電力用戶調節能力的分析與調整

0明確了不同用戶行業的用電響應問題截至2004年底，云南電氣系統的水電裝配廠占總安裝量的54.05%。只有西云河發電廠和西麗河發電廠，他們的能力僅為全省電氣工程量的10%。此外，在缺乏能源資源的干旱期，系統負荷大于雨季負荷。針對此情況,為了利用電價的杠桿作用促使電力用戶“移峰填谷”,轉移豐枯季節負荷,達到提高系統負荷率及系統發電資源利用效率的目的,云南電網公司于2003年和2004年組織云南電網豐枯、峰谷電價研究課題組對系統銷售側和發電側豐枯峰谷電價進行了可行性研究,其研究成果已經發改委批準并于2004年8月在云南電網銷售側對大工業用戶實施。考慮到不同行業的電力用戶對豐枯電價和峰谷電價的響應情況存在較大差異的實際情況,提出了對不同用戶行業實施不同豐枯峰谷電價的思路。當前國內外對銷售側峰谷電價的制定及用戶響應的研究較多,但是對豐枯季節電價的研究以及考慮用戶電價響應差異的分時電價的研究并不多見。文獻從不同的角度構建了制定峰谷分時電價的數學模型;文獻對電力用戶對電價調整的響應情況進行了分析;文獻在分析由于用戶分類和電價分類的不同而導致電量電價彈性矩陣結構不同的基礎上提出了一種求取電量電價彈性矩陣的簡化方法;文獻借助于能反映用戶對電價調整的響應情況的電量電價彈性矩陣,通過構建用戶滿意度模型,給出了基于用戶電價響應和滿意度的峰谷分時電價優化決策模型;文獻同樣基于該思路,從用戶整體的角度構建了考慮用戶響應的峰谷分時電價數學模型,但該文對不同行業的電力用戶對分時電價響應之間的差異考慮不夠充分。本文結合云南電力系統中水電占主導地位、系統枯水季節負荷大于豐水季節負荷的實際情況,進一步探討在云南電網銷售側實施分行業的豐枯季節電價和峰谷分時電價的方法及可行性。1電價變化率的計算方法電量電價彈性矩陣是指電價的相對變動所帶來的電力用戶電能需求量的相對變動,即在一段時間內,電量變動的百分率與相應的價格變動百分率的比值:式中:Δq和Δp分別為銷售側電量和電價的增量;q和p分別為銷售側電價變動之前的銷售電量和銷售電價。在實際情況中,電力用戶在某一時段的用電量不僅與該時段的電價相關,而且還受到相鄰時段電價的影響,為此,本文采用自彈性系數εii和交叉彈性系數εij的概念,相應的定義采用如下形式:式中:i和j表示時間段;偏導數表示i時段的電量不僅與該時段電價相關,還與其他時段電價相關。假定研究的電價體系內包含n個時間段,則存在如下關系:式中:E為電量電價彈性系數矩陣,在以上計算公式中,涉及電量和電價變化率的計算,給出其相應的計算公式如下:式中:pi2為目標時段的電價;pin為基準時段的電價;9i2為目標時段的電量;qi1為計算基準時段的電量。2電價彈性矩陣根據不同系統的實際情況,可以建立不同的行業劃分標準,進而建立各個行業的豐枯季節電價彈性矩陣和峰谷分時電價彈性矩陣:式中:Ei為行業i的電量電價彈性矩陣,包括豐枯季節電價彈性矩陣和峰谷分時電價彈性矩陣;εi11在豐枯季節電價中表示豐水季節的自彈性系數,在峰谷分時電價中表示峰時段的自彈性系數;εi12在豐枯季節電價中表示豐水季節與平水季節之間的交叉彈性系數,在峰谷分時電價中表示峰時段與平時段的交叉彈性系數。其余參數的含義與此類似。