（电力系统及其自动化专业论文）基于减少雅安电网弃水窝电现象的分时电价联动优化模型.pdf

西华大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：静怨 日期：劲阳、6 指导教师签名：飞营哞之 日期：2 0 c o ，6 西华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 学位论文作者签名：碌名纪指导教师签名：嗜帛王 日期：知阳正参日期 。如i 诬华大学硕士学位论文 摘要 电力市场正在由传统的运营模式向精购精售的智能营销逐步转变，在这种形式下电 力营销的工作需要提供有关发电量、用电负荷、电价等数据，准确、高效地对量、价、 费等相关营销综合分析，增供促销，做好供需平衡。同时，在保障电网安全运行的前提 下满足用户的需求，寻求最优购售电一体化，准确预测网内负荷，合理的消化可发电量 的问题是雅安电网营销改革的重头戏。 电价是电力需求侧管理中最重要的经济手段，用价格杠杆调节电力需求，提高负荷 率，从消费需求出发，坚持发、输、配、售电统筹考虑，全面进行电价设计。我国运用 价格杠杆来调节电力需求主要是分时电价和两部制电价。 本文从分时电价在我国发电侧和售电侧的研究应用情况出发，对时段的划分、电价 测算原理、模型建立的理论基础等加以介绍，指出发电侧和售电侧分时电价联动的必要 性。并以雅安电网为原型，提出以减少雅安电网弃水窝电现象为导向的发售电两侧分时 电价联动模型，并通过仿真的形式证明了该模型的可行性。最后结合雅安电网的实际情 况提出雅安电网购售电优化系统的建立方案，将联动模型运用的实际之中，建立完善的 购售电优化系统，以帮助电力公司在电力营销中做出营销决策，同时为智能电网的建设 打下坚实的基础。 关键词：分时电价；电价联动；社会效益；弃水窝电 基于减少雅安电网弃水窝电现象的分时电价联动优化模型 a b s t r a c t t h em o d e lo ft h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e th a sb e e nt r a n s f o r m e df r o mt h et r a d i t i o n a l o p e r a t i o nm o d et ot h ep r e c i s i o nm a r k e t i n g i nt h i si n t e l l i g e n tm o d e ，t h ed a t ao fg e n e r a t e d e n e r g y , e l e c t r i c i t yl o a da n de l e c t r i c i t yp r i c es h o u l db ep r o v i d e di no r d e rt oc o m p r e h e n s i v e a n a l y s e sq u a n t i t y ，p r i c ea n df e e se f f i c i e n t l ya n da c c u r a t e l y ，a n da l s ot oi n e a s es u p p l ya n d m a k eb a l a n c eb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n d a tt h es a m et i m e ，m e e t i n gu s e r s n e e d su n d e rs a f e o p e r a t i o no fp o w e rg r i d ，f i n d i n gt h eo p t i m a li n t e g r a t i o no fp u r c h a s ea n ds a l eo fe l e c t r i c i t y , f o r e c a s t i n gt h el o a d sa n da b s o r b i n gg e n e r a t i n gc a p a c i t yr e a s o n a b l eh a sb e c o m e st ot h e h i g h l i g h to fy a a np o w e rm a r k e t i n g sp r o b l e m s p r i c ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a n te c o n o m i cm e a s u r e so fd s m w eu s ep r i c e st or e g u l a t e d e m a n d , i m p r o v et h el o a d i n gr a t e ，a n dd e s i g nt h ee l e c t r i c i t yp r i c ef r o mc o n s u m e rd e m a n d i n c h i n a , t o ua n dt h et w o - p a r tt a r i f fa r eo f t e nu s e dt oa d j u s tt h ee l e c t r i c i t yd e m a n d a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no ft o u w h i c hu s e di nb o t hs i d eo fg e n e r a t i o n a n ds u p p l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h et h e o r yo ft i m ed i v i s i o n ，p r i c ee s t i m a t i o nt h e o r y ， m o d e l i n gt h e o r y i tp o i n t e do u tt h en e c e s s i t yo fl i n k a g eo ft o ub e t w e e nt h ee l e c t r i c i t y g e n e r a t i o na n ds u p p l ys i d e t h e nat o ul i n k a g em o d e li sp r e s e n t e di no r d e rt or e d u c e d r o p w a t e ri ny a a na r e a s i m u l a t i o nr e s u l t si l l u s t r a t et h ef e a s i b i l i t yo ft h em o d e l f i n a l l y , w e p r o p o s e da no p t i m a ls t r a t e g yo fb u y i n ga n ds a i l i n ga c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o no fy a a n 加d i no r d e rt oh e l pp o w e rc o m p a n i e sm a k em a r k e t i n gd e c i s i o n s ，a n dt ol a yaf o u n d a t i o nf o r c o n s t r u c t i n gi n t e l l i g e n te l e c t r i c a ln e t w o r k ，w ea l s oe s t a b l i s h e dap e r f e c to p t i m i z a t i o ns y s t e m o fs h a r es a l eo f e l e c t r i c i t yb yu s i n gt h ea c t u a ll i n k a g em o d e l k e yw o r d s ：l i n k a g eo fe l e c t r i c i t yp n c e ；t i m e o f - u s ep o w e rp n c e ；s o c i a lb e n e f i t s ； a b a n d o n e dw a t e rs a v ep o w e r 西华大学硕士学位论文 目录 摘 要i a b s t r a c t i i l 绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 课题研究现状1 1 3 本文主要内容4 2 发售电两侧峰谷分时电价的定价模型6 2 1 峰谷分时电价的总体介绍6 2 2 售电侧的分时电价模型分析8 2 3 发电侧峰谷分时定价。1 2 2 4 本章小结1 6 3 发售电两侧分时电价联动模型1 8 3 1 发售电两侧峰谷分时电价联动背景1 8 3 2 联动模型的构造思路18 3 3 联动模型的分类。1 9 3 4 由联动模型引发的思考2 2 3 5 本章小结2 2 4 雅安电网情况简介。2 4 4 1 雅安电网的整体结构2 4 4 2 发电侧的情况介绍2 6 4 3 需求侧的情况介绍2 7 4 4 发售电两侧电量平衡情况2 9 4 5 发售电两侧的电价联动情况3 0 4 6 本章小结3 0 5以减少雅安弃水窝电现象为导向的发售电分时电价联动模型。31 5 1 减少弃水窝电现象为导向的发售电价联动模型3 1 5 2 算例仿真3 4 5 3 本章小结3 7 6 雅安电网购售电优化系统的设计。