考慮水電來(lái)水預(yù)測(cè)偏差的發(fā)電側(cè)峰谷分時(shí)電價(jià)研究

王 睿 ，程 瑜 ，張麗娟 ，郭海峰

（1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；2.電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院 技術(shù)經(jīng)濟(jì)部，北京 100120）

0 引言

目前，我國(guó)上網(wǎng)電價(jià)、銷售電價(jià)均實(shí)行政府定價(jià)模式。隨著近年來(lái)多地電力供需矛盾的加劇，為緩解電力供需緊張局面，促進(jìn)資源優(yōu)化配置，我國(guó)多個(gè)省份在銷售側(cè)引入豐枯/峰谷分時(shí)電價(jià)。由于替代效應(yīng)與收入效應(yīng)的存在，銷售側(cè)分時(shí)電價(jià)的實(shí)施通常會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)企業(yè)的虧損。為解決由于銷售側(cè)分時(shí)電價(jià)實(shí)施引發(fā)的電網(wǎng)企業(yè)虧損問(wèn)題，并激勵(lì)發(fā)電企業(yè)在用電高峰時(shí)段提高發(fā)電能力，以緩解電力供需緊張局面，在實(shí)行銷售側(cè)分時(shí)電價(jià)的省份中引入發(fā)電側(cè)分時(shí)電價(jià)是可行的方案。目前，我國(guó)已在四川、浙江、江蘇等省實(shí)行發(fā)電側(cè)分時(shí)電價(jià)。

峰谷時(shí)段劃分、峰谷電價(jià)和峰谷電量是發(fā)電側(cè)峰谷分時(shí)電價(jià)的3個(gè)結(jié)構(gòu)要素［1］。其中，發(fā)電側(cè)峰谷時(shí)段的劃分多與售電側(cè)的時(shí)段設(shè)置一致，峰谷電價(jià)、峰谷電量的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題則是需要深入研究的重點(diǎn)課題。

目前，峰谷電價(jià)和峰谷電量的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題已引起廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)［2］提出了基于會(huì)計(jì)成本法確定發(fā)電側(cè)峰谷電價(jià)和峰谷電量的方法。文獻(xiàn)［3-7］基于售電側(cè)分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)了發(fā)電側(cè)分時(shí)電價(jià)的實(shí)施方案。文獻(xiàn)［1，8］則以減少發(fā)電污染物排放量為原則，以發(fā)電總能耗最低為目標(biāo)，研究了以資源優(yōu)化配置為導(dǎo)向的發(fā)電側(cè)峰谷電價(jià)和峰谷電量?jī)?yōu)化問(wèn)題。

已有峰谷電價(jià)和峰谷電量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的研究多基于電量分配的約束機(jī)制，即在各機(jī)組年度電量調(diào)控目標(biāo)確定的前提下，研究峰谷電價(jià)比價(jià)關(guān)系及各機(jī)組年度電量在峰、平、谷時(shí)段的分配問(wèn)題。

但在實(shí)際電力系統(tǒng)，由于負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差與水電來(lái)水預(yù)測(cè)偏差的存在，各類機(jī)組年發(fā)電量的實(shí)際值通常與其年度電量調(diào)控目標(biāo)間存在一定的偏差。由于我國(guó)仍采用電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度并由調(diào)度機(jī)構(gòu)編制發(fā)電調(diào)度計(jì)劃的方式，當(dāng)產(chǎn)生偏差電量時(shí)，電網(wǎng)企業(yè)可以其購(gòu)電成本最低為目標(biāo)對(duì)偏差電量在峰、平、谷時(shí)段間進(jìn)行分配，而這與價(jià)格的核心職能——引導(dǎo)資源優(yōu)化配置的取向并不完全一致。

