（电气工程专业论文）电力市场环境下对高耗能用户实行联动电价的研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文 y 6 0 8 3 9 9 摘要 本文以联动电价为研究对象， 针对高耗能用户， 考虑电力公司供电成本的基 上， 提出了联动电 价措施。 联动电价建模的思想是将电能作为商品、 把电力公 作为现代企业， 以商品生产规律和市场经济规律为基础， 从电力公司商业运营 度考虑电价的计算方法。 论文以电 力公司联动电价数学模型为中心， 讨论了电 市场条件下的用户需求预测、 电力公司成本核算、 联动电价模型和算例分析等 容。 本文提出 对高耗能用电客户实行联动电价， 是考虑到高耗能行业的特殊状况 七 力市场改革现状提出的， 同时考虑平均电价因素对联动电 价进行了 微调。 最 mr 过算例分析，证明了联动电价的制定，不但在理论上具有重要的研究价值， 1 具有很大的可行性和现实性。 t 字:电力市场， 联动电价，供电成本，用户需求预测 华北电力大学工程硕士学位论文 abs t r a c t l i n k a g e p r i c e f o r t h e h i g h d i s s i p a t i v e e n e r g y u s e r i s p r o p o s e d a s t h e r e s u l t o f s t u d y o n e l e c t r i c i t y p r i c e , w h i c h i s b a s e o n p o w e r s u p p l y c o s t o f p o w e r c o r p o r a t i o n . e l e c t r i c i t y e n e r g y i s c o n s i d e r e d a s t h e c o m m o d i t y , t h e p o w e r c o r p o r a t i o n a s m o d e r n e n t e r p r i s e . s p e c i a l t y o f p r i c e a n d a r i t h m e t i c b a s e d o n m a r k e t e c o n o m y r u l e a r e d e s i g n e d . e l e c t r i c i t y m a r k e t u s e r d e m a n d f o r e c a s t i n g , p o w e r s u p p l y c o s t o f p o w e r c o r p o r a t i o n , l i n k a g e p r i c e a n d a l g o r i t h m i c e x a m p l e a r e t h e m a i n p a r t s o f t h e p a p e r . l i n k a g e p r i c e f o r t h e h i g h d i s s i p a t i v e e n e r g y u s e r i s p r o p o s e d i n t h e p a p e r , w h i c h i s i n v i e w o f t h e s p e c i a l s t a t u s o f t h e h i g h d i s s i p a t i v e e n e r g y i n d u s t r y a n d t h e s t a t u s q u o o f e l e c t r i c i t y m a r k e t r e f o r m , a n d m a k e a l i t t l e a d j u s t m e n t t o l i n k a g e p r i c e , w h i c h i s i n v i e w o f t h e a v e r a g e e l e c t r i c i t y p r i c e a t t h e s a m e t i m e . f i n a l l y , t h e p a p e r u s e a a l g o r i t h m i c e x a m p l e p r o v e t h a t l i n k a g e p r i c e n o t o n l y h a v e i m p o r t a n t i n v e s t i g a t i v e v a l u e b u t a l s o h a v e m u c h f e a s i b i l i t y a n d a c t u a l i z a t i o n . k e y w o r d s : e l e c t r i c m a r k e t , l i n k a g e p r i c e , p o w e r s u p p l y c o s t , u s e r d e m a n d f o r e c a s t i n g t a n g k e ( s c h o o l o f e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y a s s i s t a n t p r o f . b a o h a i 1 1 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 . 