（技术经济及管理专业论文）河北省需求侧管理的分时电价研究.pdf

华 北 电 力 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要_ 摘要 分时电价作为d s m 核心措施，是电力公司向用户实施的一种有效的经济刺激手 段，就是通过价格信号，引导用户调整用电结构和方式。本文在研究河北省分时电 价实施的现状的基础上，进一步深入讨论了峰谷电价的确定主要依靠经验来确定， 缺乏理论依据;峰谷分时电价能发挥多大作用，如何进一步挖掘峰谷分时电价潜力 以及对居民实行分时电价的移峰填谷潜能等问题。以需求弹性理论为基础提出了基 于用户响应及满意度的建模方法，并根据该方法对河北省峰谷拉开比给出了很好的 建议。 关键词:d s m，分时电价，尖峰电价，削峰填谷，潜能分析 abs t ract t o u(tim e 一 o f- u s e ) p o wer p r i c e i ， o n e o f th e e ffec ti v e m e a s ur e s i n d s m( d emand s i d e m ana g e m e nt) t h r o u g h e x e rt i n g th e e ffec t o f p ri c e l eve r ，p o wer c o ns u m e rs诫1 1 c h ang e th e i r p o wer c o n s umi n g m o d e s o ast o bob e n e fi c i a l tofi atthe l o adc urv e . int hi s arti c l e t h e i s s u e o f h ow e ffec t this p ri ci n g e x e rt s ， bowt od i g i tsp o t e nt i aland h o wto c o n fi rms p e akand v a l l e y p e ri o d o f t i 献 b as e d onth e stud y o f t 0 up re s e nts i tu at i o n o f h e b e i p r ovi n c ei s 九 ri h e r t h o ro u ghiyd i s c u s s e dt b l s p aperi n t r 0 d uce s th e m etho do f u s e r s 比 act io n m at r i x t o r efle c t th e c o n s ume r s ， re s p o n s e int e n n s o f h i s t o r i c alt i m e 一 o f- u s e p r i c ed at a ，andt h e nus e rs s at i s fact i o ni n d e xm o d e lto i nteg r ate the e 1 e c tr i c i ty c o n s umpt i o nm ann e r s at i s fact i o ni n d e xa n dth ee l e c t r i cc o s t e x p e ndi t ure s a t 1 s fa c t 1 o n i nde xf u r t h e n n o r e ， th e t i m e 一 o f- use p ri c e d e c i s i o n 一 m akin gm o d e l withu s e rsre act i o n ma t r i x a n d s at i s fac t i o n i ndexi s p re s e n t e d . k e ywo r d s :d e m a n ds i d e m a u a g e m e n t ， t i m e 一 o f- u s e p r i c e ， p e a k p r i c e ， 代d u c 玉 n g t h e p e a kl o a dt o fi l l t h e v a l l eyl o a d ， p o t e n t i a l a n a ly s i s wu k a n z h ang ( tec h n o fo gye c o nom y and manage me nt ) d l r e c te d b y p rof.w 旨 n g j i n g m in =七，d口 尸刁f 月 本人郑重声明: 此处所提交的硕士学位论文 河北省需求侧管理的分时电价 研究 ，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间， 在导师指导下进行的 研究工 作和取得的研究成果。