峰谷分時電價對電能質量和調峰能力的影響

周揚，黃海麗，王東升，楊文佳，侯保剛

（國網山東省電力公司濰坊供電公司，山東濰坊261021）

峰谷分時電價對電能質量和調峰能力的影響

周揚，黃海麗，王東升，楊文佳，侯保剛

（國網山東省電力公司濰坊供電公司，山東濰坊261021）

通過分析峰谷分時電價執(zhí)行后集中節(jié)點的母線電壓、線路電流，得出執(zhí)行峰谷分時電價對集中節(jié)點電能質量有不利影響。以影響因子和峰谷差率為量度研究峰谷分時電價對電網調峰能力的影響，執(zhí)行峰谷分時電價能夠降低電網的峰谷差率，提高電網調峰能力。針對峰谷分時電價存在的問題，從技術層面給出改善集中節(jié)點電能質量的措施，提高電能質量和供電可靠性。建議推行具有時空特性的峰谷分時分區(qū)電價，進一步完善峰谷分時電價體系。

峰谷分時電價；集中節(jié)點；影響因子；電能質量；調峰

0　引言

合理的分時電價體系能夠運用市場調節(jié)手段，有效改變用戶的用電模式，促使用戶主動進行削峰填谷，緩解電網高峰期電力供應緊張的局面，以保證系統(tǒng)的可靠、高效運行［1-3］。目前，我省峰谷分時電價時段：8∶30—11∶30、18∶00—23∶00為高峰時段，23∶00—7∶00為低谷時段，其余時段為平段。峰時段電價上浮比例為60%，且高峰時段中的10∶30—11∶30和19∶00—21∶00為尖峰時段，電價按基礎電價上浮70%，谷時段電價下浮60%。

文獻［1-3］和［4-5］分別研究實施峰谷分時電價對江蘇電網和上海電網的影響，主要闡述峰谷分時電價對削峰填谷、緩解電網高峰期電力供應緊張局面的作用［3］。文獻［6］從發(fā)電成本的角度考慮，通過采用兩部制電價對發(fā)電側峰谷分時電價進行研究，構建各時段各發(fā)電廠的電量分配優(yōu)化模型。文獻［7-8］建立了電網公司、電力用戶、發(fā)電公司和全社會的成本效益分析模型。文獻［9］從系統(tǒng)和運動的觀點出發(fā)，從峰谷電量變化、用戶電費節(jié)約及用戶滿意度3個方面分析峰谷分時電價對用戶滿意度的影響。各省分時電價時段劃分、峰谷電價比不盡相同，且分時電價調整出現新變化和新趨勢［10］。峰谷分時電價可以降低供電公司購電成本，同時，分時電價也使得高峰時段售電收益下降，合理確定電價差率以及合約市場購電比例，可以使供電公司有效地規(guī)避市場風險、提高經營效益［11］。

目前，對峰谷分時電價的研究集中在經濟效益層面［12-15］，針對整個電網安全穩(wěn)定、電能質量方面的研究較少。著重研究執(zhí)行峰谷分時電價對集中節(jié)點電能質量和電網調峰能力的影響，分別研究其對集中節(jié)點處的電壓和電流的影響、對可執(zhí)行峰谷分時電價電量占比較大的縣域電網和整個地區(qū)電網調峰能力的影響，并從技術層面和電價管理層給出合理化建議。

1　峰谷分時電價對集中節(jié)點電壓影響

集中節(jié)點定義為在可執(zhí)行峰谷分時電價電量占比較大的局部電網中，該變電站或者線路所帶負荷70%及以上執(zhí)行峰谷分時電價，導致峰谷分時點負荷突變，該變電站母線或者線路均可稱為集中節(jié)點。受分時電價影響較大的行業(yè)主要體現在鑄造業(yè)、紡織業(yè)、撥絲、機械等行業(yè)，集中節(jié)點所帶負荷大部分為此類負荷。

W地區(qū)C縣域電網負荷45%為鑄造業(yè)和紡織業(yè)。其中，鑄造業(yè)占該縣域電網電量的20%，70%集中在谷時段用電，紡織業(yè)占該縣域電網電量的25%，30%集中在谷時段用電。執(zhí)行分時電價后，鑄造業(yè)用戶集中負荷利用谷時開爐，電網負荷在峰、平、谷時段分界點驟升或驟降，為了更清楚的顯示分時點的變化趨勢，以48 h為研究時段。電壓降落示意圖如圖1所示，C縣域電網執(zhí)行峰谷分時電價后的負荷曲線與峰谷分時電價曲線如圖2所示。電壓損耗公式如式（1）所示，其中，P1+Q1、P2+Q2為兩側視在功率，U1、U2為兩側電壓，R+jx為線路阻抗，dU為電壓損耗。

