲線(xiàn)，比較風(fēng)電實(shí)際出力曲線(xiàn)和等效出力曲線(xiàn)之間的波形相似度，從而評(píng)估風(fēng)電實(shí)際出力對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰的影響，并引入相似度因子修正風(fēng)電調(diào)峰分?jǐn)傠娏?。等電?順負(fù)荷法中的等電量是指在調(diào)度周期內(nèi)等效前后的風(fēng)電出力曲線(xiàn)的上網(wǎng)電量相等，而順負(fù)荷是指所有發(fā)電廠（包括常規(guī)電源和風(fēng)電場(chǎng)）都要承擔(dān)跟蹤負(fù)荷波動(dòng)的任務(wù)［13］。

風(fēng)電等效出力曲線(xiàn)由等電量-順負(fù)荷法［14］求得，求解公式為：

式中：Pw，real，t為風(fēng)電場(chǎng)在t時(shí)段的實(shí)際出力；P′w，t為t時(shí)段的風(fēng)電等效出力；T為總時(shí)段數(shù)；Pgrid，t為t時(shí)段的電網(wǎng)負(fù)荷。

波形相似度的計(jì)算包含兩部分：一部分是體現(xiàn)波形整體相似度，采用余弦相似度表示；另一部分是體現(xiàn)曲線(xiàn)具體對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)大小差異的程度，采用波形幅值差異度表示。

風(fēng)電實(shí)際出力曲線(xiàn)與等效出力曲線(xiàn)變化趨勢(shì)越接近，余弦相似度越大，表示風(fēng)電實(shí)際出力的變化趨勢(shì)與電網(wǎng)負(fù)荷變化趨勢(shì)的相似性越強(qiáng)，對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰的壓力越小。幅值差異性越大，對(duì)應(yīng)點(diǎn)數(shù)據(jù)大小差異越大，即使波形變化趨勢(shì)相同，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)峰貢獻(xiàn)也越小，因此波形相似度為余弦相似度與幅值差異度之差：

式中：kw為電量修正系數(shù)；Ewi，t為風(fēng)電場(chǎng)i在t時(shí)段的實(shí)際發(fā)電量。

S∈[0，1]，S越大，系統(tǒng)調(diào)峰壓力越小，則電量修正系數(shù)kw為：

2.3 用戶(hù)側(cè)調(diào)峰機(jī)制

目前的調(diào)峰政策中調(diào)峰市場(chǎng)是一個(gè)在電廠側(cè)收支平衡的市場(chǎng)，對(duì)用戶(hù)側(cè)調(diào)峰補(bǔ)償機(jī)制的研究較少。本文將根據(jù)電網(wǎng)、用戶(hù)的負(fù)荷曲線(xiàn)設(shè)計(jì)用戶(hù)側(cè)調(diào)峰影響指標(biāo)以及用戶(hù)側(cè)調(diào)峰機(jī)制，以調(diào)峰影響指標(biāo)作為用戶(hù)側(cè)調(diào)峰責(zé)任的劃分指標(biāo)。

當(dāng)電網(wǎng)處于用電高峰期時(shí)，若某用戶(hù)用電量較少，則可認(rèn)為該用戶(hù)在該時(shí)段內(nèi)的用電行為對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰存在積極影響；當(dāng)電網(wǎng)處于用電低谷期時(shí)，可再生能源發(fā)電量無(wú)法消納，需要棄風(fēng)以及購(gòu)買(mǎi)調(diào)峰輔助服務(wù)以保持電網(wǎng)供需平衡，這會(huì)產(chǎn)生調(diào)峰成本，若用戶(hù)消耗較多電量，則可認(rèn)為該用戶(hù)在該時(shí)段內(nèi)的用電行為對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰有積極影響，間接提供了調(diào)峰服務(wù)。