3 8 6 1 雅安电网购售电优化系统提出的背景3 8 6 2 雅安电网购售电优化辅助服务系统的功能。3 9 6 3 雅安电网购售电优化辅助服务系统里涉及的主要算法4 0 基于减少雅安电网弃水窝电现象的分时电价联动优化模型 6 4 雅安电网购售电优化辅助服务系统里涉及的算例仿真4 7 6 5 本章小结5 2 结论5 3 参考文献。5 4 攻读硕士学位期间发表学术论文情况5 9 致谢6 0 2 西华大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题研究背景 电力体制的改革集中为政府垄断与打破垄断，管制与放松管制的改革。在电力市场 改革中欧美许多国家部分或全部开放了售电市场，在相对先进的软硬件基础和市场机制 下用户可以自由选择供电商，实现价格由市场竞争形成，供需信息流畅的智能电网经营 模式【l 删。如英国电力系统拥有成熟的发、输、配、售环节、健全的价格体系和强大的交 易结算技术。电网公司认为，对客户的供电质量、可靠性及服务水准是市场竞争和客户 选择的首要条件。英国的售电市场特色在于是多样、可选的销售电价方案。售电结构中 居民客户比例最大，约占总售电4 0 ，电力公司对其实行标准电价( 即两部制电价) 或昼 夜电价( 即夜间低电价，针对蓄热取暖客户) ，允许支付电费的时间尺度和结算方式也 灵活多样。法国的电力供应主要由电力公司承担，供电可靠性很高，低压配网均为双回， 部分中、高压配网设2 4 回并接入环网，极少停电。电价由国家控制，按照容量和电压等 级对用户进行分类，企业对电价只有建议权。比利时重视供电质量和用电导向及调研， 有完备的用电咨询系统。总的来讲国外先进的售电市场更注重于服务质量。 而中国电力市场的开放只对发电市场开放，继续保持着输配一体的管理模式，保留 着供电营业区，每个区只有一个指定的供电机构向终端用户供电【4 】，电价也是一经制 定长时间不变。中国的发电市场开放从厂网分家、五大发电集团的成立开始，政府放松 了对发电市场的管制，允许和鼓励私人多建电站，根据建设成本批复上网电价，一度极 大的激活了发电市场，但也造成了一系列的弊端如重复投资和建设成本过高等等。由于 中国只开放了发电市场，售电市场继续保持着输配一体的模式，对于销售侧仍然是垄断 经济，用户没有选择的权利，随着电力市场的发展这种传统的经营模式弊端已逐渐显现 出来，制约了电力市场的健康快速发展。直购电模式是售电市场改革开放的一个新起 点，但目前还处在试点阶段，有待于进一步完善。 1 2 课题研究现状 1 2 1国外研究现状 需求侧管理( d s m ) 瞪j 是2 0 世纪8 0 年代初由美国提出的一种在客户有效参与下，充分 利用电力资源的系统管理工程。它在美国及世界其他发达国家实施以来，对于调动客户 削峰填谷的用电积极性，实现负荷转移与错峰用电，提高负荷控制能力，实施战略节能 与用电等方面发挥了积极的作用。因此，它在世界广泛传播，成为世纪之交理论界与实 际工作者研究的热点问题【6 】。 基于减少雅安电网弃水窝电现象的分时电价联动优化模型 实施需求侧管理的手段主要有技术手段、经济手段、引导手段和行政手段。目前的 技术手段主要包括提高效率和削峰填谷措施，如各种高效节能灯具、电冰箱、空调器、 变压器、电动机、热水器、蓄冷蓄热技术、自动控制技术、变频调速技术、余热和余压 发电技术、太阳能和风能利用技术以及能源替代技术等。经济手段，主要有电价鼓励、 折让鼓励、借贷鼓励、免费安装鼓励、节电设备租赁鼓励、节电招标鼓励、节电特别奖 励等。诱导手段，指对用户进行消费引导，如普及节电知识、信息传播、研讨交流、审 计咨询、与产品制造商合作等。行政手段，指政府和有关职能部门通过法规、标准和制 度来控制和规范电力消费和节能市场行为，鼓励节约，约束浪费，保护环境。其中，经 济手段是最重要的手段。而电价是电力需求侧管理中最重要的经济手段，用价格杠杆调 节电力需求，移峰填谷，提高负荷率，从消费需求出发，坚持发、输、配、售电统筹考 虑，全面进行电价设计。电力产品具有瞬时同步的特点，因此我们在电价改革中要以消 费需求为中心，提高整体效益，不能把电能生产经营的各个环节割裂开来。在我国的需 求侧管理中主要有分时电价、季节性电价、丰枯季节性电价、双蓄电价、高可靠性电价 和避峰电价，两部制电价等几种电价形式。我国运用价格杠杆来调节电力需求主要是分 时电价和两部制电价【7 j 。 目前，国内外关于分时电价的研究主要集中于两个方面：一是对负荷特性的影响，即 分时电价是否起到移峰填谷的效果，达到需求侧管理的目标；- - 是用户利用分时电价，是 否节约电费。从2 0 世纪6 0 年代起，国外就开始推行分时电价瞵j ，如法国1 9 5 7 年就开始 执行颜色电价，对不同类别的用户采用不同颜色的峰谷电价；日本8 8 年开始对高压和特 高压实施分时分季电价【9 】；意大利从8 0 年起开始对大工业实施分季节分时段电价。