据本人所知， 除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得华北电力大学或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 口 涌落口 ， 岁衬今子一 一 目 期 : 妙了 12 切 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了 解华北电力大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校有 权保管、 并向 有关部门送交学位论文的原件与复印 件: 学校可以 采用影印、 缩 印 或其它复制手段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被查阅 或借阅: 学校可以 学 术交 流为目 的 ， 复制赠送和交换学 位论文; 同 意学校可以 用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的 学位论文在解密后遵守此规定 ) 作者签名: 邀 蛛一导师签名: 且 蜀 立 勿 日 期 :加诺. ) 2. 石 。 日期 : 么 户。 ， 。 ! ， . 二 * 华北电力大学硕士学位论文 第一章 绪论 11课题研究的背景及意义 随着国民经济高速增长和人民生活水平的提高，电力需求迅速增长.同时由 于 国民经济结构不合理造成的高耗能工业迅速发展，使得电力负荷峰谷差日 益加大. 一方面是用电高峰时段的电力短缺， 一方面是低谷时段的电力过剩。 2 0 0 5 年是河北 南网近年来缺电最为严重的一年，全网最大电力需求达到 1 3 8 4万千瓦，同比增长 19 09% ， 实际最大负荷达到1 198 . 5 万千瓦， 同比增长14. 2 6 % : 全年拉限电达92天， 最大电力缺口达到2 5 0 万千瓦。 2 0 06年夏季河北南网电力需求的增长速度仍维持在 较高水平， 6 月份最大电力需求1360万千瓦， 全网最大发购电出力1 2 90 万千瓦， 考虑3 0 万千瓦旋转备用容量， 电力供需缺口1 00万千瓦: 7 月份最大电力需求1 3 9 0 万千瓦，全网最大发购电出力 1 4 0 0 万千瓦，电力供需缺口20 万千瓦:8 月份最大 电力需求 1410万千瓦，最大发购电可调出力 1 4 0 0万千瓦，电力供需缺口40 万千 瓦。又由于客户端用电不合理、电能得不到有效利用问题仍然非常严重，电网的峰 谷差还有进一步扩大的趋势。因此就有必要以 一定的管理、经济、技术等电力需求 侧管理措施将用户的电 力需求从电网负荷高峰期削减、转移至电网低谷期，以 达到 改变电力需求在时序上的分布，减少日 或季节性的电网峰荷，以期提高系统运行的 可靠性和经济性的目的。对于电网的发展则可通过此措施减少新增装机容量和节省 电力建设投资，从而降低供电成本。价格是市场的杠杆，对市场具有强大的调节能 力。电价作为联结电力供应和电力需求的纽带，显然对电力需求有非常重要的影响 力。使用适当的电价水平和电价政策的目 的是利用经济杠杆的作用，让用户从经济 角度上更合理地调整其用电需求的时间及需求量，以达到移峰填谷的目的. 电力需求侧管理 ( d s m) 是一种对电力用户推行负荷与节电的管理方法. 它突 破了电力供应以满足需求为目标的传统，将供方供电能力与需方用电能力和方式两 种资源进行综合比较，按最大效率的原则寻求优化方案，使其产生最大社会效益和 经济效益。 近两年我国一些地区通过开展电力需求侧管理， 按照市场规律， 采用技术手段、 行政手段和经济手段，通过移峰错峰、削峰填谷、节能节电等各项措施，引导电力 供需各个环节提高设备利用率、改变用电方式、降低能源消耗，有效提高了 社会供 电水平，将有限的电力资源发挥出最大的效用，极大缓解了电力紧缺的局面。 分时电 价作为 d s m核心措施，是电力公司向 用户实施的一种有效的经济刺激 手段， 就是通过价格信号， 引导用户调整用电结构和方式。 通过积极推行分时电价， 一一一一一一一一一一一一生韭 曳 力 大 学 硕 士 学 位诊 立 _ 赋予电价必要的弹性，拉大峰谷季节电价差，可以削峰填谷提高电网负荷率. 分时电价对需求侧管理的主要结果是削峰填谷。既缓解了负荷压力，又减少了 峰谷负荷差。 电网负荷峰谷差距变大的危害是很大的， 这主要体现在如下两个方面: 首先，影响电能的产量、质量、安全以 及经济运行，对电力企业及用户都有重 大影响。高峰或低谷时，若电网调峰乏力，造成高峰时低频率以 及低谷时高频率， 使电 能质量降低，影响用户的可靠性。负荷峰谷差大使远距离输电电网的潮流日 峰 谷变大，造成无功电压状况恶化，间接影响电压质量;同时高频率、低频率对电力 企业及用户的正常安全生产都有很不利的影响。 其次，造成电网调峰发生困难，最大负荷高增长，峰谷差拉大。由于国产发电 机组调峰能力差，即使发输配电能力充足，也可能出现新的拉闸限电，使电力企业 经济效益下降。 此外， 现代工业发展对电能 质量111 和供电 可靠性12 川提出了 更高的要求。因 此， 降低峰负荷、提高谷负荷，使电网负荷趋于一个平稳的水平有着非常重大的意义。 分时电价不仅能达到需求侧管理的目的，还是电价改革的有效途径。电价理论 是电力市场运营机制的核心理论，目 前的研究重点和发展方向是实时电价.在我国 电 力市场逐步开放发电侧，输电 侧，并将在未来几年逐步开放需求侧的过程中，分 时电价可作为向实时电价过渡的一种有效机制。 