5.2 分時電價

5.2.1 分時電價研究綜述

分時電價(Time of Use Pricing，TOU)作為基于價格的需求響應的一種類型，是電力需求側(cè)管理的一項重要手段，是電力公司向用戶實施的一種通過價格信號引導用戶調(diào)整用電結(jié)構(gòu)和方式的有效經(jīng)濟刺激手段。分時電價是指根據(jù)電網(wǎng)負荷的變化情況，將一天24小時劃分為若干時段，每個時段分別制定不同的電價水平，它提供了一個在現(xiàn)行條件下比較合理的電價制度。一般將電力需求高的時段沒定為高電價，而在其他時段采用優(yōu)惠的電價。峰谷分時電價可以引導用戶采取相應的措施，作出恰當?shù)挠秒姲才牛瑥亩鴮崿F(xiàn)削峰填谷的目的，緩解高峰時的用電緊張局面，挖掘低谷電力需求，提高電能的利用效率。

對峰谷分時電價的研究從20世紀60年代就已經(jīng)開始了，70年代峰谷分時電價制度就開始在發(fā)達國家普遍采用，具體的時段劃分與峰谷電價比因各國生活方式的不同和自然環(huán)境條件等的差異而有所不同。我國對峰谷電價的研究與應用起步較晚，從20世紀80年代中期開始應用，在90年代中期迎來了峰谷電價研究的一個高峰。

國內(nèi)對峰谷分時電價的研究主要集中在三個方面：基于用戶側(cè)的分時電價研究，重點是峰谷時段劃分以及確定合理的峰谷電價比;基于發(fā)電側(cè)的分時電價研究，通常將按邊際定價理論引入上網(wǎng)電價的設(shè)計中;峰谷分時電價的實施方案。

5.2.2基于用戶側(cè)的分時電價

1.峰谷時段的劃分

合理的峰谷時段劃分是實施分時電價的基礎(chǔ)，時段劃分必須正確反映實際負荷曲線的峰谷特性。由于計量條件的限制，時段劃分都是事先確定的，不能根據(jù)電力系統(tǒng)的運行情況進行動態(tài)的調(diào)整，有關(guān)峰谷時段劃分的研究理論積累較少。就目前情況來看，研究思路主要集中在以下兩種途徑：一是基于電力用戶負荷曲線分布分析。基于負荷曲線分布分析，利用模糊半梯度隸屬度函數(shù)方法，從負荷曲線上各點分別處于峰時段和谷時段的可能性入手，提出了一種含有用戶對分時電價反應度分析的分時電價模型，通過對該模型需求側(cè)管理的目標函數(shù)進行優(yōu)化，得到了最優(yōu)化的峰谷時段劃分及其相應的分時電價定價方法。其中采用偏小型半梯形隸屬函數(shù)來確定負荷曲線上各點處于谷時段的可能性，采用偏大型隸屬函數(shù)來確定各點處于峰時段的可能性。二是基于供電成本變化分析。將成本函數(shù)曲線與負荷曲線擬合，得到一條反映電網(wǎng)公司成本隨時間變換關(guān)系的曲線，基于此曲線用模糊半梯度隸屬度函數(shù)方法進行時段劃分。該曲線即考慮了負荷曲線的約束，又考慮了電網(wǎng)的效益問題，更加符合實際需要。結(jié)合機組的運行狀況建立發(fā)電成本——負荷函數(shù)，根據(jù)該函數(shù)在負荷點的突變特征合理地劃分峰谷時段，并得到相應的峰谷電能成本比，然后根據(jù)電價總水平不變原則制定各時段的電價。

采用模糊半梯形隸屬度函數(shù)方法，考慮負荷曲線的分布特征進行時段劃分，存在一些點，根據(jù)隸屬度值難以界定時段屬性的問題，但可用于第一次實行峰谷分時電價的地區(qū)。基于供電成本的時段劃分，往往弱化了分時電價作為價格手段調(diào)整用電的需求側(cè)管理作用。

