电力用户调节能力的分析与调整

电力用户调节能力的分析与调整

0明确了不同用户行业的用电响应问题截至2004年底，云南电气系统的水电装配厂占总安装量的54.05%。只有西云河发电厂和西丽河发电厂，他们的能力仅为全省电气工程量的10%。此外，在缺乏能源资源的干旱期，系统负荷大于雨季负荷。针对此情况,为了利用电价的杠杆作用促使电力用户“移峰填谷”,转移丰枯季节负荷,达到提高系统负荷率及系统发电资源利用效率的目的,云南电网公司于2003年和2004年组织云南电网丰枯、峰谷电价研究课题组对系统销售侧和发电侧丰枯峰谷电价进行了可行性研究,其研究成果已经发改委批准并于2004年8月在云南电网销售侧对大工业用户实施。考虑到不同行业的电力用户对丰枯电价和峰谷电价的响应情况存在较大差异的实际情况,提出了对不同用户行业实施不同丰枯峰谷电价的思路。当前国内外对销售侧峰谷电价的制定及用户响应的研究较多,但是对丰枯季节电价的研究以及考虑用户电价响应差异的分时电价的研究并不多见。文献从不同的角度构建了制定峰谷分时电价的数学模型;文献对电力用户对电价调整的响应情况进行了分析;文献在分析由于用户分类和电价分类的不同而导致电量电价弹性矩阵结构不同的基础上提出了一种求取电量电价弹性矩阵的简化方法;文献借助于能反映用户对电价调整的响应情况的电量电价弹性矩阵,通过构建用户满意度模型,给出了基于用户电价响应和满意度的峰谷分时电价优化决策模型;文献同样基于该思路,从用户整体的角度构建了考虑用户响应的峰谷分时电价数学模型,但该文对不同行业的电力用户对分时电价响应之间的差异考虑不够充分。本文结合云南电力系统中水电占主导地位、系统枯水季节负荷大于丰水季节负荷的实际情况,进一步探讨在云南电网销售侧实施分行业的丰枯季节电价和峰谷分时电价的方法及可行性。1电价变化率的计算方法电量电价弹性矩阵是指电价的相对变动所带来的电力用户电能需求量的相对变动,即在一段时间内,电量变动的百分率与相应的价格变动百分率的比值:式中:Δq和Δp分别为销售侧电量和电价的增量;q和p分别为销售侧电价变动之前的销售电量和销售电价。在实际情况中,电力用户在某一时段的用电量不仅与该时段的电价相关,而且还受到相邻时段电价的影响,为此,本文采用自弹性系数εii和交叉弹性系数εij的概念,相应的定义采用如下形式:式中:i和j表示时间段;偏导数表示i时段的电量不仅与该时段电价相关,还与其他时段电价相关。假定研究的电价体系内包含n个时间段,则存在如下关系:式中:E为电量电价弹性系数矩阵,在以上计算公式中,涉及电量和电价变化率的计算,给出其相应的计算公式如下:式中:pi2为目标时段的电价;pin为基准时段的电价;9i2为目标时段的电量;qi1为计算基准时段的电量。2电价弹性矩阵根据不同系统的实际情况,可以建立不同的行业划分标准,进而建立各个行业的丰枯季节电价弹性矩阵和峰谷分时电价弹性矩阵:式中:Ei为行业i的电量电价弹性矩阵,包括丰枯季节电价弹性矩阵和峰谷分时电价弹性矩阵;εi11在丰枯季节电价中表示丰水季节的自弹性系数,在峰谷分时电价中表示峰时段的自弹性系数;εi12在丰枯季节电价中表示丰水季节与平水季节之间的交叉弹性系数,在峰谷分时电价中表示峰时段与平时段的交叉弹性系数。其余参数的含义与此类似。3采用分洪峰谷价格调整型3.1丰枯季节电价调整制在已知各个行业的丰枯电价弹性矩阵和峰谷电价弹性矩阵的基础上,假定电力用户对电价调整的响应情况不发生变化,电价调整对用户的季节电量转移比例和时段电量转移比例的影响描述如下:式中:考虑系统平水季节(平时段)电价不发生变化,ki1,ki2分别为丰水季节和枯水季节电价调整比例;ΔQ1*,ΔQi2*,ΔQi3*分别表示行业i在进行丰枯季节电价调整之后,丰水季节、平水季节和枯水季节用电量的变化比例(电量基值为该行业在实施丰枯季节电价之前各季节的用电量)。在峰谷分时电价中,以上参数含义与此类似。需要注意的是,在丰枯季节电价中,ki1<0,ki2>0;在峰谷分时电价中,ki1>0,ki2<0。通过如下关系可以确定用户在电价杠杆作用下各个时段的转移电量:式中:ΔQi1,ΔQi2,ΔQi3分别为用电行业i在丰平枯各季节的转移电量;Qi10,Qi20,Qi30分别为用电行业i在实施季节电价前在丰平枯各季节的用电电量。将式(11)应用于峰谷分时电价中,所有参数含义与此类似。