因此， 本课题的研究对于缓解河北省电力供需矛盾， 解决电网峰谷加大的问题， 加强电网安全经济运行有重要的现实意义。 1 . 2国内外o s m 研究及应用现状 12 . 1需求侧管理 d s m是在政府法规和政策的支持下， 采取有效的激励和引导措施以及适宜的运 作方式，通过电力公司、能源服务公司、社会中介组织、产品供应商、电力用户等 共同协力，提高终端用电效率和改善用电方式，在满足同样用电功能的同时减少电 量消耗和电力需求，达到节约资源和保护环境，实现社会效益最好、各方收益、最 低成本能 源服务所进行的管理活动叼】 。 1 . 21 . 1 国外o sm研究及应用现状 需求方管理70 年代源于美国，随着电力事业的迅猛发展， 90年代以来，许多 发达国家、发展中国家及我国某些地区陆续开始采用这种方法，并获得了显著的经 济效益和社会效益。据美国能源部9 0 年代初的统计，美国有31个洲在电力系统中 应用了 综合资源规划方法，9 00 个电 力单位在不同 程度上执行了 需求方管理计划. 2 -些 韭 曳 力 大 学 硕 士 学 位 论 文 通过采用科学的用电管理技术， 建立合理的电价制度等方法， 使高峰负荷得以削减， 用电 效率得以 提高， 从而取得了显著经济效益。 80年代后期， 特别是90年代以 来， 综合资源规划方法和需求方管理技术逐步扩展到许多国家.其中包括发达国家， 也包 括电力供应和投资短缺的发展中国家。 如加拿大、 法国、 英国、 德国、 瑞士、 丹麦、 芬兰、捷克、印度、泰国、韩国、日 本、台湾、香港等。 由于各国国情和电力工业发展的差异，电力需求侧管理技术在不同的国家研究 的重点有所不同，采取的措施也不尽一致。发达国家电力供应充足，开展需求侧管 理的 研究，主要以提高用电效率、合理使用自 然资源和保护环境为目 标。如法国主 要采 用: (l ) 实时电 价。 使负 荷曲 线变得平滑， 日 负 荷曲 线达到0 .9 3 ; (2 ) 法规 和质量 标签。法规是能源政策中传统的调节方法之一，通过规范生产厂家的行为使其尽快 地生产高效能的产品。 对节能产品 颁发质量标签; (3) 负荷曲 线管理。 在低谷时间鼓 励用户采用储热式电热水器、储冰制冷设备等措施:在高峰期与大用电客户签订高 峰限电合同 等。 德国需求侧管理包含三个核心: ( 1) 节能咨询。能 源公司免费回 答关 于有效利用电 力及其它能源形式的各种问 题; ( 2) 节能设备及系统的资助。 客户购买 高 效能 源设备时， 公司以 折扣的方式提供经济资 助; ( 3) 价格结构的 调整. 在工业部 门实行面向需求侧的电力购买合同，通过削减部分高峰负荷需求和改变用电时间， 使客户从低电价中收益. 在发展中国家， 特别是地处高温多湿、 需要使用空调的亚洲 各国和地区，如亚洲四小龙、印尼、菲律宾、印度等，面对高速增长的电力需求， 单靠扩大供电方的基建规模，其财政和金融能力己经受到很大限制，因而对需求侧 管理的工作要求强烈，负荷平坦化是他们研究的一个主要目 标。 需求侧管理方法和技术的实施，不同程度上提高了这些国家和地区能源开发利 用的效果， 提高了终端能源的利用率， 获得了较明显的社会和经济效益。 与此同时， 适用于需求方管理的用电管理系统和价格体系得以研究和发展。如德国 r we能源 公司的自 动负荷管理系统，法国电力公司的能源管理系统和针对不同用户的绿色电 价、黄色电价和蓝色电价等。 1 . 2 . 12 国内研究及应用现状 我国是能源生产和消费大国，但人均资源占有量却相对较少。能源结构以煤为 主，环境污染严重，能源利用水平偏低，浪费较大。在今后相当长时期内，我国面 临 着资 源 贫 乏( 主 要是 油、 气等) ， 能 源 供 应 短 缺 和 环 境 恶 化( 尤其 是c 口 2 排 放引 起 的全球气候变化)的危机和能源开发建设资金严重不足的困境。因此，长期坚持节 能和合理用能，大力降低能源需求具有重大的意义.尤其是在电力行业，坚持节电 和保持适当的负荷率，更具有现实意义。 八十年代中、后期，综合资源规划方法和需求方管理技术逐步介绍到我国，引 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 竺 竺 翌 竺 全 巫 些 丝迫 变- 起了 政府有关部门和学术界的注意。但当时电力供应十分紧张，所采用的基本思路 是 “ 计划用电、安全用电、节约用电”的 “ 二电”管理模式。后受九十年代席卷全 球的电力市场浪潮的影响， 1 9 92年国家开始了关于电力市场的初步研究， 提出了电 力需求侧管理新课题，指出进一步运用负荷管理调控手段，开展科学合理用电及运 用经济政策引导客户合理使用电力、节约电能将是今后需求侧管理的长期任务。 1 9 93年， 综合资源规划方法和需求方管理技术， 首次在深圳试点， 并取得了较好的 效果 ， 积累了 一 定的 经 验. 此 后， 北 京、 上 海、 浙 江、 天 津、 湖北 等 省市的电 力公 司， 也相续开展了适合本省、市特点的需求方管理研究，提出了分时电价、丰枯电 价、 可中断电 价等适宜的价格体系，以 及科学的用电管理系统。从而，提高了能源 的利用率，降低了发电成本，系统负荷率得以改善。 199 7 年以 来，国内电力市场开始出 现供大于求的现象，并逐步由 “ 卖方市场” 向“ 买方市场” 转变。