負荷率電價的選擇性證明及實用化選項設(shè)計方法

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）

負荷率電價的選擇性證明及實用化選項設(shè)計方法

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）

以國家銷售電價改革為背景，對我國銷售電價市場化改革背景下的負荷率電價如何適應(yīng)電力市場進行深入研究，發(fā)現(xiàn)對于電力市場化條件下，負荷率電價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。通過對負荷率電價和可選擇電價兩種電價制度的研究，對負荷率電價的實用化選項設(shè)計方法進行探究，并從理論上證明負荷率電價具備可選擇性，為制定可選擇負荷率電價提供理論依據(jù)。最后，通過算例分析驗證了負荷率電價的可選擇性及其實用化選項設(shè)計方法的合理性。

銷售電價；負荷特性；負荷率電價；可選擇電價

2015年推出的新電改9號文提出要進一步深化電力體制改革，形成適應(yīng)市場要求的電價機制[1-3]，讓電力用戶能夠通過結(jié)合自身負荷特性，進行電價模式選擇。因此，負荷率電價和可選擇電價在國內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注和研究。文獻[4]通過介紹國外的可選擇電價做法與經(jīng)驗和對可選擇電價理論依據(jù)的研究指出可選擇電價能夠引導(dǎo)用戶參與并優(yōu)化用電行為，同時改善用戶和電力企業(yè)的利益，實現(xiàn)社會福利的帕累托優(yōu)化，表示我國電價政策體系中有必要引入這種電價制度。文獻[5-9]通過對電價影響因素和選擇性電價內(nèi)涵和定價基礎(chǔ)的研究，對我國構(gòu)建選擇性零售電價體系和實施選擇性零售電價的可行性進行了分析，并給出了一種可選擇兩部制電價定價模型。與此同時，根據(jù)用戶的用電負荷特性制定的負荷率電價，由于其明顯的優(yōu)點得到了進一步的研究。文獻[10-11]對負荷率電價體系的設(shè)計及其選擇性實現(xiàn)途徑進行研究并給出了具體的設(shè)計方法。文獻[12-13]對負荷率電價與分時電價的配合進行研究，并構(gòu)建了相應(yīng)的電價模型。

目前，對于負荷率電價及其選擇性的研究多集中在電價的制定方法研究與建模上，沒有形成一整套的理論支撐與制定方法。因此，本文將補充可選擇負荷率電價在理論研究上的缺失，對負荷率電價的可選擇性進行理論分析與證明。結(jié)果證明負荷率電價具備可選擇性，可選擇負荷率電價同時具備負荷率電價和可選擇電價的優(yōu)勢，具有較強的可操作性。

1 負荷率電價的基本內(nèi)涵及實用化選項設(shè)計方法

1.1 負荷率電價的基本內(nèi)涵

目前，國外許多國家都采用了負荷率電價，如法國，美國和韓國等都根據(jù)本國實際制定了應(yīng)用范圍和程度不同的負荷率電價。雖然我國還沒有執(zhí)行負荷率電價，但隨著電力市場化改革的推進，推行負荷率電價已是大勢所趨。負荷率電價相對于其他電價制度來說有一定的特殊性，比如考慮負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，還通過系統(tǒng)同時率指標取決于其他用戶的用電特性。負荷率電價的核心并不是補償成本，而是引導(dǎo)用戶優(yōu)化用電特性，提高系統(tǒng)負荷率，負荷率電價的這種功能突出并強化了電價的資源配置功能。

1.2 負荷率電價的實用化選項設(shè)計方法

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

負荷率分檔方法：1）選取樣本用戶，采集樣本用戶的用電負荷特性數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理；2）統(tǒng)計分析樣本用戶的負荷率及其分布情況；3）根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果對負荷率初步分檔，并根據(jù)供電成本測算每一檔電價水平；4）根據(jù)用戶比重、價格水平等因素對負荷率分檔檔位進行調(diào)整、合并，最終確定負荷率分檔結(jié)果。負荷率電價水平分檔方法：1）根據(jù)負荷率分檔結(jié)果，對各檔位用戶的供電成本進行分析；2）在供電成本分析的基礎(chǔ)上，確定電價水平，通過財務(wù)平衡調(diào)整，并制定相應(yīng)的負荷率電價。

