計及浮動高峰電價的購售雙方優(yōu)化模型

郭曼蘭，陳皓勇，肖文平，黃釗文，劉豐華，張立榮

(1.順德職業(yè)技術(shù)學院，廣東 佛山528000；2. 華南理工大學，廣州510641)

0 引言

目前，電力市場改革和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展極大地促進了需求側(cè)響應(yīng)發(fā)展，改變了用戶傳統(tǒng)的用電習慣[1 - 5]。此外，售電公司的出現(xiàn)在激活市場活力的同時，不僅可以整合用戶并根據(jù)其特性和需求設(shè)計差異化的服務(wù)產(chǎn)品，提高服務(wù)質(zhì)量，也可以激勵用戶側(cè)根據(jù)價格信號做出響應(yīng)，引導(dǎo)用戶科學合理用電。

在我國電力現(xiàn)貨市場建設(shè)初期，用戶的需求側(cè)響應(yīng)意識有限，應(yīng)該基于電力市場的不斷推進逐步培養(yǎng)用戶側(cè)的響應(yīng)意識和專業(yè)知識。此外，現(xiàn)貨市場的發(fā)展也加大了售電公司參與市場風險，售電公司需要具備抗市場風險能力。售電公司代理的用戶負荷，有可變負荷也有固定負荷，將可變負荷充分利用，對用戶進行一定程度的需求側(cè)響應(yīng)，能夠抵抗市場不可預(yù)測風險，在此過程中，售電公司需要逐步推出需求側(cè)響應(yīng)產(chǎn)品，一來可以基于產(chǎn)品抵抗市場風險，二來為用戶提供多種服務(wù)，能夠提高用戶粘度，提升公司品牌。

目前，國內(nèi)外對需求側(cè)響應(yīng)研究主要集中在：需求側(cè)響應(yīng)運作機制的頂層設(shè)計[6 - 10]、需求側(cè)響應(yīng)的調(diào)節(jié)手段[11 - 12]、需求側(cè)響應(yīng)項目的社會效益及技術(shù)支持[13 - 16]。分時電價和實時電價屬于價格型需求側(cè)響應(yīng)。

分時電價屬于價格型需求側(cè)響應(yīng)，合理的峰谷分時電價能夠削峰填谷、緩解風電、光伏發(fā)電等可再生能源隨機性、間歇性出力對電網(wǎng)造成的安全穩(wěn)定影響，在國內(nèi)外備受關(guān)注[17 - 18]。需求側(cè)的分時電價則主要根據(jù)用戶響應(yīng)情況進行制定[19 - 20]。在考慮需求側(cè)的分時電價方面，文獻[21]以峰谷差最小化為目標，并以用戶的平均電價變小為約束條件，給出了分時定價的方法。文獻[22]提出了一種考慮峰谷分時電價策略的多類型負荷協(xié)調(diào)控制模型，將用戶對電價的響應(yīng)融入模型中進而確定最優(yōu)峰谷分時電價。

實時電價定價方法包括基于能耗調(diào)度理論的實時電價算法[23]、基于統(tǒng)計需求彈性模型的實時電價算法[24]、基于效益模型的實時電價算法[25]和基于阻塞管理的實時電價算法[26]。文獻[27]將用戶所需負荷函數(shù)表示為電價的函數(shù)，把社會效益最大化作為最優(yōu)實時電價問題的目標函數(shù)。通過迭代算法，得到用戶與供電商的總體效益最大化。文獻[28]提出了考慮需求彈性的定價方法。用自彈性與互彈性矩陣對用戶的用電行為進行建模，彈性影響的計算隨著調(diào)度策略與計算價格不斷迭代。通過拉格朗日松弛算法來計算每一次調(diào)度安排，并根據(jù)英格蘭和威爾士的電力庫規(guī)則完成電力價格的實際制定。