1 本课题的背景 长期以来， 电力工业被认为是一种自 然垄断的行业， 政府对其实行严格的管制。 传统的电力系统包括发电、输配电、供电等一系列环节，都有统一的电力运营机构 来经营管理。然而随着电力工业的发展和现代电力技术的日趋成熟，各国电力监管 部门开始意识到垄断经营产生的种种弊端，已经严重阻碍了电力工业的发展。 一般说来，传统的电力工业具有以下基本特征:1 .垄断性经营:电力公司拥 有其所在区域发电、输电和配电的全部权利;2 、强制性服务:电力公司必须满足 其所在地区所有用户的电力需求;3 、价格管制:电力公司制定的电价必须受政府 控制和管制;4 、利润保证:政府通过控制电价来保证电力公司能获得一定的利润。 因此电力工业必须引进竞争，进行市场化运作。电力市场是电力工业一百年来 最深刻的革命。近二十年来，世界上许多发达和发展中国家都在一些受管制的行业 中 ( 如通讯、交通、航空、天然气等行业)减少管制，引入竞争。世界上有不少国 家开始重构其电力工业，如英国、美国、澳大利亚、日本、阿根廷、挪威等，以打 破垄断、引入公平竞争和改善经济效率，最终的目 标是实现社会资源的合理分配和 社会效益最大化。这些努力导致电力工业特别是发电方的市场化，促进了电力市场 的形成。利用电力市场机制对电力工业传统的生产方式和管理方式进行改造，使电 力工业重新呈现出勃勃生机，是目前许多国家非常关注的问题，也是电力系统领域 新的发展动向之一。 1 . 1 . 1 国外电力市场概况 2 0世纪 8 0 年代，以英国、智利为代表的几个国家率先在电力工业领域引进竞 争机制，从此在世界各国掀起电力市场化改革的浪潮。目前，英国，阿根廷，澳大 利亚等国的电力改革已逐渐成熟并趋于完善。以美国为例，美国加州市场交易，系 统运行及输电系统的所有权分离;能量市场包括下一个交易日市场，下一个交易小 时市场和平衡市场:辅助服务通过有i s o 负责的专门市场获取，阻塞采用分区电价 和金融性输电权 ( f t r )管理。但其中竞争的电力市场的三大支柱 ( 发电竞争，输 电系统开放和用户选择)方面仍然存在一些需要优化解决方案的问题。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 . 1 . 2国内电力市场现状 1 . 1 . 2 . 1 国内电力市场建设过程 我国 9 0年代初开始了电力市场的准备工作，如建立电费计量系统、实行峰谷 分时电价和建立模拟电力市场等，提出电力企业商业化运营问题。1 9 9 2 年 1 1 月， 华东电网调度 自动化系统实用化验收会上，电力部领导提出，按十四大精神建立社 会主义市场经济体制，只有商业化的电网自动化才能真正引导我们走向市场经济的 概念。1 9 9 5 年 1 2月，全国电力会议明确提出:( 1 )发电领域引入竞争机制，按同 类发电企业最低电价顺序上网; ( 2 ) 实行峰谷电价、丰枯电价及分类销售电价: ( 3 ) 市场机制成为今后电力企业运营的基本出发点。1 9 9 8 年国家电力公司要求山东、上 海、浙江等电力公司及东北电力集团内部模拟电力市场试点。当前，国内电力市场 正处于厂网分开、竞价上网、开放发电电力市场的初级阶段。 1 . 1 . 2 .2 我国电力市场运行的特点 从几个试点单位内部模拟电力市场的运行的情况看，我国的电力市场有以下特 占 . 1 发电侧电力市场 目 前我国电力市场的改革趋向是“ 厂网分开、 竞价上网” ， 将电网经营企业拥有 的发电厂与电网分开，建立规范的，具有独立法人地位的发电企业，市场也只对发 电侧开放，我国的电力市场以省级电力市场为主，各省电力公司是其省内电力市场 竞争的组织者。 2 单一购买模式 发电侧电力市场采用单一购买模式，在省级电力市场中，只有省电力公司是唯 一的电能购买者，各独立发电企业在其组织下参与市场竞争。在这种模式下，由省 电力公司进行市场平衡，负责收购所有电力并保证对用户的供电，用户不能独立和 发电企业签订购电合同，只能从电力公司购买电能。 3 部分电量竞价上网 在电力市场建立初期，各试点单位全部采用了部分电量竞价上网的方式，一般 安排当年市场需求的 1 0 %-2 0 %作为竞价电量， 其余电量作为基本电量， 不参与市 场竟价，不同省份对基本电量的处理采取了不同的方法，有的是必须保证基本电量 的完成，然后再考虑竞价上网，有的是在市场中安排全部电量参与竞价，但是在结 算时考虑对基本电量的补偿。 4 双轨制竞价体系 华北电力大学工程硕士学位论文 在开展竞价上网时遇到的最大问题就是如何处理原有的购售合同，由于前几年 鼓励投资办电，出台了一系列包括保证机组年利用小时数和上网电价的优惠政策， 并且签订了期限较长的购售合同。