（电力系统及其自动化专业论文）分类用户峰谷电价研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 作为需求侧管理的一种重要手段，峰谷分时电价在我国得到了较为广泛的 应用。随着电力市场化的发展，要求在电价设计时更细致地考虑终端电力用户 的需求差异，采用更灵活的电价形式。 本文结合国家销售电价的改革目标，根据用户负荷特性重新划分了用户类 别，建立了分类用户不同时段的成本分摊模型：运用经济学中的交叉弹性理论， 分析各类用户对峰谷电价的响应程度，并将用户需求响应作为反馈修正环节引 入到峰谷电价的设计中。最后通过实例计算，验证了该模型能够更灵活地适应 用户的需求和市场的变化，具有一定的实用参考价值。 关键词：峰谷电价，需求侧管理，用户分类，需求弹性 a b s t r a c t a so n eo ft h e i m p o r t a n t m e t h o d so fd s m ( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ) ， t o u ( t i m e o f - u s e ) p o w e rp r i c ei sa p p l i e dw i d e l yi nc h i n a a st h ed e v e l o p m e n to f p o w e rm a r k e t ，r e q u i r em o r es t u d y o nt h ed i v e r s i t yo fd e m a n de l a s t i c i t ya n dm o r e e l a b o r a t ep r i c ef e r m t h i sp a p e rc l a s s i f yt h ec u s t o m e rc l a s sb yt h e i rl o a dc h a r a c t e r i s t i cu s ea na u t o m a t i c c l u s t e r i n ga l g o r i t h m ，a n a l y z e st h ec o s to fd i f f e r e n tc o n s u m e rc l a s s i c b a s eo i ld i f f e r e n t p e r i o do ft i m e u s i n gd e m a n de l a s t i c i t yc o e f f i c i e n t a sa ni n d e xt oa n a l y z ed e m a n ds i d e r e s p o n s e , s e ti ta saf e e d b a c ki nt h et o u m o d e l 。t h em o d e li st e s t i f i e dm o r er e a s o n a b l y a n dm o r ef l e x i b l et oa d a p tt h em a r k e ta n dc o n s u m e rd e m a n d z e n gm e n g y u ( e l e c t r i c i t ys y s t e ma n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gl i z i k e yw o r d s ：t i m e o f - u s ep o w e rp r i c e ，d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ，c u s t o m e rc l a s s i f y d e m a n de l a s t i c i t y 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文分类用户峰谷电价研究，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：盔翅日 期：兰堂兰：z 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：叠觊 日期：塑：! ：2 导师签名： 日期：p 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 随着第三产业和居民生活用电比重的不断提高，电网日负荷峰谷差呈现逐渐增 大的趋势，对电网的供电可靠性和电能质量都带来了不利的影响。为了提高电网负 荷率，引导用户电力消费，各类需求侧管理手段应运而生，峰谷电价便是随之发展 起来的一种需求侧管理手段，其目的在于降低电网高峰负荷，提高低谷负荷，从而 改善系统负荷曲线。电力需求侧管理引入我国以来，国家一直对这项工作高度重视， 需求侧管理作为“迎峰度夏”的一项重要手段，在各省( 市) 都有不同程度的贯彻 落实。