若電網(wǎng)某時(shí)段內(nèi)的平均負(fù)荷大于日平均負(fù)荷，則認(rèn)為該時(shí)段內(nèi)電網(wǎng)處于用電高峰，反之則認(rèn)為電網(wǎng)處于用電低谷。參照電廠側(cè)調(diào)峰規(guī)則，以用戶(hù)日平均負(fù)荷除以電網(wǎng)日平均負(fù)荷作為放縮比，據(jù)此對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行放縮并將放縮后的負(fù)荷作為基準(zhǔn)負(fù)荷。當(dāng)電網(wǎng)處于用電高峰時(shí)，若用戶(hù)負(fù)荷小于電網(wǎng)放縮后的基準(zhǔn)負(fù)荷，則認(rèn)為該用戶(hù)提供了調(diào)峰服務(wù)，若用戶(hù)負(fù)荷大于基準(zhǔn)負(fù)荷，則認(rèn)為該用戶(hù)使電網(wǎng)峰谷差加大；當(dāng)電網(wǎng)處于用電低谷時(shí)，若用戶(hù)負(fù)荷大于電網(wǎng)放縮后的基準(zhǔn)負(fù)荷，則認(rèn)為該用戶(hù)提供了調(diào)峰服務(wù)，若用戶(hù)負(fù)荷小于電網(wǎng)放縮后的基準(zhǔn)負(fù)荷，則認(rèn)為該用戶(hù)惡化了電網(wǎng)負(fù)荷曲線(xiàn)。特別地，若某用戶(hù)負(fù)荷與基準(zhǔn)負(fù)荷一致或波動(dòng)較小，則需分2 種情況討論是否應(yīng)進(jìn)行調(diào)峰費(fèi)用計(jì)算：①當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷曲線(xiàn)較為平緩時(shí)，電網(wǎng)峰谷差小，調(diào)峰壓力不大，此時(shí)波動(dòng)較小的負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰影響較小，無(wú)需承擔(dān)分?jǐn)傎M(fèi)用，也不可獲得調(diào)峰收益；②當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷曲線(xiàn)不平穩(wěn)時(shí)，系統(tǒng)調(diào)峰壓力大，即使該負(fù)荷波動(dòng)很小，也應(yīng)認(rèn)為其有改善電網(wǎng)峰谷特性的責(zé)任，應(yīng)按照本文方法實(shí)施調(diào)峰機(jī)制。

考慮到用戶(hù)與電網(wǎng)雙方面的影響，將用戶(hù)調(diào)峰影響指標(biāo)定義為：

式（14）本質(zhì)上是放縮后系統(tǒng)負(fù)荷曲線(xiàn)與用戶(hù)負(fù)荷曲線(xiàn)之間的偏差電量，由其性質(zhì)可知：當(dāng)Ai，t＞0時(shí)，表示用戶(hù)用電行為對(duì)電網(wǎng)有調(diào)峰作用；當(dāng)Ai，t＜0時(shí)，表示用戶(hù)用電行為對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰有消極作用。由此，可根據(jù)調(diào)峰影響指標(biāo)確定用戶(hù)用電行為對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰的影響，當(dāng)用戶(hù)用電行為對(duì)電網(wǎng)有積極作用時(shí)，可獲取調(diào)峰收益，而當(dāng)用戶(hù)用電行為對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰起消極作用時(shí)，需進(jìn)行調(diào)峰費(fèi)用的分?jǐn)?。?dāng)Ai，t＞0 時(shí)，用戶(hù)i在t時(shí)段的調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)用MC，i，t為：

式中：M2為所有需要進(jìn)行調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)偟挠脩?hù)集合。由于此時(shí)Ai，t均為負(fù)數(shù)，因此分?jǐn)偟恼{(diào)峰費(fèi)用WC，i，t為正數(shù)。

根據(jù)上述構(gòu)建的調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制，負(fù)荷率大于基準(zhǔn)負(fù)荷的常規(guī)機(jī)組、全體風(fēng)電場(chǎng)、調(diào)峰影響消極的電力用戶(hù)均需承擔(dān)相應(yīng)的調(diào)峰費(fèi)用，購(gòu)買(mǎi)調(diào)峰服務(wù)。風(fēng)電場(chǎng)與調(diào)峰影響消極的電力用戶(hù)均根據(jù)自身發(fā)／用電曲線(xiàn)與系統(tǒng)負(fù)荷曲線(xiàn)的關(guān)系計(jì)算出需承擔(dān)的調(diào)峰費(fèi)用，二者的區(qū)別在于：風(fēng)電出力曲線(xiàn)與負(fù)荷曲線(xiàn)的波動(dòng)性越一致，則需分?jǐn)偟恼{(diào)峰費(fèi)用越少；電力用戶(hù)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰消極的偏差電量越小，則需分?jǐn)偟恼{(diào)峰費(fèi)用越少。