在实践中，各试点单位提出了 “ 差价合约” 、 “ 履 行合约，竞价超约”等多种实施方案，其核心是双轨制竞价体系，基本电量部分按 照国家批准的合同电价结算，竞争电量部分按竞价电价结算，对于竞价电价，各试 点单位大多采用满足用户需求预测的最后一台机组出力的对应报价作为结算价格。 5 调度与交易一体化 由于电网本身和电力管理体制的特点，我国电力市场采用的是生产调度与市场 交易一体化的市场运行方式， 在该方式下， 电力调度部门作为电网经营企业的核心， 必须坚持 “ 公正、公平、公开” ，努力做到公正和透明地执行调度职能。 6 技术支持系统尚不完善 电力市场地正常运行需要技术支持系统的支持， 我国电力市场建设在起步阶段， 电力市场技术支持系统尚不完善，尤其是在电力市场条件下，如何进行电网安全约 束的闭环校核、起停机费用计算及最佳机组组合、最优潮流计算等等，还有待进一 步研究。 市场建设就是要建立起以价格为杠杆调节商品生产需求、劳务供求的资源配置 体系，保持商品( 包含劳务) 供求关系的动态平衡，使商品的价格和价值保持一种动 态上的基本一致，促使社会利益按其有效资产当量和劳作绩效进行合理的分享。电 价是电力工业改革与发展的关键性因素之一。 我国自改革开放以来， 非常重视电价的 杠杆作用， 在改革电价体系方面进行了探索。但是， 随着改革的深化和对外开放程度 的扩大， 这种新电价的价格形成机制也带来了一系列的矛盾和问题。 因此电力市场环 境下，大用户电价措施的制定是一个非常有意义的课题，不但在理论上具有重要的 研究价值，而且具有很大的可行性和现实性。 1 . 2电力市场有关理论研究概述 1 . 2 . 1 电力市场的定义ii i 电力市场是采用法律、经济等手段， 本着公平竞争、自 愿互利的原则，电 力 系 统 中 发电、 输电、 供电、用户等各成员协调运行的管理机制和执行系统的总和。电力市场的 基本特征是开放性、竟争性、计划性和协调性。 根据以上定义，电力市场首先是一种管理机制。这种机制与传统的行政命令的 机制不同，主要采用经济的手段，进行管理。所以电力市场还是体现这种管理机制 的执行系统，包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。 电力市场的实质是通过一个充满竞争和选择的电力系统运营环境提高整个电力 华北电力大学工程硕士学位论文 工业的经济效益。竞争和选择是市场机制相互依存的两个方面。从发电厂家来看， 电力市场的本质是引入竞争机制，各厂家可以充分挖掘各自的潜力，千方百计地降 低供电成本以获得更大地经济效益;从用户地角度看，电力市场的本质是提供了更 多的选择机会，可以得到更便宜的电力。市场机制中的竞争和选择保证了电力市场 的高效运作。 此外。 还可以通过联合备用， 协调维修和事故支援等获得共同的利益， 这些共同利益在 电力市场成员之间合理的进行分配。 1 . 2 . 2电力市场 目标 引入竞争机制、使电价形成合理化、优化资源配置、提供优质服务、促进电力 工业的可持续发展是电力市场化建设的总体目标。实施电力改革、建立竞争性电力 市场是一个复杂的过程，因为改革有多重目标，并且相互之间有矛盾。这些复杂的 目标包括: ( 1 )用户希望低电价、高服务质量和安全稳定供电。 ( 2 )电力公司希望公司获得发展和采用新技术。 c 3 ) 政府希望实施全国的能源政策和与经济发展相适应的电力工业可持续发展 方针。 ( 4 )环境保护组织希望减少污染。 ( 5 )燃料供应商希望保护其市场和投资。 电力改革必须使上述目标相互平衡，根据经济发展的不同阶段和电力发展的不 同水平，确立改革的主要目标和次要目标。 1 . 2 . 2 . 1 发展中电力市场中的目 标 打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置， 促进电力工业可持续发展，是电力市场化改革的总体目标。电力市场改革打破了原 有的利益格局，作为一次制度创新，要减少改革的阻力，就不得不考虑到各方的利 益，尽管这些利益是冲突和矛盾的。 1 . 2 . 2 . 2 成熟电力市场的目标 成熟电力市场的特点是:电价水平一般反映了成本和投资回报率，用户对电价 有较高的承受能力，电力需求增长有限，电力投资需求不旺。因此改革的首要目 标 是降低电价，提高效率，为客户提供更多选择和更高的安全可靠性。而吸引电力投 资则成为改革的次要 目标。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 . 2 . 3 电力市场的本质、原则和基本特征2 1 市场的本质是竞争。电力走向市场，就是要将电力工业纳入到市场经济的框架 中，通过竞争来达到资源的优化分配。电力工业纵向 “ 解困” ，实行 “ 厂网分离， 竞价上网，输配分开，竞争售电” ，集中体现了电力市场竞争的本质特征。 竟争的前提是公平，公平是电力市场机制的基本原则。在一个从满竞争的电力 市场中， 参与者之间都是平等的， 所以电力市场最基本的原则是公平。 对于发电厂， 平等的环境能够促进竞争，激励各发电厂降低成本，提高效率;对于消费者，按真 实供电成本收费，尽量减少用户间补贴是保证用户间平等的根本。电力市场的成功 运行，需要公平、公正、公开的环境。 