从1 9 97年至1999年的三年间，国内售电量的年增长率不到 3 % ， 利润年增长不到5 % 。 传统带有垄断性质的市场被打破， 竞争机制逐渐引入电力 市场， 各电 力公司开始研究新形势下的电力增供扩销方法及需求方管理技术，以求 在新时期里电力的稳步发展.据了 解，河南、湖南、江西、福建、天津、贵州、浙 江、辽宁、北京、上海、四川等地电力公司，借鉴国际上电力公司在电力增供扩销 方面的一些成功经验，将需求管理技术与自己地区的实际情况相结合，作了一些很 好的尝试。 国家经贸委和国家计委将d s m以 法规形式纳入了加00年12月29日 发布的 节 约用电管理办法 ，原国家电力公司把 d s m列入了2001 年开始实施的 国家电力 公司 一 流供电 企业考核标准( 试行 ) 的 一项 考核内 容. 近几年， 我国 大面 积缺电， 各地都非常重视需求侧管理，出台了许多重要的政策和措施。 2 0 02年9 月， 河北省 经贸委等六厅局联合下发了 关于大力开展电力需求侧管理的意见 。2 0 03 年 5月 河北省提出了电力需求侧管理专项资金管理办法。 2 0 05年4 月，国家发改委召开了 2 0 0 5年电 力需求侧管理暨迎峰度夏电 视电 话会。2 0 06 年，河北省电力公司研究制 定了 河北南网迎峰度夏电力需求侧管理实施方案 . 1 . 3分时电价应用现状的研究 1 . 3 . 1电价理论研究现状 电 价理论是电力市场的核心理论。国外对电力市场的理论研究源于 80 年代初 对实时电价的研究。实时电价是一个理想化的在空间展开的瞬时动态电价，它要求 几乎瞬时在电网的各处使电价和成本相匹配.实时电价的概念最早是由美国麻省理 工学院以f. c sch wep pe 为首的 六位学者 在1 9 8 。 年提出 来的， 当时 被冠以 一个很特 一- 些 韭 曳 力 大 学 硕 士 学 位 论 文 二 别的 名 称: h o m e 一 st at ic u t i l i tyc o nt ro l l7 一 1 。 1 9 5 1 年， m .m u n as i n gh e 叙 述t 应用 边 际 成 本 原理定价的 理论框架9 ， 他建议首 先用 严格的 长期边际 成本确定总 体的电 价 水平， 然后利用一个大大简化的峰负荷模型在峰谷两时段间分担。1 ， 83一 1 9 8 7年， t . oya m a成功的 应用数学规 划方法度量电 力的 边际 成 本11 ， 1 ， 采用自 然峰、 峰、 腰和基时段的假设，得出线性规划的对偶解，并通过最优基矩阵的逆来计算。1 9 93 年m . l . b au g hman进一步 将它 扩展为区 别 可靠 性要 求的实时电 力定价。 近年来， 在实时电价理论基础上的实时电 价体系不断完善，主要有收取无功电费以及可靠性 指标 和电 价关 系等 方面 112 一 15) . 此 外， 以 供需 平衡为依 据的电 价竞价机制 在国 外一 些 工业发达国家己经得到了 应用，这方面的理论研究也日 益深入l 闪1 。 在我国，随着电力工业市场化改革的进一步深入，有关电价理论方面的研究十 分活 跃 12 卜 501 。 文献 22 对无 功电 价进行了 研究。 文献 【2 3 对中 国的电 力市 场 进行了 分析， 提出了 适合中国国 情的当量电价法。 文献 2 4 分析研究了促进我国区域电 力 市场形成的价格方案及调控机制。 文献 25一 39 研究了 发电 侧电 力市场竞 价体系的建 立 与电 力 供应商的 报价策略。 文献 4 。 一 4 5 对辅 助服务电 力市 场和辅助服务电 价的 确 定 进行了 研究。 文献4 9 一 5 01 从电 价形成机制和电 价形成体系方面对电价的理论发展 进行了分析和综述，认为我国现在实行实时电价和竞价机制的条件还不具备，实行 分时电价是电力工业市场化的第一步。分时电价可以认为是考虑了实时电价执行困 难后的一种简化形式。分时电价对许多软、硬件设备落后，缺乏管理经验的电力市 场是首选方案，待日后条件成熟后再逐步过渡到实时电价。 1 . 3 . 2分时电价的研究现状以及存在的问题 世界上很多国家都实行峰谷电价，从 70 年代起分时电价制就开始在发达国家 普遍采用，只是高峰、低谷时段的划分因为各国地理、气候及电力系统负荷状况等 因素而有所不同，有的国家把一天分为高峰、低谷、 平段3 个时段，有的国家只分 为高峰和非高峰2 个时段，峰谷比价也有差异， 但大都在 3 :1以上，如法国每年 7 、8 月份设立若干避峰日，避峰日电价比最低电价高出10倍以上;英国12月和 1 月的晚高峰 ( 1 6 :0 0 一1 9 :0 0 )电价比夜间 ( 0 :0 0 7 : 0 0 )电价也要高出 1 0倍 以上。由于实行峰谷电价等措施，英国工业用电负荷率在 1 %1至 1 9 7 5年期间由 45% 提高到7 既， 法国平均日负荷率从 1 9 6 5 年的8 。 % 一 92% 提高到 1 9 90年的90% 左右. 我国自 1 9 93 年在上海市试行峰谷分时电 价以 来，逐步推广，现在全国 绝大部 分省市工业大用户中均已实施峰谷分时电价制。