在電力市場成熟期，需求側(cè)響應(yīng)更多的是應(yīng)用于需求側(cè)競價、輔助服務(wù)市場和容量市場。在電力市場初期，亟需與之相適應(yīng)需求側(cè)響應(yīng)產(chǎn)品出現(xiàn)，將其與電力市場相銜接，不斷提高用戶需求側(cè)響應(yīng)意識的同時保障電力系統(tǒng)安全可靠。而集中式電力現(xiàn)貨市場主要以中長期差價合同管理市場風險，配合現(xiàn)貨交易采用全電量集中競價的電力市場模式[29 - 31]。為適應(yīng)集中式電力現(xiàn)貨市場以及用戶需求側(cè)響應(yīng)意識較為薄弱的局勢，本文提出基于需求側(cè)響應(yīng)改進的浮動高峰電價產(chǎn)品，將其與現(xiàn)貨市場電價的相聯(lián)動，將需求側(cè)響應(yīng)產(chǎn)品嵌入到現(xiàn)貨市場交易中，并構(gòu)建基于浮動高峰電價產(chǎn)品的購售雙方盈利模型，降低售電公司參與市場風險的同時，提高售電公司甚至是參與用戶的收益，最后通過算例驗證該模型的有效性。

1 售電公司需求側(cè)響應(yīng)產(chǎn)品

市場化第3主體——售電公司的出現(xiàn)，促進市場交易格局更趨向于競爭性和活躍性[32 - 33]。電力市場和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展可以促使售電公司整合用戶，根據(jù)其特性和需求設(shè)計差異化的服務(wù)產(chǎn)品，提高服務(wù)質(zhì)量。也可以激勵用戶側(cè)根據(jù)價格信號做出相應(yīng)，引導(dǎo)用戶科學合理用電。

1.1 需求側(cè)響應(yīng)產(chǎn)品

縱觀全球，越來越多國家傾向于通過市場引導(dǎo)進行需求側(cè)響應(yīng)，有效管理系統(tǒng)電力供需(尤其是高峰時段)。美國的需求側(cè)響應(yīng)已有幾十年歷史，政府出臺一系列政策促進和推動需求側(cè)響應(yīng)的發(fā)展，目前已實施各種政策機制促進需求側(cè)響應(yīng)成為電力系統(tǒng)資源，使電力市場更有效運作。美國有不同的需求側(cè)響應(yīng)產(chǎn)品，為參與用戶提供電價信息引導(dǎo)或激勵機制補償。在競爭性電力市場中，需求側(cè)響應(yīng)產(chǎn)品可分為兩類：1)直接調(diào)控；2)間接調(diào)控。競爭性市場的需求側(cè)響應(yīng)產(chǎn)品如表1所示。

1.2 售電公司的價格型響應(yīng)產(chǎn)品

價格型需求響應(yīng)產(chǎn)品采用基于時間變化的電價來引導(dǎo)用戶改變其電力需求，特別是在系統(tǒng)高峰時期，由于本文提出的浮動高峰電價產(chǎn)品是由分時電價和實時電價衍生而來，下文將對分時電價和實時電價進行介紹。

1)分時電價：電價隨用電所處時段、日期、季節(jié)不同而不同的電價。北京典型工業(yè)用戶和商業(yè)用戶的分時電價，其中高峰時段和非高峰時段的價格比達到了4:1。采用了分時電價，鼓勵工業(yè)和商業(yè)用戶錯開高峰負荷時段用電。

2)實時定價：用戶的零售電價等于實際批發(fā)市場的電價。當市場電價高或可能會高的時候，智能裝置發(fā)出警示，要求用戶做出實時響應(yīng)。

分時電價的價格在一段時間內(nèi)是固定的，對用戶的計量設(shè)備和響應(yīng)意識要求不高，用戶容易做出響應(yīng)。但由于電力供需、煤耗價格等波動，導(dǎo)致電價無法反映實際的市場情況，無法較好實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。實時電價根據(jù)實際電力市場價格，每小時每天都不同，價格波動性大。雖然能實時反映實際市場的供需情況，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。但在缺乏高級量測技術(shù)普及、市場不透明和用戶需求側(cè)響應(yīng)意識有限的情況下，實施起來較為困難。

