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峰谷分時(shí)電價(jià)的優(yōu)化模型實(shí)證研究摘要如今,世界各個(gè)國(guó)家都已經(jīng)開(kāi)始普遍采取峰谷分時(shí)電價(jià)方式來(lái)作為需求側(cè)管理的重要措施。隨著經(jīng)濟(jì)周期性波動(dòng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,需要對(duì)峰谷分時(shí)電價(jià)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),通過(guò)靈活多樣的電價(jià)方式,真正兼顧各類(lèi)用電企業(yè)需求變化,有效地發(fā)揮對(duì)電價(jià)機(jī)制的指導(dǎo)作用,進(jìn)一步改善和提高電力資源配置的效率與社會(huì)效益。本文總結(jié)了峰谷分時(shí)價(jià)格理論目前的研究現(xiàn)狀,針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)施中存在的問(wèn)題,結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論和用戶響應(yīng)理論,從最小峰負(fù)荷、最大谷負(fù)荷和最小峰谷差負(fù)荷三個(gè)方面優(yōu)化峰谷分時(shí)電價(jià),從而探索峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型。關(guān)鍵詞:需求側(cè)管理;峰谷分時(shí)電價(jià);模糊數(shù)學(xué);用戶響應(yīng)目錄1. 緒論 [19]。區(qū)分峰谷平時(shí)段,統(tǒng)一不同時(shí)段的電價(jià),峰谷分時(shí)電價(jià)再次得到優(yōu)化。3.2國(guó)內(nèi)外峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)施現(xiàn)狀3.2.1國(guó)外峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)施現(xiàn)狀1970年代初起,發(fā)達(dá)國(guó)家首先就已經(jīng)開(kāi)始實(shí)行峰谷分時(shí)的電價(jià)政策,來(lái)有效緩解全球能源危機(jī),并且已經(jīng)取得了顯著的成效。但是,由于世界各個(gè)國(guó)家的地理環(huán)境、氣候條件、電力系統(tǒng)的負(fù)荷情況等多種影響因素的不同,峰谷分時(shí)電價(jià)區(qū)間劃分的具體計(jì)算方法與電價(jià)區(qū)間劃分相對(duì)應(yīng)方法之間仍然有著一定的差異。在實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)的實(shí)踐中,有的地區(qū)按一天24小時(shí)分別劃分成峰時(shí)段、谷時(shí)段、平時(shí)段三個(gè)時(shí)段,而有的地區(qū)僅把峰谷時(shí)段分別劃成高峰期及非高峰期兩個(gè)小時(shí);另外,有些國(guó)家在進(jìn)行山地劃分的峰谷期時(shí),將山地的峰谷期區(qū)域劃分與季節(jié)性的劃分緊密地結(jié)合了起來(lái),如:法國(guó)、意大利、日本等;在一些國(guó)家,不同種類(lèi)的電力用戶都具有相同的峰谷時(shí)分計(jì)算方案,而一些地區(qū)和國(guó)家則是針對(duì)不同種類(lèi)的電力用戶,峰谷時(shí)分計(jì)算方案各不相同。國(guó)外常見(jiàn)的峰谷時(shí)分方案如表3-1所示。表3-1國(guó)外峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)施現(xiàn)狀國(guó)家實(shí)施范圍時(shí)段劃分種類(lèi)時(shí)段劃分結(jié)果洛杉磯水利電力局工商業(yè)用戶的中大用戶2段制太平洋電氣公司工商業(yè)用戶3段制居民用戶2段制日本高壓和特高壓用戶分時(shí)分季節(jié)電價(jià)不同地區(qū)之間的峰谷電價(jià)比也根據(jù)不同國(guó)家的國(guó)情和電力負(fù)荷特點(diǎn)而有所不同。3.2.2國(guó)內(nèi)峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)施現(xiàn)狀隨著峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)惠政策的不斷深入和實(shí)施,各個(gè)地區(qū)按照自身的電網(wǎng)負(fù)荷情況和特點(diǎn),制定了不同的實(shí)行范圍及其具體方法。各個(gè)省份的峰谷分時(shí)電價(jià)的具體實(shí)際執(zhí)行情況見(jiàn)表3-2。