考慮到隨著負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，各省制訂發(fā)電機(jī)組電量調(diào)控目標(biāo)時(shí)所依照的下一年度全社會(huì)用電量預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，已可達(dá)到較高的預(yù)測(cè)精度水平（一般年份，預(yù)測(cè)誤差可控制在2%以內(nèi)［9-13］）。相較之下，水電來(lái)水預(yù)測(cè)仍存在較大偏差［14-15］（預(yù)測(cè)誤差在±20%區(qū)間范圍內(nèi)）。因此，本文將重點(diǎn)研究水電來(lái)水預(yù)測(cè)偏差對(duì)上網(wǎng)側(cè)分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)的影響。

針對(duì)現(xiàn)有分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型在含水電系統(tǒng)實(shí)施面臨的前述現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，本文首先分析了峰谷電價(jià)與偏差電量分配間的關(guān)系，提出各時(shí)段間水、火電價(jià)差的設(shè)置是影響水電偏差電量分配的決定性因素。而后以系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低為目標(biāo)，在電量分配約束機(jī)制的基礎(chǔ)上，引入表征不同時(shí)段水、火電價(jià)差設(shè)置關(guān)系的校驗(yàn)條件，建立了考慮水電來(lái)水預(yù)測(cè)偏差問(wèn)題的發(fā)電側(cè)分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型。

1 含水電系統(tǒng)峰谷電價(jià)與偏差電量的關(guān)系

1.1 基本假設(shè)

假設(shè)某區(qū)域電力系統(tǒng)有火電、水電2類機(jī)組將執(zhí)行發(fā)電側(cè)分時(shí)電價(jià)，其中，第i類機(jī)組共有ni臺(tái)（火電機(jī)組取i=1；水電機(jī)組取i=2）。該地區(qū)下一年度電量總需求為Q，峰、平、谷3個(gè)時(shí)段的電量需求分別為Qf、Qp、Qg。第i類機(jī)組j在該時(shí)期的電量調(diào)控目標(biāo)為且滿足式（1）。

為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，本文將基于水電來(lái)水預(yù)測(cè)誤差較小的假設(shè)條件，對(duì)含水電系統(tǒng)分時(shí)電價(jià)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行研究?？紤]到本文假設(shè)與實(shí)際系統(tǒng)水電來(lái)水預(yù)測(cè)誤差偏大這一現(xiàn)實(shí)情況間的偏離，本文將在第2.3節(jié)對(duì)基于前述假設(shè)條件建立的分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型在實(shí)際電力系統(tǒng)中的拓展應(yīng)用進(jìn)行探討。

在水電來(lái)水預(yù)測(cè)偏差較小的前提條件下，可認(rèn)為水電偏差電量的分配對(duì)各時(shí)段水、火電年平均發(fā)電能耗的影響不大，即水電偏差電量分配前后，水、火電在峰、平、谷各時(shí)段的年平均發(fā)電能耗基本不變。

電網(wǎng)企業(yè)為經(jīng)濟(jì)社會(huì)中的理性人，在權(quán)限允許范圍內(nèi)，以自身購(gòu)電成本最低為目標(biāo)進(jìn)行行為選擇。水電執(zhí)行可再生能源全額保障性收購(gòu)政策。

1.2 基于電量分配約束機(jī)制的分時(shí)電價(jià)實(shí)施效果

由于來(lái)水預(yù)測(cè)偏差的存在，水電機(jī)組實(shí)際可發(fā)電量通常與其分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)時(shí)確定的年度電量調(diào)控目標(biāo)間存在偏差，兩者間差值稱作偏差電量。當(dāng)產(chǎn)生偏差電量時(shí)，由于水電偏差電量無(wú)電量分配方案的約束限制，電網(wǎng)企業(yè)可以其購(gòu)電成本最低為目標(biāo)，對(duì)偏差電量在各時(shí)段進(jìn)行分配。為簡(jiǎn)化分析，本文假定火電、水電分別執(zhí)行統(tǒng)一的平段電價(jià)，分別為P1、P2，上述假設(shè)并不影響分析結(jié)論。

a.水電實(shí)際可發(fā)電量＞水電電量調(diào)控目標(biāo)。

其中，Cep、C′ep分別為偏差電量替代前后電網(wǎng)企業(yè)的購(gòu)電成本，和分別為峰、平、谷3個(gè)時(shí)段水電偏差電量對(duì)火電的替代量。式（2）等號(hào)右側(cè)第1、2部分分別為替代前、后偏差電量的購(gòu)電成本，式（2）可進(jìn)一步整理為式（4）形式。