2 浮動高峰電價產(chǎn)品

2.1 集中式現(xiàn)貨市場

集中式現(xiàn)貨市場是指全電量通過現(xiàn)貨市場考慮電力系統(tǒng)約束出清形成物理執(zhí)行的發(fā)用電計劃，市場雙方報量報價可以影響曲線的形成。具體如下：中長期合同只有結(jié)算意義，不需要物理執(zhí)行；在現(xiàn)貨市場中，全電量物理執(zhí)行的發(fā)用電計劃通過日前運行安全機組組合出清、實時運行安全經(jīng)濟調(diào)度出清程序，得到系統(tǒng)優(yōu)化的物理執(zhí)行發(fā)用電計劃和節(jié)點電價。

在電力市場中，降低負荷需求可以增加市場競爭和滿足系統(tǒng)供需平衡。在現(xiàn)貨市場環(huán)境下，用戶側(cè)可以通過價格信號、激勵合同或直接參與市場競標，是一種靈活性大且分布廣泛的虛擬發(fā)電機組。深入推進現(xiàn)貨市場和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將大大促進需求側(cè)響應(yīng)發(fā)展。

2.2 浮動高峰電價產(chǎn)品

傳統(tǒng)的峰谷分時電價在每個時段的時間和價格都是預(yù)先確定和固定的，缺少靈活性和市場適應(yīng)性，因此，本文提出售電公司的浮動高峰電價產(chǎn)品，該產(chǎn)品是峰谷分時電價和實時定價的混合體，主要特點是，各類型用戶峰谷平時段不變，平和谷時段價格不變，但高峰時段的價格將受到現(xiàn)貨市場價格的影響，對高級量測技術(shù)和用戶需求側(cè)響應(yīng)意識的要求低于實時電價，有助于更緊密地將零售電價和現(xiàn)貨市場價格聯(lián)系起來。

2.2.1 適用對象和時間

針對大型工業(yè)或商業(yè)消費者，擁有可自動監(jiān)視和反映價格變化的智能工具，例如，智能冷凍庫、熱水鍋爐或電動車輛，這些工具可被設(shè)置為推遲到一天中電價較低時再啟動，避開峰時段。居民用戶也可安裝“智能” 恒溫器、電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施、儲能和熱水器計時器。

不同售電公司執(zhí)行的浮動高峰電價時間有所不同，一般而言，在每年的6—9月份，負荷缺口較大，市場交易波動性較大，高峰時段為了滿足負荷需求，電網(wǎng)可能采用更昂貴的發(fā)電機組或者售電公司有時候不得不在現(xiàn)貨市場以較高的成本購入電力。在這個時候執(zhí)行浮動高峰電價，一方面有利于降低系統(tǒng)峰谷差，提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性；另一方面有利于在實時市場進行虛擬投標獲得更多收益。

2.2.2 實施的邊界條件

電力泛在物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，為浮動高峰電價產(chǎn)品的順利開展提供技術(shù)支持。售電公司代理的用戶在日前電力市場結(jié)束后將會收到售電公司發(fā)送的峰電價，并對次日負荷進行響應(yīng)。由于峰時段電價發(fā)生變化，平和谷時段電價未變化，將在峰時段出現(xiàn)負荷削減或者將峰負荷轉(zhuǎn)移到平、谷負荷。要求用戶普及智能電表，應(yīng)用信號通信和負荷控制技術(shù)，同時要求售電公司具有較高的負荷和電價預(yù)測能力。

2.2.3 在實時市場進行交易

執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品，用戶在高峰時段的負荷進行削減和轉(zhuǎn)移，因此，售電公司可以將每個時段的負荷變化量在實時市場進行交易。平、谷時段由于增加負荷，在實時市場將買進，而峰時段減少負荷，在實時市場將賣出。與虛擬投標原理類似，已有的措施是通過激勵型需求側(cè)響應(yīng)與用戶簽訂合同，促使售電公司在實時市場進行買賣電交易，但價格是固定的，無法實現(xiàn)資源優(yōu)化配置和收益最優(yōu)。而執(zhí)行浮動高峰電價，則可以將實時市場與零售市場價格聯(lián)系起來的同時，還能促使雙方收益有所增加，通過價格引導(dǎo)實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。

