考慮負荷時間彈性的分行業(yè)峰谷電價研究

李龍

(國網湖南省電力公司，湖南 長沙410007)

電力是現(xiàn)代社會發(fā)展的重要支撐和現(xiàn)代生活正常運轉的命脈，近年來國內電力供需矛盾時常發(fā)生，需求時間不均衡現(xiàn)象嚴重，造成單位發(fā)電成本上升、電網調峰困難、供電可靠性降低及高峰時段限電拉閘等一系列問題。在此背景下，峰谷分時電價〔1〕作為市場經濟體制下的一種經濟運行調控手段受到全社會的重視，對于促進電力工業(yè)與經濟、環(huán)境、社會協(xié)調發(fā)展，發(fā)揮著重要作用。

峰谷分時電價是需求側管理最有效的措施〔2－4〕，其基本思想是通過價格信號引導用戶削峰填谷，提高電網負荷率和達到安全運行水平，減少或推遲安裝新設備的目的。峰谷電價是否合理，是實現(xiàn)有效削峰填谷的關鍵。峰谷電價差太小，用戶響應不足，達不到應有的削峰填谷效果;峰谷電價差太大，用戶過響應，對供電方造成較大的利益損失，甚至會造成峰谷倒置的現(xiàn)象。同時，不同行業(yè)在用電時間上的選擇余地不同，即負荷時間彈性大小不一樣，其對峰谷電價的響應也不同。為了更科學地制定峰谷分時電價，提高電力系統(tǒng)的安全性、經濟性，需要深入研究不同行業(yè)的負荷特性。

目前，已有大量文獻對峰谷電價定價方案進行了研究。文獻〔5－6〕從發(fā)電側與售電側聯(lián)動的角度研究了峰谷分時電價的設計問題。文獻〔7－9〕通過分析用戶需求與價格的關系，建立了基于需求彈性的峰谷分時電價模型。在考慮需求彈性的基礎上，文獻〔10〕以提高用戶的用電滿意度作為目標，把為客戶服務的理念引入電力企業(yè)工作中。文獻〔11〕采用基于代理的模型模擬改制的電力市場，發(fā)掘消費者的需求價格彈性對電力市場的性能的影響。這些文獻從不同的角度對峰谷電價進行了研究，但定價方都沒能直觀把握不同行業(yè)用電在時間上選擇的余地。

在此基礎上，文中給出了負荷時間彈性大小的計算方法，建立了基于負荷時間彈性的分行業(yè)峰谷分時電價調整模型。利用該模型對現(xiàn)有峰谷電價進行調整，在保證電力公司與用戶利益的情況下，能有效地提高系統(tǒng)的負荷率。

1 負荷時間彈性的量化

負荷時間彈性，指的是負荷在時間上的選擇余地。負荷時間彈性影響因素眾多，行業(yè)差別明顯，即使是同一個用戶，在不同的時期其負荷時間彈性也是不同的。針對不同的應用，其考慮的影響因素不同。文中研究負荷時間彈性在分行業(yè)峰谷電價中的應用，是為了更加有效的移峰填谷，改善系統(tǒng)的負荷曲線，提高系統(tǒng)的負荷率。考慮的影響因素包括日負荷曲線的相似程度和波動情況、單位電量生產的產品價值、用戶高峰負荷與系統(tǒng)高峰負荷的重疊程度。以下分別對各影響因素進行量化。

1.1 日負荷曲線相似度

用戶每天的日負荷曲線越相似，說明用戶的負荷在時間上的分配相對固定，用電有比較穩(wěn)定的規(guī)律，用電負荷在時間上的選擇余地較小，一定程度上表明時間彈性小。用戶日負荷曲線的相似度用σir表示。

1)取該類電力用戶定價前30 天的日負荷曲線，取日平均負荷平均值作為該天負荷的基值，將每一時段(24 小時)的負荷標幺化，得到第u日t時段的負荷Piut:

其中:

i 代表第幾類客戶，i=1，2，3，4，5…;

u 代表一月中的30 天，u=1，2，…，30;

t 代表一天的24 小時，T=1，2…，24;

Liut為i 行業(yè)第u 天t 時的電力負荷;