其一般做法是将一天分为三个时 段: 高峰时 段 ( 7 : 3 0 至1 1 : 3 0 ; 1 8 : 0 0 至2 3 : 0 0 ) ， 低谷时 段( 2 3 : 0 0 次日7 : 0 0 ) ， 其余时间为平时段。高峰时段电 价上浮 5 。 % 一6 0 % ，低谷时段电价下浮 5 0%6 。 % ， 平时段电价相当于基础电价不变。 从上海等地实施分时电价的现实来看， 效果明显. 华北电力大学硕士学位论文 1 9 9 3 年至 2 0 0 0 年，上海市在工业大用户中实行峰谷分时电价，削峰填谷效果 明 显， 用电 状况由过去的结构失衡、高峰时 段缺电现象严重转变为供需结构较为合 理与供需基本平衡。 2 0 01 年上海市电 力公司扩大到对居民用户实行峰谷分时电价， 居民的每日 低谷用电量平均达到全日 用电量的 4 0 % 以上。由于低谷电价较低，居民 得到更多的实惠。据有关统计数字显示，居民人均每月可节省 1 2. 7 % 的电费，提高 了 居民对电力消费的兴趣. 在上海市居民 中安装峰谷分时电表后， 用电量增长了 1 5 % 以 上。同时，推动了 其他能源用户改用电能的 进程。 江苏省自 1 9 99 年 10 月 1日 起， 在冶金、纺织、机械、建材、化工、医药 等六大行业， 受电容量在 3 15k v a及以上的工业用户及电 热锅炉 ( 含蓄冰制冷) 用 电的电度电价实行分时电 价，峰谷比 价为 3: 1 。第二个阶段，调整原企业用电分时 电 价政策， 并实行居民用电分时电 价试点。 调整后的政策自 加03 年 8月 1日 起 执行，实施范围不变，调整内 容是:峰谷比 例由原来的 3: 1 调整为现行的 5: 1 ，即 3 /2 : 1 : 1 /2 调整为 5 / 3 : 1 : 1 /3;时段调整为:峰，8 : 0 0 一 1 2 : 0 0 ，1 7 :0 0 一 2 1 : 0();平， 1 2 : 0 0 一 1 7 : 0 0 ， 2 1 : 0 0 一 2 4 : 0 0 ; 谷， 0 : 0 0 一8 :0 0 。即 低谷时段挪后1 小时: 实行对宾馆、 饭店、商场、办公楼、医院等用户使用冰蓄冷、电热锅炉两段制电 价，即:谷时用 电 按谷电 价执行，其它时段均按平时电价执行.仅6 大行业， 每年能够转移用电高 峰负荷 50 万千瓦，同时，实行居民用电分时电价试点。8时至 21 时为峰时，电 价为 0 . 5 5元， 21 时至次日 8时为谷时，电价为0 .3 0 元。 如果全省 6 00万用户都 实行分时电 价，初步估算可以 转移用电高峰负 荷 3 0 0万千瓦。相当于少建 7 个 60 万千瓦时的发电 厂，节省2 10亿元。经济效 益相当可观。社会效益也相当明显，用 电高峰缺电的状况，将得到有效缓解.少办7 个电厂，将大大减少发电废气排放所 造成的环境污染，带来的环保效益无法估量。 河北省 1 9 8 7 年开始试行峰谷电价政策，2 0 0 4 年又出台了 关于进一步实行峰 谷分时电价有关问题的通知 ，主要措施: 一是对大工业和部分非普工业用户实行 尖峰电价。二是降低 “ 双蓄”用户低谷时段电价.关于河北省分时电价的实施情况 将在下面章节详述。 但峰谷分时电价仍存在以下问题: 1) 峰谷电价的确定主要依靠经验来确定，缺乏理论依据。文献151 】 就指出，一 旦用户质询制定的依据，电力部门 将难于应答.如何实现对削峰填谷效益和经济效 益量化计算，确定合适的峰、谷、平电价， 确定灵活的时段分割方法是要深入探讨 的问题;另外，国外电力公司在推行新电 价制度时非常重视收集用户的意见，从电 力部门 和用户两个方面来研究实施的可能性和实施的经济效果等。因此，制定合理 的峰谷分时电 价应充分考虑用户的响应和满意 度双重因素，寻找二者以 及其他系统 目 标之间的均衡点。如何将分时电 价与用户对电价反应很好的结合，也是有待深入 华北电 力大学硕士学位论文 研究的问题。 2 ) 峰谷价差幅度小， 据有关资料显示，峰谷价差在国外可托大到 8 至 ro倍， 而我国一般为2 至3 倍。 由于峰谷价差小， 客户削峰填谷的用电积极性虽有所调动， 但调动得不很充分，削峰填谷用电 仍有进一步挖掘的空间和潜力。 3 )峰谷分时电 价能发挥多大作用，如何进一步挖掘峰谷分时电价潜力，峰谷 电 价比 及峰谷时段如何科学合理的 确定仍需进一步研究。 4) 实施的范围比较窄，除上海等极少数地方外，我国目 前的分时电价仅在工 业大用户中实行， 其对用户需求与电力负荷的调整只属于整个电力运行的一部分。 同时，由于峰谷分时电 价仅对电力用户实行， 未能调动产、 供、销、用协同推广峰 谷分时电价的积极性。因此， 峰谷分时电价发 挥的作用极其有限。 1 . 4本文的工作 为了解决提出的问题 ，本文主要作如下的工作: 1)介绍了分时电价的原理、需求弹性理论、电力负荷特性指标。 2) 在研究需求弹性理论的基础上， 提出 用电价弹性矩阵的方法测量用户峰谷分 时电 价的响应， 并将用户的满意度分为 用电方式满意度和电费支出满意度两方面进 行评 价，从用电 方式的改变和经济性两方面衡量用户的满意度，将二者综合考虑， 对用 户的峰、平、谷价格进行优化决策。在第四章中用该方法对某一工业用户进行 建模仿真说明了该方法的有效性。对峰谷分时电价的确定有一定的参考价值。 