由于用戶對電價的反應是變化的，第一次制定好的峰谷分時電價方案實施后，用戶會隨之調(diào)整用電方式，改變負荷曲線，則電力公司應根據(jù)變動再次調(diào)整方案。智能電網(wǎng)的建設(shè)為電力用戶需求響應提供了雙向交互平臺，用戶互動響應能力也大大提高，智能電表的發(fā)展為峰谷時段劃分的常態(tài)調(diào)整機制提供了技術(shù)支撐。以智能電網(wǎng)為依托，從電力用戶需求響應角度出發(fā)解決已實施分時電價地區(qū)如何合理調(diào)整時段劃分的問題，其基本框架是先形成基礎(chǔ)時段劃分方案，再考慮電力用戶已有的需求響應，從而進行時段劃分調(diào)整。

3.峰谷電價的確定

價格機制是市場機制的核心，好的分時電價政策能夠促進電力市場的公平競爭和高效運行。實行分時電價的目的是通過價格杠桿，調(diào)動電力用戶主動參與電網(wǎng)調(diào)峰，引導用戶根據(jù)自己的生產(chǎn)特點和要求選擇用電方式，使其更加科學、合理地用電，同時使電網(wǎng)的高峰負荷降低、負荷曲線趨于平穩(wěn)。因此，電價的制定是需求側(cè)管理措施能否成功實施的關(guān)鍵。在目前我國電力體制改革下，“廠網(wǎng)分開”成型，但“競價上網(wǎng)”還不能普遍實施，應對上網(wǎng)電價也實施相應的峰谷分時電價。目前國內(nèi)對上網(wǎng)側(cè)峰谷分時電價研究相對比較少，更多的研究集中在供電側(cè)峰谷分時電價。

5.2.3基于供電側(cè)峰谷分時電價

利用電價理論及有關(guān)經(jīng)濟學原理闡述了峰谷分時電價結(jié)構(gòu)、定價策略以及大用戶響應的經(jīng)濟計量模型。②針對負荷將隨電價的變化而變化從而使電力系統(tǒng)的運行偏離電價制定時的優(yōu)化目標，提出了用戶反應的概念來考慮電價對負荷的控制作用，基于DSM的總目標建立了分時電價的數(shù)學模型。提出了改進的分時電價數(shù)學模型，該模型把平值段電價作為一個新增的優(yōu)化參量考慮，從而提出了一種分時電價中平值段電價的確定方法。基于負荷曲線分布分析.在初步劃分峰谷時段的基礎(chǔ)上利用用戶對電力商品的需求價格彈性矩陣，建立峰谷分時電價數(shù)學模型。運用統(tǒng)計學原理對用戶調(diào)查，擬合不同類型用電對電價反應的曲線，得到全社會對電價的綜合反應曲線，建立基于用戶對電價反應曲線的分時電價模型。提出的在電價綜合反應曲線基礎(chǔ)上，針對電力企業(yè)預期目標(用戶滿意度、曲線平滑等)，給出了分時電價的優(yōu)化模型。通過用戶響應方式分析、用戶滿意度評價兩個步驟來深入研究用戶的市場行為特征，由此建立一個新的通過價格手段實施需求側(cè)管理的決策模型。考慮電力公司是否具有市場力情況，以電力公司收益最大為目標函數(shù)，同時要求實施分時電價后電力公司的總收入不能超過一定的百分比，分別建立了基于用戶需求響應的分時電價優(yōu)化模型。結(jié)果表明，如果用戶對分時電價具有較強的響應度，則在峰谷電價差較小時也可以實現(xiàn)用戶與電力企業(yè)共同獲利的目的。在考慮用戶響應不確定性的條件下，先構(gòu)造多類用戶峰谷分時電價的一級優(yōu)化模型;然后采用區(qū)間法，建立了供電公司和用戶實行峰谷分時電價的風險損失評估二級優(yōu)化模型;根據(jù)設(shè)定的風險閾值給出了最優(yōu)峰谷分時電價方案的篩選方法。首先運用模糊三角數(shù)預測用戶未來時刻的實際需求，然后結(jié)合分類用戶不同程度的需求價格響應，構(gòu)建了一套基于模糊需求和用戶分類響應程度下的最優(yōu)分類峰谷分時電價設(shè)計模型。從電力系統(tǒng)角度出發(fā)，建立了以削峰填谷最優(yōu)為目標函數(shù)的分時電價模型，但此模型增加了用戶的購電費用，如何在削峰填谷和減少用戶購電費用之間達到最佳均衡、使社會效益最大，需要進一步研究。在綜合考慮用戶分類不同和電價結(jié)構(gòu)不同的基礎(chǔ)上，給出了電量電價彈性矩陣的簡化方法，并通過算例表明，該模型能夠反映當前市場中的需求規(guī)律，結(jié)果可應周于負荷預測或電價制定。用電量電價彈性矩陣描述用戶需求對電價的反應，并綜合考慮用戶電費支出滿意度和用電方式滿意度，建立了峰谷分時電價決策模型。基于一般用戶電價反應模型建立了用戶對分時電價的反應模型，提出了用MCP計算的平均購電電價來確定平時段電價的方法，從而將發(fā)電側(cè)電力市場與用戶側(cè)分時電價相聯(lián)系，建立適應電力市場的分時電價。應用多智能體方法來深入研究用戶的電價響應機理，可以在計算機上動態(tài)地仿真用戶對不同峰谷電價政策的響應情況。基于多智能體技術(shù)，結(jié)合電量電價彈性矩陣，考慮了不同用戶的用電和響應特點以及用戶智能體內(nèi)部的相互影響，最終得到了既能夠保證供電企業(yè)獲利又不至于用戶平均用電成本大幅增加的分時電價策略。