2 0 0 4 年国家电网公司系统夏季日最大电力缺口达2 9 8 7 万千瓦，通过对近1 3 万用户实施需求侧管理措施，削减高峰用电负荷2 18 6 万千瓦，占全部缺口的7 3 3 ， 其中，有2 0 的错峰、避峰负荷是通过出台的一系列电价政策实现的。 现阶段，需求侧管理出台的电价策略主要有：进一步完善峰谷分时电价、拉大 峰谷价差和实施范围；有些省份已推行了季节性尖峰电价( 如天津市) ；丰枯电价 ( 如重庆) ；可中断电价( 如上海) 和分档递增电价( 如浙江省) 也开始试行；取 消高耗能企业的优惠电价，实行差别定价。随着电力市场化的发展，发电、输电、 配电、售电各环节逐步分离，要求需求侧电价策略设计更细致地考虑终端电力用户 的需求差异，采用更灵活的电价形式。目前，作为需求侧电价策略的主要手段，峰 谷电价对需求侧资源的开发还有很大的挖掘潜力，同时也面临许多新的问题和挑 战。例如，峰谷电价时段的划分、峰谷价差幅度的确定等。针对峰谷电价的定价理 论和具体实施方案完善的研究工作也被赋予重要意义。 1 1 需求侧管理概述 1 1 。1 实施需求侧管理的重要意义 需求侧管理( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ，以下简称d s m ) 是把电力用户视同发、 输、配电设备等供方资源一样，也作为一种可供选择的资源，鼓励用户注意到其电 力需求的时间和大小，修改其电力消耗模式，实现电力利用效率的最大化1 2 j 。d s m 的目标主要集中在电力和电量的节约上，一方面控制电网最大负荷的增长速度，力 图减少新增装机容量并维持系统的电力供需平衡，其根本措施就是减少用户在电网 峰荷时段的电力需求；另一方面，要设法节省系统发电量，在满足同样的能源服务 的同时减少其用电量。 从整体上讲，d s m 能给国家带来巨大的经济效益。不仅可以减少对新增装机容 量和电量的要求，更直接地，还可以减少昂贵的企业自各电厂建设投入和营运费用， 第1 页 华北电力大学硕士学位论文 以及企业停电危害和由此带来的直接或间接经济损失。尤其是针对我国现阶段面临 的严重的能源供应紧张局面，实施需求侧管理有着重要的现实意义，主要体现在以 下几个方面【4 j ： ( 一) 有效地缓解电力供应矛盾 从我国近年来的电力持续负荷统计来看，全国9 5 以上的高峰负荷年累计持续 时间只有几十个小时，如果采用需求侧管理的方法减少高峰用电负荷，可以以较少 的成本缓解电力供需紧张的压力。 从另一个方面来看，电力部门通过大力加强电力需求侧管理，可以减少终端用 户的电力需求，提高终端用电效率，缓和对新建电厂的需要，从而有效缓解未来国 内一次能源供应压力，经济地弥补未来可能的电煤供应不足，保障国民经济和社会 的未来发展对电力的需要。 ( 二) 为电力环境问题提供了一条经济、有效的途径 与电力生产和使用相关的二氧化硫、烟尘等大气污染物排放问题，是未来中国 电力可持续发展的最大制约因素。这一问题的适当解决有赖于多种战略措施的综合 实施，包括：调整电源结构、发展洁净煤发电技术、提高电力能源效率等。但是电 源结构的调整需要有一个渐变的长期过程，高效、洁净燃煤发电技术的发展和推广 应用既需要大量的资金投入，同时也存在一定的不确定性风险。相比之下，提高能 源利用效率则为解决电力环境问题提供了一条经济、有效的途径。电力能源效率的 提高可以带来立竿见影的大气污染物排放减少的效果，这已为国内外多年的实践所 证明。 ( 三) 减少投资压力，实现可持续发展 面对高速增长的电力需求，国内掀起了新一轮的电厂建设热潮。这种只追求高 速度的粗放型竞争方式，需求增加多少，电力就要满足多少，结果必然导致我国又 陷入电力过剩的危机，进而造成这些电厂亏损，甚至可能给银行带来新的大笔坏账， 把经济重新拉回到过热、通货膨胀的怪圈。工业发达国家的成功经验表明，减少电 量和需量要求能够帮助电力公司避免或延缓发、供电能力建设的资金需求，减少投 资压力，有利于电力行业和国民经济的健康发展。 1 1 2 主要措施 实施电力需求侧管理主要有三个方面的手段： ( 一) 实行行政上的计划用电管理，由政府( 职能部门) 统筹协调企、事业单 位错峰、避峰用电。根据气象条件和发电侧的煤炭到货及来水情况，在负荷的平衡 期、高峰期和尖峰期分段定时定量用电，促成用电大户和工业用户与省电网公司签 订用电协议，达到错峰、避峰、移峰、削峰填谷的目的。这种电力需求侧管理方式， 第2 页 华北电力大学硕士学位论文 实质上就是用行政手段强行要求用户执行政府职能部门制定的用电计划，较少考虑 用户的意愿，短期实行虽有效，但若长期旌行必然严重影响地方经济的发展。 ( 二) 科学地制定电价政策。在制定电价政策时，要充分体现电力供需状况， 确定峰谷分时电价的实施范围，形成合理的峰谷差价；调整电价结构，广泛推行季 节性电价、分时电价和可中断负荷电价 5 ，激励电力用户合理调整其用电方式，鼓 励用户自愿避峰用电、参与电力平衡。 ( 三) 制定出台实施电力需求侧管理的优惠政策，推广高效节能技术产品，保 证电力需求侧管理能有效持久地开展。例如：对制造节能产品的厂家实行低息或无 息贷款，对用户实行节电设备的免费安装和租赁，对购买节能产品采取优惠补贴等 办法，等等。 