2.2.4 與現(xiàn)貨市場電價的聯(lián)動機制

現(xiàn)貨市場電價具有一定的波動性和不可預(yù)測性，日前市場得到日前節(jié)點電價，基于日前節(jié)點電價和預(yù)測的實時電價，通過模型，得到售電公司代理各類型用戶高峰時段的最優(yōu)峰電價，將峰電價發(fā)送至用戶，用戶進行響應(yīng)。

2.2.5 結(jié)算機制

對用戶的峰谷平時段的用電量與對應(yīng)電價進行計算得到用戶當天的電費，名義上電費比未采用浮動高峰電價產(chǎn)品高，但該差額將由售電公司補償，因為售電公司由于浮動高峰產(chǎn)品的實施，在電力市場將有盈利，盈利部分在補償用戶的同時還可以按照一定比例分紅給用戶，使用戶在滿足實際電費不變的基礎(chǔ)上還可以獲利。

2.3 平衡賬戶效益分析

本文假定的浮動高峰電價福利是與未執(zhí)行浮動高峰電價效益相比較的，則設(shè)定未執(zhí)行浮動高峰電價效益相比較的福利為0。

用戶執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品之后的用電效用分析和用電效益分析如圖1—2所示。

圖1 用戶的用電效用分析圖Fig.1 User’s power utility analysis chart

圖2 售電公司的收益分析圖Fig.2 Benfit analysis of the retailer

圖1和圖2中，A點均表示為未執(zhí)行浮動高峰電價的狀態(tài)，B點為執(zhí)行浮動高峰電價的狀態(tài)。正常情況下，售電公司會在雙邊合約和日前市場購入用戶所需電量，當用戶由于浮動高峰電價產(chǎn)品而減少或轉(zhuǎn)移高峰時刻電量的時候，在實時市場出售的電量將為執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品前后每個時刻所需電量的差值，Q1-Q2=Q3-Q1。

圖1中，陰影部分和灰色部分分別表示用戶執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品前后的用電成本。用戶由于執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品將會引起用電費用的升高，同時還會由于高峰時段負荷的削減和轉(zhuǎn)移引起的生產(chǎn)、舒適度等損失，即從A點轉(zhuǎn)移到B點。圖2中，陰影部分和藍色部分表示售電公司執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品前后的收益。且執(zhí)行浮動高峰電價后，售電公司收益的增加內(nèi)容包括用戶用電費用的增加值和實時市場電量的出售，即從A點轉(zhuǎn)移到B點。

因此，將售電公司與用戶收益損失放在一個平衡賬戶里面，執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品后該平衡賬戶的總效益(與原效益進行對比，原效益為0)。

平衡賬戶總效益=售電公司收益變化量+用戶用電成本變化量

平衡賬戶總收益表明售電公司和用戶執(zhí)行浮動高峰電價得到的多余收益。這部分收益將由售電公司和用戶按比例進行分析，具體分配規(guī)則由售電公司與用戶協(xié)商而定。

3 現(xiàn)貨市場下用戶價格響應(yīng)模型

3.1 峰谷電力需求價格彈性

模型中考慮用戶某時段的電量將受該時段和其他時段電價的影響。因此，電量電價彈性系數(shù)如式(1)—(2)所示。

(1)

(2)

式中：εii為自彈性系數(shù)；εij為互彈性系數(shù)；Qi與ΔQi分別表示時段i的用電量和變化量；Pi、Pj與ΔPi、 ΔPj分別表示時段i、j的電價和電價的變化量。

由經(jīng)濟學原理分析可知，εii<0，εij>0。當該時段電價較高時，用戶采取的措施是削減負荷或轉(zhuǎn)移負荷。因此，多時段負荷響應(yīng)方式中，負荷削減和轉(zhuǎn)移系數(shù)如式(3)—(6)所示。

