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电力市场分时电价策略及其影响分析
摘要 电力负荷往往随着时间的变化而产生波动，随着电力系统市场化的发展，发电侧形成了竞价上网的交易机制，而用户侧采用固定电价的非市场化运营，因此系统负荷峰谷变化而引起的电价波动造成某些电网企业的利润降低甚至导致亏损，造成电网企业独自面对巨大的市场风险。因此在用户侧和发电侧同时建立分时电价策略是十分必要的。本文介绍了电力用户的分时电价策略，并分析了分时电价策略对系统的影响。
关键词：竞价上网；分时电价；影响分析
Strategy of electricity market and its influence analysis
Abstract power load often changes with time fluctuate, along with the development of the market of electric power system, power generation side formed bidding transaction mechanism, and user side by fixing the price of electricity in the non market operation, so the system load peak and valley changes caused by electricity price fluctuation caused by certain power grid enterprise's profit decreased and even lead to loss, caused by power grid enterprises alone to face huge market risks. So it is very necessary to set up the electricity pricing strategy at the same time in the user side and power generation side. This paper introduces the power user's time sharing price strategy, and analyzes the effect of the time sharing price strategy on the system.
Key words: bidding; time sharing price; influence analysis
随着经济的快速发展，整个社会的用电量猛增，电网用电负荷的峰谷差也在加大，导致电网负荷率偏低，电力公司为了确保电力系统的可靠运行，在用电高峰时往往不得不切断部分用户的供电，而在用电低谷时又只能把发电机组的输出降低甚至关停，导致严重的浪费。一方面对社会生产和人民正常生活产生影响，另一方面也会导致发电企业生产成本的增加。[1]因此为了解决电力的供求问题，峰谷分时电价的方案被提出。本文在前人研究的基础上，研究了电力用户的峰谷分时电价策略，并对峰谷分时电价策略对电力系统的影响进行了分析。
1
1.1 模型参数的确立。
(1)峰谷时间段的区分。
应用模糊聚类法对负荷曲线的峰谷时间段的概率进行分析，并应用隶属函数对峰时段、平时段和谷时段进行确定，其原则为：
负荷曲线的最高点和最低点位于峰时段的概率分别为1和0；
负荷曲线的最低点和最高点位于谷时段的概率分别为1和0；
负荷曲线上剩余电的峰谷时段概率应用半梯形隶属度函数进行确认。如图1 所示，a和b分别是曲线的最低谷和最高峰，x为曲线上相应的点，u(x)为该点所处时间段的概率。
通常在进行峰谷时段划分时，可以建立一个包含各种峰谷时段划分方法的集合，在每种模型下求解削峰填谷的最优效果，并对集合中所有方法的结果进行对比分析，选择最优策略。最终把一天分为T1、T2、T3，即峰值、平值、谷值三个时段。[2]
（2）峰谷电价的建立。
在实行峰谷电价前的电能平均电价为C0，引入峰谷分时电价策略后，各时间段的电能价格分别为cM、c1、和cm，则有：
（1）
（2）
式中，CM为峰值时间段的价格，c1为平均时间段的价格，cm为谷值时间段的价格，Δ为向上和向下拉开幅值的比值，Δc为向下拉开的幅值。也可以计算出各时段的平均电价。
（3）客户端用电量。
假定P=P(t)（0≤t＜24）为某典型日负荷曲线，如图2所示，则有：
（3）
式中w0、w1、w2、w3分别为分时电价改革前的全天用电总量、峰值时间段用电量、平均时间段用电量以及谷值时间段的用电量。同理可得进行分时电价后的负荷曲线。