上述措施中，发挥价格杠杆调节市场供需关系的作用，是电力需求侧管理有效 和持久开展的前提，与实行计划用电的管理方法相比，既是最有效的，也是最易于 被广大电力用户所接受的，而且适于长期施行。通过科学、合理的电价政策挖掘需 求侧资源、促进电力需求侧管理，是电力在由计划经营向市场化运营过渡阶段实现 需求侧管理的最佳方式。 因此，促进电力需求侧管理的电价政策研究不仅具有理论价值，更是当前我国 电价管理工作的迫切需要。 1 2 峰谷电价的实践与研究现状 1 2 1 峰谷电价的实践状况与存在的问题 我国峰谷电价的实施范围主要是大工业用户和使用蓄热电锅炉及蓄冷空调的 用户，居民分时电价目前在上海、浙江等少数经济发达地区部分实行。 华北是我国最早实旄峰谷电价的地区之一，从1 9 8 5 年1 月1 日开始执行。1 9 8 5 年5 月国务院批转国家经委等部门关于鼓励集资办电和实行多种电价的暂行规定 的通知后，其它地区也陆续铺开。1 9 8 7 年1 1 月，原水利电力部为规范各电网峰 谷电价的执行与国家经委国家物价局联合发出了关于多种电价实施办法的通知， 在各电网推广应用峰谷电价，并对峰谷电价的规范实施提出了指导意见：峰谷时段 的划分，原则上高峰时段不得超过低谷时段二小时，分时电价以电网平均电价为基 准( 基价) ，按实际情况上下浮动，高峰电价可为低谷电价的二至四倍。在具体操作 中，直供用户低谷电价可比基价低3 0 至6 0 ，高峰电价可比基价高3 0 至6 0 ， 对趸售用户峰谷电价的上下浮动幅度较小，大致在2 0 左右。 全国部分省市的峰谷电价执行范围和峰谷比价如表1 一l 所示。 第3 页 华北电力人学硕士学位论文 表1 1各地区峰谷电价实施情况 省市 ： 峰谷电价实施范围峰谷电价比 工业3 6 ：l 两部制分时电价( 三段制)非工经营 3 6 ：1 农业生产( 试行) 3 ：1 上海工业2 2 ：l 非工经营 2 3 ：1 单一制分时电价( 两段制) 农业生产f 试行) 1 8 ：1 居民生活用电 2 ：1 六大行业( 化工、医药、纺织、机械、冶金、建材) 5 ：1 谷时用电按谷电价格执行，其 江苏蓄能用电 他时段均按平电价格执行 居民生活用电( 两段制电价) 1 8 3 ：1 尖峰低谷比 3 ：l 大工业 高峰低谷比 2 2 ：1 浙江省 尖峰低谷比 2 6 ：1 普通工业 高峰低谷比 1 8 ：1 居民生活用电( 两段制电价) 2 ：1 大工业用户( 不含中小化肥生产企业) ：1 0 0 k v a 及以 安徽 2 7 ：1 上的非普工业用户； 大工业用户、1 0 0 k v a 及以上的非普工业 尖蜂低谷比 3 4 ：l 福建高峰低谷比 3 ：1 趸售用户 1 5 ： 云南大工业用电；1 0 0 k v a 及以上的非普工业用户 2 1 ：1 湖北 大工业、l o o k w 及以上的非普工业用电、商业用电 3 8 ：t 大工业用电；1 0 0 k v a 及以上的非普工业用户 4 6 ：1 居民生活用电、旅游星级宾馆饭店执行商业电价的 湖南 电量、农业排灌( 由省电网直供的1 0 0 k v a 及以上)居民生活用电峰谷差价另行 用电由用户选择可实行峰谷分时电价，选择后应保 制定 持一年不变 尖峰低谷比 3 2 ：1 大工业用户 高峰低谷比 2 8 ：1 河南 尖峰低谷比 3 2 ：l 1 0 0 k v a 及以上非普工业 高峰低谷比 2 8 ：1 大工业、5 0 k v a ( k w ) 及以上非、普运工业；除党政 军机关、事业社团、学校、医院、民政福利单位和 四川 4 ：1 城市公用路灯以外的非居民照明用电、商业用电、 趸售用电 第4 页 华北电力犬学碗士学位论文 重庆1 0 0 k v a 及以上的大工业、非普工业用户动力用电 3 ：1 大工业 22 ：1 非、普工业 3 4 ：1 北京商业3 8 ：1 非居民照明 3 8 ：l 农业生产 2 6 ：1 大工业2 3 ：1 非、普工业 3 5 ：1 天津商业3 9 ：l 非居民照明 39 ：l 农业生产 29 ：l 大工业 2 。3 ：1 河北省 非、普工业 3 4 ：1 北部电 商业 3 6 ：1 网 非居民照明 3 6 ：1 农业生产 3 1 ：l 河北省 大工业 2 8 ：l 南部电 非、普工业 2 9 ：1 非居民照明 2 9 ：1 网 农业生产 3 ：1 大： 业 2 4 ：l 非、普工业 2 5 ：1 山西 非居民照明 2 6 ：1 商业 3 4 ：1 大工业 3 9 ：1 非、普工业 2 8 ：l 陕西省 商业 2 9 ：1 非居民照明 2 9 ：1 农业生产 2 8 ：1 数据来源：各省电力公司目录电价表 销售侧峰谷电价的实施为削峰填谷，缓解峰期用电紧张局面，提高用电负荷率， 保证电网安全经济运行，提高电能的社会效益起到了很大的作用，但在实施过程中 也存在一些问题，主要有以下几个方面： ( 1 ) 峰谷时段的划分比较单一。有些地区峰谷时段的划分简单，峰平谷都是8 个小时，不能够真实反映当地系统负荷曲线的实际特点。实际上，不仅全国各地区 的负荷峰谷时段存在差异，即使是同一个地区，负荷曲线的峰谷特性也会发生变化， 如果时段划分不合理必将直接影响峰谷电价的实施效果。 ( 2 ) 峰谷价差大小的确定面临很多问题。由于我国各地区的经济发展程度和 用电结构差异很大，用户对电价的响应能力差异也较大。从目前看来，我国一般峰 谷价差在两倍到三倍之间，在一些地区价差信号引导用户削峰填谷的效果不明显， 第5 页 华北电力大学硕士学位论文 而在另一些地区，则呈现反应过度现象，峰谷时段产生了较大的漂移，甚至产生了 峰谷倒置，凋峰失败的同时电网经济利益严重受损。 ( 3 ) 峰谷电价效果具有明显的滞后性。峰谷电价实施先期，由于用户反应不 可避免的滞后，电网是盈利的，不妨称其为先期剩余利润；然而，当用户做出完全 响应后，许多省网均出现了利润下降或亏损现象。因此，在长期核算方面峰谷电价 实际上存在不小的风险【2 2 】。 ( 4 ) 峰谷电价执行范围较小。目前，我国主要针对工业用户实施峰谷电价， 随着经济的发展，第三产业和居民生活用电比例将会日益提高，尤其是夏季空调负 荷成为高峰负荷的主要增长点，将来这些用户都应当逐步纳入峰谷电价的实施范 围。 ( 5 ) 发电侧峰谷电价和销售侧峰谷电价没有联动。厂网分开后，大部分地区 的购电价格仍然是统一核算的，发电侧峰平谷都是一个价，但售电价格是分时的， 有的地区虽然也在发电侧实施了峰谷电价，但是与销售侧峰谷电价的制定脱节，带 来发电侧和销售侧两端的利益不平衡，不利于峰谷电价的深入开展【6 j 。 上述问题归根到底，主要是因为峰谷电价自身的特殊性造成的，因为在制定峰 谷时段划分、平段电价水平、峰谷价格比时，一般需要事先估计用户的电价响应能 力，这种估计本身就存在一定的误差，实旖的效果可能与预期有较大出入。因此， 必须改变“一经定价，较长时间不变”的模式，要密切跟踪用户的实际响应情况， 对峰谷电价政策进行及时调整。 1 。2 2 峰谷电价的研究现状 峰谷电价的理论基础有两个主要方面：首先是不同时段供电成本的差异决定了 电价的差异。电能是一种特殊的商品，供需的瞬时平衡导致电能具有独特的成本信 息。系统发、输电设备容量是按系统高峰时期最大用电负荷来设计的，每增加一个 单位的高峰负荷都会增加系统固定成本的投入，而低谷时期的负荷增加不会引起固 定成本的增加。因此，高峰电能边际成本高，低谷电能边际成本相对较低，峰谷电 价正是以边际成本为基础制定的，这是峰谷电价合理定价的基础。其次是用户对电 价存在一定的需求弹性，峰谷电价注重的是用户在各个时段对其电力需求的调节能 力，随着各种蓄能设备的出现，使得相当部分的用户有能力调节电力消耗的时间和 模式，电力公司可以通过价格杠杆实现移峰填谷的目的，缓解峰期用电紧张局顽， 挖掘低谷电力市场，提高电能的社会效益，因此电力用户的需求响应也是峰谷电价 合理定价的基础。 作为峰谷电价的核心问题，时段的划分、峰谷价差比例的确定以及用户的需求 响应能力等诸多问题在国内外都得到了广泛的研究。 第6 页 华北电力大学硕= 卜学位论文 峰谷电价比例的确定主要有两种研究思路，一种是从边际成本的角度，研究峰 谷电价的计算方法，另一种是从用户需求弹性的角度，研究实现削峰填谷的最佳峰 谷电价比。 文献 9 1 - 1 5 】对各类用户的电价响应情况做了广泛的分析，建立了相应的数学模 型。 文献 1 6 、 1 7 】采用负荷曲线模型来反映需求侧管理实施的效果，利用峰负荷、 谷负荷、总消耗电量来描述负荷曲线的特性。 文献 1 8 1 一 2 0 n 从“电力消费需求一一电力价格”相互作用反馈的角度( 实际上 就是电力消费者对价格的反应) 来考虑，利用自我弹性和交互弹性因子来描述价格和 需求的相互反馈影响。 文献 2 1 】采用优化负荷调度的方法来最小化工业用户的电费支出，根据每小时 边际电价持续曲线决策是否对实时电价进行响应，并建立了相应的模型，计算由于 实施需求侧管理而节省的电费支出。 文献 2 2 提出了用户反应的概念。考虑了电价对负荷的控制作用，基于d s m 的 总体目标建立了分时电价的数学模型。文献 2 3 】一 2 5 1 进一步修正了该模型，分别对 峰谷电价平时段电价的定价方式、峰谷比例、以及峰谷时段划分等方面进行了探索 性研究。 文献 2 6 、 2 7 分别基于对策论、线性规划理论等方法构造了峰谷电价的定价决 策模型。 文献f 2 8 基于边际成本理论，利用电能价值当量分析研究了峰谷电价的计算方 法。 另外还有大量文献对我国不同地区峰谷电价的实施效果以及用户的电价响应 情况作了分析，提出了一些非常有价值的建议，见文献 2 9 1 一 4 2 1 。 以上定价方法从不同的角度对合理制定峰谷电价比例进行了有益的探讨，总体 看来，大部分文献都偏重于对需求侧的电价响应能力进行建模和研究，但是这些方 法都采用的是静态模型，模型参数必须基于一定的历史数据或者调查统计数据才能 计算得出，由于事先一般无法准确预料用户的反应度，采用这种算法模型精度必然 受到影响，在给定模型下求解出的最优解在实际操作中可能并不适用，因此，如果 仅仅以此为依据制定电价政策，对电网公司来说存在很大的风险，模型仿真结果的 可信度大大降低。 