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：Tp、Tf、Tv分別為負荷的峰、平、谷時段；λpf、λpv、λfv分別為峰-平、平-谷和峰-谷的轉(zhuǎn)移系數(shù)；λpp、λff、λvv分別為各時段的削減系數(shù)；pp、pf、pv分別為峰時段電價、平時段電價和谷時段電價；由于在浮動高峰電價產(chǎn)品中，峰電價是在原來電價基礎(chǔ)上發(fā)生變化，其余時段均為平電價，kp、kf、kv分別為對應(yīng)時段的電價波動比，且kp>0、kf=0、kv=0。因此，λff=0、λvv=0，λpf>0、λpv>0， 此外，由于εii<0，λpp>0。

(7)

式中：L′t為執(zhí)行后的t時段負荷；Lt為原始t時段的負荷；Lp、Lf、Lv分別為峰、平、谷時段總負荷在相應(yīng)時段內(nèi)的平均值。

3.2 浮動高峰電價與現(xiàn)貨市場聯(lián)動

要使得用戶分時電價與現(xiàn)貨市場價格相聯(lián)系，在原來高峰電價的基礎(chǔ)上疊加一個與現(xiàn)貨市場電價相聯(lián)系的系數(shù)，即通過現(xiàn)貨市場價格引導(dǎo)用戶改變高峰時刻的用電行為，如式(8)所示。

Pp=(1+kp)×P′f

(8)

式中：P′f為原來峰時段電價(即平電價)；Pp為執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品后的峰時段電價。kp為3.1節(jié)所述的負荷削減和轉(zhuǎn)移系數(shù)，數(shù)值通過第4節(jié)的購售雙方盈利模型優(yōu)化所得。

4 購售雙方盈利模型

4.1 售電公司收益

在電力市場交易中，售電公司購買電量渠道為雙邊合約、日前市場和實時市場。因此，售電公司收益為雙邊合約購買電量費用、日前市場購買電量費用、實時市場購電費用和售電費用之和。

目標函數(shù)為售電公司收益最大化，即雙邊合約購買電量費用、現(xiàn)貨市場購買電量費用和售電費用之和最大，如式(9)所示。

(9)

則未執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品時售電公司的收益Rrini為(設(shè)定售電公司用電量均從雙邊合約和日前市場購入)如式(10)所示。

(10)

執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品后售電公司的效益Rrbe為：

Rrbe=Rr-Rrini

(11)

4.2 用戶用電成本效益

在電力市場交易中，售電公司與用戶簽訂的售電合同，合同規(guī)定交易電量和交易電價。用戶效用為實施浮動峰谷電價前后的購電成本之差為負值。用戶用電成本Rc為：

(12)

(13)

0≤η≤1

(14)

式中：A為各類型用戶由于高峰時刻的負荷變化而引起的生產(chǎn)效益、舒適度等損失；η為比例系數(shù)；Rcini為未執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品時用戶的用電成本。

則未執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品時，A=0；用戶的用電成本Rcini如式(15)所示：

(15)

執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品后用戶用電成本損失Rcbe為：

Rcbe=Rc-Rcini

(16)

4.3 購售電雙方效用模型

4.3.1 目標函數(shù)

執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品，購售電雙方效用以不執(zhí)行產(chǎn)品前售電公司收益與用戶用電成本作為參考點。把售電公司收益和用戶用電成本損失整體化，在平衡賬戶中，則購售電雙方效用(即平衡賬戶收益)R表達式如式(17)所示。

R=Rrbe+Rcbe

(17)

將售電公司收益和用戶效用相疊加，得到平衡賬戶的總效益。當售電公司采用浮動高峰電價的時候，用戶用電成本上升，但上升部分由售電公司承擔。購售雙方效用即考慮整體得到的總收益，因此該收益是通過采用浮動高峰電價之后，用戶高峰時段電量下降，售電公司在實時市場出售電量獲得的。

計及浮動高峰電價的購售雙方效用模型的目標函數(shù)是平衡賬戶收益最大化，如式(18)所示。

maxR=Rrbe+Rcbe

(18)

4.3.2 約束方程

1)售電公司時段t購售電量平衡。

(19)