表3-2國(guó)內(nèi)部分省份的峰谷分時(shí)電價(jià)執(zhí)行情況統(tǒng)計(jì)表省市峰谷電價(jià)實(shí)施范圍峰谷時(shí)段劃分峰谷價(jià)比湖南所有工商業(yè)和農(nóng)業(yè)用電尖峰時(shí)段:19:00-22:00高峰時(shí)段:8:00-11:0015:00-19:00平時(shí)段:7:00-8:0011:00-15:0022:00-23:00谷時(shí)段:23:00-7:00大工業(yè)2.24:1一般工商業(yè)1.79:1北京所有工商業(yè)和農(nóng)業(yè)用電峰段:8:00—11:0018:00—23:00平段:11:00—18:007;00—8:00谷段:23:00—7:00大工業(yè)夏季2.47:1非夏季2.1:1一般工商業(yè)夏季3.75:1非夏季3.2:1農(nóng)業(yè)用電2.6:1
表3-2(續(xù)表)省市峰谷電價(jià)實(shí)施范圍峰谷時(shí)段劃分峰谷價(jià)比上海工商業(yè)及其它用電峰段:8:00—11:0018:00—21:00平段:6:00—8:0011:00—18:0021:00—22:00谷段:22:00—次日6:00工商業(yè)及其他用電非夏季3.38:1峰段:8:00—11:0013:00—15:0018:00—21:00平段:6:00—8:0011:00—13:0015:00—18:0021:00—22:00谷段:22:00-次日6:00夏季4.3:1峰段:6:00—22:00谷段:22:00—次日6:00居民生活用電2:1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)3:1浙江大工業(yè)尖峰:19:00-21:00高峰:8:00—11:0013:00-19:0021:00-22:00 ,谷段:11:00-13:00,22:00—次日8:00尖峰低谷比2.7:1高峰低谷比2.2:1一般工商業(yè)尖峰低谷比2.5:1高峰低谷比1.96:1居民生活用電峰段:8:00—22:00谷段:22:00—次日8:001.88:1
表3-2(續(xù)表)省市峰谷電價(jià)實(shí)施范圍峰谷時(shí)段劃分峰谷價(jià)比安徽除居民外其他用戶峰段:9:00—12:0017:00—22:00平段:8:00—9:0012:00—17:0022:00—23:00谷段:23:00—8:00大工業(yè)夏季2.5:1非夏季2.4:1一般工商業(yè)夏季2.6:1非夏季2.4:1居民生活用電(兩段制電價(jià))峰段:8:00—21:00谷段:21:00—次日8:001.88:1廣東大工業(yè)用電、普通工業(yè)用電佛山價(jià)區(qū)峰段:9:00—12:0019:00-22:00平段:8:00—9:0012:00—19:0022:00—24:00谷段:0:00—8:003.3:1廣州價(jià)區(qū)峰段:14:00—17:0019:00—22:00平段:8:00—14:0017:00—19:0022:00—24:00谷段:0:00—8:00深圳價(jià)區(qū)峰段:9;00—11:3014:00—16:3019;00—21:00平段:7:00—9:0011:30—14:0016;30—19:0021:00—23:00谷段:23:00—次日7:003.3實(shí)施過(guò)程中的缺陷與問(wèn)題以湖南為例,目前湖南電網(wǎng)峰谷分時(shí)電價(jià)的執(zhí)行規(guī)定為:尖峰(19:00―22:00)、高峰(8:00―11:00,15:00―19:00)、平段(7:00―8:00,11:00―15:00,22:00―23:00)、谷段(23:00―7:00)。目前,湖南省峰谷電價(jià)差偏小、峰谷電價(jià)比偏低。從各省份橫向?qū)Ρ?圖1、2)來(lái)看,湖南省0.45元/(kW·h)的尖峰-低谷電價(jià)差,在國(guó)網(wǎng)各省份排名靠后;一般工商業(yè)峰谷電價(jià)比,湖南省排名最低。峰谷價(jià)差(大工業(yè))(b)峰谷價(jià)差(一般工商業(yè))圖3.1各省峰谷價(jià)差情況峰谷電價(jià)比(大工業(yè))(b)峰谷電價(jià)比(一般工商業(yè))圖3.2各省峰谷電價(jià)比情況2011年政策調(diào)整縮小峰谷價(jià)差,導(dǎo)致2012年平均峰谷差率大幅上升。2013—2020年,從峰谷分時(shí)電量執(zhí)行情況來(lái)看,平段電量占比由26.32%,增長(zhǎng)至32.28%,低谷電量占比由33.5%降至28.61%。表明現(xiàn)階段的峰谷電價(jià)政策對(duì)用戶用電行為的影響在減弱。3.4本章小結(jié)本章首先簡(jiǎn)要介紹了目前國(guó)內(nèi)部分地區(qū)峰谷電價(jià)的具體實(shí)施政策,在此基礎(chǔ)上分別紹了國(guó)內(nèi)外的峰谷電價(jià)實(shí)施政策和現(xiàn)狀,其中,主要針對(duì)國(guó)內(nèi)部分地區(qū)和省市從峰谷電價(jià)的實(shí)施區(qū)域、峰谷時(shí)段劃分、峰谷價(jià)比三個(gè)方面對(duì)峰谷分時(shí)電價(jià)的具體實(shí)施情況進(jìn)行了整理、分析和總結(jié)。