1 3 论文的主要工作 针对目前峰谷电价实施和研究中关注的问题，本文结合我国现阶段电力市场的 实际情况，对各种理论进行系统、深入地研究，提出了根据用户的负荷特性分类， 第7 页 华北电力大学硕士学位论文 分别制定峰谷电价的定价思路，并建立了以边际成本分摊为基础，考虑用电需求弹 性的峰谷电价定价模型，主要内容如下： ( 一) 将峰谷电价与两部制电价相结合，提出对不同类别的用户分别设计峰谷 电价的定价思路。首先采用负荷指标动态聚类技术对用户进行分类，并根据边际成 本定价理论构建了分类用户的峰谷电价的成本定价模型。该模型与传统峰谷电价定 价模型的最大区别在于： 首先，将峰谷电价与两部制电价有机的结合起来，不仅得到了分时的电量电价， 同时还得到分时的需量电价( 基本电价) ，这种电价结构能够更真实地反映用户在 不同时段增加电力消耗对系统边际成本的影响。同时，相比于单一制的峰谷分时电 价，两部制的峰谷分时电价可以更有效地引导用户合理消费。 其次，模型充分考虑到了不同类别用户的负荷需求特点，改变了传统定价方法 “一刀切”的模式，针对不同负荷特性的各类用户制定不同的两部制峰谷分时电价 分摊比例，进而形成不同比价关系的峰谷电价，这种峰谷电价结构为用户提供了更 丰富多样的选择，用户可以根据自身的负荷特性选择最经济的峰谷电价种类，从而 将用户从被动的价格接受者转变为拥有主动选择权的个体，无疑对推进电力零售市 场的改革有着非常积极的作用。 ( 二) 运用经济学中的交叉弹性理论，详细探讨了居民、工业和商业用户各自 的电力需求特点，对各类用户不同时段用电需求的电价弹性进行建模和分析，衡量 各类用户不同时段用电需求对不同时段峰谷电价的响应程度。 ( 三) 根据分类用户峰谷电价的边际成本定价模型和分时需求价格弹性分析模 型制定峰谷电价综合定价模型。首先，采用分类用户的峰谷电价边际成本定价模型 确定各类用户各时段的初步峰谷电价水平，然后根据用户分时需求价格弹性分析模 型预测在该峰谷电价水平下用户的负荷响应大小，以满足系统调峰需求为目标( 即 要避免用户反应不足，也要注意避免用户反应过度) ，适当调整原有的峰谷价差关 系，最终确定该类用户合理的峰谷价差水平。 第8 页 华北电力大学硕_ l = 学位论文 第二章分类用户的分时用电成本分析 制定峰谷分时电价必须能够向电力用户传递不同用电需求的成本信息，用以引 导用户合理用电。系统供电成本不仅存在时段差异，不同负荷特性的用户对供电成 本的影响也是不同的。本章对这些成本差异进行了分析，根据用户的负荷特性重新 制定了用户分类的标准和方法，并采用边际成本定价方法建立了分类用户不同时段 的成本分摊模型。 2 1 分类用户的供电成本差异分析 成本是构成电价的基本要素，为满足不同负荷特性的电力用户的用电需求，所 需的供电成本是不同的。 科学合理的电价体系应能够准确地反映用户对系统造成的成本耗费，保证供电 成本的全部回收，并使供电成本在各用户中合理分担。而成本在不同用户之间分摊 的差异在很大程度上是由用户的负荷特性决定的。例如，有的用户是三班制生产， 有的用户是一班制生产，三班制生产的用户的负荷率高，对电力设备的利用程度高， 其电价就应该低于一班制生产的用户：有的用户在商峰时期用电，系统为满足这类 用户的供电，需要增加系统的边际成本，所以这类用户要比在系统低谷时期用电的 用户的电价要高。也正因为电价要根据各类用户对系统造成的成本不同要区别定 价，才能真正起到电价的经济杠杆作用，起到社会资源的优化配置。所以对用户的 负荷特性进行准确分析是制定科学合理、适应市场经济发展的电价体系的基础。 用户用电负荷特性的差异主要体现在以下几方面 4 4 ： ( 1 ) 用电量 用户用电量的多少直接影响用户所应分摊的变动成本的多少。用户的用电量多 少还应该考虑电能在传输过程中所引起的电量损失在各用户中的分摊。 ( 2 ) 最大需量 最大需量是用户的最大电力负荷。系统为了能保证随时向电力用户供电必须准 备一定的发电容量和输配电容量。因此，最大需量是影响固定成本的主要因素。 ( 3 ) 用电时间 用户在不同的时间增加电力需求，对供电成本的影响是不同的，高峰时间用电， 增大系统短期边际容量成本，低谷时间用电，不增大系统的边际容量成本。在丰水 期用电，水电机组的比例大，其发电成本低，在枯水期用电，火电机组的比例大， 发电成本高。 第9 页 华北电力太学硕士学位论文 ( 4 ) 负荷率 负荷率为某一时段内的平均负荷与最大负荷的比值。负荷率是决定电价的主要 因素。由负荷率不同造成的电价差别，主要表现在用户对于容量成本的充分利用与 否。对于最大需量相同的两个用户，假定他们应分摊的固定成本是相同的，那么负 荷率大的用户由于其在相同的时间内用电量多，所以它的单位千瓦电量的固定成本 要比负荷率小的用户要低。这样假设可能更容易理解，对于平均负荷相同的两个用 户( 其用电量相同) ，那么负荷率低的用户的最大负荷要高，所以系统要满足它的 需要投入的固定成本必然要比负荷率高的用户要多，所以说负荷率也是影响各类用 户比价关系的重要因素之一。 ( 5 ) 负荷分散率 负荷分散率是指一组用户的综合最大负荷与这组每个用户的最大负荷之和的 比值。负荷分散率是决定容量成本在各用户中分摊的重要因素。分散率高的一组用 户，其最大负荷出现时间同时性高。在每个用户最大需量已定的条件下，分散率越 低，电网需要的建设投资越小。