當(dāng)系統(tǒng)處于深度調(diào)峰階段時(shí)，電廠側(cè)與用戶(hù)側(cè)共同分?jǐn)偵疃日{(diào)峰費(fèi)用；當(dāng)系統(tǒng)未處于深度調(diào)峰時(shí)段時(shí)，沒(méi)有啟動(dòng)深度調(diào)峰市場(chǎng)，電廠側(cè)沒(méi)有產(chǎn)生調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)用，用戶(hù)側(cè)產(chǎn)生的調(diào)峰費(fèi)用由用戶(hù)側(cè)沒(méi)有調(diào)峰效果的消極用戶(hù)自行分?jǐn)?，此時(shí)式（3）中的分?jǐn)偙壤禂?shù)α=0，即調(diào)峰費(fèi)用在用戶(hù)側(cè)平衡。非有償調(diào)峰階段同樣根據(jù)調(diào)峰影響指標(biāo)計(jì)算出各用戶(hù)的調(diào)峰影響，根據(jù)式（16）—（18）計(jì)算各用戶(hù)可獲得的調(diào)峰收益與需分?jǐn)偟馁M(fèi)用。每個(gè)調(diào)峰結(jié)算周期的調(diào)峰費(fèi)用相互獨(dú)立，用戶(hù)可能在某個(gè)時(shí)段需分?jǐn)傉{(diào)峰費(fèi)用，而在另外某個(gè)時(shí)段獲得調(diào)峰收益。

將本文所提的用戶(hù)側(cè)參與的調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)偡绞脚c現(xiàn)行按上網(wǎng)電費(fèi)比例進(jìn)行分?jǐn)偟姆绞竭M(jìn)行對(duì)比，二者之間主要區(qū)別如下。

1）現(xiàn)行按上網(wǎng)電費(fèi)比例進(jìn)行分?jǐn)偟姆绞?。調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倢?duì)象為系統(tǒng)內(nèi)所有并網(wǎng)發(fā)電廠，各發(fā)電廠根據(jù)計(jì)費(fèi)周期內(nèi)上網(wǎng)電量與上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算出上網(wǎng)電費(fèi)，按上網(wǎng)電費(fèi)比例分?jǐn)傉{(diào)峰輔助服務(wù)費(fèi)用，電力用戶(hù)不分?jǐn)傉{(diào)峰費(fèi)用。

2）電力用戶(hù)參與的分?jǐn)偡绞健Ｔ诨痣姍C(jī)組有償調(diào)峰時(shí)段，調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倢?duì)象為不提供調(diào)峰服務(wù)的發(fā)電企業(yè)以及對(duì)調(diào)峰影響消極的電力用戶(hù)；在非有償調(diào)峰時(shí)段，調(diào)峰費(fèi)用在電力用戶(hù)內(nèi)部自行分?jǐn)?。通過(guò)比例系數(shù)將調(diào)峰費(fèi)用劃分至電廠方與用戶(hù)方，電廠方根據(jù)是否提供調(diào)峰服務(wù)并按修正后的發(fā)電量進(jìn)行分?jǐn)偅娏τ脩?hù)根據(jù)調(diào)峰影響大小進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

3 案例分析

基于一個(gè)包含5 個(gè)發(fā)電廠商與9 個(gè)電力用戶(hù)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)對(duì)1 d 內(nèi)的調(diào)峰輔助服務(wù)分?jǐn)傎M(fèi)用進(jìn)行計(jì)算。發(fā)電廠商出力曲線(xiàn)見(jiàn)附錄A 圖A1，所有電力用戶(hù)各時(shí)段的負(fù)荷需求見(jiàn)附錄A圖A2。

火電機(jī)組參與調(diào)峰輔助服務(wù)的價(jià)格以福建省為參考，以60%的負(fù)荷率作為有償調(diào)峰基準(zhǔn)，以機(jī)組5%的額定容量比例作為一個(gè)價(jià)格區(qū)間，價(jià)格隨著火電機(jī)組的調(diào)峰深度增加而遞增，調(diào)峰價(jià)格見(jiàn)附錄B表B1。本節(jié)假設(shè)火電機(jī)組參與調(diào)峰時(shí)的補(bǔ)償價(jià)格為各調(diào)峰補(bǔ)償價(jià)格區(qū)間上限。假設(shè)火電廠A、B、C的上網(wǎng)電價(jià)分別為393、379、400元／（MW·h），風(fēng)電場(chǎng)A、B 的上網(wǎng)電價(jià)分別為350、380 元／（MW·h）?；痣姍C(jī)組負(fù)荷率-電量修正系數(shù)kj取值與負(fù)荷率區(qū)間劃分關(guān)系為：

