針對(duì)“峰谷倒置”負(fù)荷特性的電價(jià)策略研究

劉洪鑫，夏 通，徐非非，周海波，施進(jìn)平

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000）

0 引言

峰谷電價(jià)的實(shí)行，旨在以價(jià)格手段調(diào)節(jié)電力供求關(guān)系，提高發(fā)電和用電企業(yè)的調(diào)峰積極性，使發(fā)電曲線適應(yīng)用電曲線的變化特性[1]。但麗水用電“峰谷倒置”，原有的峰谷電價(jià)機(jī)制已不適用于麗水的調(diào)峰[2-3]。目前，研究較多的是用戶側(cè)峰谷電價(jià)優(yōu)化[4-5]，建立動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，以求緩解電力供求矛盾。在新的電力體制改革背景下，產(chǎn)生基于發(fā)電側(cè)與銷售側(cè)峰谷電價(jià)聯(lián)動(dòng)的輸配電監(jiān)管方法研究。麗水水電資源豐富，水電晝發(fā)夜停加劇了峰谷矛盾[6]，發(fā)電企業(yè)對(duì)調(diào)度機(jī)構(gòu)的要求，由原來(lái)的單一追求發(fā)電量最大化轉(zhuǎn)變?yōu)樵诎l(fā)電量最大化的同時(shí)追求電量結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，而隨之產(chǎn)生的發(fā)電企業(yè)峰谷比平衡問(wèn)題也給調(diào)度機(jī)構(gòu)帶來(lái)新的壓力，因此針對(duì)發(fā)電廠側(cè)開(kāi)展峰谷電價(jià)研究是十分必要的。

1 用電負(fù)荷特性分析

1.1 峰谷差

近幾年麗水最大峰谷差有逐步拉大趨勢(shì)，2014—2016年峰谷差情況如圖1所示，2016年月平均峰谷差較2014年增長(zhǎng)32%。受水電發(fā)電影響，5—8月峰谷差最大。2016年最大日峰谷差121萬(wàn)kW，出現(xiàn)在5月份，相當(dāng)于年最高用電負(fù)荷的75%。

1.2 峰谷差率

峰谷差率指的是峰谷差與最高負(fù)荷的比率。從峰谷差率計(jì)算結(jié)果來(lái)看，麗水的峰谷差率明顯要高于省內(nèi)其他地區(qū)水平，高于法國(guó)電力系統(tǒng)負(fù)荷峰谷差30%，高于日本電力系統(tǒng)負(fù)荷峰谷差50%，說(shuō)明麗水電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)特別大，潮流大進(jìn)大出。

圖1 2014—2016年麗水峰谷差情況

1.3 負(fù)荷特性

谷時(shí)段負(fù)荷高于峰時(shí)段負(fù)荷，呈現(xiàn)“峰谷倒置”現(xiàn)象。典型日負(fù)荷特性如圖2所示，可以看出其走勢(shì)基本一致，高峰負(fù)荷主要集中晚上低谷時(shí)段（當(dāng)日 22∶00-次日 8∶00）， 負(fù)荷較輕出現(xiàn)在白天高峰幾個(gè)時(shí)段。由于麗水的用電負(fù)荷特殊結(jié)構(gòu)致使全社會(huì)用電負(fù)荷曲線晝夜“峰谷倒置”，即晝低夜高。夜間低谷時(shí)段負(fù)荷是白天高峰時(shí)段用電負(fù)荷的1.4～1.6倍，形成了麗水與全省其他地區(qū)迥異的負(fù)荷曲線。

圖2 麗水典型日負(fù)荷特性

2 小水電發(fā)電特性分析

2.1 庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)

庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)指水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容與多年平均來(lái)水量的比值，麗水將近50%裝機(jī)容量的電站都是庫(kù)容系數(shù)在2%以下的徑流電站，詳見(jiàn)圖3。

圖3 麗水小水電按庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)分類結(jié)果

2.2 峰谷電量比

峰谷電量比（以下簡(jiǎn)稱峰谷比）指購(gòu)電量中的峰段購(gòu)電量與谷段購(gòu)電量的比值。峰段電量指的是每日8∶00-22∶00的電量，谷段電量指的是當(dāng)日22∶00-次日8∶00的電量。目前小水電電價(jià)執(zhí)行的是《浙江關(guān)于完善小水電上網(wǎng)電價(jià)政策有關(guān)事項(xiàng)的通知》（浙價(jià)資[2014]150號(hào)）的規(guī)定，上網(wǎng)電價(jià)按投產(chǎn)時(shí)間分段定價(jià)，原則上執(zhí)行峰谷電價(jià)，經(jīng)測(cè)算其峰谷比為 68∶32。