他们 的分时电价峰谷拉开比较大，如法国避峰日电价比最低电价高出1 0 倍以上，英国峰谷比 例也达到8 ：1 。以价格为杠杆，国外发达国家在移峰填谷、提高负荷率方面取得了显著 得成绩，如法国的用电负荷率由8 0 提高如到9 0 ，英国工业负荷率由4 5 提高到 7 0 t 1 们。 随着智能电网概念的提出，与之对应的高级计量体系、需求响应公共标准、信息互 动、实时定价、分布式发电监管、高效储能等技术的不断深入并为新环境下电力营销发 展带来难得的机遇。很多国家都会列出一个电价表，有各种电价供用户选择，电价表的 制定前提是使得用户的用电安排有利于电力生产的安全和经济，这样既能实现电力公司 与用户的互动，还能充分发挥各种电价优势。部分发达国家甚至可以提供一个完全自动 化的供电网络，其每个用户和节点都得到实时监控，并保证从发电厂到用户端之间每一 点上的电流和信息双向通信。通过广泛应用的分布式智能和宽带通讯及自动控制系统集 成，它能保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接与实时互动。这就是 分时电价发展的高级阶段，实时电价。 2 西华大学硕士学位论文 1 2 2 国内研究现状 中国分时电价起步较晚，在9 0 年代中期才开始大力研究，峰谷电价拉开比也不够大， 仅为2 - - 5 之间，不足以激励企业避峰用电，达到理想的削峰填谷作用。同时我国的分时 电价实施的灵活度低，采用的是“一经定价，较长时间不变”的模式，而国外的电力市 场由于其成熟的技术条件大都采用实时电价，以市场需求预测为基础，结合长期边际成 本和短期边际成本，通过市场来定价。它本质上是峰谷分时电价发展的高级阶段，克服 了峰谷分时电价时段长、价差幅度小、缺乏灵活性等缺点，并能随时段( 一般为一天4 8 个时段) 的变化而变化，快速应对发供电成本的变化，引导用户合理用电，优化资源配置。 相比国外绝大部分电量都执行分时电价，我国目前分时电价主要是针对大宗工业， 部分省市试点居民用电，纳入分时电价的总电量较少，截至2 0 0 2 年，我国国家电网公司 系统2 3 个省级电网实行峰谷分时销售电价，执行分时电价的电量比例仅占5 2 。 在中国对智能营销还没有一个确切的定义，但随着智能电网的逐步推进和深入越来 越多的专家学者提出应研发相应的营销可视化平台，全方位展现营销系统的信息流和资 金流，实现对营销流程中各环节的自动监控、实时分析以及相关软硬件的智能控制，并 能够进行海量数据挖，提供营销决策支持。在现行目录电价的体系下根据电网情况提供 多样化的电价形式，以价格为杠杆实现发、供、用三方的市场联动。中国的国情决定了 我们不能照搬欧美国家的营销战略，我们需要积极地寻求一种适合中国国情的，实现实 时电价智能化营销终极目标的一种过渡性营销方式，寻求一种具有相应灵活性的分时电 价模式。 。 目前，全国大部分省市在售电侧实行了峰谷分时电价，部分省市在发电侧也实行了 峰谷分时电价。随着电力市场的不断开放和发展，发电侧实行峰谷分时电价已成为一种 必然的趋势。 改革现行电价体制，实现电价发电侧和销售侧联动，用经济手段促进资源的优化利 用，是保证电力资源可持续发展的要求【1 1 1 。实施销售侧峰谷分时电价的最大受益者应是 发电侧的电厂，但是目前实施峰谷分时电价的投入，包括技术研发、设备投入、对用户 的宣传推广等的费用主要由电网公司承担。从电力市场各个组成部分风险及利益合理分 摊的原则出发，应该将实施分时电价的利益及风险在电厂和电网之间合理的分摊。同时 由于销售电价要保证基本稳定，在销售电价不能随意变动的情况下，部分地区有借发电 侧峰谷电价变相压低上网电价的倾向。若不采用发电侧和售电侧的分时电价联动机制， 在发电侧市场化和需求侧用户博弈的双重压迫之下，只考虑成本而忽略市场和用户响应 特性所确定的峰谷分时电价，很容易导致用户反应不足而造成调峰无效，或者用户反应 过度而导致峰谷漂移、甚至峰谷倒错等现象，势必导致电网企业正常运营收入的不确定 3 基于减少雅安电网弃水窝电现象的分时电价联动优化模型 ，电网企业也会遇到巨大的自身无法消化的市场风险。因此要使峰谷分时电价的作用 生良性循环，就必须研究实现发电侧与售电侧峰谷分时电价联动。 目前，发电和供电分时电价联动机制还未建立，用电需求侧管理只能通过售电电价 映，对发电成本的影响没有得到反映，电网公司承担的风险较大，发电公司却不受任 的影响。该不合理的电价体制未能通过电价的杠杆作用调动起电网和用户积极参与用 侧管理的积极性；未能充分发挥分时电价对资源优化配置及挖掘电厂发电潜力解决当 电力紧缺状况的作用。因此，我国电力市场的健康发展迫切的需要实施发电侧和售电 分时电价的联动机制，加强电力系统对电力市场需求信号的响应，发挥对资源优化配 的作用；提高电力基础设施的使用效率，缓解当前电力需求的矛盾；通过负荷率的提 ，增强系统的安全性与稳定性。 3 本文主要内容 本论文的研究主要分为以下几个部分： 第一部分：分时电价在我国发电侧和售电侧的研究应用情况。