同时应该注意到负荷分散率是由统计得到的，供电 成本分摊到各用户的数额是否精确合理，取决于负荷分散率统计的精确程度。统计 的户数和用户种类越多，则统计的负荷分散率值越精确。 ( 6 ) 用户的供电电压 电压等级不同的用户对系统固定成本和变动成本都有影响。低电压等级用户承 担的固定成本和变动成本都要多于高电压等级的用户：低电压等级的用户要承担比 高电压等级用户多出的低压线路和变电设备的费用；高压用户只需承担高压网损， 而低压网的用户不仅要承担高压网损，而且要承担低压网损。对于同一电压等级的 用户由于地理位置差异而造成的成本上的差异不予考虑，而仅考虑不同供电电压等 级对成本的影响。 ( 7 ) 供电可靠性 用户不同的用电可靠性需求对供电成本也有影响。如果用户对供电可靠性的要 求降低，则电力系统在一定程度上可以减少发、输、配电容量以及备用容量。如果 用户由于本身的缺电成本高，对供电可靠性要求高，电网为满足用户的高可靠性要 求需要提高固定成本的支出，如双路电源供电，以保证在电网设备故障时不切断或 少切断该用户，此类用户就必须支付较高的电价。 ( 8 ) 功率因数 用户的功率因数对固定成本和变动成本都有影响。功率因数低的用户要承担更 多的供电成本：功率因数低的用户要比功率因数高的用户占用的电气设备容量大； 在消耗相同的有功功率的情况下，功率因数低的用户的负荷电流大，所以它所造成 的电量损失也大。 第l o 页 华北电力大学硕士学位论文 一般情况下，往往是各种因素交叉作用，影响供电成本。表2 1 列出了各种因 素对成本的影响。 表2 1 影响供电成本的因素 影响因素影响的成本 用电量变动成本 最大需量固定成本 用电时间固定成本、变动成本 负荷率 固定成本、变动成本 分散率固定成本 受电电压固定成本、变动成本 供电可靠性固定成本 功率闻数固定成本、变动成本 2 0 0 3 年7 月国务院发布的电价改革方案中，明确规定销售电价改革的长远 目标是在允许金部用户自由选择供电商的基础上，由市场定价。方案中明确规定， 竞价初期仍由政府制定的销售电价，但应根据用户用电负荷特性及便于与上网电价 联动的原则对销售电价的分类进行调整，目标是将用户分为居民生活用电，农业生 产用电、工商业及其他用电三类，每类用户按电压等级和用电负荷特性定价。这样 在我国电力市场改革的进程中，负荷特性分析工作又有了新的意义。 电价改革是整个电力市场改革的核心，在电力市场的环境中电价发挥其正确的 调节作用是整个电力市场良性运作的前提，特别是在我国销售电价还没有全部放开 的情况下，根据用户的负荷特性的不同将销售电价结构调整到合理的水平，对我国 以后电力市场的进一步发展是具有深远意义的。国外电力市场改革的经验也表明， 根据用户的负荷特性将销售电价水平和电价结构调整到合理的水平，有利于促进整 个电力市场改革。所以，我们必须重视负荷特性分析在当前销售电价改革进程中的 重要性。 2 2 不同时段供电成本的差异分析 系统的供电成本分为固定成本和可变成本，固定成本与系统的最大需量有关， 与供电量无关，也称为容量成本，可变成本则随供电量的大小而变动，因此也成为 电量成本。用户在不同时段用电，承担的边际电量成本和容量成本是不同的。 ( 一) 不同时段的边际电量成本 边际电量成本是为满足用户微增电量而引起的系统的运行成本，主要是指电厂 的新增燃料成本( 还有少量输电损耗) ，它取决于系统的电源结构和运行方式。一 般是根据在系统承担基荷、腰荷和峰荷的电厂的运行成本来计算的h ”。以全火电系 统为例，计算方法如下： 第1 1 页 华北电力大学硕士学位论文 b 类 机 蛆 负 图2 1 各类机组在日负荷曲线上的工作位置 如图2 1 所示，系统中，各类机组的运行成本大小由高到低排列依次为a 、b 、 c 。a 类机组进行调峰，b 类机组承担系统的腰荷，c 类机组承担系统的基荷。这样 能使电力系统达到最经济运行。因此，该系统高峰时期的边际电量成本为a 类机组 的燃料成本，平段的边际电量成本为b 类机组的燃料成本，而谷段的边际电量成本 为c 类机组的燃料成本。 在开展目前竞价的电力市场中，各时段的边际电量成本可以由市场发电机组的 竞价结果得到，在传统电力系统中，需要对系统的各类机组的成本进行分析，然后 得到发电机组经济调度计划，由此确定各时段的边际电量成本。 ( 二) 不同时段的边际容量成本 边际容量成本包括边际发电容量成本和输变电容量成本。在一定时期内，为满 足单位千瓦负荷的增长而引起的发电容量成本的增加就是边际发电容量成本。输电 线路和变电设备则采取平均增量成本来计算，根据某一时期输变电投资总和与所增 加的总输送容量之比求得增加单位输电容量所需要的平均输变电投资。 为满足系统的新增负荷而需要的发、输配电边际容量成本在各时段是不同的， 一般说来，在电力系统高峰负荷时段，负荷的增长必然会引起发、输配电容量的增 加，在夜间用电对系统所需容量成本的影响不大，而在白天用电对发电和输配电容 量成本的影响也存在差异。 