开放性、竞争性、网络性和协调性是电力市场的基本特征。与传统的垄断电力 系统相比，电力市场具有开放性和竞争性。与普通的商品市场相比，电力市场具有 网络性和协调性。 1 . 2 . 4 电力市场的核心内容 电价理论是电力市场中的核心内容，包括电 价和电价制度两个方面川 ，电价的 合理与否将直接影响电力市场运营的成败。电价指的是电价水平，具体任务就是计 算单位电能的生产成本和交易价格;电价制度指的是电价结构，即对电力用户进行 分类和确定电价在各类用户之间的分摊方法 1 . 2 . 4 . 1电价定价方法 世界各国制定电价的方法各不相同， 主要由会计成本定价法， 市场竞争定价法 和边际成本定价法3 ,4 ,3 1 . 3 8 1 。 成本和定价是有差别的， 成本只是作为定价的基础， 不 同的定价方法实质上反映的是不同的成本核算方法。 会计成本定价法是一种常用的， 传统的定价方法。 它根据历史记载的帐面成本 来核算供电成本j并将供电成本按不同的方法分摊到各类用户。 市场竞争定价法再用类似股票交易的方式， 市场成员通过竞争报价进行市场交 易，其定价的基础是用户效用。 边际成本定价法是根据新增一个用户或新增单位用电量而增加的成本进行核 算定价。它按照各类用户的供电电压，用电时间，严格计算增加单位用电量的系统 长期边际容量成本和和系统长期电量成本，结合用户特性来制定电价。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 . 2 . 4 . 2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。 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。两部制电价有其内在的经济合理性，是由约翰. 霍普金斯在1 8 9 2 年提出 3 6 ,3 7 1 。我国 早在1 9 5 4 年就开始对大工业用户实行两部制电 价，至今虽然经过多次电价改革，直至 1 9 9 7年新目录电价的出台，两部制电价一 直被采纳1 5 1 制定电 价制度的原则: 一是尽可能平等地对待用户。 对于不同类型的用户， 供电 方的供电成本是不一样的。 不同类型的用户按同一标准收取电费， 对低供电成本的用 户是不公平的。对用户的分类， 可根据电压等级、装设变压器容量( 或最大需量) 的大 小， 用户的用电位置， 功率因数， 要求的供电可靠性水平( 即重要负荷、 一般负荷) 等因素 来划分。二是可以促进用户合理用电。比如， 采用丰、枯电价， 峰、谷电价， 分时电价， 电锅炉及蓄能设备电价， 降低供电可靠性电价等。三是保证低收入用户的用电， 保持 社会稳定。比如对农村用电， 执行较低的电价水平。 1 . 2 .4 . 3 完善电价形成机制 我国目 前的电价形成机制存在诸多问题， 应该在厂网分开， 高压输电与低压输 电分开的基础上，建立和完善以长期边际成本为基础，能够约束电能成本上升的上 网电价，批发电价和零售电价的形成机制。 首先， 应该按照长期边际成本核定各电网统一的上网电价标准，实行同网同质 同价。抑制和约束电力工程造价攀升的根本就是将个别成本定价改为长期边际成本 定价，让电力企业自负盈亏，以充分挖掘其生产潜力。 其次， 要分别核定发电输电和配电环节的费用。要逐步实行厂网分开， 输电和 配电分开，按照补偿成本合理盈利的原则，分别核定上网电价，输电费用， 配电费 用，提高价格形成透明度，增强对电能生产各环节成本的约束。逐步实现城乡统一 管理，统一核定，切实改变农村电网落后，管理混乱，电价偏高的局面。 再者， 按照公平负担原则制定销售电价，电力零售价格要按用户电压等级和用 户负荷特性重新分类，扩大两部制电价的实行范围，大力推行峰谷电价，逐步实行 分时电价。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 . 2 . 5 电力市场的运营模式13 2 - 3 5 1 到目前为止，实际运行的电力市场具有3 种典型的运营模式 2 6 。 ” ，分别是单一 购买模式( s i n g l e b u y e r m o d e l , 简称s b m ) 、 批发竞争模式( w h o l e s a l e c o m p e t i t i o n m o d e l ，简称w c m )和零售竞争模式 ( r e t a i l c o m p e t i t i o n m o d e l ，简称 r c m ) . 1 . 2 . 5 . 1 单一购买模式 在该模式下，仅开放发电侧电力市场，电网公司或电力市场运营机构从市场买 下全部电能，再出售给电力用户，是一种较为初级的电力市场运营模式，其最大的 缺点是用户没有选择权。该运营模式鼓励在发电侧引入竞争机制，不允许发电企业 通过输电网将电能直接卖给最终用户，买电机构对输电网最终用户实行垄断。英国 电力市场在运行初期采用了单一购买模式，但由于缺乏充分的竞争引发了一系列问 题，后来进行了改革，开放用户侧，允许双边交易。 1 . 2 . 5 . 2 批发竞争模式 在该模式下，发电侧和用户侧同时开放竞争，但用户侧的竞争仅局限于大用户 和供电公司，有利于电力企业降低成本提高效益，提高市场参与者的积极性，是一 种较为先进的电力市场模式。