圖1　電壓降落

圖2　負荷曲線與峰谷分時電價曲線

從式（1）可以看出，隨著負荷功率的增加，電壓降落增加，將導致末端電壓降低。從圖2可以看出W地區(qū)C縣域電網執(zhí)行峰谷分時電價后的負荷曲線與峰谷分時電價曲線基本成反相關系，且負荷曲線在電價谷時段開始時驟升，電價谷時段結束時負荷驟降，必然導致母線電壓和線路電流波動較大，C縣域電網執(zhí)行峰谷分時電價后B變電站110 kV母線電壓如圖3所示。

圖3　C縣域電網B變電站110 kV母線電壓

從圖3可以看出，峰谷分時電價低谷時段，C縣域電網B變電站110 kV母線電壓降低，110 kV母線運行電壓范圍為106.7～117.7 kV，母線電壓甚至越電壓上下限。

2　峰谷分時電價對線路電流影響

功率與電壓、電流的關系如式（2）所示，電網負荷功率變化時，電壓也隨之變化，但電壓變化不大，此時，可以認為電流與負荷成正比。圖4為C縣域電網B變電站10 kV配電線路電流曲線，從圖中可以看出，峰谷分時電價峰段、平段電流較小在100 A左右，低谷時段電流高達550 A，已經達到過負荷電流保護定值，導致過負荷保護動作跳閘，電流降低為0，然后又達到500 A，頻繁跳閘。

3　峰谷分時電價對電網調峰能力影響

定義峰谷分時電價執(zhí)行前后負荷曲線相關系數為峰谷分時電價影響因子。影響因子ρ是變量之間相關程度的指標，計算公式如式（3）所示，可利用方差的運算性質、極值或柯西一施瓦茲不等式［16］證明其取值范圍為［-1，1］。其中，Plt為執(zhí)行峰谷分時電價前t時刻負荷，為Plt在采樣時間段內均值；Ppt為執(zhí)行峰谷分時電價后t時刻負荷，為在采樣時間段內均值；｜ρ｜=0表示兩個量之間沒有相關性，所研究的對象為峰谷分時電價執(zhí)行前后負荷曲線，具有相關性，所以，本文中｜ρ｜≠0。正號表示變量變化趨勢相同，負號表示變量變化趨勢相反。ρ值越接近1，變量之間的線性相關程度越高，即實施峰谷分時電價前后負荷曲線趨勢變化不大，峰谷分時電價對電網調峰能力影響越??；ρ=1表示實施峰谷分時電價前后負荷曲線無變化，即實施峰谷分時電價對電網調峰能力無影響。ρ值越接近-1，變量之間的線性相關程度越低，即實施峰谷分時電價前后負荷曲線趨勢變化較大，且導致了截然相反的變化趨勢，執(zhí)行峰谷分時電價對電網調峰能力影響越大；ρ=-1表示實施峰谷分時電價前后負荷曲線對稱反相，即實施峰谷分時電價使得電網調負荷曲線峰谷互換。

峰谷分時電價對可執(zhí)行峰谷分時電價占比較大局部電網調峰能力的影響，以W地區(qū)C縣域電網為例，實施峰谷分時電價前后四季度負荷曲線如圖5所示，圖6為峰谷分時電價執(zhí)行前后W地區(qū)電網負荷曲線。

圖5　峰谷分時電價執(zhí)行前后C縣域電網負荷曲線

從圖5可以看出，峰谷分時電價執(zhí)行后，C縣域電網負荷曲線變化趨勢發(fā)生逆轉，原來在白天出現的負荷峰值轉移至夜間峰谷分時電價谷時段。從圖6可以看出，執(zhí)行峰谷分時電價，使得W地區(qū)電網負荷曲線更加平滑，但并未改變曲線變化趨勢。

圖6　峰谷分時電價執(zhí)行前后W地區(qū)電網負荷曲線

以峰谷分時電價影響因子為量度將執(zhí)行峰谷分時電價對電網調峰能力的影響進行量化，峰谷分時電價對W地區(qū)電網和C縣域電網負荷曲線的影響因子如表1所示。從表1可以看出，峰谷分時電價對C縣域電網四季度負荷曲線影響因子均為負值，峰谷分時電價對C縣域電網負荷曲線向相反方向影響，且春季、冬季影響因子接近-1，影響最大；峰谷分時電價對W地區(qū)電網四季度負荷曲線影響因子均為正值，且夏季影響因子接近1，影響最小。

表1　影響因子

峰谷差率為負荷曲線評價指標體系中一個重要參數，為峰谷差與最大負荷的比值，計算公式如式（4）所示。其中，r為峰谷差率，max｛Pt｝為負荷曲線的最大負荷，min｛Pt｝為負荷曲線的最低負荷，max｛Pt｝-min｛Pt｝為峰谷差。