由于水、火電在峰、平、谷3個(gè)時(shí)段的電價(jià)已知，影響電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本的變量?jī)H為各時(shí)段偏差電量的分配量。由式（4）可知，當(dāng)某一時(shí)段火電、水電間電價(jià)之差最大時(shí)，將全部替代電量在該時(shí)段分配是電網(wǎng)企業(yè)最為理性的分配方案。

b.水電實(shí)際可發(fā)電量＜水電電量調(diào)控目標(biāo)。

此情形下，水電實(shí)際可發(fā)電量與年度電量調(diào)控目標(biāo)間的偏差電量，記作水電欠發(fā)電量將由等量的火電電量替代。而替代電量在各時(shí)段的分配仍由電網(wǎng)企業(yè)按其購(gòu)電成本最低為目標(biāo)進(jìn)行選擇。

式（5）可進(jìn)一步整理為式（7）。

由式（7）可知，與偏豐情形下的電量分配方案相反，當(dāng)某時(shí)段火電與水電間電價(jià)之差最小時(shí)，在該時(shí)段由火電替代全部水電欠發(fā)電量，對(duì)電網(wǎng)企業(yè)而言最為合理。

1.3 發(fā)電能耗最低目標(biāo)下的偏差電量分配

假設(shè)火電、水電在峰、平、谷3個(gè)時(shí)段的單位電量平均發(fā)電能耗分別為以及分析在系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低的目標(biāo)下水電偏差電量的分配方案。

a.水電實(shí)際可發(fā)電量＞水電電量調(diào)控目標(biāo)。

與電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本最低目標(biāo)下水電偏差電量分配方案的分析方法相類似，水電偏差電量Q2+替代火電電量前后，系統(tǒng)發(fā)電總能耗之差越大，系統(tǒng)發(fā)電總能耗下降越明顯。

同理于式（2）—（4）的分析過(guò)程，可得：在火電與水電單位電量平均發(fā)電能耗之差最大的時(shí)段，由水電增發(fā)電量替代火電，對(duì)系統(tǒng)發(fā)電能耗的降低效果最為明顯。

b.水電實(shí)際可發(fā)電量＜水電電量調(diào)控目標(biāo)。

同理可知：在火電與水電的單位電量平均發(fā)電能耗之差最小的時(shí)段，由火電替代全部水電欠發(fā)電量對(duì)系統(tǒng)發(fā)電總能耗的降低效果最為顯著。

1.4 含水電系統(tǒng)峰谷電價(jià)與偏差電量關(guān)系

基于第1.2節(jié)分析可知：在電網(wǎng)購(gòu)電成本最低目標(biāo)下，峰、平、谷各時(shí)段水、火電間價(jià)差的設(shè)置是影響水電偏差電量分配的決定性因素。

由于在已有模型中，火電、水電間電價(jià)之差最大、最小的時(shí)段并不必然對(duì)應(yīng)于火電、水電間平均發(fā)電能耗之差最大及最小的時(shí)段，因此，依電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本最低目標(biāo)所形成的水電偏差電量分配方案通常與系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低目標(biāo)下形成的分配方案并不完全一致。

在分析得出相關(guān)規(guī)律的基礎(chǔ)上，一個(gè)問(wèn)題隨即產(chǎn)生，即能否通過(guò)對(duì)峰、平、谷時(shí)段設(shè)置適當(dāng)?shù)乃⒒痣妰r(jià)差，引導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)將偏差電量集中于對(duì)系統(tǒng)發(fā)電能耗降低作用最顯著的時(shí)段替代？換言之，能否建立一種依賴于價(jià)格信號(hào)的、可引導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)促進(jìn)資源優(yōu)化配置的峰谷分時(shí)電價(jià)機(jī)制？