从分时电价的时段划 、电价测算原理、模型建立的理论基础等加以介绍；并针对发电侧和售电侧不同的电 特性加以区分，分别进行模型的比较分析。 第二部分：目前国内外发售电两侧的分时电价联动研究情况。针对发售电两侧峰谷 分时电价联动的重要性，指出目前国外的实时联动模型和国内的分时电价联动形式。详 细介绍了目前国内常见的几种联动模型，并通过相应的比较和分析，指出我国分时电价 联动模型的发展趋势。 第三部分：结合雅安电网发售电两侧的电量电价特点和雅安电网建设的实际特点， 指出雅安电力市场的特殊性，并根据径流式小水电的电源特点提出雅安发售电两侧分时 电价联动的必要性。雅安电网电源侧全是径流式小水电，发电能力受来水情况制约且丰 枯季节差异明显，而销售侧却存在着夏季和冬季两个季节用电高峰季节，每天高峰低谷 用电量差异较大等特点，供需矛盾突出。同时雅安电网因地域特点和电网建设条件的限 制，存在南部电网枯期和高峰缺电、丰期和低谷有弃水的现象，而北部电网全年缺电， 南电北调受到限制。因此对于雅安电网的经营而言，就更需要从实际出发制定适合雅安 模式的发售电分时电价联动模型，以电价为杠杆，调动用户错峰填谷，改善负荷曲线， 同时从电网经营的角度出发精购精售。 第四部分：根据雅安的实际情况，并结合分时电价联动模型的理论基础，提出一种 新的以减少弃水窝电现象为导向的分时电价联动模型。通过算例仿真，指出该模型的可 行性，能有效的缓减丰期低谷弃水现象，具有较大的现实意义。 第五部分：雅安电网发售电两侧电价联动具有极强的市场意义，在此基础上提出了 雅安电网购售电优化辅助决策方案，对根据大客户用电特性的不同提出不同的电价策 4 西华大学硕士学位论文 略。并建立相应的数学模型，对电价策略进行算法仿真，对具有较强错峰填谷能力的用 户实施丰枯峰谷分时电价，对于没有错峰能力的刚性用户实施季节性双向阶梯电价。旨 在有效的调动用户的积极性，缓解市场供需矛盾，通过算例仿真，证实了该策略的切实 可行性，通过这种个性鲜明的电价策略能较好的解决雅安电网丰期大量弃水，枯期大量 缺电的问题。对于雅安电网的发展具有较强的实践指导作用，同时我国水电资源丰富， 这种针对小水电资源的发售电两侧电价联动的电价模型同样也适应于云、贵、川等小水 电资源极其丰富的地方。 基于减少雅安电网弃水窝电现象的分时电价联动优化模型 2 发售电两侧峰谷分时电价的定价模型 2 1 峰谷分时电价的总体介绍 2 1 1 峰谷分时电价的简介 峰谷分时电价【1 2 以4 】是指按照用户用电需求，根据每个时段的负荷量、负荷率、供电 可靠性和运行成本等参数来确定该时段的电价，对各时段分别制定不同的电价水平，以 刺激和鼓励用户主动改变消费行为和用电方式达到削峰填谷的目的。它是电力行业实施 需求侧管理，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，也有不少地方已经开始实行分时电价。具体地讲，分时电 价就是把一天2 4 d 、时按照负荷曲线的高峰低谷划分成峰、平、谷三种时段( 或峰、谷两种 时段) ，并与之对应着峰、平、谷三种电价( 或峰、谷两种电价) 。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，多用低价谷电， 以达到削峰填谷、改善负荷曲线的目的。 我国对销售侧峰谷电价的研究主要集中在三个方面：一是将边际成本理论应用于分 时电价，二是研究分时电价与用户的关系，三是提出一些分时电价的方案。具体体现在 如何准确科学的分割时段，并确定不同时段的合理电价，将分时电价与用户对电价的反 应很好的结合，实现削峰填谷的技术效益和供用电双方经济效益的量化【1 5 1 。 2 1 2 峰谷时段的划分 分时电价的主要研究之一就是适当的峰谷时段划分方法，因为只有适当的峰谷时段 划分才能有相应的适当的分时电价，才能起到较好的削峰填谷的效果。目前我国在分时 电价的研究中对时段的划分主要以负荷曲线为依据，针对负荷曲线的最高峰点和最低谷 点进行讨论，利用模糊半梯度隶属函数来确定负荷曲线上各点分别处于峰时段和谷时段 的可能性，进行时段的划分。具体的划分原则( 1 6 j ： 曲线上最高峰点处于尖峰时段的可能性为1 0 0 ，最低谷点处于尖峰时段的可能性 为o ； 曲线上最低谷点处于谷时段的可能性为1 0 0 ，最高峰点处于谷时段的可能性为o ； 负荷曲线上其余各点处于尖峰时段和低谷时段的可能性可用半梯型隶属度函数 来确定。 由于该方法只需确定负荷曲线上各点相对于最高峰点与最低谷点的可比性，与其具 体数值无关，所以为了便于计算，只采用了隶属函数的线性部分。其中采用偏小型半梯形 6 西华大学硕士学位论文 隶属函数来确定负荷曲线上各点处于谷时段的可能性，采用偏大型隶属函数来确定各点 处于峰时段的可能性，如图2 1 所示。图中a 点和b 点分别为负荷曲线上的最低谷点和最高峰 点。