文献 4 8 1 中介绍了不同容量成本在不同时间分配比例的计算方法：对于发电容 量成本可以按失负荷概率的时间分布计算，根据经验统计结果，高峰和非高峰时段 的失负荷概率的比例大约为6 0 ：4 0 ，即在白天非高峰时段，发电容量成本按照 4 0 考虑分摊，夜间用电不分摊发电容量成本；对输变电容量成本而言，需要根据 电压等级进行。高电压等级输电线路的容量是按照系统高峰时段负荷来建设的，在 非高峰和低谷时段，负荷的增加不需要增加高压输、变电设备容量，因此高电压等 级输变电容量成本在高峰时段分配比例为1 0 0 。而对于低压配变电设备则相反， 第1 2 页 华北电力大学硕士学位论文 由于供电用户少，分散率高，用户的最大负荷可能在不同时间段出现，而无论是什 么时段的负荷增长都会引起配电容量成本的增加，因此，低电压等级配电容量成本 在各时段均需考虑分摊。 各时段的边际容量成本构成如图2 2 所示：在系统高峰时段，用户的边际容量 成本包括1 0 0 的发、输、配电容量成本，在平时段的边际容量成本包括4 0 的发 电容量成本和配电容量成本，而低谷时段的边际容量成本只包括本级供电电压的配 电容量成本。在本论文中也参照这一比例进行计算。 高峰 平段 低替 图2 2 容量成本在各时段的分配 用户支付的固定电费计算如下： 设某一用户在高峰、平时段和谷时段的最大负荷分别为只、只、只，系统在高 峰、平时段和谷时段的边际容量成本分别为c 。、c 。、c 。，该用户承担的容量成本 为c ： c = c ，只+ c 。( p o 一0 ) + c 。( 只一只) ( 2 1 ) c 。= 1 0 0 发电容量成本+ 1 0 0 输电容量成本+ 1 0 0 本级电压配电容量成本 c = 4 0 发电容量成本+ 1 0 0 本级电压配电容量成本 c = 1 0 0 本级电压配电容量成本 当( 只一只) 0 时，c 。( 只一只) 2 0 ( 只一p o ) 0 时，c 。( p o 一只) 2 0 从上式可以看出，如果用户的最大负荷发生在系统高峰时段，他将承担系统所 有的容量成本：c = c 。只；而当用户的最大负荷发生在系统低谷时段时，其承担 的容量成本最少：c = ( 1 0 0 输电容量成本+ 6 0 发电容量成本) 只+ 4 0 发电 容量成本p o + 1 0 0 本级电压配电容量成本e o 。 第1 3 页 华北电力大学硕匕学位论文 2 3 用户分类研究 2 3 1 用户分类原则与方法 电价结构的设计应尽可能体现供电的成本特点和供求矛盾特点，台理补偿供电 成本的同时，充分利用价格杠杆引导电力消费，提供合理的价格信号。影响供电成 本及供求关系的是各类用户的用电特性( 用电量、最大需量、受电电压、负荷率和 分散率等) ，而不是各类用户的行业特性。因此，根据用户的用电特性进行分类， 才可能实现容量成本在各类用户的公平负担，形成能正确反映市场需求结构的电价 结构，让用户知道其使用某一特性的电能对系统成本造成的影响。 同时，用户分类还应该考虑销售电价执行过程中的操作成本，对不同类型用户 的分类层次要繁简适当。例如，对于用电量小、数目多的小用户在分类上可以采用 比较粗的标准，力求简易；而对于用电量较大的用户，则应设计较精细的电价结构， 即要求用户分类要细致，充分考虑较大规模各电力用户在消费需求上的差异性。 目前国外较先进做法是采取用户逐级分类体系【3 】： ( 1 ) 用户的一级分类：根据用户的受电电压等级，对所有用户按电压等级分 类。 全部用户 1 2 2 0 k v 高压用户 1 i o k v 1 3 5 一1 1 0 k v 低压叫泛蒜 ( 2 ) 用户的二级分类：对于同一电压等级的用户，再按最大需量( 或变压器 装接容量) 分类。也就是根据系统内用户需量大小与用户户数的分布，确定某一最 大需量( 或变压器装接容量) 额度标准，把用户区分为单一制用户和两部制用户。 其中，对于单- - n 用户，由于具有电压等级低，单个用户的用电量小，户数规模大 的特点，也可以借鉴国外经验，按照用户的用电用途做简单划分( 如居民用电、商 业用电等) 。 ( 3 ) 用户的三级分类：按负荷率大小对两部制用户再分类。 对执行两部制电价的用户，考虑其负荷率水平的不同进行再分类。其中对于两 部制用户中的大用户，考虑到这类用户电量、容量需求大，用户户数较少，且一般 都有较好的计量技术支持等特点，对这类用户需要设计较精细的分类体系，即考虑 负荷率大小，进行较多档次的用户分类。而对执行两部制的低压、小用户则可以适 当精简用户分档数目。 根据以上三级分类的思想，逐步设计得到一个有利于构建合理销售电价结构体 第1 4 页 华北电力大学硕士学位论文 系的用户分类体系如表2 - 2 所示，其中选取1 0 0 k v a 作为划分两部制用户和单一制 用户的容量标准。 表2 2 销售电价用户分类体系设计表 t _ o 竺 单一制电价两部制电价 负荷率高 2 2 0 k v l o o k v a 负荷率中 负荷率低 月 压负荷率高 电 1 1 0 k v i o o k v a 负荷率中 力 用负荷率低 户 负荷率高 3 5 1l o k v l o o k v a 负荷率中 负荷率低 居民 1 0 0 k v a 负荷率中 力 负荷率低 用 户 居民 1 0 0 k v a 对于用户的三级分类，目前比较成熟的理论有：负荷曲线整形( l o a d p r o f i l i n g ) 、 负荷指标动态聚类、负荷曲线聚类等多种分析方法 4 5 】一1 5 3 1 ，这些理论在国外的销售电价 设计中也得到了体现和时间，具有重要的参考价值。 