麗水上網(wǎng)小水電實(shí)際峰谷比均高于物價(jià)部門核價(jià)的峰谷比，受峰谷電價(jià)政策影響，水電站業(yè)主往往根據(jù)其來(lái)水情況、調(diào)節(jié)性能來(lái)追求發(fā)電效益最大化[7-8]。根據(jù)麗水電站年度上網(wǎng)電量，測(cè)算出各類水電站的上網(wǎng)電量比例以及峰谷比，詳見(jiàn)表 1、 表 2。

表1 麗水不同類型機(jī)組上網(wǎng)電量比例

表2 麗水小水電峰谷電量測(cè)算結(jié)果

2.3 發(fā)電特性

豐水期和平水期全社會(huì)負(fù)荷、網(wǎng)供負(fù)荷、水電出力曲線分別如圖4、圖5所示，可見(jiàn)現(xiàn)有水電上網(wǎng)峰谷電價(jià)機(jī)制不利于水電能源就地平衡，使有調(diào)節(jié)性能的電站普遍晝（晚）發(fā)夜停，使關(guān)口負(fù)荷曲線晝低夜高的矛盾加劇，導(dǎo)致電能人為因素的異地交叉平衡，造成不必要往來(lái)的輸電網(wǎng)損，也加劇了水電送出“卡脖子”矛盾。

圖4 豐水期全社會(huì)負(fù)荷、網(wǎng)供負(fù)荷和水電出力曲線

圖5 平水期全社會(huì)負(fù)荷、網(wǎng)供負(fù)荷和水電出力曲線

3 用戶側(cè)電價(jià)平衡

3.1 系統(tǒng)峰、谷電量

為了實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，需要對(duì)系統(tǒng)峰谷比例進(jìn)行測(cè)算?？紤]到地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有序性和平穩(wěn)性，可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)測(cè)定系統(tǒng)尖峰、峰、谷電量的比例。因只有大工業(yè)、部分工商業(yè)和居民實(shí)行分時(shí)電價(jià)，系統(tǒng)尖峰、峰、谷時(shí)段電量無(wú)法統(tǒng)計(jì)[9-10]。根據(jù)典型負(fù)荷曲線，采用5 min積分電量求出尖、峰、谷電量：

式中：D為積分電量；Pi為i時(shí)刻的負(fù)荷。

經(jīng)測(cè)算系統(tǒng)尖峰、峰、谷時(shí)段電量比例分別為6.45%，38.9%和54.65%。系統(tǒng)需電量以年用電量為77.7億kWh測(cè)算，乘以尖、峰、谷比例即可得到尖峰、峰、谷電量。

3.2 用戶側(cè)電價(jià)優(yōu)化

一般工商業(yè)和居民用電由于行業(yè)特殊性和用電占比小，移峰填谷效果不明顯，因此研究主要對(duì)實(shí)行分時(shí)電價(jià)的大工業(yè)用戶峰谷電量進(jìn)行調(diào)整[11]，其占用電量的54.08%。

2016年實(shí)行分時(shí)電價(jià)的大工業(yè)用電情況如表3所示，為便于優(yōu)化分析，把大工業(yè)分電壓等級(jí)分時(shí)電量匯總并求出平均分時(shí)電價(jià)，其尖峰、高峰、低谷用電占比分別為4.67%，34.72%和60.61%。用戶側(cè)優(yōu)化主要是通過(guò)增大尖峰段、高峰段用電量，減少谷段用電量，實(shí)現(xiàn)移峰填谷，提高系統(tǒng)負(fù)荷率，達(dá)到優(yōu)化配置電力資源的目的[12]。假設(shè)移峰填谷后負(fù)荷曲線是平滑的，則：