2 負荷率電價的可選擇性研究與證明

2.1 負荷率電價的可選擇性研究

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

圖1 容量成本在基本電費和電度電費中的分攤示意圖Fig.1 Schematic diagram of the capacity cost allocation in the basic electricity price and consumption-based electricity price

根據(jù)用戶的負荷率不同，其所應(yīng)承擔的容量成本也不相同，可以通過對不同負荷率的用戶制定不同的兩部制電價組合，以期實現(xiàn)對不同負荷特性用戶供電成本的公平合理回收。由于電力企業(yè)作為獨家供電的公共事業(yè)，它在價格制定方面占據(jù)優(yōu)勢地位；同時，它比政府監(jiān)管部門具有信息優(yōu)勢，政府部門很難監(jiān)管其在定價過程中上報用戶用電負荷信息的真實性。為防止電力企業(yè)憑借自身信息不對稱地位和定價優(yōu)勢，對用戶制定高價格以賺取不正當利益，可通過制定負荷率電價菜單，讓用戶自行選擇符合自己利益的電價組合套餐，該電價組合套餐應(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，電力用戶可公平分攤用電成本；同時，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 負荷率電價的可選擇性證明

根據(jù)用戶負荷率制定的可選擇電價組合菜單應(yīng)能實現(xiàn)用戶理性選擇價格組合的結(jié)果與負荷率定價初衷相一致，實現(xiàn)預(yù)期的定價目標。由于可選擇定價存在逆向選擇問題，因此負荷率電價的可選擇性實現(xiàn)還應(yīng)當滿足用戶參與約束和激勵相容約束。目前，在我國，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。對于用戶激勵相容約束，根據(jù)用戶負荷率制定的電價組合菜單應(yīng)能實現(xiàn)對用戶a所制定的電價組合i，當用戶a選擇電價組合i時，與選擇其他電價組合相比，其支付的電費最少，即平均電價最小。

負荷率與同時率之間的關(guān)系無法用數(shù)學(xué)模型表述，只能通過歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出。對于同一電壓等級，該電壓等級用戶的負荷率-同時率關(guān)系曲線滿足二階多項式，呈開口向下的拋物線形式，則負荷率、同時率滿足二次函數(shù)關(guān)系式[14]：

式中：f為用戶的負荷率；d為用戶負荷率為f時所對應(yīng)的同時率；a、b為二階多項式的常系數(shù)，且a＜0。

據(jù)上述容量成本分攤模型可知：用戶分攤的容量成本中，由基本電價回收的部分占系統(tǒng)邊際容量成本的比重為e，剩余的應(yīng)分攤的容量成本和全部電量成本由電度電費回收。根據(jù)負荷率-同時率曲線，可得用戶應(yīng)承擔容量成本分攤到容量電費中的比例為

結(jié)合式（1）簡化可得：

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

電價組合1基本電費：

電價組合1電度電費：

電價組合2基本電費：

電價組合2電度電費：

式中：AC是單位容量成本；T是測算時間周期；CV是變動成本。

令用戶i選擇電價組合1時應(yīng)支付的電費記為M1；用戶i選擇電價組合2時應(yīng)支付的電費記為M2；則有：

將式（1）和（3）代入上式化簡可得：

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)其負荷率制定的電價組合1時，所支付的電費才能最低。這時，用戶的選擇才與電力公司的電價設(shè)計期望一致。因此，基于負荷率的兩部制電價模型能夠滿足用戶參與約束和激勵相容約束，能夠解決可選擇電價的逆向選擇問題，由此證明基于用戶負荷率的負荷率電價具有可選擇性。

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)用戶為研究對象，通過負控系統(tǒng)抽取有效用戶樣本850戶，采集系統(tǒng)最大負荷日的日負荷數(shù)據(jù)。對樣本用戶進行用電負荷特性分析，結(jié)合供電成本數(shù)據(jù)和負荷率電價模型，通過測算，制定相應(yīng)的負荷率電價。在維持銷售電價定價目標與現(xiàn)有收入不變的前提下，根據(jù)用戶負荷率分布情況與售電量數(shù)據(jù)，進行該電壓等級用戶負荷率分檔與測算電價水平結(jié)果如表1。