偏小型半梯型隶属度函数为a ( x ) ：_ b - x ，偏大型半梯型隶属度函数为b ( x ) ：- x - a 。 d - ab - a 。 。x o。b x 傍小型半阶鼢布函数 b 佩大型半阶梯分布函数 图2 1 半梯形分布函数 f i g 2 1s e m i - t r a p e z o i dd i s t r i b u t i o nf u n c t i o n 随着研究的深入不少学者提出将典型的负荷曲线与成本一时间曲线【l7 】合，或者将典 型负荷曲线与节假日负荷曲线拟合等，同样采用该原则对拟合曲线进行时段的划分，使 得分时电价的时段划分更加具有科学性。 2 1 3 峰谷分时电价测算的原则 ( 1 ) 商品原则【1 8 】 随着电力市场的不断改革和开放，电能作为电力市场中的交易对象其商品特性也起 着越来越重的作用。从发电市场的逐步开放，竟价上网到需求侧以政府为导向逐步开放 的直供电模式，电能作为商品，应按照价值规律的要求在价格中体现电力成本和合理的 利润，使价格与价值相符。 ( 2 ) 政府的指导性与市场自由度相结合 和其它商品相比电能具有显著的自然垄断性，主要因为电能处于国民经济能源的基 础地位，它的生产、运输、消费具有时间同步性和不能存储的特点，电能的建设( 包括 电站建设和输配电线路的建设) 投资高，非一般的投资者所能接受等【l 川由于这些特性， 世界各国在电力的发展中都是将电作为独占性的公共事业加以管理和运作，否则这种自 然垄断很容易形成人为垄断，损害消费者利益，妨碍国民经济的发展。因此，电价的制 7 基于减少雅安电网弃水窝电现象的分时电价联动优化模型 定应该在稳步实现厂网分开的基础上，建立以社会平均成本为基础的政府指导价，并在 此基础上赋予电力系统不同环节一定的定价自主权，使之能在市场竞争中实现资源的合 理配置，这样既能鼓励电力的发展，又能约束电力的工程造价和生产经验成本的上升并 且实现用户公平负担。 ( 3 ) 多赢原则 所谓多赢原则就是指在峰谷电价的实施中用户侧、发电侧、售电侧三分都能从中收 益，至少不会带来效益的降低。这就要求所实施的峰谷分时电价能够使用户在合理调整 生产、经营、生活用电的情况下减少电费支出；售电侧在实施峰谷电价后由于系统的优 化而节省购买备用的资金，增加电网的经济性和安全性；而发电侧能够通过系统高峰负 荷的降低和系统负荷的平稳而减少新装增容投资( 可免容量费用) ，提高机组的运行效 率。 2 2 售电侧的分时电价模型分析 2 2 1 分时电价建模的理论基础 ( 1 ) 电力需求价格弹性 电力需求价格弹性【2 0 1 ( p r i c ee l a s t i c i t yo fe l e c t r i c i t yd e m a n d ，p e e d ) 是衡量用电量的 相对变动对电价相对变动的响应程度，用户对t o u 的p e e d 贝u 是指峰、平、谷时段电价 的变动所引起的用电量的变动，即在一定的时段内，用电量变化率与相应的电价变化率 之比。 我们发现用户在某时段的用电量既与该时段的电价有关，也与其它时段的电价有关， 故用户对电价的响应可分为单时段响应和多时段响应。单时段响应是指用户决定某时刻 的用电量仅与该时段的电价变化有关，我们以该时段的自弹性系数打来衡量。而多时段 响应是指用户决定某时刻的用电量受其它时段电价的影响，此时用电量将在各时段重新 分配，将用电量从电价较高的时段转移到电价相对较低的时段，用户的这一电量电价需 求响应我们以交叉弹性系数白来衡量。我们定义： p 一丝! ! 鱼 叫衄a ( 2 1 ) 巴耖2 砺a q t i q i ( 2 2 ) 式中，吼、觇为第i 时段用户在实施t o u 前后用电量、电价的变化值；吼、只为 第i 时段用户在实施t o u 前的用电量、电价；蚬为靳时段用户在实施t o u 前后电价的变 西华大学硕士学位论文 化值；p j 为莉时段用户在实施t o u 前的电价。基于上述的自弹性系数和交叉弹性系数， 我们可以构造一个电力需求价格弹性矩阵e 。 f ，1 e = i ； k 钆、i i l ( 2 3 ) l 。 式中1 1 为总的时段，可根据分时电价的具体时段划分来确定。国外也有提出电量电价 弹性系数的应用，但大都对弹性系数直接取值，根据模型求值的情况很少见 2 1 ，2 2 】。 ( 2 ) 基于消费者心理学原理 根据消费者心理学原理，对用户的刺激有一个最小可觉差( 差别阈值) ，在这个差别 阈值的范围内，用户基本上无反应或反应非常小，即不敏感期( 相当于死区) ；超过这个 差别阈值的范围时，用户将有所反应，且与刺激的程度有关，即正常反应期( 相当于线性 区) ：用户对刺激也有一个饱和值，超过这个数值，用户就没有更进一步的反应了，即反 应极限期( 相当于饱和区) 口3 2 4 1 。我们可以用这个原理来判断用户是否会针对新的电价水 平而对自己已有的用电方式做出调整。我们可假设用户对价格变化的心理反应近似为图 2 2 所示的线性模型。