3) 大量调研了河北省工业用户用电数据， 分析了河北省近年对工业施行分时电 价的情况和取得的经济效益， 分别就 6大行业对尖峰电 价响应进行分析，并对工 业移峰潜能作了分析。 4 ) 大量调研了 河北省居民用户的用电 数据， 通过分析居民用电 特性， 可以看出 居民用户具有一定的削峰填谷的潜力. 华北电力大学硕士学位论文 第二章 相关理论 2 . 1电价制度介绍 常用的电价制度包括单一电价制度、两部制电价制度和三部制电价制度。按电 价的时间特性划分，还有分时电 价制度。可以说，分时电价制度可以分别合并于上 述三种电 价制度，是一种交叉复合使用的关系。单一电价制度指的是按照电 压等级 制定电价水平，用户根据实际消耗的电能量缴纳电费。两部制电价包括按最大需求 量计价的基本电价和按用电量计价的电量电价，一般来说，两部制电价应用较为普 遍。 三部制电价是包括用户电价、基本电价和电量电价，其中用户电 价是从两部制 电价中分离出与系统容量和发电量无关的用户成本折算而成，目前美国采用三部制 电价。 1 、两部制电价 两部制电价在大多数国家都是最基本的电价制度。它是把与负荷需量对应的基 本电价和与用电量对应的电量电价结合起来决定电价的制度。两部制电价又称霍普 金森电价， 是以约翰 霍普金森的名字命名的，他是最早 ( 1 8 8 2 年) 提出采用两部 分计算供电成本的建议。执行两部制电价以后， 用户用电负荷率的高低对该用户实 际支付的每千瓦时平均单位电价的升降十分敏感，用户用电负荷率提高， 支付的平 均单位电价降低，反之则平均单位电价升高。客观上对用户的用电负荷率已 存在着 一定的经济奖惩作用。 2 、分时电价 分时电价是电力行业实施需求侧管理，为鼓励用户改变用电方式，避峰用电， 以达到削峰填谷、提高电力系统的负荷率和运行稳定而采取的经济手段。作为一种 有效的需求侧管理手段，分时电价在国外得到了广泛的应用，在国内，也有不少地 方实行分时电价。具体的讲，分时电价就是把一天 24 小时按照符合曲 线的高峰低 谷划分成峰、平、谷三种时段，并与之对应着峰、平、谷三种电价。峰时段有着较 高的峰电价，谷时段有着较低的谷电价，从而促进用户尽量避免高峰高价用电，已 达到削峰填谷、改善负荷曲线的目 的。 2 . 2分时电价简介 分时电 价是电 价结构的一种重要形式，电 力市场主要是通过分时价格杠杆而不 是通过管理者的行政手段来维护发用电平衡， 实现各方的最大利益. 推行分时电价， _华 北 电 力 大 学 硕 士 学 位 论 文 发电 厂商将面临风险，电厂经营战略优化以适应负荷调整将是实施分时电价的必然 结果。 发电厂商将挖掘设备的有效潜力， 提高可调出力， 推迟对新设备投资。分时 电 价根据实时的长短不同， 有多种表现形式。 通常有如下 3种: ( 1 ) 2 4 h ( 或 48 时 段) 的实时电价，每小时 ( 或半小时)电价变化一次，用户和发电厂商对电价的变 化反应敏捷，这是实时电价的最高层次。( 2) 每天分成高峰、低谷、平段，每天各 段的电价各不相同，这是实时电价的中间层次。( 3) 每天有几个价格段，每段价格 可以 在一个月或半年、一年调整一次，这是实时电价的最低层次.分时电价与现行 电价进行比 较优点如下: ( 1)分时电 价反映系统的要求状况。 需求增大， 电价降低。 用户可从电价信号中 分析电力需求状况，从而选择自己的用电时间，而现行的电 价 水平与需求关系基本无关。( 2) 分时电价根据边际成本确定，反映社会效益最优原 则。 在有高效率的机组提供电力时， 分时电 价会迫使低效率的机组从系统中解列， 而现行电价都是基于补偿历史个别成本而不是社会平均成本，不能有效地引导资源 合理使用。 在价格理论上讲 “ 分时电价”属于价格歧视的范围，更确切地说是二级差别定 价。 所谓价格歧视行为是指销售者对同样的商品或服务，因人、因时、因地、因量 的不同而将取不同的价格，以期获得比统一价格更大的利润。而二级差别定价，则 是企业根据顾客购买量或使用的时间分段定价。 “ 分时电价”就属于电力部门根据 用户在不同时间段的用电量来收取不同的电费。电力部门采取价格歧视是有其客观 依据的，由于它生产的是不可储存的产品，是一种劳务，一旦这种产品产出后即被 消费掉，满足消费者高峰需求，电力部门必须有足够能力的生产设备，为提供高峰 服务必然增加的成本， 这通常占到一家企业总投资的很大部分。因此在高峰时期将 取较高价格，目 的在于将高峰生产的成本转移到那些在高峰时期需要服务的消费者 身上。 此外，实行较高的高峰价格和较低的低谷价格，可减少高峰时期的需求量， 并且将某些需求从高峰期转移到低谷期。 对电力消费者而言， 推出“ 分时电价” 后， 可有效地节省大量电费，如一些工厂、酒吧、迪厅可将生产经营时间安排在低谷用 电时期，对于一些普通用电户来说，可通过购买能自 动控制时间、智能化程度较高 的家电来利用低谷用电得出优惠. 虽然价格歧视一般会使垄断部门得到好处， 然而， “ 分时电价”却不同于一般的价格歧视，其可使电力部门与电力消费者实现双赢。 2 . 3需求弹性理论 2 . 3 . 1需求定律 需求定律是指在某一特定时间内，在其它条件不变情况下，商品价格变动引 起 需求量反向变动的规律，即:商品价格愈高，需求量愈少;商品价格愈低，需求量 一一一一一一一一一一止型进边左题吐尝 鱼_ _ 愈 多 。 