由此可以看出，大多數(shù)的研究中都包含用戶響應模型的建立。基本思路是先構(gòu)建用戶需求對電價的反應模型，然后在考慮約束條件的情況下以DSM管理的基本目標(如最優(yōu)化負荷曲線)為目標函數(shù)，制定分時電價的模型。在消費市場中，用戶會對價格激勵作出響應。如果峰谷拉開度設(shè)置過大，則用戶響應過大，有可能造成峰谷倒置，調(diào)峰失敗的同時影響電網(wǎng)的經(jīng)濟效益;峰谷比設(shè)置太小，則對用戶刺激小，用戶響應不足，達不到削峰填谷的目的。因此，有必要研究用戶對電價的響應機制，以便確定在什么樣的峰谷電價水平下，才能引導用戶自愿改變用電方式、用電量，進而達到優(yōu)化負荷曲線的目的。

5.2.4用戶需求對電價的響應模型

國內(nèi)提出的關(guān)于用戶需求對電價響應的模型主要有三種：(1)基于電量電價彈性矩陣;(2)基于消費者心理學模型;(3)基于統(tǒng)計學原理。

1.電量電價彈性矩陣

許多中分時電價模型的建立是基于電量電價彈性矩陣進行的。用戶對電價的響應分為單時段響應和多時段響應。單時段響應是指用戶決定此時段的用電量只與本時段的電價有關(guān)，而與其他時段的電價無關(guān)，通常發(fā)生在用戶該時段的可變電量中非必需用電的情況下。多時段響應是指用戶決定此時段的用電量不但與本時段電價有關(guān)，而且還受其他時段電價的影響，這種用電方式通常與用戶的生產(chǎn)類型及生產(chǎn)班制等有關(guān)定義用戶的自彈性系數(shù)表征用戶的單時段響應，

式中，△Q，表示用戶實行分時電價前后i時段用電變化量;△P，表示實行分時電價前后i時段的電價變化值。

根據(jù)經(jīng)濟學原理可知E<0。若i時段△P=0，表示i時段用戶的門彈性系數(shù)為0。

定義用戶的交叉彈性系數(shù)表征用戶的多時段響應：

式中，e。表示j時段的電價變化對i時段電量的影響。

根據(jù)經(jīng)濟學原理￡>0。若△P=0表示i時段用戶的交叉彈性系數(shù)為0。根據(jù)經(jīng)濟學相關(guān)原理￡≤0，E≥0。