图中，纵坐标t l 为用户反应度，横坐标i l 为用户电费支出增量，a m i n 为用户最小差别阈限值，a m a x 为饱和值【2 习。 刁 胍跏a m a x 声 图2 2 用户反映阈限曲线 f ig 2 2n ec u r v eo fu s e rr e f l e c tt h et h r e s h o l d 9 联动优化模型 ( 2 5 ) 从而得到用户用电量对电价的响应曲线，并考虑用户的满意度。用户的满意度是指在未 实行峰谷电价之前，用户按照最适合自己的生产方式安排用电方式，此时用户的用电方 式满意度最大。实行峰谷电价后，用户做出响应，改变用电方式以追求较小的电费增加 量。各时段的用电量改变越大，满意度越低，不少文献提出将用户对电价的响应曲线和 用户对用电方式的满意整合。 2 2 2 峰谷分时电价模型的分析 ( 1 ) 峰谷分时电价模型的构造思路 模型建立的假设前提【2 8 】 目前峰谷分时电价模型的建立一般都基于以下的前提： a 实行分时电价前后日用电量基本保持不变，根据国内外实行需求侧管理的经验， 在实行需求侧管理后，一般用电量略有增加或基本保持不变； b 转移到某一时段的负荷按时间轴平均分配，这样可以保证曲线的形状局部保持不 变； c 只考虑电价对用户需求的影响，其它因素的影响暂时忽略。 构造模型的优化目标 目前常见的t o u 定价模型的优化目标主要有以下几个： a 基于最大负荷与峰谷差最小为优化目标； b 基于实施方收益或效用最大为优化目标； c 基于用户满意度最大为优化目标； d 以发电侧和需求侧双边的联动为优化目标。在实际模型构造中往往不止选择一个 为优化目标，常采用两个或多个目标函数来进行优化。 模型建立的约束条件 l o 西华大学硕士学位论文 分时电价建模的常见约束条件有以下几个： a 调整用电方式后要保证用户总用电量不减少： b 电费支出不增加； c 供电方获利； d 以售电成本为约束。在实际建模中往往以其中的几个为约束条件。 ( 2 ) 常见的几种峰谷分时电价模型 基于用户响应的分时电价的模型【1 5 】 2 9 , 3 0 】 这类模型制定分时电价时是以调查用户对电价的反应为主，提出需求和价格的关系， 电力公司以尽可能的提高电力系统的负荷率和增加系统运行的稳定性为目标；具体为以 最小化最大负荷和最小化峰谷差为目标函数。以供电方获利、用户侧受益和成本为约束 条件，对目标函数进行优化求解，从而制定对的需求侧分时电价。 基于用户价格响应和用户满意度的分时电价模型【3 1 3 4 】 该类模型认为用户是电力营销的对象，是电力市场的重要组成部分，在进行需求侧 管理时，应当充分考虑用户满意度的变化，从而定量评估其对价格变化做出反应的程度。 在模型的建立过程中给出了用户满意度的一种计算方法，认为用户电力消费的满意度可 以看作用户充盈度和舒适度的乘积。用户在调整自己的用电负荷时考虑价格弹性系数和 时段转移能力两方面的因素。在制定电价时以调查用户反应度和用户满意度为主，以最 小化系统最大负荷，最小化系统峰谷差，最大化系统社会效益，最大化用户满意度等为 目标函数，属多目标规划问题。同时以用户负荷反应方程、用户满意度、电价波动范围 等为约束条件进行求解，从而制定新的分时电价。 基于需求侧和发电侧电价联动的联动模型【3 5 3 6 】 该类模型认为在电力市场条件下，发电侧的报价是建立在一定的用电量或负荷的基 础上的，而需求侧提出的用电需求也是与电价密切相关的。基于这样的市场机制，通过 发电侧在一定用电量或负荷情况下的报价和需求侧在发电侧报价下报出的用电量或负荷 这一过程的多次交互作用，最终确定交易的电量和价格。在这种机制下电价的制定不是 一次完成的，而是在供需双方多次的交互作用中逐步形成的。需求侧通过所报用电量或 负荷的高低来反映对电价的满意或不满意，发电侧则通过对需求侧所报用电量或负荷的 分析，来进行下一次的报价，也就是说发电侧的报价是在需求侧所报用电量或负荷的基 础上做出的，因此比在预测基础上做出的报价要接近用户的需求。 基于博弈论的分时电价模型【3 7 】 该类模型该认为，电价的确定是一个涉及政府、电力公司和消费者多方面的利益的 问题，因此其定价必须从公用事业部门产品定价的一般原理出发，利用博弈论和控制方 法，提出一个由政府确定价格水平，电力公司确定电价结构和供给水平，用户确定用电 基于减少雅安电网弃水窝电现象的分时电价联动优化模型 量的分时电价确定模型。按照模型的设计，政府只需制定一个统一的价格水平，而给予 电力公司一定的自由度制定电价结构，以便于电力公司控制电力负荷，另一方面，用户 在给定分段电力供给报价策略的情况下选择最优电量以使得利润最大化。 ( 3 ) 模型的比较分析 我们可以看出基于用户响应度与客户满意度的建模方法( 模型2 ) 是是对基于用户价 格响应方法( 模型1 ) 的深入和发展，在模型1 的基础上加入了客户满意度的分析，使得 分时电价的制定更加市场化。