美国加州电力市场和澳大利亚电力市场都采用的是该 运行模式。批发竞争模式中输电网络向用户开放并提供有偿的输电服务，由于电价 不再由电网管理机构统一确定，市场买卖双方获得了选择权的同时也共同承担市场 风险。 1 .2 . 5 .3 零售竞争模式 在该模式下， 分散决策程度高， 全面开放发电侧合用户侧的竞争， 其竞争涉及面广， 用户选择多， 适用于市场经济比较发达的国家或地区。 典型的零售竞争电力市场。零售竞争模式的竞争程度最激烈 北欧电力市场就是一个 ，市场成员的选择范围 也最大，相应的为了保证市场的正常运行，要求建立完善的技术支持系统和法律法 规。 1 . 2 . 6电力市场的交易 电力市场交易可以分为合同交易、现货交易和期货交易。 华北电力大学工程硕士学位论文 合同交易一般是指大用户与发电商之间基于负荷预测， 关于购电量和电价承诺 的合同，它不随市场条件的变化而变化。 现货交易一般是指电力交易中心提起一天基于各发电厂商的报价制定次日的 交易，然后由调度机构执行。 期货交易与合同交易类似，但是交易的双方都被允许在支付了一定的保证金之 后退出期货市场，或是进入现货市场，或是与其他的市场成员以双边交易方式再买 或卖或者到期对冲，通过套期保值而规避风险甚至获利。 1 . 3电力市场中电价的核心作用 社会主义市场经济体制的确立， 使得价格改革成为建立社会主义市场经济体制 和培育市场体系的关键。在市场经济中， 价格作为联系供需双方和引导消费的桥梁， 其调节作用为市场机制的核心。电价是电力市场的支点，无论对供应电力的一方还 是对需求电力的一方，电价都是直接关系到各市场参与者的最直接和最敏感的因 素。电价作为电力市场的指针能够自动引导资源的配置，它的导向力是直接和有力 的 8 1 电价对电力商品的生产、 供应和消费各方面都有很重要的作用，是电力企业获 取资金维持简单再生产或扩大再生产的手段。由市场决定电价，可以促进电价在商 品交换中趋于合理，能正确地反映电力在生产和流通过程中的实际价值，调整电力 的供求关系，提高电力企业的经济效益，调动各方面投资办电的积极性，促进电力 企业的健康发展。具体的说来，可以起到如下作用: ( 1 )能吸引社会资金向电力工业流动，促进电力工业的发展。这对于象我国 这种发展中国家，电力的建设普遍比较落后的条件有重要的意义。 ( 2 ) 能使电能生产结构更合理。 可以避免重复投资， 充分开发和利用各种再生能 源和新能源，降低电力成本，节约资源。 ( 3 ) 增强企业活力、 加快电力工业的发展。由市场决定电价，能促进电力企业之 间的竞争，促进电力企业不断的提高自 我的积累、自我改造、自 我发展的能力。 ( 4 促进节约用电。 由市 场决定电价， 可以 促使电力消费者采用调荷节电的措施， 自 动地削峰添谷，使电力消费结构趋于合理，减少浪费。 1 . 4 本文研究的意义 “ 大用户”的界定各国都没有明确一致的标准，主要根据各电网用户的实际情 况，按年用电量框算一个比例数划开，也有别的国家单独按年用电量或用户容量进 行划分。中国各地电网情况不同，一般按年用电量划分，用电量多的，相应的用电 8 华北电力大学工程硕士学位论文 电压等级也高，年利用小时也多。大用户用电量估计占全社会用电量的 7 0 % 左右。 但是，“ 大用户”是一个相对概念， 随着电力工业市场化改革的深入，“ 大用户”的 门槛也在逐渐降低2 一 ， ， ， 。 大用户用电情况的管理是用电管理部门的工作重点， 虽然大用户的户数不多， 但 其用电量较大， 一般占总售电量的 7 0 %左右。大用户用电情况的改变， 会对全局的用 电情况产生较大影响。从经营业务方面讲， 其工作难度也较大， 容易发生问题， 而且在 计费方法上相对比较复杂。一般来说， 大用户与电力公司事先就供用电问题签订合 同购，达成协议， 计费按协议执行， 其特点是每个用户情况不同。目前对大用户的电 费计算， 是一个个地单独处理， 没有一个固定模式。每新增一个用户， 都要重新编制 一组程序; 当某个用户协议发生变化时， 则要修改具体程序。因而对业务人员要求很 高， 操作复杂。 此外，在市场经济中， 商品的竞争是一个自由的、公平的竞争， 任何一种商品要 在竞争中取胜， 必须降低生产成本， 以 优质低价取胜。电能是一种特殊的商品， 它的价 格高低对许多其它产品的成本有直接的影响， 可以说: 电价高低对企业的生产经营起 着决定性的作用， 特别是对高能耗的用电大户， 电价的细微变化， 都决定着企业的生存 和发展 。 因此，如何降低供电成本， 科学、合理的制定用户电价， 特别是大型电力用户的 电价， 探索出一个对用电大户、 电厂和电网三方运营均有利的一个长期的电价措施对 我国电力事业的发展有重要意义。 我们提出对高耗能用电客户实行联动电价，是针对高耗能行业的特殊状况和电 力市场改革现状提出的。首先，高耗能行业用电量很大，电价的高低对其行业产品 的成本，对企业的经营有很重要的影响。其次，高耗能行业用电量占总售电量比例 很大，同时其行业经营的风险性也很高，制定合理的电价措施，保证高耗能行业电 费的回收，对电力企业的经营和发展有重要的意义。最后，在电力体制进行改革， 电力经营逐步向市场转换的过程中， 电价的改革也应适应市场灵活、 多变的需求。 