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

從表1負荷率分檔電價可以看出：高負荷率電價中的基本電費高于低負荷率電價的基本電費、電度電費低于低負荷率電價的電度電費，這是由于高負荷率用戶占用發(fā)、輸變電設(shè)備時間較長，因此需支付的基本電費較高，容量成本分攤到電度電費中的那部分較少，所以電度電費較低。隨著負荷率的提升，平均電價逐漸降低。這些都表明負荷率電價能夠反映不同負荷率用戶供電的固定成本和變動成本的差異，并且能夠激勵用戶提高用電負荷率。

由于負荷率電價在執(zhí)行過程中，電力企業(yè)需要獲得用戶負荷率信息，才能據(jù)此對用戶執(zhí)行不同的電價標準。然而，實際上電力企業(yè)很難獲得用戶的負荷率信息，特別是為數(shù)眾多的中小用戶的負荷率信息，這導(dǎo)致負荷率電價執(zhí)行起來十分困難。因此，基于經(jīng)濟機制設(shè)計理論的可選擇電價設(shè)計機制成為了解決上述問題的最好方法。本文中為實現(xiàn)負荷率電價的可選擇性，通過制定多個兩部制電價選項讓用戶自由選擇，該電價組合套餐的制定目標應(yīng)與負荷率分檔電價一致，且能很好地實現(xiàn)對電力用戶的有效區(qū)分，防止用戶選擇結(jié)果偏離定價預(yù)期。因此，需要對電價組合選項進行精心設(shè)計，實現(xiàn)與負荷率電價等同的效果。設(shè)計與表1負荷率分檔電價具有等同效果的可選擇兩部制電價組合套餐如表2所示。

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

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

從圖2可以看出：負荷率在[0～0.35]的用戶選擇套餐A時支付的平均電費最少；負荷率在[0.35～0.75]的用戶選擇套餐B時支付的平均電費最少；負荷率在 [0.75～1]的用戶選擇套餐C時支付的平均電費最少。由此可知，用戶的選擇結(jié)果與可選擇兩部制電價定價預(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)行負荷率電價效果等同。

圖2 可選擇兩部制電價用戶負荷率與平均用電價格關(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

負荷率電價具有激勵用戶提高用電負荷率和使用戶公平合理分攤供電成本的優(yōu)勢，在負荷率電價執(zhí)行過程中，電力企業(yè)會面臨對用戶的負荷率信息難以全面掌握的難題，阻礙負荷率電價的實施。本文通過對負荷率電價的研究，從理論上證明了負荷率電價具備可選擇性，通過制定高基本電價與低電度電價結(jié)合、低基本電價與高電度電價相結(jié)合的與負荷率電價等效的用戶自選擇兩部制電價套餐，很好地解決了上述難題，并對我國推進和深化銷售電價改革提出如下建議。

1）積極推進負荷率電價改革，提高資源配置效率和電力設(shè)施利用率。我國長期以來存在電力系統(tǒng)和電力用戶負荷率偏低等問題，節(jié)能高效環(huán)保機組不能充分利用，這就需要通過推行負荷率電價提高用戶用電負荷率和電力設(shè)施利用率。

2）精心設(shè)計可選擇負荷率電價制定標準與實施規(guī)范。隨著我國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改革解決的問題。如現(xiàn)行電價難以合理反映用電成本，這就需要積極推行負荷率電價，真實反映不同負荷率用戶的供電成本?？深A(yù)見的負荷率電價在執(zhí)行過程中遇到的難題，可通過引入基于經(jīng)濟機制設(shè)計理論的可選擇電價設(shè)計機制，制定與負荷率電價等效的可選擇負荷率電價解決。

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

[1]李存斌，馬同濤，王建軍.我國階梯電價改革的長期影響及動態(tài)調(diào)整分析[J].陜西電力，2014，42（10）：28-32.LI Cunbin，MA Tongtao，WANG Jianjun.China's ladder price reform of the long-term impact and dynamic adjustment analysis[J].Shaanxi Electric Power，2014，42（10）：28-32（in Chinese）.