这种方法把用户反应分为总体价格弹性和时间价格弹性两 方面，脱离了用电时段的约束，而且给出了用户满意度的量化指标，但是随着用户满意 度的考虑使得模型变得复杂、抽象和不易操作。基于需求侧和发电侧电价联动的联动模 型( 模型3 ) 与前两种方法相比最大的区别是在制定电价的时候电力公司的侧重的主体不 同。前两种从用户对电价的响应度出发，以需求侧为主体，强调的是需求侧在电价调整 过程中的能动作用；后者虽然最后得到的也是需求侧的分时电价，但电价的制定过程却 是以发电侧为主，需求侧只是确定自身的需求量和负荷水平。前两种模型建立的基础是 对用户电价电量响应度，后者是在发售电两侧的电力电量平衡预测的基础上建立起来的。 基于博弈论的分时电价模型( 模型4 ) 从博弈控制的角度出发，提出了由政府确定价格水 平，电力公司确定电价结构和供给水平，用户确定用电量的分时电价模型。该模型是对 模型1 ，2 ，3 n 基础上发展起来的，强调了电力商品关系国计民生的公告特殊性，既突出 了政府的监管领导机制又给予了电力公司一定的自由度，还给予了用户对电价电量的自 由响应，能从社会总福利的角度出发来考虑电力资源问题。 分时电价的制定是一个复杂且庞大的系统工程，其形成机制中存在各种各样的反馈 控制系统，呈现出非线性、时变性和时滞等特点，目前分时电价模型的研究大部分局限 于线性化模型，且无法综合考虑影响电价的各方面因素。同时，随着我国对电力环保问 题的重视，对于电能环境协调监管的理论研究和监管力度的加强，分时电价模型中 必须考虑由于法律政策和公众环境意识增强而带来的影响。考虑能源、经济、环境的协 调发展需要全面深人的研究分时电价系统，构造适当的模型体系【3 引。 2 3 发电侧峰谷分时定价 2 3 1发电侧峰谷分时电价的特点 电能作为一种不可缺少、无可替代的产品，涉及到整个社会的各个角落。而电能的 供需具有实时性与稳定性的特点，在电力市场中要实时按需生产。供需的瞬时平衡及运 行状态的不断变化导致电能具有独特的成本信息，如发电设备容量是按系统高峰时期最 大用电负荷来设计的，设备投资费用极大，因而高峰时电能边际成本很高【3 9 1 。电力产 品的消费具有季节性与时段性，主要表现为夏冬二季负荷较高，春秋负荷相对少些，同 1 2 西华大学硕士学位论文 时以每天早晚为高峰用电，深夜为低谷用电。具体情况在前面分时电价里已有详细介绍。 基于电能生产和消费的同步性特点，和需求侧实施季节电价、分时电价的现实情况，发 电侧也必须实行与售电侧相对应的分时电价。峰谷电价在发电侧的实施一方面可以调动 发电企业的调峰积极性，另一方面可以推动销售侧峰谷电价的深入展开，在负荷侧削峰 填谷。这样才能把发电侧进一步推向市场，使电价更好地反映电能供给成本。基于电能 供需实时平衡的特点，发电侧的时段划分应该与售电侧保持一致。发电侧峰谷电价的研 究主要集中在两个方面：峰谷电价的确定以及发电侧峰谷电价对调峰机组效益的影响。 2 3 2 上网电价的定价方法 成本是商品定价的基础，当前以成本为基础制定电价的理论总体来说有两类，即会 计成本法和边际成本法一h 引。我们在制定电价的时候一般把成本分为固定成本和变动成 本，固定成本是指与容量有关的那部分成本，变动成本指与发电量有关的那部分成本。 ( 1 ) 会计成本法 会计成本定价方法是大多数国家常采用的传统方法，其定价原则是把运行成本和过 去资本的重置( 或者偿还) 相结合，反映过去一段时期的发电和建设电站的成本。通常 采用成本加的形式，即上网电价由发电成本、发电利润和发电税金组成。国内外会计成 本上网电价定价方法主要有以下3 种模式： 资金利润率模式【4 3 】：以法律的形式明确电力企业法定资金利润率标准，由政府 严格控制电力企业的成本支出，每年都由主管部门审查其支出。这种定价模式使电力企 业经营具有相对稳定收入，能获取扩大再生产所需要的资金，具有足够的自我发展的能 力。 财务收支平衡模式】：要求电价收入满足支付燃料、运行费用等简单再生产费 用的支出，偿还投资本息，交纳一定的资本金利润和筹集新建电力项目的自筹资金额， 政府控制电力成本支出和审批电力发展规划。这种模式的电价形成以电力公司的财务收 支平衡为目标。 还本付息模式 4 5 】：为了缓解电力供求矛盾，鼓励多家办电、多渠道集资办电， 1 9 8 5 年国务院出台了关于鼓励集资办电和实行多种电价的暂行规定，对利用银行贷 款和社会集资建设的电厂在还贷期内按满足还本付息需要的原则核定上网电价，称为“还 本付息电价 。由还本付息法确定的上网电价由发电单位成本、税金和利润构成。其中， 电力发电利润按电力项目贷款办法，在规定的期限内还清投资本息和电网发电企业平均 的留利水平计算；还清贷款后，按电网发电企业平均留利水平计算。该模式调动了社会各 方面办电的积极性，促进了我国发电领域电力市场的发展，新建的电力项目大都按照现 代企业制度实现了自主经营，独立核算。大量独立的发电企业的出现打破了我国电力由 国家统建设统一管理的局面，为进一步深化电力体制改革创造了条件。但是该模式导