通 过对电力市场的供需矛盾分析， 提出对高耗能用电客户实行联动电价的观念， 并具体 阐述了联动电价的适用条件及价格制定的基本原则， 联动电价的提出是适应电力市 场发展需求的， 是供用电双方双赢的一种电价措施。 1 . 5 本文的主要工作 目 前我国的电力市场尚处于起步阶段，本文针对高耗能行业的特殊状况和电力 市场改革现状，提出对高耗能用电客户实行联动电价，为其建立了数学模型。考虑 到平均电价因素，并对其进行了微调。本论文主要进行了以下工作: ( 1 )用户需求预测 9 华北电力大学工程硕士学位论文 在电力市场条件下，原来电力系统的负荷预测将被用户需求预测所代替。用户 需求预测不仅考虑用户的物理特性，包括用户需求波动性、季节性和天气环境等诸 多因素，而且考虑了用户需求的经济特性，即考虑电价对用户需求的影响，在用户 需求预测中引入供需的经济学规律。 c 2 )电力公司运营成本分析 通过考察电力公司的购电业务、上网业务、售电业务、发电业务和运营管理业 务等各运营环节，分析了电力公司在各业务环节中的运营成本，并以此作为联动电 价数学模型的基础。 f 3 )联动电价的数学模型 针对高耗能用户，一方面考虑到市场的供需平衡、价值规律因素:另一方面考 虑到高耗能用户，用电量大、用电量相对稳定等因素;对其执行联动电价。同时平 均电价指标也是衡量电力企业利润的重要指标之一，本文考虑平均电价指标的基础 上对联动电价进行了微调。 ( 4 )算例分析 通过对某地级市电力企业数据进行计算和分析，证明了高耗能用户联动电价的 制定，不但在理论上具有重要的研究价值，而且具有很大的可行性和现实性。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章用户需求预测 电力系统的作用是尽可能可靠地向用户提供高质量地电能供应，以满足各类用 户的电力需求。传统电力工业中，负荷预测就是确定未来电网负荷变化的趋势和特 点，为电网调度部门和电力规划设计部门提供基本的负荷数据， ， 。在电力市场条件 下，在电力工业中引入竞争机制和市场经济体制，用户作为市场成员取代负荷，传 统的负荷预测也将发展为适合电力市场要求的用户需求预测。 2 . 1 用户需求预测的基本概念9 - 13 1 用户需求预测指的是在充分考虑一些重要的电力系统运行特性、 增容决策、自 然环境与社会影响的条件下，根据用户过去及现在的用电需求变化规律，在满足一 定精度要求的意义下，利用数学方法确定未来某个时刻的用户需求。 用户需求预测根据预测时间的长短可以分为长期， 中期， 短期和超短期用户需 求预测四类。长期的用户需求预测一般为五年或五年以上;中期用户需求预测一般 为一年以上，五年以内;短期用户需求预tk iii 一般为几周或几天;超短期用户需求预 测一般为几小时或几分钟。 长期和中期用户需求预测一般应用于电力系统规划与设计中， 对电力系统运行 最为重要的是短期用户需求预测和超短期用户需求预测，前者一般用于编制运行计 划和确定市场交易方案等，后者一般用于电力市场实时乎衡。 2 . 1 . 1 用户的分类 用户按照负荷的使用范围可以分为:城市民用、商业、农村、工业以及其它。 城市民用负荷是城市居民的家用负荷。商业负荷和工业负荷是分别为商业和工 业服务的负荷。农村负荷则是指广大农村所有的负荷( 包括农村生活用电、生产与 排灌用电以及地区性特殊用电) 。其它负荷则包括市政用电、街道照明、公用事业、 政府办公、军用以及其它等。 在各类用户中，城市居民负荷具有经常的年增长以及明显的季节性波动和日变 化特点。城市居民负荷的季节性变化和日变化在很多情况下，直接影响系统峰值负 荷的变化，但其影响程度取决于城市居民负荷在系统总负荷中所占的比例。商业负 荷也同样具有季节性变化和日变化的特点。 相对来说，工业负荷占负荷比例较大，且一般可视作是受气候影响较小的基础 负荷。但也不能说一点也不受气候的影响，仍如高温季节，工业负荷也含有降温和 华北电力大学工程硕士学位论文 防暑耗电。 一方面由于工业负荷本身负荷很大， 另一方面尤其是由于三班连续生产， 因此这类负荷变动较小但是某些工业用户可能具有一些特殊要求，如要求很高的功 率但不一定要求很大的用电量，某些工业用户可能具有明显的季节性特点，负荷预 测中这些都需要采用相应的措施加以对待。 农业用电一般对负荷影响不大。需要注意的是农忙期间，特别是夏季生产排灌 用电。其时间不长，但负荷特别集中，容易造成用电紧张。 其它各类用户的需求一般所占比例比较小，虽也都有各自的不同特点但对整个 系统负荷的影响不是很大。总之，用户需求的变化是非常复杂的当我们预测时应考 虑到各方面的影响因素 。 2 . 1 . 2 用户需求预测的作用 电力用户需求预测是电力市场运行机构的重要工作之一，准确的用户需求预测 可以在保证电网安全稳定运行的基础上，合理安排发电机组检修计划，减少不必要 的系统备用和旋转备用，降低发电成本，提高经济效益和社会效益。用户需求预测 的结果还可以用于决定未来新发电机组的装机容量、装机地点和装机时间，决定电 网的增容和改建。 用户需求预测还可以取得重大的经济效益，当前世界各国的电力公司都在研究 满足电力市场要求的用户需求预测方法，尽量提高用户需求预测的精度。