假設(shè)用戶(hù)側(cè)調(diào)峰補(bǔ)償價(jià)格為250元／（MW·h），由于目前式（3）中比例系數(shù)α難以定量確定，本文分別對(duì)其取值0.4、0.5、0.6，分析各取值對(duì)電廠和用戶(hù)調(diào)峰費(fèi)用的影響，為本文機(jī)制的應(yīng)用提供參考。不同分?jǐn)偡绞降姆謹(jǐn)傎M(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表1。其中，分?jǐn)偡绞? 為現(xiàn)行按上網(wǎng)電費(fèi)比例進(jìn)行分?jǐn)偟姆绞?，分?jǐn)偡绞?為本文所提分?jǐn)偡绞健?/p>

表1 調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)偡绞綄?duì)比Table 1 Comparison of allocation modes of peak-shaving cost

由表1可得如下結(jié)論。

1）當(dāng)按上網(wǎng)電費(fèi)比例進(jìn)行調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)?，用?hù)不參與分?jǐn)倳r(shí)，火電廠作為調(diào)峰服務(wù)提供者，在獲得調(diào)峰補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，也會(huì)作為分?jǐn)倢?duì)象承擔(dān)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用。相較于火電廠，風(fēng)電場(chǎng)出力較小，分?jǐn)傎M(fèi)用較低?；痣姀S作為深度調(diào)峰的主力，承擔(dān)了大部分的調(diào)峰任務(wù)，卻還需承擔(dān)較高的分?jǐn)傎M(fèi)用，風(fēng)電場(chǎng)不具備調(diào)峰能力，應(yīng)向系統(tǒng)購(gòu)買(mǎi)調(diào)峰服務(wù)，但因其上網(wǎng)電量較低，分?jǐn)傎M(fèi)用也相應(yīng)較低，該種分?jǐn)偡绞讲惶侠怼?/p>

2）由于火電廠提供了調(diào)峰服務(wù)，風(fēng)電場(chǎng)無(wú)法提供調(diào)峰服務(wù)，在分?jǐn)偡绞? 中，火電廠的分?jǐn)傎M(fèi)用大幅下降，風(fēng)電場(chǎng)的分?jǐn)傎M(fèi)用上升，這符合調(diào)峰誰(shuí)提供誰(shuí)收益的原則。用戶(hù)作為造成系統(tǒng)峰谷特性的重要因素，將其引入調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)偡揭搀w現(xiàn)了對(duì)電廠的公平原則。調(diào)峰影響指標(biāo)的引入，使用戶(hù)改變自身用電習(xí)慣以獲得調(diào)峰收益的情況存在可能。若用戶(hù)為降低自身分?jǐn)傎M(fèi)用以及提高調(diào)峰收益，在負(fù)荷低谷時(shí)多用電，則可在一定程度上緩解調(diào)峰壓力，減少向電廠側(cè)購(gòu)買(mǎi)的調(diào)峰服務(wù)，促進(jìn)風(fēng)電消納。

3）火電廠A、B在有償調(diào)峰時(shí)段提供了較多的調(diào)峰服務(wù)，其分?jǐn)傎M(fèi)用下降明顯；由于火電廠C 始終未提供調(diào)峰服務(wù)，因此其無(wú)調(diào)峰補(bǔ)償且需承擔(dān)較高的分?jǐn)傎M(fèi)用。用戶(hù)C、D、I 用電趨勢(shì)與電網(wǎng)負(fù)荷相似，調(diào)峰消極評(píng)價(jià)較多，需要分?jǐn)傒^高的費(fèi)用；用戶(hù)E、G總體用電趨勢(shì)與電網(wǎng)負(fù)荷相反，可以獲得較高的調(diào)峰補(bǔ)償。在2 種分?jǐn)偡绞街校姀S側(cè)可獲得的調(diào)峰補(bǔ)償一致，由于分?jǐn)偡绞? 考慮用戶(hù)側(cè)的調(diào)峰影響，電力用戶(hù)可獲得一定的調(diào)峰補(bǔ)償，這導(dǎo)致調(diào)峰分?jǐn)偟目傎M(fèi)用上升。