3采用分洪峰谷價格調整型3.1豐枯季節電價調整制在已知各個行業的豐枯電價彈性矩陣和峰谷電價彈性矩陣的基礎上,假定電力用戶對電價調整的響應情況不發生變化,電價調整對用戶的季節電量轉移比例和時段電量轉移比例的影響描述如下:式中:考慮系統平水季節(平時段)電價不發生變化,ki1,ki2分別為豐水季節和枯水季節電價調整比例;ΔQ1*,ΔQi2*,ΔQi3*分別表示行業i在進行豐枯季節電價調整之后,豐水季節、平水季節和枯水季節用電量的變化比例(電量基值為該行業在實施豐枯季節電價之前各季節的用電量)。在峰谷分時電價中,以上參數含義與此類似。需要注意的是,在豐枯季節電價中,ki1<0,ki2>0;在峰谷分時電價中,ki1>0,ki2<0。通過如下關系可以確定用戶在電價杠桿作用下各個時段的轉移電量:式中:ΔQi1,ΔQi2,ΔQi3分別為用電行業i在豐平枯各季節的轉移電量;Qi10,Qi20,Qi30分別為用電行業i在實施季節電價前在豐平枯各季節的用電電量。將式(11)應用于峰谷分時電價中,所有參數含義與此類似。3.2轉移電量成本函數考慮用電行業i從電量轉移中的獲益為其轉移電量Si、電價調整比例ki1和ki2的函數(此處將用戶的電量轉移獲益考慮為其進行電量轉移之后將節省的用電費用),將其表示為:式中:Pi0。為分時電價實施前用電行業i的平均電價;當該式應用于豐枯季節電價中時,ΔQi1和ΔQi2表示用電行業i由枯水季節電量分別轉移至平水季節和豐水季節的電量;ki1和ki2分別為豐水季節和枯水季節的電價調整比例。式(12)應用于峰谷分時電價時參數含義類似。用電行業i在電價的杠桿作用下,進行電量轉移時為安排新的生產經營和管理需要的財務支出為其進行轉移電量的成本,在此將其考慮為轉移電量的線性函數(考慮用戶對電價的響應在其生產能力不發生變化,只是重新安排生產作息時間,不存在為適應分時電價而更換生產設備而導致的生產成本跳變情況),則轉移電量成本函數表示為:當式(13)應用于豐枯季節電價時,ΔQi1和ΔQi2表示用電行業i在電價的調動下,其由枯水季節的電量分別轉移至豐水季節和平水季節的電量;當應用于峰谷分時電價時,含義類似。轉移電量ΔQi1和ΔQi2前的系數可通過擬合的方式得到。例如:假定對用電行業i內的.N個電力用戶進行調查,將得到N個以轉移電量為橫坐標、轉移成本為縱坐標的點,設定需要擬合的ΔQi1ΔQi2的最高次項,擬合后得到式(13)中的各項系數。需要注意的是,在利用對用戶的統計數據計算各項系數時應分別處理△Qi1和ΔQi2所帶來的電量轉移成本。結合式(10)～式(13),對每個用電行業i求解如下方程,將得到該行業在電量轉移成本約束下達到電量轉移極限(電量轉移獲益與電量轉移成本相等)時所對應的電價調整比例:式中:ci為調整比例之間的系數。為了與負荷的實際情況一致,式(14)應用于豐枯季節電價時,ci可以考慮為行業豐水季節最大負荷與枯水季節最大負荷的比值,在峰谷分時電價中,為行業谷時段負荷與峰時段負荷的比值;也可根據系統當前實施的豐枯峰谷電價調整形式設定ci。綜上所述,轉移電量成本函數的各項系數可在對用戶生產情況的調查統計數據進行擬合后得到;獲益函數中原行業平均電價為電力企業的歷史數據,考慮為已知,結合式(10)～式(13),設定一定的電價調整步長,通過試探,不斷加大電價調整比例,當電價調整比例加大至電量轉移獲益與成本之差第1次改變符號時所對應的電價調整比例即為所求。4豐枯季節電量轉移成本測算結果云南電網公司當前只針對大工業用戶實施豐枯、峰谷分時電價,在此將主要分析大工業中的用電行業。