英国的研 究结果表明， 短期用户需求预测每增加i %的误差将导致年运行成本增加1 0 0 0 万英 镑;在挪威 1 %的短期用户需求预测误差将导致 5 0 0 万克朗的附加运行成本。我国 装机容量约为 i 0 0 0 0 av ir ,预测精度每提高 i %，每年就可以节约 2亿多元人民币， 经济效益相当显著。 2 . 1 . 3 影响用户需求预测的因素 从本质上来说， 用户需求是不可控的，虽然在某些紧急情况下， 可以采取强制 措施将用户从电力系统中切除以保证电网的安全运行。用户需求又是一个随机变 量，受到天气、电价、环境和季节等诸多因素的影响，所以用户需求预测也与这些 因素密切相关。 ( 1 )用户需求变化趋势 用户需求具有明显的时间变化趋势， 呈现出按天， 按星期和按季节周辨性变化规 律。 通过对较长时期的用户需求历史数据进行分析， 可以看出它由长期变化趋势， 周 期性趋势和随机变化趋势叠加而成。 对用户需求趋势的准确把握是决定用户需求预测 精度的关键。 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 2 ) 电能供需状况 在电力市场条件下，用户逐步取得选择电力供应商的权力，作为电力市场成员参 加到市场竞争中。电能作为商品，其生产销售也要满足商品生产的价值规律，电能价 格受到电能供需状况的影响， 反过来电能价格也直接影响到用户的用电需求。 所以用 户需求预测还必须考虑到电能供需的状况。 ( 3 ) 环境气候变化 环境气候变化也影响用户需求预测的结果，其中温度变化、天气状况是最重要 的气候因素，对用户需求预测有直接的影响，夏季连续高温天气将出现夏季峰值用 户需求，同样冬季的寒流也会使用户需求急剧增加。但如何定量的研究环境气候对 用户需求预测的影响目前尚处于探索阶段。 ( 4 随机干扰事件 电力市场包含许多独立的用户，每个用户的用电行为是随机的，因此整个市场 的用户需求也具有一定的随机性。另外一些特殊事件如台风袭击、大型运动会或特 殊电视节目也会影响用户需求。随机干扰事件由于其发生的时间、地点和对用户需 求的影响都有偶然性，是用户需求预测中最难以把握的部分。目前尚没有很好的方 法来处理，只是依靠人工经验进行判定。 ( 4 ) 用户需求历史数据 用户需求预测是在历史数据的基础上，采用数学模型和数学方法来推测未来时 段的用户需求，因此历史数据的完整、正确、充分将对用户需求预测的精度产生直 接的影响。在用户需求预测中，一个重要的工作就是进行数据识别，将伪数据从历 史数据中分析出来，如果可能，可以采用插值等数学手段补充数据。 2 . 1 .4 用户需求预测的特点 由于用户需求预测是根据电力用户需求的过去推测它的未来数值，所以用户需 求预测工作所研究的对象是不确定的事件。只有不确定的事件、随机事件，才需要 人们才用适当的预测技术，推知它的发展趋势和可能达到的状况。这就是用户需求 预测具有以下明显的特点1 9 1 不准确性:因为用户需求未来的发展是不确定的，它要受到多种多样复杂因素 的影响， 而且各种影响因素是发展变化的。 人们对这些发展变化有些能够预先估计， 有些却很难事先预见到，加上一些临时变化的影响，因此就决定了预测结果的不准 确性或不完全准确性。 条件性:各种用户需求预测都是在一定的条件下作出的。对于条件而言，又可 分为必然条件和假设条件两种。 时间性:各种用户需求预测都有一定的时间范围，用户需求预测属于科学预测 华北电力大学工程硕士学位论文 的范畴，因此，要求有比较确切的数量概念，往往需要指明预测的时间。 多方案性:由于预测的不准确性和条件性，所以有时要对用户需求在各种可能 的发展情况下进行预测，就会得到各种条件下不同的用户需求预测方案。 2 . 1 . 5 用户需求预测的原理 用户需求预测工作是根据用户需求负荷的发展变化规律，预计或判断其未来发 展趋势和状况的活动。因此必须科学的总结出预测工作的基本原理，用于指导负荷 预测工作。 1 . 可知性原理:也就是说，预测对象的发展规律，其未来的发展趋势和状况是 可以为人们所认知的。客观世界是可以被认知的，人们不但可以认识它的过去和现 在，而且可以通过总结它的过去和现在推测其将来，这就是预测活动的基本原理。 2 . 可能性原理:因为事物的发展变化是在内因和外因的共同作用下进行的。内 因的变化及外因作用力大小不同，会使事物发展变化有多种可能性，所以，对某一 具体指标的预测，往往是按照其发展变化的多种可能性，进行多方案预测的。 3 . 连续性原理:又称惯性原理，是指预测对象的发展是一个连续统一的过程， 其未来发展是这个过程的延续。它强调了预测对象总是从过去到现在，再从现在发 展到未来。电力系统的发展变化同样存在着惯性，如某些负荷指标会以原来的趋势 和特性保持下来，延续下去。因此了解事物的过去和现在，并掌握其规律，就可以 对未来的发展情况利用连续性原理进行预测。 4 . 相似性原理:尽管客观世界中各种事物的发展各不相同，但一些事物发展之 间还是存在着相似之处，人们可以利用这种相似性原理进行预测。在很多情况下， 作为预测对象的一个事物，其现在的发展过程和发展状况可能与另一事物过去一个 阶段的发展过程和发展状况相类似，人们就根据后一事物的已知发展过程和状况， 来预测所预测对象的未来发展过程和状况，这就是相似性原理。 