2 含水電系統(tǒng)峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)基于電量分配約束機(jī)制的分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型在含水電系統(tǒng)實(shí)施時(shí)面臨的現(xiàn)實(shí)困境，本文在已有分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，引入基于系統(tǒng)發(fā)電能耗最低目標(biāo)形成的、表征不同時(shí)段間水電與火電價(jià)差設(shè)置關(guān)系的校驗(yàn)條件，以引導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)在購(gòu)電成本最低的目標(biāo)下形成的偏差電量分配方案與系統(tǒng)發(fā)電能耗最低的目標(biāo)形成的方案相一致。下面給出具體設(shè)計(jì)思路。

a.取水電預(yù)測(cè)可發(fā)電量作為其年度電量調(diào)控目標(biāo)，基于已有分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型，以系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低為目標(biāo)函數(shù)［1，8］設(shè)計(jì)峰谷分時(shí)電價(jià)，形成峰谷分時(shí)電價(jià)的備選方案。

b.針對(duì)峰谷電價(jià)的各備選方案，形成與之對(duì)應(yīng)的分時(shí)電價(jià)校驗(yàn)條件。校驗(yàn)條件的建立是為篩選出偏差電量分配中，電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本最低與系統(tǒng)發(fā)電能耗降低兩目標(biāo)相容的分時(shí)電價(jià)備選方案。建立流程如下：基于備選方案中的峰谷電量分配方案，測(cè)算峰、平、谷各時(shí)段火電、水電的單位電量平均發(fā)電能耗及兩者間的差值；由于在火電與水電平均能耗差最大的時(shí)段，由水電增發(fā)電量替代火電，對(duì)系統(tǒng)發(fā)電能耗的降低效果最為明顯，因此，此時(shí)段火電、水電間價(jià)差應(yīng)設(shè)定為最大；而火電與水電的平均能耗差最小的時(shí)段，與之對(duì)應(yīng)的，兩者間價(jià)差應(yīng)在各時(shí)段間最小。通過(guò)上述價(jià)差約束關(guān)系的引入，可確保在偏差電量分配中，電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本最低與系統(tǒng)發(fā)電能耗最低目標(biāo)的一致性。

c.校驗(yàn)分時(shí)電價(jià)各備選方案中的峰谷電價(jià)設(shè)置是否滿足校驗(yàn)條件，若不滿足，則此方案將被剔除；若滿足，形成分時(shí)電價(jià)推薦方案。

2.2 發(fā)電側(cè)峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

2.2.1 基于電量分配約束機(jī)制，建立初始優(yōu)化模型

以系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低為目標(biāo)函數(shù)，建立發(fā)電側(cè)峰谷分時(shí)電價(jià)的優(yōu)化模型［1，8］。

約束條件包括：電量平衡約束，機(jī)組電量調(diào)控目標(biāo)約束，各時(shí)段最大、最小發(fā)電量約束，機(jī)組收益增量約束，平均上網(wǎng)電價(jià)保持不變約束［1，8］。表示第 i類機(jī)組j的收入增量，該參數(shù)表示機(jī)組發(fā)電的環(huán)境價(jià)值，其值可正可負(fù)，根據(jù)機(jī)組發(fā)電過(guò)程中所排污染物的環(huán)境價(jià)值及其造成的經(jīng)濟(jì)損失確定［8］。

由于較已有優(yōu)化模型相比，本文所設(shè)計(jì)的模型并未要求各類機(jī)組峰、谷時(shí)段的電價(jià)上調(diào)、下調(diào)幅度必須相等，即各類機(jī)組間的α、β值并無(wú)必然的聯(lián)系，因此，本文模型求解將會(huì)生成多組可行解，或者稱為備選方案。