[2]趙勇，許今中，張紅.陜西推行居民階梯電價的可行性分析[J].陜西電力，2010，38（11）：51-54.ZHAO Yong，XU Jinzhong，ZHANG Hong.Journal of shaanxi electric power[J]，Shaanxi Electric Power，2010，38（11）：51-54（in Chinese）.

[3]楊原生.實行企業(yè)內(nèi)部電價的嘗試[J].節(jié)能技術(shù)，1989（2）：30-31.YANG Yuansheng.Try to implement the internal price of enterprises[J].Energy Conservation Technology，1989（2）：30-31（in Chinese）.

[4]葉澤.可選擇電價的理論及應(yīng)用[J].中國電力企業(yè)管理，2013，（21）.YE Ze.Heory and application of optional price[J].China Power Enterprise Management，2013，（21）（in Chinese）.

[5]韓宜海.電能計量管理中的一個不利于節(jié)能的“容量電價制”[J].節(jié)能技術(shù)，1984（2）：18-19.HAN Yihai.Electrical energy management system is not conducivetoenergy-saving“capacityofelectricitysystem”[J].Energy-Saving Technology，1984（2）：18-19（in Chinese）.

[6]劉達，牛東曉，楊光，等.電力市場中的電價影響因素[J].陜西電力，2009，37（1）：9-12.LIU Da，NIU Dongxiao，YANG Guang，et al.Effects of electricity price in electricity market[J].Shaanxi Electric Power，2009，37（1）：9-12（in Chinese）.

[7]李鵬雁，孫碩.不同電價決策模型對城市用電的影響研究：以哈爾濱市為例[J].節(jié)能技術(shù)，2015，33（6）：503-508.LI Pengyan，SUN Shuo.Study on the influence of different electricity price decision model on urban electricity consumption：taking harbin as an example[J].Energy Conservation Technology，2015，33（6）：503-508（in Chinese）.

[8]張粒子，張伊美，葉紅豆，等.可選擇兩部制電價定價模型及其方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2016（3）：59-65.ZHANG Lizi， ZHANG Yimei， YE Hongdou.Optional two-part tariff pricing model and method[J].Automation of Electric Power Systems，2016（3）：59-65（in Chinese）.

[9]張粒子，章超，張伊美，等.構(gòu)建選擇性零售電價體系及其可行性研究[J].價格理論與實踐，2015（5）：36-38.ZHANG Lizi， ZHANG Chao， ZHANG Yimei， et al.Research on the construction of selective retail electricity system and its feasibility[J].Price Theory&Practice，2015（5）：36-38（in Chinese）.

[10]孫素苗.兩部制負荷率電價體系的設(shè)計及應(yīng)用[J].寧夏電力，2015（5）：20-23.SUN Sumiao.Design and application of two-part tariff system load factor[J].Ningxia Electric Power，2015（5）：20-23（in Chinese）.

[11]黃海濤，吳潔晶.負荷率電價及其選擇性實現(xiàn)途徑[J].價格理論與實踐，2015（6）：34-36.HUANG Haitao，WU Jiejing.Load factor tariff and its selective approach[J].Price Theory&Practice，2015（6）：34-36（in Chinese）.

[12]徐永豐，吳潔晶，黃海濤，等.考慮負荷率的峰谷分時電價模型[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2015（23）：96-103.XU Yongfeng，WU Jiejing，HUANG Haitao，et al.Timeof-use tariff model considering load factor[J].Power System Protection and Control，2015 （23）：96-103（in Chinese）.

[13]劉駿辰，張靠社.拉姆齊定價理論在分時電價中的應(yīng)用研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2016，32（8）：35-39.LIU Junchen，ZHANG Kaoshe.Application of ramsey pricing theory in time of use tariff[J].Power System and Clean Energy，2016，32（8）：35-39（in Chinese）.

[14]趙連生.電力價格設(shè)計：邊際成本定價理論的應(yīng)用[M].北京：水利電力出版社，1992.

（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，研究方向為電價理論與應(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，研究方向為電力市場與銷售電價理論研究；

吳潔晶（1991—），女，碩士研究生，研究方向為銷售電價理論研究；

楊 冬（1991—），男，碩士研究生，研究方向為銷售電價理論研究。

1674-3814（2017）05-0074-05

TM714

A

國家自然科學(xué)基金項目（71203017）。

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