2)售電價格約束。

對售電公司售電價格進行一定程度約束，可適時保障售電市場的公平性，確保用戶利益，如式(20)—(21)。

(20)

(21)

3)用戶滿意度約束

執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品會對用戶的產(chǎn)品生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)質(zhì)量以及生活質(zhì)量造成影響，因此定義用戶滿意度約束，以避免不切實際的改變用戶用電方式情況的發(fā)生。用電方式滿意度為：

(22)

4.4 浮動高峰電價的具體實施流程

售電公司在雙邊交易和日前市場得到的電量和電價在合約規(guī)定時間內(nèi)是固定的，實時市場得到的電價和電量會受當天市場需求而波動。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下通過模型確定用戶當天與實時市場相聯(lián)動的峰電價。具體步驟如圖3所示。

圖3 浮動高峰電價產(chǎn)品的實施流程Fig.3 Implementation process of floating peak price products

1)售電公司與用戶簽訂交易合約，確定交易電量及電價、用戶的峰谷平時段，每年6—9月份執(zhí)行浮動高峰電價。

2)售電公司根據(jù)用戶負荷需求在雙邊合約和日前市場進行交易，得到日前市場電價。通常情況下，由于實際負荷與日前預(yù)測或申報負荷存在偏差,實時電價相對日前電價有所漲落。但PJM等電力市場實際數(shù)據(jù)表明，二者整體趨勢一致,且大部分情況下日前與實時價格趨同[34]。因此可以得到預(yù)測的實時電價。

3)售電公司將雙邊交易數(shù)據(jù)、日前交易數(shù)據(jù)、預(yù)測實時電價及各類型用戶的彈性系數(shù)輸入模型進行優(yōu)化求解。該模型屬于非線性規(guī)劃問題，用數(shù)學規(guī)劃軟件GAMS- 23.5.1編程并調(diào)用 CPLEX.12.1進行求解。得到各類型用戶的峰電價，以及不同時段的負荷變化量。

4)將得到的峰電價傳遞至用戶進行響應(yīng)，用戶提前收到第2天的高峰時段價格通知。在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，電力用戶及其設(shè)備實現(xiàn)連接，實現(xiàn)各設(shè)備及客戶的狀態(tài)全面感知、信息交互和數(shù)據(jù)共享、需求快速響應(yīng)。因此，用戶通過自動需求響應(yīng)終端設(shè)備關(guān)停設(shè)備或調(diào)整運行功率(比如更改設(shè)備所需溫度)，進行響應(yīng)改變各自的用電計劃。

5)將預(yù)測的負荷變化量在實時市場進行交易，得到平衡賬戶最終收益。售電公司按一定比例與用戶協(xié)商一起分配。

5 算例分析

5.1 算例描述

本文設(shè)定售電公司具有A類工業(yè)、B類工業(yè)、商業(yè)和居民用戶。該售電公司已經(jīng)預(yù)測這幾類用戶的日負荷曲線，該售電公司根據(jù)已有的日負荷曲線在雙邊合約市場購買了80%的電量，日前市場購買20%的電量。

1)負荷參數(shù)方面。由文獻[35]可知，對電價的靈敏度：A類工業(yè)負荷>B類工業(yè)負荷>商業(yè)負荷>居民負荷。本文彈性系數(shù)為各類用戶實施峰谷分時電價后一段時間的穩(wěn)定值。通過負荷變化量和電價變化量來計算不同時段的彈性系數(shù)。用戶類型及響應(yīng)特性的相關(guān)參數(shù)調(diào)查結(jié)果如表2所示。本文只考慮高峰電價的變化，對應(yīng)的參數(shù)也如表2所示。