2.2.2 基于初始優(yōu)化模型形成的備選方案，建立分時(shí)電價(jià)的補(bǔ)充校驗(yàn)條件

基于上述優(yōu)化模型得出各峰谷分時(shí)電價(jià)備選方案，測(cè)算各備選方案峰、平、谷各時(shí)段火電、水電的平均發(fā)電能耗及兩者間差值，并以此建立與之匹配的分時(shí)電價(jià)校驗(yàn)條件。以某備選方案中，峰、谷時(shí)段火電、水電間平均發(fā)電能耗之差分別為最大及最小的情況為例。此時(shí)，峰時(shí)段的火電、水電價(jià)差應(yīng)在各時(shí)段間最大，而谷時(shí)段兩者的價(jià)差應(yīng)最小，建立的補(bǔ)充約束條件如式（9）所示。

校驗(yàn)分時(shí)電價(jià)各備選方案中的峰谷電價(jià)設(shè)置是否滿足與之對(duì)應(yīng)的補(bǔ)充約束條件，若不滿足，則此方案將被剔除；若滿足，形成分時(shí)電價(jià)推薦方案。

2.3 實(shí)際含水電電力系統(tǒng)分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)問(wèn)題探討

本文前述分析與優(yōu)化模型的建立均基于水電來(lái)水預(yù)測(cè)偏差較小的假設(shè)條件。但在實(shí)際電力系統(tǒng)中，受預(yù)測(cè)技術(shù)等因素制約，水電來(lái)水預(yù)測(cè)仍存在較大預(yù)測(cè)誤差。因此，基于前述假設(shè)條件建立的分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型在實(shí)際電力系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)需加以調(diào)整：在實(shí)際電力系統(tǒng)中，分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)的核心理念及分時(shí)電價(jià)備選方案的形成方式與前述模型相同；校驗(yàn)條件的形成方式則在前述模型基礎(chǔ)上有所調(diào)整，首先通過(guò)引入水電來(lái)水預(yù)測(cè)偏差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及等間距抽樣方法，實(shí)現(xiàn)水電預(yù)測(cè)誤差場(chǎng)景的構(gòu)建，而后借用前述模型所用方法計(jì)算形成各場(chǎng)景所對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)條件，最后綜合各場(chǎng)景下校驗(yàn)條件，匯總形成實(shí)際系統(tǒng)分時(shí)電價(jià)定價(jià)模型的補(bǔ)充校驗(yàn)條件，并最終優(yōu)選得出分時(shí)電價(jià)的推薦方案。從本質(zhì)上，實(shí)際系統(tǒng)中分時(shí)電價(jià)的設(shè)計(jì)原理及基本思路同前述模型是一致的，兩者均是通過(guò)對(duì)不同時(shí)段間水、火電價(jià)差關(guān)系的合理設(shè)定，引導(dǎo)發(fā)電資源的合理配置。因此，其合理性仍可通過(guò)本文1.4節(jié)及2.1節(jié)的論證得以證明。校驗(yàn)條件的具體形成流程如下。

a.基于水電來(lái)水預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，形成水電來(lái)水偏差電量的置信區(qū)間——正偏差電量區(qū)間［Q+l，Q+u］以及負(fù)偏差電量區(qū)間［Q-l，Q-u］。

b.在正、負(fù)偏差電量置信區(qū)間內(nèi)分別等間距選取 n 個(gè)采樣點(diǎn)，分別記作 Q+i、Q-i（i=1，2，…，n），所取采樣點(diǎn)即為水電預(yù)測(cè)誤差場(chǎng)景；并計(jì)算各場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的偏差電量在峰、平、谷哪一時(shí)段替代火電（或被火電替代）發(fā)電時(shí)，系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低，進(jìn)而形成與各場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的分時(shí)電價(jià)校驗(yàn)條件。