2 3 2 用户分类 用户的日负荷率是影响其分摊供电成本的重要因素之一，而现行的按照行业分 类的方法无法体现用户负荷率的差异。表2 - 3 是某地区不同行业用户的负荷特性指 标： 第1 5 页 华北电力大学硕j ：学位论文 表2 - 3 某地区用户负荷特性指标结构 用电性质户数日平均负荷( k w )日最大负荷( k w )负荷率( )分散率( j 居民生活用电电价 1 61 6 2 l2 3 9 16 7 8 08 8 4 6 非居民照明用电电价 6 71 5 8 8 52 4 1 7 3 6 5 7 l 9 16 5 商业用电电价 1 3 93 5 2 2 05 4 7 0 16 4 3 98 6 8 2 非工业、普通工业电价 5 64 6 5 26 5 8 87 0 6 18 5 6 7 大工业电价 2 1 76 1 9 2 78 8 9 0 36 9 ，6 68 5 1 3 所有用户4 9 51 1 9 6 9 01 7 4 8 0 56 8 4 78 5 3 5 从表中可以看出各类用户的负荷特性虽然存在差别，但是负荷率和分散率都比 较接近，这说明按照现行的分类模式不能正确地反映用户用电特性的差别，必然会 造成成本分摊的不合理。因此，在论文中，将按照负荷率的高低对用户进行重新分 类。提出两种分类方案，分别是：按负荷指标动态聚类，按负荷曲线形状模糊聚类， 这两种方法主要运用到数据挖掘技术和模糊动态聚类方法，模糊动态聚类的基本流 程见图2 3 。 ( 一) 按负荷指标动态聚类【5 3 j 定义l = ( 枷m = 1 ，m 为用户的m 个负荷特性指标，第f 个用户的负荷特性矩 阵可以表示为f = w ，呓，e ，艺j 。 ( 1 ) 计算两个用户的负荷特性矩阵距离 州) = 百i 袅m 卜i 。一三：y ( 2 _ 2 ) ( 2 ) 计算某一类用户的重心 工：= u ：) ( 2 - 3 ) 式中，n 表示此类用户的个数。 采取该算法目的是将负荷特性指标接近的用户归为一类，常用的负荷特性指标 主要有：日负荷率、负荷峰谷比、高峰负荷调节系数( 高峰时段平均负荷与日平均 负荷之比) 、低谷负荷调节系数( 低谷时段平均负荷与日平均负荷之比) 等，选取 的负荷指标不同将会影响到分类的结果【5 。 第1 6 页 兰j ! 里垄查兰塑主兰堡笙兰 图2 3 动态聚类流程图 第】7 页 华北电力大学硕l 学位论文 ( 二) 按负荷曲线形状模糊聚类旧 定义l = ，掰= 1 , - - 嬲 为用户日负荷曲线的m 个负荷数据，第f 个用户的负荷 曲线可以表示为矩阵e = p j ，e ，e ，乞j 。 ( 1 ) 计算两条负荷曲线的欧式距离 d ( ，7 ，。) 。= 犯：一三。j ， ( 2 4 ) ( 2 ) 计算蓝线上各点间的最大距离与最小距离 d 。= m 瓤x ( d 。) ( 2 5 ) d 。i 。= m i n ( d 。) ( 2 6 ) ( 3 ) 计算这两条曲线的相关性系数 芒矗。+ o 5 矗。、 r f ：皇生! ! ! ：! ! 当*( 2 ，7 ) 肘 相关性系数衡量的是两条曲线形状的近似程度，丽不是曲线上各点几何距离的 大小。简单证明如下：当两条曲线形状完全一致时，其曲线上各点间距离d 。处处相 等，此时相关性系数r f = l ，当曲线形状出现差异时，可以推出r f 1 。因此，相关 性系数r f 的范围在0 - 1 之间，越接近l ，两条曲线的相关性越大，其形状也越相似。 ( 三) 实例分析 本文采用某地区典型日的1 0 千伏负荷数据作为样本，这些样本数据包括了大 工业、普通工业、商业、非居民照明等各类用户的负荷数据，按照上述两种分类方 法得到的样本用户分类结果如下： ( 1 ) 按照负荷特性指标聚类 表2 4 负荷特性聚类结果 用户类别负荷率分布户数平均负荷率分散率 第一类2 0 一4 1 5 83 4 5 6 9 5 第二类 4 1 3 - 5 3 1 6 74 7 8 4 8 0 7 2 第三类 5 3 3 一6 4 5 w1 6 65 8 6 8 6 9 8 第四类 f i 4 5 一7 5 7 q9 97 0 9 4 3 第五类 稻一9 鳓5 0 8 16 9 3 1 5 第1 8 页 一一一 望j ! 里垄盔堂堡主兰堡笙塞 瓤 争 _ | 辱 鞋 2 d d 1 5 。 薪 喜1 0 0 壮 5 口 口 0051 样本区阊 2 5 口 2 。 塑1 5 0 拄1 0 0 5 0 d 赫 0 p 3 - 0 ( 3 8 ) q2 由于等式右边的元素有正有负，说明执行峰谷电价后，峰段的电量可能转移到 平段一部分，平段的部分电量又要向谷段转移，因此平时段的用电量可能增加也可 能减少，必须根据具体的参数才能判断。 ( 3 ) 谷时段的电力需求变化 兰里王= s 3 l 卸l + s ”卸3 ， 3 l o ，s 3 3 茎o ，n 0 ，p 3 0 ( 3 9 ) 如 由于等式