Liut為i 行業(yè)第u 天的日平均負荷;

2)將30 天每天對應時段的負荷值進行均方差計算，得到一天24 時段的負荷均方差值σit:

3)將σit進行均方差計算，得到σir:

1.2 日負荷曲線波動

在現(xiàn)有峰谷電價下，用戶的日負荷曲線波動越小，用戶的負荷率高，說明用戶已較為充分利用其負荷能力，用戶負荷選擇的余地小，一定程度上表明時間彈性小。

1)計算每天的時負荷均方差δiu，即日負荷曲線(以小時為單位)的波動情況

行業(yè)的用電量不是保持絕對不變的，所以行業(yè)用電量在很小范圍內的波動不能認為該行業(yè)具有負荷時間彈性，為此，設定一個門檻值，

當σir≤σir時，σi=0;當σir＞σir時，σi=σir;

當δir≤δir時，δi=0;當δir＞δir時，δi=δir。

1.3 單位電量生產的產品價值

對于不同行業(yè)，單位電量的產品價值是不同的，用αi表示。對于電費成本較高的行業(yè)，利用低電價可以較大程度上降低其生產成本，其移峰填谷的積極性較高，一定程度表明其負荷時間彈性大。

1.4 用戶負荷與系統(tǒng)高峰重量度

用戶的負荷時間彈性，可以反映為在一定時間段內，用戶原計劃在該時間段內使用的電量，可轉移到其他時段的比例。文中從實際需求出發(fā)，考慮的是從系統(tǒng)負荷高峰轉移到系統(tǒng)負荷低谷的比例的潛力，用βi表示。用戶負荷高峰與系統(tǒng)負荷高峰重疊越大的用戶，其可以移動的負荷比例的潛力越大，一定程度表明其負荷時間彈性越大。

1)對于負荷波動較大的用戶

其中:ki'為一月內企業(yè)負荷最高的30K 小時與系統(tǒng)高峰負荷時段的重合次數(shù);K 為在進行峰谷時段劃分時，每天系統(tǒng)負荷高峰小時數(shù)。

2)對于負荷波動較小的用戶，βi取1。綜上所述，負荷時間彈性可以表示為:

2 基于負荷時間彈性的峰谷電價模型

2.1 目標函數(shù)

實施峰谷分時電價的主要目標是削峰填谷，提高系統(tǒng)的負荷率。所以把目標函數(shù)設定為系統(tǒng)的日負荷率。

2.2 約束條件

1)為了簡化模型，假設實施基于負荷時間彈性峰谷電價前后平時段的電價不變，即:

績效不僅直接關系著個人的業(yè)績，也深刻影響著一個單位的發(fā)展?？冃Э己说哪康氖羌ぐl(fā)工作人員的主動性，提高其績效水平并通過考核使員工的個人目標和單位的整體目標趨于一致。目前我國多數(shù)高校并未構建一套完善的財務績效評價指標體系，通常把財務分析指標作為基準內容。從實際情況來看，因為該項指標主要憑借價值性指標對財務的具體結果進行評價，因此無法全面、客觀反映高校的實際財務情況，難以全面反映經濟考評中的非經濟指標的重要性。在充分考慮高校具體情況的基礎上，有必要構建一套相對完善的高校財務人員評價體系。

2)在現(xiàn)有峰谷電價和負荷特性情況下，fiw越大的用戶，其從系統(tǒng)負荷高峰移動到系統(tǒng)負荷低谷的潛力越大，為了充分利用其移峰填谷的潛力，其峰谷電價比應越大。令系統(tǒng)的電價為負荷時間彈性的線性函數(shù)，則:

其中，A ＞0，B ＜0。PiTP'，PiTF'，PiTV'分別為i 行業(yè)實施基于負荷時間彈性的峰谷電價前峰、平、谷時的電價;PiP，PiF，PiV分別為i 行業(yè)實施基于負荷時間彈性的峰谷電價后峰、平、谷時段的電價。