云南電力系統中的大工業用戶主要包括:化工行業中的黃磷、化肥以及電石;冶金行業中的有色金屬冶煉、鋼鐵及鐵合金;建材行業中的水泥以及其他類別的電力用戶(包括煤炭開采、石油、紡織、食品煙草等),但由于該類用戶用電量太小或受國家有關政策扶持和優惠,必須保證對其供電的連續性和穩定性,故在本次測算中對該類用戶未加考慮。在研究過程中發現:電力用戶對電價調整的敏感程度與其電量轉移成本密切相關,并且電力用戶對豐枯季節電價和峰谷分時電價的敏感程度與其行業用電性質也緊密聯系。例如:冶金行業其自身的用電負荷軌跡近似直線,其對峰谷分時電價的敏感程度較差,但是其對綜合電價水平較為敏感,即對豐枯季節電價較為敏感;對化工行業,尤其是其中的黃磷,其峰谷電量轉移成本較小,其對峰谷分時電價較為敏感,但是在豐水季節,黃磷由于其所含水分較重、耗電量較多以及開采和運輸困難等原因導致其對豐枯季節電價的敏感程度明顯下降。為簡化計算,本次測算將用戶電量轉移成本考慮為其轉移電量的一次函數,相應系數根據項目組對各行業電力用戶的跟蹤調查統計數據得到;結合云南電網公司在豐枯、峰谷分時電價實施1年后各用電行業用電量在豐平枯各季節、峰平谷各時段的分布變化情況,建立各個行業的豐枯季節電價彈性矩陣和峰谷分時電價彈性矩陣,在此基礎上,結合式(10)～式(14),應用MATLAB程序設計語言編制相關的計算程序(在對峰谷分時電價進行測算時,考慮與當前云南電網采取的等比例調節的實際情況相一致,在測算過程中設定峰谷分時電價采取等比例調整,即式(14)中的ci取-1),完成對各個用電行業豐枯季節電價、峰谷分時電價調整比例的計算求解。本次測算的云南電網銷售側分行業的豐枯季節電價、峰谷分時電價調整比例及調整前后各行業的用電量分布變化情況如表1～表5所示。限于篇幅,僅給出最典型的黃磷負荷和系統總負荷在按表3調整價格前后負荷曲線的對比情況,如圖1、圖2所示。對以上測算結果進行分析,得到如下結論:1)各個用電行業達到豐枯季節電量轉移極限(季節電量轉移成本曲線與獲益曲線的交點)并不具備同時性。冶金行業中的鋼鐵、有色金屬和鐵合金達到季節電量轉移極限所需的電價調整比例較大,所對應的電量轉移比例也相對較大;化工行業豐枯季節電量轉移能力較小,達到極限時所需的電價調整比例較小,轉移電量的比例也相對較小。2)各個用電行業達到峰谷時段電量轉移極限(峰谷時段電量轉移成本曲線與獲益曲線的交點)也不具備同時性。化工行業中的黃磷、化肥和電石對峰谷電價的調整較為敏感,其達到轉移極限所需的峰谷電價調整比例相對較大,對應的轉移電量比例也越大;冶金行業對峰谷分時電價的敏感程度較差,達到時段電量轉移極限所需的電價調整比例較小,時段電量轉移比例也較小。3)部分電力用戶由于其負荷較為平穩,其對綜合電價水平較為敏感,對峰谷分時電價響應程度不高,例如鋼鐵;部分電力用戶對峰谷分時電價較為敏感,而對豐枯季節電價響應程度不高,例如黃磷。4)峰谷電量轉移成本較小的黃磷行業進行“移峰填谷”的效果很明顯,已達到將用電高峰轉移到低谷的效果;整個系統的用電負荷在電力用戶“移峰填谷”之后,系統低谷負荷存在明顯的上升,而高峰負荷也存在明顯的下降。5)在行業電量轉移成本的約束下,不同行業的電力用戶對豐枯季節電價、峰谷分時電價的敏感程度差異較大,其達到相應的豐枯季節電量轉移極限與峰谷時段電量轉移極限(電量轉移成本曲線與獲益曲線所對應的交點)所需的電價調整也呈現較大差異,因此,對各個不同用電行業實施豐枯、峰谷分時電價時應根據其實際的轉移能力各自測算,單獨實施,而不應對所有電力用戶執行相同的電價調整。5豐枯峰谷分時電價執行方案云南電網公司豐枯