c.若正偏差電量區(qū)間［Q+l，Q+u］內(nèi)所取 n個(gè)采樣點(diǎn)均在同一時(shí)段替代火電時(shí)，系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低，則可認(rèn)定該時(shí)段水電增發(fā)電量最宜替代火電，其對(duì)應(yīng)的火電與水電電價(jià)差值應(yīng)在各時(shí)段間最大；負(fù)偏差電量的分析過(guò)程同理。

d.若正（或負(fù)）偏差電量區(qū)間內(nèi)存在不同采樣點(diǎn)在系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低目標(biāo)下的最宜替代時(shí)段不同的情況，則涉及的2個(gè)或多個(gè)時(shí)段其水、火電價(jià)差設(shè)置應(yīng)相同，以保證電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本最低目標(biāo)與能耗最低目標(biāo)在偏差電量分配中的相容。

e.基于上述確定的各時(shí)段間水、火電價(jià)差設(shè)置關(guān)系，形成分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型的補(bǔ)充校驗(yàn)條件。

3 計(jì)算流程

考慮到本文所建立優(yōu)化模型的非線性特征，可采用遺傳算法求解，具體步驟如下。

a.輸入峰谷分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)年的負(fù)荷數(shù)據(jù)、水電預(yù)測(cè)可發(fā)電量數(shù)據(jù)、各機(jī)組電價(jià)等基礎(chǔ)信息。

b.以αi和βi為優(yōu)化變量，產(chǎn)生初始種群，設(shè)置種群規(guī)模、交叉概率、變異概率等參數(shù)。

d.基于個(gè)體i匹配的峰谷電量分配方案及各時(shí)段水、火電平均發(fā)電能耗之差，形成分時(shí)電價(jià)的校驗(yàn)條件，并依此建立罰函數(shù)。

e.判斷當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體是否滿足終止條件。若滿足，則結(jié)束計(jì)算，并返回最優(yōu)結(jié)果；若不滿足，則轉(zhuǎn)至步驟 f。

f.根據(jù)個(gè)體的適應(yīng)度值及選擇策略對(duì)群體中的染色體進(jìn)行選擇性復(fù)制；并對(duì)已復(fù)制個(gè)體進(jìn)行交叉、變異操作，產(chǎn)生新一代種群，轉(zhuǎn)步驟c。

具體流程如圖1所示。

圖1 計(jì)算流程圖Fig.1 Calculation flowchart

4 算例分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

某區(qū)域水、火電機(jī)組總裝機(jī)容量分別為800 MW和2000 MW，下一年度的電量控制目標(biāo)分別為2 960 GW·h和11 200 GW·h，上網(wǎng)電價(jià)分別為 315元/（MW·h）和 330 元/（MW·h）?；痣姍C(jī)組在各時(shí)段的最大、最小發(fā)電量約束分別為4800GW·h和1200GW·h；水電機(jī)組在各時(shí)段的最大、最小發(fā)電量約束分別為1920GW·h 和 0GW·h［1］。用發(fā)電成本代表發(fā)電能耗，表1給出了水火電機(jī)組在峰、平、谷時(shí)段的發(fā)電成本及各時(shí)段的需求電量［1］。

表1 各時(shí)段的發(fā)電成本及電量需求Tab.1 Power demand and generation cost for different periods

根據(jù)水電可發(fā)電量預(yù)測(cè)偏差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，偏差電量區(qū)間為［-0.1Q2，0.1Q2］。按照水電相對(duì)于脫硫火電的環(huán)境價(jià)值，取 ε2=0.0055195Q2［1］，ε1+ε2=0。

4.2 優(yōu)化結(jié)果

將負(fù)荷數(shù)據(jù)及水電可發(fā)電量預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分別代入本文建立的分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型以及已有的分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型［1，8］進(jìn)行求解，可得峰谷分時(shí)電價(jià)方案如表2及表3所示。