需 求 定 律 刻 画 了 需 求 函 数 的 曲 线 特 征. 在 以 横 轴 表 示 需 求 量q ， 纵 轴 表 示 价 格 p的 平面 直角 坐 标 系中 ， 需 求函 数曲 线 是 一 条向 右 下 方 倾斜的曲 线， 以 d 一 d 标示，见图 2 一 1 。 2 一 1 需求函数曲线 2 . 32需求函数 需求是指消费者在某一特定时间内， 在一定价格条件下， 愿意并能够以货币支 付一定量商品或劳务的需要。需求的实质是商品或劳务的价格与购买量( 需求量) 的 关系， 这个关系体现了市场上对于某种商品或劳务在各种可能的价格条件下产生的 需 求量， 即 需求量与 价格的函 数关系。 若以么表示需 求量， 以p 表示商品的 价格， 则 吼 = f ( p)， 称为需求函数。 一种产品的需求量，取决于一系列因素，主要有: 产品 价格p : 需 求量的多 少与产品 价格的高 低 成反向 变化， 价格越低， 需 求越 多，价格越高，需求越少。 有关产品 价格p ， : 产品价格本身虽无变动， 但与它有关的其他产品价格发生变 动，也会影响到这种产品的需求量. 预期价格p ， : 对未来 价格的预期， 可能 对需求 量有重 大影响. 如 果行情看 涨， 消费者可能大量抢购;如果行情看跌，消费者可能适当减少当前的购买，待价格进 一步下跌后再买。 家庭收入m:一般来说，家庭收入增加，就会增加对产品的需求量，反之，就 会减少对产品的需求量。 个人偏好f:消费者个人的偏好，对需求量有明显的影响。一种产品的价格虽 无变动， 但个人对这种产品的偏好增强或者减弱，需求量也会相应增加或减少。 时间变化t :一种产品的需求量，还与年、季、月、日、昼、夜有关。 华北电 力大学硕士学位论文 一 种 产品 的需 求 量么与 上述 各因 素 之间 的 关系 ， 可以 表示 为 下 列需求 函 数: 鸟 = f (p， p ， ， 几， m， f，t.)(2一1 ) 其中 ，么为因 变量， p ，p ， ，p 。 ， m，f ，t 为自 变 量。 在经济 分析中 ， 一 般 假 定 在其 他条件 不 变的 情况 下， 这种 研究 p ， p ， ， m分别 对么的 影响， 即 需求 价 格么 = f ( p)(2一 2) 需求 交 叉函 数么 = g( pr )(2一 3) 需求收函数么 = h( m)(2一 4) 在各种需求函数中， 最重要的是需求价格函数， 它假定其他条件不变的情况下， 专门 研究一种产品的价格变动对其需求量的影响。 对于电能这种产品来讲，需求量 的改变主要与国民经济发展有关，对于峰谷电量最主要的影响因素就是峰谷电价 了，所以我们在这里研究的就是价格需求函数。 在微观经济分析中，为了简化分析过程， 在不影响结论的前提下，大多使用线 性需求函数. 线性需求函数的通常形式为: 么 = a 一 尹 p( 2 一 5 ) 其 中， a ， 刀 为 常数. 2 . 3 . 3价格弹性 需求价格弹性在经济理论的定量分析中具有广泛的应用性。商品的价格变动对 商品需求量的影响大小量的量度， 就是需求价格的弹性或者说需求量对价格变动的 反应程度.当然这里只注意了 价格这一因素， 实际上需求量还受其他因素的影响， 比 如消费者收入水平变化的影响、相关商品价格、预期商品价格、消费者爱好等。 实践表明， 研究需求量对价格变动的反应程度， 只讨论绝对双变量与 绝对变化率是 不够的，必须研究它们的相对改变量与相对变化率，因此弹性是刻画一个变量对另 一个变量微小变化所作的反应，是一个相对变化的概念。 丝砂 需求量变化百分比 丽蔽虱雨百 酥 八 q / q 夕/ p 二 二一x 其中， e 为价格弹性常用符号;q为产品需求量; p 为原产品价格。 一般 : 是负值， 因需求量与价格成反比例关系， 若用数学方法分析，需求函数 q 二 小( p)是 单调下降函数，所以它的一阶导数必然小于零.即 d q / d p 0， 故 :是负值。 根据需求曲线可知:普通消费者在正常消费时，会根据正常的价格消费产品: 当消费品涨价时，消费者就会减少此消费品的消费;二消费品降价时，消费者就会 华北电力大学硕士学位论文 增加此消费品的消费。用户对电能的消费在一定条件和一定范围内也满足此规律: 在正常的电价水平下正常用电:当电价偏高时，用户就会最大限度的减少对电能的 消费，从而寻找可以替代的、更廉价的生产生活方式;当电价偏低时，用户就会最 大限 度的增加对电能的消费.因此，分析研究电 力需求弹性系数对于分时电价的分 析具有很重要的意义。 1) 价格点弹性。设 q 二 中( p)，若把需求函数视为连续函数， 且具有一阶导数， 则当价格变动很小时， 即p 一0 ， 需求曲线上一点的弹性， 称为点弹性. 二 = h m 丝、 里 = 里 、 丝 如 “ 砂q q dp 2 ) 价格弧弹性。价格点弹性把价格变化当成在需求曲线上的一个点上进行。 即当价格变化是微量时， 用点弹性计算。但实际上， 一般价格变化比较大， 所以常用 弧弹性表示.它是考虑需求曲线一段弧上价格变化。