表3 2016年實(shí)行分時(shí)電價(jià)大工業(yè)用電情況

式中：ΔQ尖，ΔQ峰和ΔQ谷分別表示轉(zhuǎn)移到尖峰、峰電量和低谷轉(zhuǎn)出電量；p尖，p峰和p谷分別表示尖峰、峰、谷電量占Q用電量比例；d尖，d峰和d谷分別表示尖峰、峰、谷時(shí)段數(shù)。則用戶增加購(gòu)電費(fèi)用為：

式中：M尖，M峰，M谷分別表示因電量轉(zhuǎn)移尖峰、峰、谷相應(yīng)增加或減少的費(fèi)用；j尖， j峰， j谷分別表示尖峰、峰、谷的平均分時(shí)電價(jià)。

經(jīng)計(jì)算知：因電量轉(zhuǎn)移使得實(shí)行分時(shí)電價(jià)的大工業(yè)用戶每年需增加購(gòu)電費(fèi)用2.01億元，其尖峰、峰、谷電量占比變?yōu)?.2%，39.8%，52%。

由于省網(wǎng)關(guān)口負(fù)荷較高出現(xiàn)在尖峰、峰時(shí)段，大工業(yè)用戶用電從谷段向峰段轉(zhuǎn)移將加劇省網(wǎng)的高峰用電，同時(shí)麗水小水電的晝開(kāi)夜停對(duì)曲線的沖擊影響大于用戶的移峰填谷效應(yīng)。

4 小水電電價(jià)優(yōu)化策略

年調(diào)節(jié)水電站市場(chǎng)價(jià)值最高，日調(diào)節(jié)和徑流水電站最低，水電站造價(jià)和回收年限隨調(diào)節(jié)性能的增加而增加，為體現(xiàn)不同類型電源的市場(chǎng)價(jià)值，有水庫(kù)調(diào)節(jié)性能的電站隨水庫(kù)調(diào)節(jié)性能的上升而逐漸提高上網(wǎng)均價(jià)[13-14]。實(shí)行峰谷電價(jià)后，每種電源類型的發(fā)電收入以及電網(wǎng)企業(yè)的購(gòu)電成本較優(yōu)化前實(shí)行峰谷電價(jià)時(shí)盡可能變動(dòng)小[15-16]。

根據(jù)確定的電價(jià)制定原則，優(yōu)化目標(biāo)如式（4）所示[17]：

電價(jià)優(yōu)化要求每種電源類型的發(fā)電收入和供電企業(yè)的購(gòu)電成本變動(dòng)盡可能小方向是一致的。其中：

式中：Qfi和Qgi分別是第i類電源的峰、谷電量；pfi和pgi分別是第i類電源的峰、谷電價(jià)。

為有效激勵(lì)水電谷時(shí)段發(fā)電，優(yōu)化策略以在原平均電價(jià)基礎(chǔ)上上浮α為谷時(shí)段調(diào)整系數(shù)，在平均電價(jià)及基礎(chǔ)上下浮β為峰時(shí)段電價(jià)調(diào)整系數(shù)。

約束條件是應(yīng)體現(xiàn)不同類型電源的市場(chǎng)價(jià)值，即：

5 小水電電價(jià)優(yōu)化策略應(yīng)用

5.1 調(diào)整電量測(cè)算

根據(jù)電網(wǎng)峰谷比，通過(guò)電廠“削峰填谷”，測(cè)算月、周、日調(diào)節(jié)電廠的峰時(shí)段轉(zhuǎn)移到谷時(shí)段電量， 具體見(jiàn)式（10）：

式中：Q峰和Q谷分別為電網(wǎng)峰、谷電量；P為上年度電量；W為電廠上網(wǎng)電量；Y月、Y周、Y日分別為月、周、日調(diào)節(jié)電廠谷時(shí)段發(fā)系數(shù)。經(jīng)計(jì)算，優(yōu)化前后月、周、日調(diào)節(jié)電廠的峰谷比見(jiàn)表4。

表4 優(yōu)化前后不同類型機(jī)組分時(shí)上網(wǎng)電量比

電網(wǎng)調(diào)度對(duì)有調(diào)節(jié)性能的水庫(kù)電站發(fā)電調(diào)度，充分利用月調(diào)節(jié)電站，合理利用周調(diào)節(jié)電站，輔助利用日調(diào)節(jié)電站，使關(guān)口負(fù)荷曲線相對(duì)平滑。典型日及電價(jià)優(yōu)化后負(fù)荷曲線如圖6所示。