最后,以本省湖南省為例對(duì)目前峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)施過(guò)程中的缺陷和問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明,為下一章峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化研究做好鋪墊。峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化研究4.1優(yōu)化原則峰谷分時(shí)電價(jià)體系是我國(guó)電價(jià)制度中重要的一個(gè)電價(jià)制度。在劃分峰谷時(shí)段的電價(jià)制定時(shí),應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循所有的電價(jià)原則,并有其特殊性。優(yōu)化峰谷時(shí)段的劃分應(yīng)該遵循的原則有以下幾點(diǎn):(一)客觀反映不同時(shí)期用電成本的原則電力是一種特殊的商品,其生產(chǎn)也需要成本投入。為了滿足電力系統(tǒng)在高峰負(fù)荷期和低谷期的用電需求,往往需要系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,導(dǎo)致電力成本不同,因此在劃分峰谷期時(shí),應(yīng)充分體現(xiàn)不同時(shí)期的電力成本差異。(二)體現(xiàn)供求原則峰谷時(shí)段的劃分要體現(xiàn)市場(chǎng)供需關(guān)系,為用戶提供合理的信號(hào),鼓勵(lì)用戶調(diào)整用電方式。(三)保障電力企業(yè)正常發(fā)展的原則用戶會(huì)想到電價(jià)愈低愈好,但是電力企業(yè)一定要擁有合理的盈余才能夠保證正常的發(fā)展。電力行業(yè)的資金和人力資產(chǎn)的高度集約化,電價(jià)設(shè)計(jì)就需要充分地滿足了電力企業(yè)融資的功能,滿足了對(duì)電能短期簡(jiǎn)易再生產(chǎn)及對(duì)電能長(zhǎng)期擴(kuò)張等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的資金供給.當(dāng)然,電力企業(yè)的盈余收入利潤(rùn)率目標(biāo)也需要地方政府進(jìn)行嚴(yán)格管理,對(duì)于電力企業(yè)的費(fèi)用和成本開(kāi)支也需要進(jìn)行嚴(yán)格的審核。(四)透明穩(wěn)定原則我國(guó)的電力發(fā)展和改善與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民的生活密切相關(guān)。電價(jià)問(wèn)題已經(jīng)得到了社會(huì)上廣大人士的重視和監(jiān)管。所以,必須堅(jiān)持公平、公正、公開(kāi)、透明的基本原則。此外,作為公共企業(yè),電力行業(yè)必須充分地兼顧了國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策及社會(huì)的承受能力,為中小微型貧困戶提供最基本的產(chǎn)品和服務(wù),并且必須確保一定階段內(nèi)的相對(duì)穩(wěn)定。(五)可操作原則在實(shí)際運(yùn)用中,峰谷分時(shí)電價(jià)測(cè)算裝置運(yùn)行中所花費(fèi)的成本相對(duì)比較高。當(dāng)設(shè)定峰谷期間時(shí),應(yīng)充分考慮容易操作。4.2峰谷分時(shí)電價(jià)的優(yōu)化模型4.2.1基本假設(shè)一個(gè)理性的用戶,都會(huì)在一定程度上調(diào)整其用電結(jié)構(gòu),重新安排不同時(shí)段的用電負(fù)荷,以適應(yīng)電價(jià)的調(diào)整,來(lái)實(shí)現(xiàn)利益最大化。因此,根據(jù)用戶這一心理,在給出具體的數(shù)學(xué)模型前,先提出兩個(gè)基本假設(shè):(1)根據(jù)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn),分時(shí)電價(jià)制度對(duì)用戶的總用電量影響不大,我們可以假設(shè),實(shí)行制度前后的用電總量基本保持不變。(2)轉(zhuǎn)移電量和轉(zhuǎn)移負(fù)荷的關(guān)系為:轉(zhuǎn)移了多少比例的電量,同樣的負(fù)荷曲線就按近似的比例減小。4.2.2模型構(gòu)建①目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)的目標(biāo)旨在保證,執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià)后,實(shí)現(xiàn)削峰填谷,并均衡負(fù)荷使日負(fù)荷曲線變得平滑,這可從兩方面入手,減少用電網(wǎng)絡(luò)的峰負(fù)荷或增加谷負(fù)荷。1.最小化電力系統(tǒng)峰負(fù)荷:minx2.最大化電力系統(tǒng)谷負(fù)荷:maxx3.