由于在弧的两个端点的弹性系 数不同， 为了得到在价格区间上即弧上唯一的弹性， 所以往往用弧的中点弹性， 采用 平均价格及平均需求量进行计算， 其公式为: e = 鱼叠 、 月一 几 + 只 )/ 2 必一 已 忱 -卜 甲 ， 下气. ，= x 下 es 了 + 姚)/ 2 君一 几以 切-幅 3 )弹性为统计分析提供了量的界限。弹性有缺乏弹性、富有弹性、单一弹性、 完全弹性、完全无弹性等之分， 并各有不同的性质和意义， 据此就可以得出不同的结 论。 例如， 需求价格弹性反映的是商品需求对价格变动的反应程度， 一般来讲当弹性 较大时， 价格降低导致销售收入增加， 故宜采用薄利多销的策略。当弹性较小时， 价 格上升导致销售收入增加， 故宜采用提价， 以牟厚利。当弹性是单位弹性时， 不宜采 用提价式降价的策略.这对合理制订和调整价格具有现实意义。 4 )交叉弹性。在商品需求量讨论中，相关替代商品的价格是决定商品需求量 的一个因素。相关商品价格的变化会引起商品的购买量的变化，为了考察相关商品 价格变化对商品需求量变化的影响，引入交叉弹性这个概念。交叉弹性就是一种商 品需求量变化的百分比对另一种商品价格变化的百分比之比，用点弹性表示，即: 二 = 二、 些 g识 其中，9表示一 种商品的 需求量，君 表示另 一种 相关商品的价 格。 相关商品 分 为相互替代的商品和相互补充的商品，如果相关商品是相互替代的商品，一种商品 价格的提高会引起另一种商品需求量的增加，交叉弹性系数为正值;若相关商品是 相互补充的商品，一种商品的价格的提高会引 起另一种商品需求量的减少，交叉弹 华北电力大学硕士学位论文 性系数为负。因此，可以 根据交叉弹性系数的正负来区分两种商品是互替关系还是 互补关系。若交叉弹性系数接近于零，可以认为两种商品几乎互不相关。 在这里，我们引入交叉弹性系数，主要是考虑到各个时段电价不同，分段电能 可以 看作几种不同的商品，不仅与本时段内电价有关，而且与其他时段电价也有一 定关系。 例如，峰时段电量的变化不只与峰时段电价有关，它也与平时段和谷时段 电价有一定关系。因此，研究分析电力需求交叉弹性是不容忽略的。 2 . 34用户需求分析 用户需求分析是用电分析中的一部分， 是指对电力使用情况的分析。电力的总 需求是由各行各业的电力需求综合组成的。 各个行业有着自己的需求特点，有的行 业生产季节性强，有的行业用电负荷率高， 有的行业受市场影响大，等等.对于某 类用户来说，用户需求特性包含几方面的内 容:需求变化曲线、需求变化特性和电 价平衡曲线。研究用户需求特性不仅可以了解用户需求的变化规律，更好的计划电 力生产，还可以了解用户需求变化对电力生产的影响;同时也可以 根据用户需求变 化的规律，实施用户需求管理。 影响用户每时刻用电量的因素虽然很多，但是我们可控制和可操作的因素并不 多。天气情况根本无法控制，要改变大家的生活习惯是不切实际的，对生产班制、 生产状况的调整所需的费用可能远远高于调整后节约的电能费用，经济政策的实行 则要考虑社会的各个方面。然而，电价在一定条件下一定范围内却是可操作的并且 是可行的控制对象。 需求变化曲 线指的是某段时间内用户需求随时间变化的规律，按照用户需求的 种类可以分为有功功率需求变化曲线和无功功率需求变化曲 线;按照时间段长短可 以分为日 需求变化曲线、月需求变化曲线和年需求变化曲线。 而作为终端的普通电力消费者，最为关心的是对其实行的电价。从整个电力系 统来考虑，用户是作为需求侧一方出现的。根据需求曲线可知:普通消费者在正常 消费时，会根据正常的价格消费产品:当消费品涨价时，消费者就会减少此消费品 的消费;当消费品降价时，消费者就会增加此消费品的消费。 用户对电能的消费在 一定条件和一定范围内也满足此规律:在正常的电价水平下正常用电;当电 价偏高 时，用户就会最大限度的减少对电能的消费，从而寻找可以替代的、更廉价的生产 生活方式;当电价偏低时，用户就会最大限 度的增加对电能的消费。因此可以 通过 价格信号，促使用户自 觉调整其每时刻的用电负荷:在峰负荷时段，让电价高于正 常的电 价，促使用户自 觉减少电能消费; 在谷负荷时段，让电价低于正常的电价， 使用户自 觉增加电能消费。分时电价就是此方法实施手段之一，峰时段、谷时段、 华北电力大学硕士学位论文 平时段有着不同的电价，从而促使用户自 觉的调整各个时段的用电负荷。 2 . 4电力负荷特性指标 2 . 4 . 1 现有电力负荷特性指标 科学、规范的负荷特性指标体系是负荷特性研究的基础。电力系统是一个复杂 的非线性系统，为了准确描述电力系统负荷变化的特性，分析预测电力系统负荷变 化的趋势， 我们需要定义负荷特定的指标。 1 9 89年原能源部颁发了 电力工业生产 统计指标解释 ，其中涉及负荷特性的指标有最高负荷、最低负荷、负荷曲 线、负 荷率等 14个。 2 0 01年初国家电力公司对其进行了补充修改， 增加了峰谷差率指标， 这些指标都是规划计划工作中常用和规范的负荷特性指标。各指标定义如下: ( 1)最高负荷: 报告期 ( 日、月、季、年，以下同) 内记录的负荷中，数值最大 的一个。 ( 2)最低负荷: 报告期内记录的负荷中，数值最小的一个。 ( 3)平均负荷: 报告期内瞬间负荷的平均值，即负荷时间数列时序平均数. 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