峰谷分時電價執(zhí)行前后W地區(qū)電網和C縣域電網負荷曲線峰谷差率如表2所示。從表2可以看出，執(zhí)行峰谷分時電價后，峰谷差率變小，負荷曲線變得平滑，且C縣域電網峰谷差率改善比例較大，提高了電網調峰能力。但是，C縣域電網負荷曲線峰谷時段已發(fā)生逆轉，隨著峰谷分時電價執(zhí)行力度加大和比例的增大，峰谷差率逐漸增大，可能發(fā)生過猶不及的局面。

表2　電網負荷曲線峰谷差率%

4　結語

對于執(zhí)行峰谷分時電價導致集中節(jié)點電壓越限的情況，投入AVC或者監(jiān)控人員應在分時點加強電壓監(jiān)視，及時進行電壓調整，提高電能質量；對于執(zhí)行峰谷分時電價導致集中節(jié)點電流達保護定值而過負荷跳閘的情況，應進行過負荷監(jiān)視，在越限而未跳閘前告警，及時控制負荷，或架設新線路、對線路進行改造、負荷割接，提高供電可靠性；對于因區(qū)域負荷特性不同導致的峰谷分時電價可執(zhí)行力度的區(qū)域性差異，應制定因時因地而異的峰谷分時分區(qū)電價，將電價從一維的時間特性延伸到到二維的時空特性，進一步完善峰谷分時電價體系。

［1］胡福年，湯玉東，鄒云.峰谷分時電價理論建模與應用研究［J］.電氣應用，2007，26（4）：39-45.

［2］丁曉，李林道.江蘇省執(zhí)行峰谷分時電價政策的研究［J］.華北電力，2005，33（11）：34-38.

［3］胡福年，湯玉東，鄒云.峰谷分時電價策略在江蘇電網的應用研究［J］.華北電力，2006，34（9）：16-18.

［4］熊虎崗，程浩忠，章文俊，等.峰谷分時電價對上海市居民用戶用電特性影響分析［J］.電力需求側管理，2006，8（6）：17-20.

［5］謝輝.居民實行峰谷分時電價的影響［J］.上海電力，2001（6）：36-38.

［6］王綿斌，譚忠富，張蓉，等.發(fā)電側峰谷分時電價設計及電量分配優(yōu)化模型［J］.電力自動化設備，2007，27（8）：16-20.

［7］唐捷，任震，高志華，等.峰谷分時電價的成本效益分析模型及其應用［J］.電網技術，2007，31（6）：61-66.

［8］CHEN Jianming，Nilee F，Breiplhl A M，et al.Scheduling direct load control to minimize system operation cost［J］.IEEE Transactions on Power Systems，1995，10（4）：1 994-2 001.

［9］李樹杰，王陸峰.峰谷分時電價對用戶滿意度影響的系統(tǒng)動力學分析［J］.水電能源科學，2012，30（10）：176-179.

［10］趙娟，譚忠富，李強.我國峰谷分時電價的狀況分析［J］.現代電力，2005，22（2）：82-85.

［11］宋藝航，譚忠富，于超，等.需求側峰谷分時電價對供電公司購售電風險影響分析模型［J］.電工技術學報，2010，25（11）：183-190.

［12］任震，吳國丙，祁達才.計及電量效益的發(fā)電上網電價定價方法［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000，24（5）：15-19.

［13］Rosenstock S J.Issues in demand side management programs operated by electric utilities in the united states［J］.IEEE Transactions on Power Systems，1993，8（3）：1 560-1 572.

［14］蔡興國，劉玉軍.邊際成本法在輸電定價中的應用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000，24（6）：21-24.

［15］李揚，王治華，盧毅，等.峰谷分時電價的實施及大工業(yè)用戶的響應［J］.電力系統(tǒng)自動化，2001，25（8）：45-48.

［16］左振釗，張艷紅，袁博.相關系數的性質的幾種證明方法［J］.河北北方學院學報（自然科學版），2005，21（5）：11-13.

Impact of Peak-Valley Time Price on Power Quality and Peak Regulation Ability

ZHOU Yang，HUANG Haili，WANG Dongsheng，YANG Wenjia，HOU Baogang
（State Grid Weifang Power Supply Company，Weifang 261021，China）

By means of analyzing busbar voltage and line current，it is concluded that carrying out peak-valley time price has an adverse effect upon power quality of concentrated node.Taking impact factor and peak-valley ratio as measurers，carrying out peak-valley time price can reduce peak-valley ratio and improve the ability of peak regulation.Suggestions are also presented on the existing issues of peak-valley time price and technical measures are presented to boost power quality and power supply reliability.Peak-valley time-space price with time-space characteristic should be implemented to further refine the peak-valley time price system.

peak-valley time price；concentrated node；impact factor；power quality；peak regulation

TM73；F123.9

A

1007－9904（2015）12－0020－04

2015-07-01

周揚（1985），男，工程師，從事電力價格管理工作；

黃海麗（1985），女，工程師，從事電網運行與控制工作。