通過上述定義，可得如下電量電價彈性矩陣：

此式即是基于電量電價彈性矩陣的用戶需求響應模型。

2.基于消費者心理學知識建立的用戶反應模型

用戶需求響應模型基于消費者心理學。根據(jù)消費者心理學知識可知，用戶對激勵的反應有一個最小可覺差(差別閾限)，在這個差別閾限內(nèi)，用戶基本上無反應或反應很小。同樣，用戶對激勵的反應也有一個飽和值，當超過這個飽和值時，用戶對激勵基本上也無反應。只有當激勵介于兩者之間時，用戶才會對激勵作出反應。因此，電力用戶對峰谷電價差的反應可以用一個分段線性函數(shù)來描述。確定該函數(shù)通常需要知道最小可覺差值、線性段斜率以及飽和值3個參數(shù)。圖5-1給出了峰荷到谷荷的負荷轉(zhuǎn)移率隨峰谷時段電價差的關(guān)系，橫坐標表示各時段之間的電價差，縱坐櫟表示各時段之間的負荷轉(zhuǎn)移率。

從圖5-1可以得出，對用戶i，峰荷至谷荷的負荷轉(zhuǎn)移率為：

3.基于統(tǒng)計學原理

運用統(tǒng)計學原理得到了用戶需求隨電價的反應。

在影響用戶電力需求的諸多要素中，電價是最主要的因素。為此，可以利用調(diào)查統(tǒng)計的方法對用戶設(shè)計問卷調(diào)查，并基于統(tǒng)計學原理對調(diào)查數(shù)據(jù)進行回歸分析，從而得到用戶用電量對電價的響應曲線。

在求得用戶需求對電價的響應之后，便可結(jié)合具體的需求側(cè)管理目標，制定不同目標函數(shù)下的分時電價模型。由于實行分時電價的目的是引導用戶采取適當?shù)拇胧┍芊逵秒姡岣吖葧r段的用電量，因此現(xiàn)行的分時電價模型更多地以使負荷曲線最優(yōu)為目標，即目標函數(shù)為最小化最大負荷、最大化符負荷、最小化峰谷差等。隨著人們生活水平的提高，技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)的建設(shè)應該更多地考慮人的主觀需求，以人為本。因此，分時電價的制定也要相應考慮用戶滿意度。以用戶滿意度作為目標函數(shù)的一部分，可以使用戶更加愿意接受分時電價的實施，更加積極地參與電力市場的互動.最大限度地提高用戶削峰填谷的潛力。

5.2.5發(fā)電側(cè)分時電價研究

1.發(fā)電側(cè)分時電價

在用戶側(cè)實施分時電價，可以平滑負荷曲線，減少峰期裝機容量，緩解機組建設(shè)投資，從而帶來發(fā)電成本的降低;可以提高低谷時期的用電量，從而減少了機組頻繁啟停，節(jié)約了運行費用。可見，實行分時電價的直接受益者是發(fā)電廠。然而，電力公司卻是實施分時電價的主體，實施分時電價的大部分成本，包括分時電價政策推廣宣傳費、安裝智能表計的費用、推廣需求側(cè)管理所需的人力投資費用、技術(shù)研發(fā)費用等都是由電力公司來承擔的。因此，有必要從優(yōu)化負荷曲線的角度，在保證電力公司利益的前提下，構(gòu)建發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)的分時電價聯(lián)合優(yōu)化模型。分時電價制度下，供電公司的售電費用是不確定的，其銷售收入有一定的風險性，但購電支出電價是固定的。為此，許多著眼于發(fā)電側(cè)上網(wǎng)分時電價的研究，設(shè)計發(fā)電側(cè)與用戶側(cè)分時電價的聯(lián)動模型，來保證各方利益不受損。