表2 基于所提優(yōu)化模型的峰谷分時(shí)電價(jià)方案Tab.2 TOU tariff based on improved optimization model

表3 基于已有優(yōu)化模型的峰谷分時(shí)電價(jià)方案Tab.3 TOU tariff based on existing optimization model

4.3 實(shí)施效果分析

對(duì)比分析已有及本文提出的2個(gè)峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型在含水電系統(tǒng)的實(shí)施效果。兩方案各時(shí)段火電、水電的價(jià)差及發(fā)電成本差值如表4所示。

a.基于已有模型的分時(shí)電價(jià)方案實(shí)施效果分析：當(dāng)水電實(shí)際可發(fā)電量＞水電電量調(diào)控目標(biāo)，產(chǎn)生正的偏差電量時(shí)，在電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本最低目標(biāo)的引導(dǎo)下，偏差電量將于峰時(shí)段集中替代，而此時(shí)段火電與水電的變動(dòng)成本之差最小，此時(shí)，偏差電量的分配方案與系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低的目標(biāo)不一致；而當(dāng)水電實(shí)際可發(fā)電量＜水電電量調(diào)控目標(biāo)，產(chǎn)生負(fù)的偏差電量時(shí)，偏差電量將集中于谷時(shí)段替代，同樣與系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低的目標(biāo)不一致。

表4 兩方案各時(shí)段火電、水電電價(jià)及發(fā)電成本差值Tab.4 Tariff and cost differences between thermal power and hydro power for different periods 元/（MW·h）

b.基于本文模型的分時(shí)電價(jià)方案實(shí)施效果分析：當(dāng)水電實(shí)際可發(fā)電量＞水電電量調(diào)控目標(biāo)，產(chǎn)生正的偏差電量時(shí)，在電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本最低目標(biāo)的引導(dǎo)下，偏差電量將集中于谷時(shí)段集中替代，同時(shí)，此時(shí)火電與水電的變動(dòng)成本之差最大，因此，偏差電量的分配方案與系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低的目標(biāo)相一致；而當(dāng)水電實(shí)際可發(fā)電量＜水電電量調(diào)控目標(biāo)，產(chǎn)生負(fù)的偏差電量時(shí)，偏差電量將集中于峰時(shí)段替代，同樣與系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低的目標(biāo)一致。

綜合上述分析，本文所設(shè)計(jì)的分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型，通過(guò)價(jià)格信號(hào)的引導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)了含水電系統(tǒng)偏差電量分配時(shí)電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本最低與系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低目標(biāo)的一致，促進(jìn)了資源優(yōu)化配置目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

如圖2所示，當(dāng)水電偏差電量分別取 -0.1Q2、-0.05Q2、0、0.05Q2及 0.1Q2時(shí)，兩優(yōu)化模型在電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本最低目標(biāo)的引導(dǎo)下，形成的偏差電量分配方案所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)發(fā)電總能耗曲線也驗(yàn)證了上述分析結(jié)論的正確性。

圖2 偏差電量情況下兩方案系統(tǒng)發(fā)電總能耗比較Fig.2 Comparison of total energy consumption between two models with power deviation

5 結(jié)論

針對(duì)基于電量分配約束機(jī)制的分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型在含水電系統(tǒng)實(shí)施面臨的現(xiàn)實(shí)困境，本文在已有優(yōu)化模型基礎(chǔ)上，引入基于水、火電價(jià)差信號(hào)的偏差電量分配激勵(lì)機(jī)制，設(shè)計(jì)了考慮水電來(lái)水偏差問(wèn)題的峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型，解決了已有模型在偏差電量分配問(wèn)題上電網(wǎng)購(gòu)電成本最低與系統(tǒng)發(fā)電總能耗最低兩目標(biāo)不一致的問(wèn)題，并通過(guò)算例驗(yàn)證了在存在偏差電量的情況下，該模型較已有模型更有利于系統(tǒng)發(fā)電總能耗的降低，有助于電力資源優(yōu)化配置目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。