表2 用戶類型及響應(yīng)特性參數(shù)Tab.2 User types and response characteristic parameters

2)電價數(shù)據(jù)方面：雙邊交易和現(xiàn)貨市場交易中各時段的電價如圖4所示。

圖4 交易電價數(shù)據(jù)Fig.4 Transaction price data

不同類型用戶的典型日負荷曲線如圖5所示。

圖5 各類型負荷曲線Fig.5 Various types of load curves

5.2 設(shè)計策略

由于浮動高峰電價產(chǎn)品的實施過程需要循序漸進，且工業(yè)用戶對電價的敏感度遠大于商業(yè)用戶和居民用戶，商業(yè)用戶和居民用戶對電價的響應(yīng)程度類似。因此，售電公司執(zhí)行浮動高峰電價，在技術(shù)、用戶需求側(cè)響應(yīng)意識有限的情況下，可以先對工業(yè)用戶開展，再逐步將浮動高峰電價擴大到更多的客戶群體，如居民和商業(yè)用戶。本文設(shè)計3種策略來驗證購售雙方運營優(yōu)化模型的有效性，具體如下。

1)場景1：不執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品；

2)場景2：工業(yè)用戶執(zhí)行峰谷電價產(chǎn)品；

3)場景3：工業(yè)用戶、商業(yè)用戶和居民用戶均執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品。

本文負荷的峰谷平時段劃分方法是在分析各類型負荷曲線的峰谷分布特點后，確定負荷的最大值和最小值，采用模糊半梯度隸屬度函數(shù)進行劃分。峰谷平時段的劃分結(jié)果如表3所示。

表3 峰谷平時段的劃分結(jié)果Tab.3 Peak-valley-flat time division results

5.3 結(jié)果分析

在場景2和場景3下，售電公司制定的針對不同類型用戶的最優(yōu)峰谷分時電價如表4所示。

表4 場景2和場景3的優(yōu)化電價Tab.4 Optimal prices of scene 2 and scene 3

5.3.1 負荷曲線峰谷對比

圖6為3種場景下的負荷曲線圖。表5為不同場景下的負荷數(shù)據(jù)對比。各策略對負荷曲線的削峰填谷影響如下。

圖6 3種場景下的負荷曲線Fig.6 Load curves under three scenes

場景1與場景2相比，場景2的工業(yè)用戶執(zhí)行浮動高峰電價，是模型最優(yōu)情況下獲得。由于場景2只有工業(yè)用戶執(zhí)行，對負荷曲線起到的削峰填谷能力有限。而場景2與場景3相比，場景3是所有用戶均執(zhí)行浮動高峰電價，將預(yù)測的實時市場電價與用戶的峰電價相聯(lián)動，保持各類型用戶峰谷平時段不變，平和谷時段價格不變，但高峰時段的價格受到實時市場價格的影響。

場景3中，在考慮用戶滿意度的基礎(chǔ)上，執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品之后，峰電價上升，用戶會削減和轉(zhuǎn)移高峰負荷，導(dǎo)致高峰時段的用電量減少，平、谷時段的用電量增加，用戶總用電量減少。通過浮動高峰電價產(chǎn)品改變用戶高峰時刻的用電行為，更有效地降低負荷峰谷差。不同場景下的負荷數(shù)據(jù)對比如表5所示。

表5 不同場景下的負荷數(shù)據(jù)對比Tab.5 Comparison of load data under different scenes

5.3.2 平衡賬戶收益對比

不同場景下的收益與成本如表6所示。實施場景2只有工業(yè)用戶參與，平衡賬戶獲得收益有限。而場景3是所有用戶均執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品，在滿足用戶滿意度約束條件的基礎(chǔ)上，用戶的用電成本增加，即用電費用和效益損失的增加。將用戶執(zhí)行浮動高峰電價得到的一天24 h負荷變化量在實時市場進行交易，即高峰時刻將電量賣出去賺取收益，類似虛擬投標。賺取的平衡賬戶收益相比未執(zhí)行浮動高峰電價高738元，可將這部分進行利益分配，不斷培養(yǎng)用戶的需求側(cè)響應(yīng)意識。最后，由于用戶用電成本增加是由售電公司承擔，對于用戶而言，在用電成本不變的基礎(chǔ)上，增加收益；對于售電公司而言，在保證原本的收益并承擔用戶用電成本變化的基礎(chǔ)上額外增加收益。