以長期邊際成本定價理論為基礎(chǔ)，針對某省的實際情況，建立了分時電價浮動比例的計算模型，避免了人為確定浮動比例的不足;同時，設(shè)計了上網(wǎng)側(cè)分時電價的調(diào)整機制，以動態(tài)調(diào)整方案取代現(xiàn)行的靜態(tài)方案，發(fā)電公司和電力公司受分時電價政策的影響及時通過浮動比例聯(lián)動方案和銷售電價聯(lián)動方案進行疏導，從而有利于分時電價政策的長久執(zhí)行。‘當以發(fā)電總能耗最低為目標函數(shù)，以保持發(fā)電側(cè)上網(wǎng)電價總水平不變?yōu)樵瓌t，同時考慮了機組的環(huán)境價值參數(shù)為優(yōu)化條件，建立了發(fā)電側(cè)峰谷分時電價模型，通過模型求解，能同時得到峰谷電價及相應的峰谷電量。運用會計成本法確定發(fā)電側(cè)容量成本，并根據(jù)發(fā)電容量確定峰谷分時容量電價;根據(jù)發(fā)電廠煤耗等變動成本確定發(fā)電側(cè)峰谷分時電量電價，從而得到發(fā)電側(cè)峰谷分時電價;以電力公司購電成本最小化為目標函數(shù)，同時以機組利益不受損和電量平衡原則為約束條件，構(gòu)建各時段發(fā)電廠的電量分配優(yōu)化模型。基于需求響應，以優(yōu)化負荷曲線、實施分時電價前后售電側(cè)與用戶側(cè)利益調(diào)整最小為目標函數(shù)，建立了售電側(cè)分時電價模型;同時建立根據(jù)售電側(cè)收益調(diào)整發(fā)電側(cè)上網(wǎng)電價的模型，實現(xiàn)了雙邊聯(lián)動。分析給出了從成本側(cè)推算上網(wǎng)峰谷分時電價的理論方法，并就目前所實施的峰谷分時電價帶來的供電企業(yè)與發(fā)電企業(yè)之間的利益不均衡問題進行了分析討論，研究并確定上網(wǎng)側(cè)和銷售側(cè)峰谷分時電價的數(shù)量模型，提出聯(lián)動方案的建議。給出了應用長期邊際成本原理確定兩部制上網(wǎng)電價的方法。兩部制上網(wǎng)電價體現(xiàn)了同網(wǎng)同質(zhì)同價原則，體現(xiàn)了合理補償成本、合理確定收益的原則，符合當前電力體制改革方向。對系統(tǒng)進行隨機生產(chǎn)模擬計算，得到系統(tǒng)邊際發(fā)電成本和各個小時的失負荷概率，在此基礎(chǔ)上，提出了j種計及可靠性(用電力不足概率或電量不足期望值表示)的發(fā)電側(cè)分時電價制定方法。由此可見，大多數(shù)的研究都是基于長期邊際成本理論，運用會計成本法，從成本側(cè)推算上網(wǎng)峰谷分時電價。

2.發(fā)電側(cè)分時電價計算模型

(1)邊際容量成本的計算模型。

(2)邊際電量成本的計算模型。邊際電量成本是系統(tǒng)為滿足負荷增加而增加的電廠運行成本，包括發(fā)電機組燃料費用和水費用、檢修費用等，其中對火電機組來說大部分費用為電廠燃科成本。一種計算方法為：

(3)基本電價的計算。實際情況中，系統(tǒng)中的每個機組運行情況是不一樣的，有的機組承擔基荷，既提供容量又提供電量;而有的機組只是承擔調(diào)峰負荷或作為備用，因此此類機組在定價時容量成本占有較大比例。確定容量成本分攤的一個原則是根據(jù)機組的負荷率。負荷率較高的機組其分攤的容量成本較低，因為它可以通過電量成本來回收投資并確保一定的利潤;負荷率低的機組由于不經(jīng)常發(fā)電，因此為保證成本回收，其通常有較高的容量分攤。

(4)電度電價的計算。電度電價包含兩部分：一部分為邊際電量成本，一部分為容量成本在電度電價中的分攤量。由于電能發(fā)、輸、用電的一致性，上網(wǎng)側(cè)峰谷時段劃分參照銷售側(cè)負荷時段劃分，保持與其一致。