5 . 反馈性原理:反馈就是利用输出返回到输入端，再调节输出结果。预测的反 馈性原理实际上就是为了不断提高预测的准确性而进行的反馈调节。人们在预测活 动实践中发现，当预测的结果和经过一段实践所得到的实际值之间存在着差距时， 可利用这个差距，对远期预测值进行调节，以提高预测的准确性。 6 . 系统性原理:预测对象是一个完整的系统，它本身有内在的系统，它与外界 事物的联系又形成了它的外在系统，这些系统综合成一个完整的总系统，在预测中 都要 进行考虑。即预测对象的未来发展就是系统整体的动态发展，而且整个系统的 动态发展与它的各个组成部分和影响因素之间的相互作用和相互影响有关。系统性 原理还强调系统整体最佳，只有系统整体最佳的预测，才有高质量的预测，才能为 决策者提供最佳的预测方案。 华北电力大学工程硕士学位论文 2 . 1 . 6 用户需求预测误差分析 用户需求预测与实际用户需求之间的差值称为用户需求预测误差，简称预测误 差。预测误差和预测结果的准确性密切相关，误差越大准确性就越低。研究预测误 差产生的原因，计算分析误差的大小，不仅可以认识预测结果的准确程度，还有助 于改进用户需求预测工作。 预测误差产生的原因是多方面的。首先，预测所采用的数学模型忽略了复杂电 力市场的诸多次要因素，用它来预测实际的用户需求不可避免的会产生预测误差。 其次，用户需求受多方面因素影响，进行需求预测的目的和要求又多种多样，各种 因素的变化也导致产生预测误差。 再者。 用户需求是随机事件， 因此在预测过程中， 各种意外事件和特殊情况也会造成随机预测误差。还有，进行用户需求预测需要用 到大量的历史数据，但历史数据并不能保证都准确可靠，也必然会带来预测误差。 假设p d . p * d ,( i = 1 ,2 , ., n d ) 分别为 第i 组用户的实际 用户需求 值和用户需求预 测 值， 单位为 k w ; n d 为常数， 表示预测组 数; 则分析 用户需求预测误差常用到以 下 指标。 ( 1 ) 平均绝对误差 e . . ( 凡) _ 上 11y lp , 一 ， 动 ! nd s i - ( 2 . 1 ) 式中 解释 :e l n ., 几) 为用户需求预测的平均绝对误差，单位为 k w :其余符号意义同前文 ( 2 ) 平均相对误差 e .z, (pd卜 1- i(pd,n d ,=1一 pd,) /p, i ( 2 . 2 ) 式中:e . , ( p d ) 为用户需求预测的 平均相 对误差;其余 符号意义同 前文 解释。 ( 3 ) 均方绝对误差 e 一 (pu 卜 六 v,e _ (pd )= 1 y- (p,v d i=,一 ， *d,) ( 2 . 3 ) 式中 解释 :e _ ( 马) 为用户需求预测的均方绝对误差， 单位为k w ;其余符号意义同 前文 ( 4 ) 均方相对误差 e _ (pd) = n d 客 (p ! 一 p 一 )l pd,i 1z ( 2 . 4 ) 式中:e _ se ( p d ) 为均方相对误差;其余符号意义同前文解释 华北电力大学工程硕士学位论文 由于预测误差有正有负，采用绝对误差可以避免正负抵消，绝对误差反映了预 测的整体水平。均方绝对误差和均方相对误差由于对误差进行了平方，加强了数值 大的误差在指标中的作用，提高了指标的灵敏性，本文采用均方相对误差作为判断 用户需求预测结果的依据 。 2 用户需求预测方法9 , 2 9 ) 用户需求预测 ( 负荷预测)是近几十年发展起来的研究课题，随着计算机技术 的迅速发展，其计算速度和预测精度逐步提高。在国外这项研究工作从五六十年代 就已经开始，一直比较活跃，每年都有大量论文发表，并取得了一定的实用效果。 用户需求预测 ( 负荷预测)方法很多，传统的有弹性系数法、指数平滑法、回 归预测法、时间序列法等等，近年来人工神经网络、遗传算法、灰色模型、小波分 析等也在用户需求预测 ( 负荷预测)中得到应用，下面介绍几种常用的方法。 2 . 2 . 1 时间序列法 所谓时间序列是指一组按时间顺序排列的观测数据， 其时间顺序一般是指给定 时间起点之后， 数据以均匀时间间隔采样， 时间间隔的大小， 根据不同的实际过程而变， 在理论上并不作规定。 由于按时间序列排列的观测值之间具有相关性， 因此可以利用 这个时间序列来进行未来值的预报。 随机时间序列预测方法中因变量和自 变量均可以是随机变量，电力系统的负荷 是一个具有明显随机性的序列，所以该方法中因变量是待预测的电力系统负荷，自 变量是负荷本身的历史值。这种方法相对于回归模型更适合于短期负荷预测。 负荷的历史时间序列多为非平稳过程，需要平稳后才能分析建模，常用的平稳 化方法有差分法、参数法。时间序列的基本模型在文献 1 4 中有详细论述。 时间序列预测法在电网正常、气候等因素变化不大的情况下预测效果较好。但 随机性因素变化较大或存在坏数据的情况下预测效果不是很理想。 时间序列法适合于短期负荷预测。 2 . 2 . 2 人工神经网络法!4 2 ,4 3 1 人工神经网络理论是一门新兴的交叉学科，目前处于发展阶段。人工神经网络 就是模拟了人脑的结构特征，把大量的人工神经元组成一个复杂的人工神经网络系 统，用于解决某一领域的问题 系统，它具有很强的学习能力 人工神经网络有