建立分时电价策略模型。
模型的满足条件有：
（1）供电企业的利益。
在电力系统市场化的环境下，发电企业进行竞价上网，而电网企业在进行购电的同时又要向最终用户销售电能，其在进行分时电价策略前后应当尽最大可能获得更多利润，最起码不能减少利润。
（2）电力用户的利益。
电力用户支出的电费金额为供电企业的销售总额，对于用户来讲，在进行峰谷分时电价策略之后，客户用电时间在进行适当的调整后，所支出的电费总额不应大于分时电价策略之前的额度。
（3）限制条件。
进行峰谷分时电价后各时间段的性质不变，同时系统运行的限制条件如爬坡限制等不变。
（4）策略最终目标。
进行分时电价策略一方面是要对负荷波形进行削峰填谷，保证负荷曲线峰值和谷值之间的差值最小，即尽可能减小负荷曲线的波动，使系统的负荷率和最小负荷系数增大，使电力系统的稳定性和经济性增强。[3]
综合以上的条件则有基于双边价格波动的分时电价策略函数为：
（4）
式中
（5）
（6）
2
2.1 分时电价策略对电力能源损耗的影响。
电力系统运行过程中，负荷曲线越平坦，负荷在传输过程中造成的电能损耗越低。图3为某供电公司分时电价策略应用前后的用户负荷曲线。从图中可以看出，在分时电价策略应用之后，由于价格的影响，用户会对用电方式进行调整，尽可能避开用电高峰，以达到降低用电费用支出的目的，从而促使用户负荷曲线的高峰用电负荷降低，低谷的用电负荷增加，使负荷曲线的平稳度得到提高，电能在传输中造成的损耗也会降低。
图4为分时电价策略应用后对电能损耗影响的仿真结果。其中的电能损耗变化率为：
（7）
式中的Δw0和Δw分别为分时电价应用前后的电能损耗。从图4可以发现，分时电价策略对电网的电能损耗的减少作用明显。分时电价策略应用之后，拉开比不同的情况下，用户会根据峰谷电价的变化，做出相应的反应，主动避开用电高峰，系统的η值明显上升，表示电能在传输过程中的损耗大幅减少，当峰谷电价比达到一定值以后这种影响作用会趋于平稳。
分时电价策略对系统电压损耗的影响。
电压是电能质量的重要指标之一。用电设备在额定电压下才能达到设计的最佳运行状况表1为电压波动对用电设备的影响。
7%,10%,1%,10%,,
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19%,,,10%,,
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15%,,11%,,;,,系统电压波动和有功功率损耗的关系如下：
（8）
可见电压损耗和有功功率损耗成正比。用平均负荷表示的电网有功损耗为：
（9）
其中，L、M为负荷曲线P、Q的形状系数。假定负荷功率因素保持恒定，则有
（10）
δ是最小负荷系数。可知，降低电网的有功损耗可以采取提高电力系统的负荷率和最小负荷系数的方法。而应用分时电价策略后恰恰可以促使最小负荷系数和负荷率增大，从而不仅可以使电网的电能损耗降低，减小负荷曲线的形状系数，还可以使发电机的效率提升，改善电网的电压质量。
2.3 分时电价策略对用户购电费用的影响。
分时电价策略的实施会对电力用户的购电费用造成相当大的影响，合理的分时电价策略不仅可以进行系统峰谷调节，提高电力系统的经济效益，还可以使用户的购电费用降低，其中合理的电价拉开比是关键。图5为分时电价对用户购电费用的影响曲线，可以看出，当拉开比不同时，用户购电费用随着峰谷电价比值的增大而变化，用户的购电费用在拉开比为1时会增加，而随着拉开比的降低用户的购电费用会明显降低，对不同的拉开比仿真有同样的结果。因此综合考虑系统的调峰、电能损耗减少以及用户电费支出三方面要求，分时电价的拉开比应小于1。
本文对电网的分时电价策略建立及其影响进行了分析。可以看出，科学的电价建立机制对电力系统的运行影响重大，通过适当的分时电价策略可以对系统负荷曲线、电能损耗以及用户电费支出都有积极作用。因此，科学合理的分时电价策略研究是电网运行所要研究的重点问题。本文所提出的模型具有一定的参考意义，但是研究中还存在一些不足，对于季节影响以及地区电力的丰枯影响没有考虑，同时，网络损耗以及地区输电限制造成的影响也进行了忽略，因此对于分时电价模型的进一步完善还有很多工作需要做。
言茂松.电能价值当量分析与分时电价预测.北京:中国电力出版社,1998.
[2] 马金明,秦雷鸣,朱振青.供电公司分时售电电价研究[J].电力系统自动化,2002,(3):9-12.
[3] 霍雪松,金益民.电力市场中分时电价模型研究[J].江苏电机工程,2003,3:17-19.
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