最小化電力系統(tǒng)峰谷差:minx其中,ft,xf,xg,xp表示日負(fù)荷曲線函數(shù),②約束條件(ⅰ)實(shí)施方獲利:對(duì)于供電企業(yè)來(lái)說(shuō),實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)后的凈收入應(yīng)不低于實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)前的凈收入;M1其中,M0為實(shí)施分時(shí)電價(jià)前的售電收入,M1(ⅱ)用戶受益:實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)后,用戶的電費(fèi)就不高于實(shí)施前;M0(ⅲ)實(shí)施分時(shí)電價(jià)制度前后用電總量基本保持不變;Qf+Qf、Qp、Qg、Qf'、Qp'、Q由于因減少裝機(jī)容量等節(jié)約的投資M'不易估計(jì),若但又不能說(shuō)完全忽略不計(jì),對(duì)此,本文做如下處理。M1=4.2.3模型簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化后的數(shù)學(xué)模型如公式4-9所示minmaxmins.t&4.3峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化過(guò)程4.3.1輸入原始數(shù)據(jù)輸入峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化前的原始日負(fù)荷曲線數(shù)據(jù),得到原始日負(fù)荷曲線。4.3.2產(chǎn)生峰谷時(shí)段劃分集合通過(guò)觀察日負(fù)荷曲線,可以對(duì)每天的時(shí)段進(jìn)行模糊劃分,除以明確時(shí)段的數(shù)量外,同時(shí)考慮峰平谷時(shí)段的時(shí)間間隔這一因素。假設(shè)將峰谷時(shí)段的劃分方法記為fiF=fi以圖2.1所示的典型日負(fù)荷曲線圖為例說(shuō)明具體操作,設(shè)Tmin為系統(tǒng)最小負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),Tmax1,Tmax2分別為系統(tǒng)的最高負(fù)荷和次高負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),則T1-T2為谷時(shí)段,T3-如需滿足時(shí)間間隔不能小于2小時(shí)的條件,則有T2-TT3-TT4-TT5-TT6-T(24-T6)+4.3.3計(jì)算每個(gè)峰谷時(shí)段劃分下的分時(shí)電價(jià)在各種時(shí)段劃分法fi4.3.4根據(jù)目標(biāo)函數(shù)得到最優(yōu)解將這些通過(guò)約束后的日負(fù)荷曲線在三個(gè)目標(biāo)函數(shù)下逐一進(jìn)行比較,選取其中的最優(yōu)解,得出的fi就是本文所要的峰平谷時(shí)段劃4.4本章小結(jié)本章首先說(shuō)明了峰谷分時(shí)電價(jià)的優(yōu)化原則,然后進(jìn)行了模型構(gòu)建和模型簡(jiǎn)化,最后總結(jié)了峰谷分時(shí)電價(jià)的優(yōu)化過(guò)程。結(jié)論與展望5.1結(jié)論在我國(guó)的市場(chǎng)機(jī)制中,價(jià)格機(jī)制是重要的市場(chǎng)信號(hào),電價(jià)機(jī)制對(duì)提高能源利用效率和資源優(yōu)化配置具有重要作用。使用電價(jià)制度在用電方式上起到快速、準(zhǔn)確的引導(dǎo)作用,發(fā)掘低谷時(shí)段的用電潛力,提高系統(tǒng)負(fù)荷率,提高電能的社會(huì)效益。峰谷時(shí)段是電價(jià)峰谷時(shí)段的依據(jù),該時(shí)段的好壞直接影響峰谷時(shí)段用電價(jià)格政策的有效性。需要反映不同時(shí)段的供電成本,反映實(shí)際負(fù)荷曲線的峰谷特征,傳統(tǒng)分時(shí)電價(jià)計(jì)量裝置在設(shè)定時(shí)段時(shí)存在功能單一的缺。當(dāng)前世界日新月異,智能電網(wǎng)不斷發(fā)展,要想跟進(jìn)時(shí)代,還需逐步應(yīng)用數(shù)字化、信息化、智能化的計(jì)量系統(tǒng),為電力用戶提供靈活的服務(wù)和友好的計(jì)量服務(wù),我們也為峰谷時(shí)分方法的研究提供技術(shù)支持。本文重點(diǎn)介紹了峰平谷分時(shí)電價(jià)的時(shí)段劃分和電價(jià)的制定,主要完成的工作如下:(1)統(tǒng)一考慮峰平谷時(shí)段的劃分和電價(jià)的制定,并將兩者作為一個(gè)整體考慮來(lái)建立分時(shí)電價(jià)模型。(2)提出了三個(gè)單目標(biāo),最小峰負(fù)荷、最大谷負(fù)荷和最小峰谷差負(fù)荷,結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論和用戶響應(yīng)建立模型,為分時(shí)電價(jià)的制定提供了一定的理論基礎(chǔ)。