電力峰谷分時電價研究

摘 要：本文意在建立一個電價體系，通過建立一個數學模型，論證分時電價的優越性，達到售電方和消費方雙贏的目的。

關鍵詞：峰谷時段劃分；分時電價；數學模型建立

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

分時電價是電力行業實施需求側管理，鼓勵用戶改變用電方式，避峰用電，達到削峰填谷、提高電力系統的負荷率和運行穩定性而采取的經濟手段，即把一天24小時按照負荷曲線的高峰低谷劃分成峰、谷、平三種時段，并與之對應著峰、谷、平三種電價。峰時段有著較高的峰電價，谷時段有著較低的谷電價，從而促進用戶盡量避免高峰高價用電，多在低谷用電，以達到削峰填谷、改善負荷曲線的目的。

影響用戶每時刻用電量的因素有很多，一般來說，與電價、生產狀況、生活習慣等因素的關系密切。例如：夜間基本都睡覺，用電量低，形成用電的低谷時段，電量剩余，而電能的不可貯存性表明此時多余的電能被浪費了；白天上班，機器開動，形成一個工業用電的高峰期；晚上大家都下班，此時家用電器的使用，又形成一個居民生活用電的高峰期，由于電能的不可貯存和瞬時平衡，決定了此時刻必須提供比一般時刻多的電能，從而導致生產成本的增加。

因此可以通過價格信號，促使用戶自覺調整其每時刻的用電負荷。在谷負荷時段，讓電價低于正常的電價，使用戶自覺增加電能消費；在峰負荷時段，讓電價高于正常的電價，使用戶自覺減少電能消費。

下面利用數學模型來論證分時電價的相關信息，以得出最優的峰谷時段劃分和相應的峰谷電價，為了方便模型的表達，下面將使用到的一些參量列舉出來：（1）峰谷時段的劃分。將日24小時進行峰平谷時段的劃分。由于有兩個峰時段、一個谷時段，因此平時段最多有三個，即：Tf+Tp+Tg=24，其中：Tf：峰時段，Tf=Tf1+Tf2，Tf1為峰時段1，Tf2為峰時段2；Tp：平時段，Tp=Tp1+Tp2+Tp3，Tp1為平時段1，Tp2為平時段2，Tp3為平時段3，；Tg：谷時段。（2）劃分方法。每種峰谷時段劃分方法為fi，總的峰谷時段劃分方法集合為F={fi，i=1…n}。（3）電價。實行分時電價前平均電價為c0，實行分時電價后的峰時段電價、平時段電價、谷時段電價分別為cf，cp，cg。由于c0是已知的，通過模型可以仿真出其他三個值cf，cp，cg。峰時段電價cf、谷時段電價cg肯定是需要的，至于平時段電價cp我們認為其代表了一個地區總體的用電和電價水平，和實行分時電價前平均電價c0有著相同的意義，因此cp=c0應該是合理的。（4）負荷曲線：Pfi=Pfi（cf，cp，cg，t）。（5）用電量：有了日負荷曲線，可以計算出相應的用電量。 ，其中：w0：全天總用電量，wf：峰時段負荷電量，wp：平時段負荷電量，wg：谷時段負荷電量。（6）供電方收入。供電方收入是指供電方向用戶銷售電量所費用，包括實行分時電價前收入和分時電價后收入：1）實行分時電價前，供電方收入：M0=w0c0；2）實施分時電價后，供電方收入：M1=wfcf+wpcp+wgcg。（7）消費者支出。1）消費者支出是指消費者為了滿足自身電力需要而支付給供電方的電費，其支出就應該等于供電方的收入，同樣包括實行分時電價前支出和實行分時電價后支出；2）電價后支出：實行分時電價前，消費者支出：m0=M0=w0c0；實行分時電價后，消費者支出：m1=M1=wfcf+wpcp+wgcg。

一、數學模型的語言描述

（1）降低電力生產成本。如果從供電方售電收入和節約成本的角度來考慮，應該是實行分時電價后供電方的售電收入加上節約的電力投資和供電成本應該不小于實行分時電價前供電方的售電收入。（2）降低用戶電費支出。即實行分時電價后，用戶電費的支出不應該大于實行分時電價前用戶的支出。（3）符合邊際成本理論的原則，即電力系統在谷時段的電價大于或等于在該時段的運行邊際成本。（4）為保證系統的售電量和大機組的運行效率，必須減少企業使用小發電機組在峰時段頂峰發電的動力，即峰時段的電價不應該高于小發電機組發電的成本價。

由于需求側管理實施的最直觀的表現就是對日負荷曲線的削峰填谷，使系統的日負荷曲線變得更加的平滑，從而有利于系統的運行。為此應通過實施分時電價對日負荷曲線進行優化，主要考慮以下幾個經濟技術指標：

（1）日負荷曲線的最大負荷變化應盡可能的增大，即最大化日負荷曲線的峰負荷差，也就是典型的削峰。（2）日負荷曲線的最小負荷變化應盡可能的增大，即最大化日負荷曲線的谷負荷差，也就是所謂的填谷。（3）日負荷曲線的最大負荷和最小負荷的差盡可能的小，即最小化日負荷曲線的峰谷差。

二、數學模型表達式

是由約束條件和目標函數兩部分組成。

（一）約束條件

（1）供電方獲利：實行分時電價后供電方的售電收入加上節約的電力投資和供電成本應該不小于實行分時電價前供電方的售電收入，即：M1≥M0-Mt。（2）用戶側收益：實行分時電價后，用戶電費的支出不大于實行分時電價前用戶的支出，即：M0≥M1。（3）成本約束：谷電價應該大于系統在谷時段的邊際成本ce，即：cg≥ce。（4）高峰時段電價約束：高峰時段電價不應高于小發電機組發電的成本價cc，即：cf≤cc。

（二）目標函數

（1）最大化日負荷曲線的峰負荷差，即： 。式中 ； 是fi峰谷時段模型下日負荷曲線 的最大負荷。（2）最大日負荷曲線的谷負荷差，即： 。式中 ； 是fi峰谷時段模型下日負荷曲線 的最小負荷。（3）最小日負荷曲線的峰谷差，即： 。式中 。 是fi峰谷時段模型下日負荷曲線 的峰谷差。

根據以上數學模型，通過算例仿真得知，負荷曲線趨于平滑，說明實行分時電價后，能夠有效的實現供用電雙方的雙贏，在削峰填谷、提高負荷率的同時基本不改變總的電量需求，電力用戶僅需根據價格信號來調整用電結構和用電方式，對未來的電價市場有很大的幫助，是一個比較有潛力的計價方式。

參考文獻：

[1]張粒子，鄭華.區域電力市場電價機制[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]劉世錦，馮飛.中國電力改革與可持續發展[M].北京：經濟管理出版社，2003.