3)為了保證用戶和供電方的利益，供電公司在實施基于負荷時間彈性的峰谷電價后平均銷售電價不能上漲，其總收益不能低于實施前的λ 倍。

其中:QiTP'，QiTF'，QiTV'分別為i 行業(yè)實施基于負荷時間彈性的峰谷電價前峰、平、谷時段的用電量;QiP，QiF，QiV分別為i 行業(yè)實施基于負荷時間彈性的峰谷電價后峰、平、谷時的用電量。

4)為了避免峰谷倒置，其峰谷電價比不能過大。

同時，為了控制某一行業(yè)的平均電價變化幅度，峰時段與谷時段電價變化的幅度不能相差太大。

其中:ΔPiP，ΔPiV分別為某一行業(yè)高峰和低谷時的電價調整幅度，C1，C2分別實施基于負荷時間彈性前后的峰谷電價比。

5)電力價格的變化會引起需求的變化，對于不同行業(yè)，其價格的變化引起的需求反應不同。所以，應該建立分行業(yè)的峰谷分時電價彈性矩陣，來區(qū)別不同行業(yè)的需求價格彈性〔9〕。

其中，Ei為i 行業(yè)峰谷分時電量電價彈性矩陣。

3 算例仿真

某省目前實施的是四種電價，假設尖峰電價時段與高峰電價時段對負荷時間彈性的峰谷電價有相同的響應，且在計算負荷轉移量時，把尖峰時段歸結為高峰時段。時段劃分為高峰8:00—11:00 與15:00—2:00，平 段7:00—8:00，11:00—15:00 與22:00—23:00，低谷23:00—7:00。在算例仿真時，取5 個不同的行業(yè)，設=0．01，=0． 05，λ=0． 98，C1=3，C2=3。

圖1 為系統(tǒng)負荷曲線，從調整前的負荷曲線可以看出，在進行峰谷時段劃分時，把11:00—13:00歸為平段不符合用電負荷的實際情況。系統(tǒng)仿真曲線表明，調整后有效地降低了高峰負荷，增加了低谷負荷。圖2 為水泥行業(yè)負荷曲線，通過調整前后的負荷曲線對比表明基于負荷時間彈性的峰谷分時電價充分挖掘了該行業(yè)移峰填谷的潛力。

圖1 系統(tǒng)負荷曲線

圖2 水泥行業(yè)負荷曲線

調整前后各行業(yè)電價和負荷見表1，2。

表1 各行業(yè)電價

表2 各行業(yè)負荷

表1，2 表明，不同行業(yè)的負荷時間彈性差別較大。對于負荷時間彈性大的行業(yè)，應該設置較大的峰谷電價比，充分地轉移高峰時期的負荷，提高系統(tǒng)負荷率。算例結果顯示，對不同負荷時間彈性的行業(yè)設置不同的峰谷電價后，各行業(yè)的高峰總負荷為15.297 2 MW，比調整前降低了3.90%。各行業(yè)的低谷總負荷為14.502 1 MW，比調整前提高了4.45%。系統(tǒng)的負荷率由調整前的0.833 2 提高到了調整后的0.846 2，有效地提高了系統(tǒng)的負荷率。

4 結論

1)影響負荷從系統(tǒng)負荷高峰移動到系統(tǒng)負荷低谷潛力的因素是日負荷曲線的相似程度和波動情況、單位電量生產的產品價值、用戶高峰負荷與系統(tǒng)高峰負荷的重疊程度。對于某些用戶，其負荷在一個電價周期內波動很少或者其負荷高峰不在系統(tǒng)負荷高峰時段，則認為其負荷移峰填谷的潛力小，其峰谷電價維持原方案。

2)用戶負荷從系統(tǒng)負荷高峰移動到系統(tǒng)負荷低谷的潛力反映了其負荷對系統(tǒng)負荷高峰產生的影響。所以，峰谷時段劃分對基于負荷時間彈性的分行業(yè)峰谷分時電價調整方案的實施效果產生重要影響。合理的劃分峰谷時段，才能可靠地反應各行業(yè)負荷對系統(tǒng)負荷高峰的影響，才能更有效地削峰填谷，達到負荷率最高的目的。

3)基于時間彈性的分行業(yè)峰谷分時電價調整能滿足需求側管理的目標，即在不損害發(fā)電側、供電側與用戶利益的前提下，提高社會的總體效益。

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