(3)通過(guò)研究和分析現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)施現(xiàn)狀及實(shí)施過(guò)程中的缺陷和問(wèn)題,提出了較為合理的峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型,探究了如何實(shí)現(xiàn)削峰填谷和均衡負(fù)荷的目標(biāo)。5.2本文的不足之處(1)只是簡(jiǎn)單地對(duì)峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化進(jìn)行了探討,未深入研究給定具體的數(shù)學(xué)模型及優(yōu)化的詳細(xì)過(guò)程。(2)在研究過(guò)程中處理得較為簡(jiǎn)單粗暴,未考慮到峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)施中的具體實(shí)際問(wèn)題和情況。(3)未結(jié)合具體的實(shí)例進(jìn)行仿真計(jì)算,然后將仿真計(jì)算出的負(fù)荷曲線與原負(fù)荷曲線相比較,說(shuō)明該數(shù)學(xué)模型的可行性。5.3展望如何制定合理的峰平谷分時(shí)電價(jià)比一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。好的電價(jià)策略應(yīng)該是起到削峰填谷、均衡負(fù)荷的目的。雖然電價(jià)在調(diào)整,但用戶的用電習(xí)慣同樣在變,原來(lái)電價(jià)比可能隨著用戶用電習(xí)慣的改變,已不再具有有效地削峰填谷的作用,供電部門(mén)需就此做出相應(yīng)的調(diào)整,制定適合當(dāng)前的時(shí)段劃分和分時(shí)電價(jià)比,并如此反復(fù)進(jìn)行下去,以期達(dá)到最佳效果,因此,對(duì)以下問(wèn)題有待繼續(xù)深入探討:(1)建立分時(shí)電價(jià)評(píng)估體系。對(duì)目前峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)施效果進(jìn)行有效評(píng)估的,以便于供電企業(yè)能夠及時(shí)了解分時(shí)電價(jià)的實(shí)施效果,為完善峰平谷分時(shí)電價(jià)提供決策和依據(jù)。(2)不斷完善峰平谷分電電價(jià)的建模參數(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,現(xiàn)今的建模參數(shù)或許無(wú)法滿足實(shí)際的需求,因此,及時(shí)地了解影響用戶反映的因素,不斷修正模型中的參數(shù),是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作。(3)目前在峰平谷的時(shí)段劃分受計(jì)量表計(jì)影響較大,伴隨智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展,智能計(jì)量系統(tǒng)能夠提供經(jīng)用戶更靈活的、交互式計(jì)量服務(wù)。因此,峰平谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型的研究還有待進(jìn)一步的探索和研究。作為一個(gè)價(jià)格政策,為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,需要不斷地創(chuàng)新,不斷地發(fā)展,以促進(jìn)電力工業(yè)可持續(xù)地發(fā)展。綜上所述,本文在分時(shí)電價(jià)制定的研究是還是較為初步的,還有待進(jìn)一步的完善,期待未來(lái)有更多更好的電價(jià)策略服務(wù)于廣大用戶。參考文獻(xiàn)[1]喬慧婷.基于密度聚類(lèi)的峰谷時(shí)段劃分方法研究[D].華北電力大學(xué)(北京),2011.[2]林旻,朱艷卉,胡百林.基于供電成本的峰谷時(shí)段劃分及分時(shí)電價(jià)研究[J].華東電力,2005,33(12):90-91.[3]劉菁菁.基于因素分析法的峰谷時(shí)段劃分的研究[D].2006.[4]邢大鵬,雷霞,李佳,etal.利用成本-時(shí)間曲線進(jìn)行分時(shí)電價(jià)最優(yōu)時(shí)段劃分[J].電力需求側(cè)管理,2007,9(4):18-21.[5]于新華,舒艷,趙會(huì)茹,etal.基于閾值優(yōu)化的社會(huì)用電峰谷時(shí)段劃分模型[J].陜西電力,2015,43(12):66-71.[6]程瑜,翟娜娜.基于用戶響應(yīng)的分時(shí)電價(jià)時(shí)段劃分[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012,36(9):42-46.[7] 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