表6 不同場景下的收益與成本Tab.6 Benefits and costs under different scenes

平衡賬戶收益主要是從實時電價獲得，即通過浮動高峰電價引導(dǎo)用戶在高峰低谷時刻科學用電，在高峰時刻將電量出售出去，賺取差價。傳統(tǒng)的虛擬報價更多的是基于合同對用戶進行約束，缺乏靈活性的同時無法將合同電價與現(xiàn)貨市場電價相配合，無法實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。

6 浮動高峰電價產(chǎn)品的實施路徑建議

電力市場改革和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展推動售電公司不斷設(shè)計更合適地服務(wù)產(chǎn)品來增強用戶粘度，提高自身的市場競爭力和收益?，F(xiàn)階段執(zhí)行浮動高峰電價尚且存在一些挑戰(zhàn)：售電公司的負荷和電價預(yù)測技術(shù)精確度有限、用戶需求側(cè)響應(yīng)意識有限、需求側(cè)響應(yīng)的高級量測體系缺乏。要使浮動高峰電價產(chǎn)品順利執(zhí)行，提供以下3點建議。

1)提高售電公司自身能力。(1)售電公司需要不斷提高負荷預(yù)測能力和現(xiàn)貨市場價格預(yù)測方法，促使售電公司和用戶組成的平衡賬戶收益最大化。(2)可以為用戶提供多元化服務(wù)產(chǎn)品，并將服務(wù)延伸至電能銷售之外。充分利用開放性電力市場，將電力市場與需求側(cè)響應(yīng)更好結(jié)合，增加用戶粘度，提高市場競爭力，降低市場風險。(3)可以借助泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集大量客戶負荷信息，細分負荷類型及其響應(yīng)特性，開展用戶用電行為研究，評估客戶對浮動高峰電價的接收程度，執(zhí)行支持度和響應(yīng)程度，以不斷改進服務(wù)產(chǎn)品和實施策略。有助于售電公司分析并管理不同類型用戶的需求側(cè)響應(yīng)潛力，為電網(wǎng)安全可靠運行提供更多資源。

2)加強用戶需求側(cè)響應(yīng)意識。相關(guān)政府部門、電網(wǎng)企業(yè)或售電公司，應(yīng)與用戶密切合作，提供培訓(xùn)，并定時跟蹤工作進展。該產(chǎn)品成功的關(guān)鍵因素就是用戶的主動積極參與。不斷培養(yǎng)用戶，宣傳浮動高峰電價產(chǎn)品的效益。

3)加強技術(shù)方面的支持：浮動高峰電價需要涉及智能計量裝置、通訊裝置及負荷控制設(shè)備，需要不斷建立高級量測體系，將先進控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和智能計量等無縫集成一起，推動浮動高峰電價產(chǎn)品的發(fā)展。

7 結(jié)論

售電側(cè)放開和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展推動售電公司與用戶緊密合作，數(shù)據(jù)采集和信息溝通及分享，有助于需求側(cè)響應(yīng)廣泛推廣。為了促進需求側(cè)響應(yīng)與現(xiàn)貨市場相連接，本文提出了浮動高峰電價，促使零售價格與現(xiàn)貨市場價格相聯(lián)動，并總結(jié)分析浮動高峰電價的特點。在滿足用戶滿意度的基礎(chǔ)上構(gòu)建了購售雙方運營優(yōu)化模型，并設(shè)計了3種場景進行算例分析，驗證模型的有效性。結(jié)果表明，當售電公司代理的所有用戶均執(zhí)行浮動高峰電價產(chǎn)品，浮動高峰電價的平衡賬戶收益是最大的。通過浮動高峰電價，用戶的用電成本保持不變的同時，還能獲得額外收益。一方面將需求側(cè)響應(yīng)與現(xiàn)貨市場連接起來，一方面降低售點公司風險的同時提高購售電雙方效益。后續(xù)將考慮物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下高比例可再生能源并網(wǎng)、儲能系統(tǒng)等因素對售電公司運營優(yōu)化模型的影響，有效地規(guī)避市場風險、提高市場競爭力。