4）顯然，分?jǐn)偙壤禂?shù)越大，電廠側(cè)的分?jǐn)傌?zé)任越大。由于有償調(diào)峰時(shí)段相對(duì)較短，非有償調(diào)峰時(shí)段僅在用戶(hù)側(cè)收支平衡，該時(shí)段α取值為0，因此α取值對(duì)電廠側(cè)有較大影響。α取值對(duì)用戶(hù)的影響程度與該用戶(hù)在有償調(diào)峰時(shí)段的調(diào)峰評(píng)價(jià)有關(guān)：若用戶(hù)在有償調(diào)峰時(shí)段存在消極的調(diào)峰評(píng)價(jià)，需要在該時(shí)段承擔(dān)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用，則此時(shí)α取值對(duì)該用戶(hù)有一定影響（如用戶(hù)A 等）；若用戶(hù)在有償調(diào)峰時(shí)段為調(diào)峰積極型用戶(hù)，無(wú)需在該時(shí)段承擔(dān)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用，則α取值對(duì)該用戶(hù)無(wú)影響（如用戶(hù)E）。

下面，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)A、B 與3 個(gè)典型用戶(hù)電力曲線(xiàn)進(jìn)行分析。

圖2 為風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力與等效出力曲線(xiàn)。由圖可知：風(fēng)電場(chǎng)A 實(shí)際出力曲線(xiàn)與計(jì)算出的等效出力曲線(xiàn)相差不大，出力總體趨勢(shì)大致相同，計(jì)算可得其波形相似度為0.84，風(fēng)電場(chǎng)A 出力對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰壓力不大；風(fēng)電場(chǎng)B 實(shí)際出力曲線(xiàn)與等效出力曲線(xiàn)相差較大，峰谷時(shí)段相反，具有較明顯的“反調(diào)峰”性質(zhì)，出力總體趨勢(shì)大致相反，計(jì)算可得其波形相似度為0.50，風(fēng)電場(chǎng)B 出力對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰影響較大，需承擔(dān)較多的調(diào)峰費(fèi)用。

圖2 風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力與等效出力曲線(xiàn)Fig.2 Curves of actual output and equivalent output of wind farms

圖3 為典型用戶(hù)負(fù)荷曲線(xiàn)。由圖可知：用戶(hù)I的總體用電趨勢(shì)與電網(wǎng)負(fù)荷趨勢(shì)大體相同，電網(wǎng)的峰谷特性很大程度由該類(lèi)用戶(hù)造成，因此其需承擔(dān)較高的調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用；用戶(hù)E、G 的總體用電趨勢(shì)與電網(wǎng)負(fù)荷相反，電網(wǎng)處于用電低谷時(shí)，用戶(hù)E、G處于用電高峰，電網(wǎng)處于用電高峰時(shí)，用戶(hù)E、G 用電量較少，具有較好的調(diào)峰效果，因此其可以獲得一定調(diào)峰補(bǔ)償。由于在有償調(diào)峰時(shí)段，用戶(hù)I 調(diào)峰消極影響較多，α取值變化對(duì)該用戶(hù)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用有一定影響；用戶(hù)G在大部分有償調(diào)峰時(shí)段調(diào)峰影響積極，少數(shù)時(shí)段調(diào)峰影響消極，α取值變化對(duì)該用戶(hù)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用影響較??；用戶(hù)E 在有償調(diào)峰時(shí)段均為調(diào)峰積極影響，α取值變化對(duì)該用戶(hù)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用無(wú)影響。

圖3 典型用戶(hù)負(fù)荷曲線(xiàn)Fig.3 Load curves of typical electric power users

4 結(jié)論

針對(duì)當(dāng)前調(diào)峰費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制僅在電廠側(cè)收支平衡的問(wèn)題，本文提出考慮用戶(hù)側(cè)參與的調(diào)峰輔助服務(wù)費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制?；痣姍C(jī)組以負(fù)荷率為基準(zhǔn)分檔對(duì)分?jǐn)傠娏窟M(jìn)行修正；風(fēng)電機(jī)組以等電量-順負(fù)荷等效曲線(xiàn)為基準(zhǔn)計(jì)算相似度對(duì)分?jǐn)傠娏窟M(jìn)行修正；電力用戶(hù)以電網(wǎng)等效負(fù)荷為基準(zhǔn)，與自身負(fù)荷比較計(jì)算出調(diào)峰影響。本文所提分?jǐn)偡绞礁鶕?jù)各類(lèi)發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)對(duì)其分?jǐn)傠娏窟M(jìn)行修正，同時(shí)使對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰有積極影響的用戶(hù)獲得一定調(diào)峰補(bǔ)償，有利于保證發(fā)電機(jī)組分?jǐn)傠娏康墓叫裕岣唠娏τ脩?hù)責(zé)任感，促進(jìn)電力用戶(hù)合理用電，保證電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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