5.2 效益測(cè)算

如果水電機(jī)組按照表4調(diào)節(jié)水電上網(wǎng)峰谷電量，在電價(jià)不做調(diào)整的情況下，不同類型機(jī)組售電收入效益變動(dòng)如表5所示。

峰谷同價(jià)時(shí)，即峰谷電價(jià)等于原平均電價(jià)，不同利益調(diào)整下的不同類型機(jī)組上網(wǎng)價(jià)格如表6所示。

圖6 典型日及電價(jià)優(yōu)化后負(fù)荷曲線

表5 不同類型機(jī)組電價(jià)不調(diào)整情況下利益調(diào)整

表6 峰谷同價(jià)時(shí)不同類型機(jī)組上網(wǎng)平均電價(jià)

雖然峰谷同價(jià)時(shí)，不同調(diào)節(jié)性能的發(fā)電廠和供電企業(yè)利益調(diào)整最小，但從不同發(fā)電廠參與負(fù)荷平衡的貢獻(xiàn)情況來(lái)看，月調(diào)節(jié)發(fā)電廠貢獻(xiàn)度最大，建議適當(dāng)提高月調(diào)節(jié)和周調(diào)節(jié)收益，供電企業(yè)體現(xiàn)服務(wù)社會(huì)價(jià)值，損益可以適當(dāng)下降（如表7所示）。

表7 α=6.9%，β=7.1%時(shí)不同類型機(jī)組上網(wǎng)平均電價(jià)

6 應(yīng)用成效

6.1 降低電網(wǎng)損耗

2016年麗水小水電上網(wǎng)電量56.88億kWh，倒送省網(wǎng)電量25.78億kWh，全市水電就地平衡率40%。如果按照全市5.3%的綜合線損率計(jì)算，電價(jià)優(yōu)化后就地平衡率將近90%，則可減少小水電因長(zhǎng)距離倒送引起電能損耗將近15 100萬(wàn)kWh，增加收入7 248萬(wàn)元。

6.2 提高電網(wǎng)功率因數(shù)合格率

受峰谷電價(jià)利益驅(qū)動(dòng)，地區(qū)日負(fù)荷呈U形狀，導(dǎo)致功率因數(shù)合格率指標(biāo)偏低。水電電價(jià)優(yōu)化后，功率因數(shù)合格率從95.5%提升到99.3%。

6.3 緩解電壓過(guò)高現(xiàn)象

麗水水電集中倒送，造成麗水電網(wǎng)電壓壓上限運(yùn)行，不利于整個(gè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。電價(jià)優(yōu)化后可以提升電網(wǎng)電壓合格率，提供給用戶可靠的電能質(zhì)量。某變電站優(yōu)化前后220 kV母線電壓曲線如圖7所示。

圖7 優(yōu)化前后某變220 kV母線電壓

6.4 減少設(shè)備投切次數(shù)

目前，麗水有6座220 kV變電站共配置8組電抗器，由于小水電倒送電量大，并聯(lián)電抗器投運(yùn)小時(shí)數(shù)較高，約為5 800 h，利用率為66%。水電就地平衡后可以減少設(shè)備投切次數(shù)，利用率降為21%，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，維護(hù)費(fèi)用降低30%。

6.5 提高水能利用率

在峰谷電價(jià)利益驅(qū)使下，水電業(yè)主都集中在峰時(shí)段發(fā)，導(dǎo)致線路送出受限，電網(wǎng)運(yùn)行壓力增加，峰谷電價(jià)優(yōu)化后，發(fā)電廠水能利用率提升。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)發(fā)電廠峰谷電價(jià)優(yōu)化策略研究，發(fā)揮價(jià)格杠桿作用，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，實(shí)現(xiàn)不同利益博弈下不同調(diào)節(jié)類型機(jī)組的上網(wǎng)價(jià)格，對(duì)價(jià)格主管部門決策具有較大的參考意義。通過(guò)價(jià)格杠桿實(shí)現(xiàn)負(fù)荷“平滑”后，可以大大降低電網(wǎng)損耗，提高電網(wǎng)功率因數(shù)合格率，緩解電壓過(guò)高現(xiàn)象，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高發(fā)電廠水資源利用率，具有極高的社會(huì)效益。