5.2.6雙邊聯(lián)動方案的研究

分時電價作為需求側(cè)管理的一種手段、一種經(jīng)濟措施，在貫徹實行中要確保各方面的利益不受損，才能得到各方的積極響應，達到需求側(cè)管理目標。然而現(xiàn)實情況是，供電公司為確保用戶能積極參與供電公司實行的分時電價政策，往往不能損害用戶的利益。分時電價政策一旦制定，受我國電力市場目前技術(shù)條件的限制，調(diào)整周期一般都比較長。在這期間用戶的需求響應可能會有較大變動，而供電公司不能及時調(diào)整分時電價政策，因此供電公司面臨售電收入不確定性的風險;同時，我國發(fā)電市場還沒有實現(xiàn)完全競爭機制，上網(wǎng)電價一般都是固定的，一段時期內(nèi)供電公司的購電支出也是確定的，由此帶來了供電公司的利益風險問題。分時電價方式的弊端也給發(fā)電廠帶來了一些問題，主要表現(xiàn)在：(1)發(fā)電廠商報價及系統(tǒng)確定運行方式比較困難;(2)沒有體現(xiàn)電能同質(zhì)同價的公平原則，導致市場效率降低。此外，供電公司有時還借分時電價變相壓低土網(wǎng)電價，影響了發(fā)電公司的利益。

一個合理的分時電價政策應能保證用戶側(cè)、供電側(cè)、發(fā)電側(cè)三方受益或至少任何一方不受損，還要保證能達到削峰填谷等需求側(cè)管理目標。一種可行的方案是分時電價聯(lián)動機制，將用戶側(cè)分時電價與發(fā)電側(cè)分時電價聯(lián)動起來。當用戶側(cè)執(zhí)行分時電價政策時，會調(diào)整用電方式，高峰時期電價比較高，鼓勵用戶少用電或調(diào)整用電到電價低的平段或谷段，這時供電公司的收入可能會相比實施分時電價前有所變動。同時，由于高峰時期負荷降低，則發(fā)電廠商可以不啟用或少啟用能耗較大的調(diào)峰電源，并可以延緩建設(shè)大容量電站，通常把這一部分費用的節(jié)省稱作可免容量。這時，發(fā)電廠商可以報價相對低一點，在保證自身利潤的前提下，對供電公司進行適當?shù)难a貼。在負荷低谷期，用戶受電價降低的激勵會增加用電量，使機組運行在出力較多的狀態(tài)，減少了機組啟停次數(shù)、減少了啟停機費用，也有利于機組的穩(wěn)定運行。總的來說，所設(shè)計的聯(lián)動方案應考慮各方利益，使電廠能主動按不同時段的負荷情況、電價高低和機組特性安排生產(chǎn)，使供電公司在有利可圖的情況下積極推廣分時電價，使用戶也能積極參與分時電價政策，配合調(diào)整用電方式，從而優(yōu)化負荷曲線。

基于需求響應，以優(yōu)化負荷曲線、實施分時電價前后售電側(cè)與用戶側(cè)利益調(diào)整最小為目標函數(shù)，建立了售電側(cè)分時電價模型，同時建立根據(jù)售電側(cè)收益調(diào)整發(fā)電側(cè)上網(wǎng)電價的模型，實現(xiàn)了雙邊聯(lián)動。ju以優(yōu)化負荷曲線為目標，建立』，基于雙邊價格聯(lián)動的峰谷分時電價模型，能夠很好地滿足需求側(cè)管理的總目標。設(shè)置調(diào)整參數(shù)將售電側(cè)在不同時段的利潤按一定比例反饋到發(fā)電側(cè)，從而得到發(fā)電側(cè)上網(wǎng)分時電價，并討論了發(fā)電側(cè)峰谷電量分配問題，實現(xiàn)了電價聯(lián)動。氣基于電力用戶對售電側(cè)峰谷分時電價的響應和電力生產(chǎn)能耗低、污染小的原則，在滿足各類電力用戶、供電公司和各發(fā)電機組多方利益約束的前提下，以實施峰谷分時電價后平均發(fā)電能耗成本最低位目標函數(shù)，建立發(fā)電側(cè)與售電側(cè)峰谷分時電價聯(lián)合設(shè)計的優(yōu)化模型。

發(fā)電側(cè)根據(jù)長期邊際成本理論，以“保持上網(wǎng)電價總水平不變”為原則，在保證合理利潤、合理投資回收的條件下，制定上網(wǎng)分時電價。供電公司為達到需求側(cè)管理的目標，基于用戶需求響應，給出合理的用戶側(cè)峰谷分時電價，其基本原則應是用戶平均購電電價不上漲。而供電公司為使利益不受損，則應在分時電價模型中設(shè)置約束條件，使得供電公司在實施分時電價后的售購電價差不大于實施分時電價前的售購電價差。