3.2转移电量成本函数考虑用电行业i从电量转移中的获益为其转移电量Si、电价调整比例ki1和ki2的函数(此处将用户的电量转移获益考虑为其进行电量转移之后将节省的用电费用),将其表示为:式中:Pi0。为分时电价实施前用电行业i的平均电价;当该式应用于丰枯季节电价中时,ΔQi1和ΔQi2表示用电行业i由枯水季节电量分别转移至平水季节和丰水季节的电量;ki1和ki2分别为丰水季节和枯水季节的电价调整比例。式(12)应用于峰谷分时电价时参数含义类似。用电行业i在电价的杠杆作用下,进行电量转移时为安排新的生产经营和管理需要的财务支出为其进行转移电量的成本,在此将其考虑为转移电量的线性函数(考虑用户对电价的响应在其生产能力不发生变化,只是重新安排生产作息时间,不存在为适应分时电价而更换生产设备而导致的生产成本跳变情况),则转移电量成本函数表示为:当式(13)应用于丰枯季节电价时,ΔQi1和ΔQi2表示用电行业i在电价的调动下,其由枯水季节的电量分别转移至丰水季节和平水季节的电量;当应用于峰谷分时电价时,含义类似。转移电量ΔQi1和ΔQi2前的系数可通过拟合的方式得到。例如:假定对用电行业i内的.N个电力用户进行调查,将得到N个以转移电量为横坐标、转移成本为纵坐标的点,设定需要拟合的ΔQi1ΔQi2的最高次项,拟合后得到式(13)中的各项系数。需要注意的是,在利用对用户的统计数据计算各项系数时应分别处理△Qi1和ΔQi2所带来的电量转移成本。结合式(10)～式(13),对每个用电行业i求解如下方程,将得到该行业在电量转移成本约束下达到电量转移极限(电量转移获益与电量转移成本相等)时所对应的电价调整比例:式中:ci为调整比例之间的系数。为了与负荷的实际情况一致,式(14)应用于丰枯季节电价时,ci可以考虑为行业丰水季节最大负荷与枯水季节最大负荷的比值,在峰谷分时电价中,为行业谷时段负荷与峰时段负荷的比值;也可根据系统当前实施的丰枯峰谷电价调整形式设定ci。综上所述,转移电量成本函数的各项系数可在对用户生产情况的调查统计数据进行拟合后得到;获益函数中原行业平均电价为电力企业的历史数据,考虑为已知,结合式(10)～式(13),设定一定的电价调整步长,通过试探,不断加大电价调整比例,当电价调整比例加大至电量转移获益与成本之差第1次改变符号时所对应的电价调整比例即为所求。4丰枯季节电量转移成本测算结果云南电网公司当前只针对大工业用户实施丰枯、峰谷分时电价,在此将主要分析大工业中的用电行业。云南电力系统中的大工业用户主要包括:化工行业中的黄磷、化肥以及电石;冶金行业中的有色金属冶炼、钢铁及铁合金;建材行业中的水泥以及其他类别的电力用户(包括煤炭开采、石油、纺织、食品烟草等),但由于该类用户用电量太小或受国家有关政策扶持和优惠,必须保证对其供电的连续性和稳定性,故在本次测算中对该类用户未加考虑。在研究过程中发现:电力用户对电价调整的敏感程度与其电量转移成本密切相关,并且电力用户对丰枯季节电价和峰谷分时电价的敏感程度与其行业用电性质也紧密联系。例如:冶金行业其自身的用电负荷轨迹近似直线,其对峰谷分时电价的敏感程度较差,但是其对综合电价水平较为敏感,即对丰枯季节电价较为敏感;对化工行业,尤其是其中的黄磷,其峰谷电量转移成本较小,其对峰谷分时电价较为敏感,但是在丰水季节,黄磷由于其所含水分较重、耗电量较多以及开采和运输困难等原因导致其对丰枯季节电价的敏感程度明显下降。为简化计算,本次测算将用户电量转移成本考虑为其转移电量的一次函数,相应系数根据项目组对各行业电力用户的跟踪调查统计数据得到;结合云南电网公司在丰枯、峰谷分时电价实施1年后各用电行业用电量在丰平枯各季节、峰平谷各时段的分布变化情况,建立各个行业的丰枯季节电价弹性矩阵和峰谷分时电价弹性矩阵,在此基础上,结合式(10)～式(14),应用MATLAB程序设计语言编制相关的计算程序(在对峰谷分时电价进行测算时,考虑与当前云南电网采取的等比例调节的实际情况相一致,在测算过程中设定峰谷分时电价采取等比例调整,即式(14)中的ci取-1),完成对各个用电行业丰枯季节电价、峰谷分时电价调整比例的计算求解。本次测算的云南电网销售侧分行业的丰枯季节电价、峰谷分时电价调整比例及调整前后各行业的用电量分布变化情况如表1～表5所示。限于篇幅,仅给出最典型的黄磷负荷和系统总负荷在按表3调整价格前后负荷曲线的对比情况,如图1、图2所示。对以上测算结果进行分析,得到如下结论:1)各个用电行业达到丰枯季节电量转移极限(季节电量转移成本曲线与获益曲线的交点)并不具备同时性。冶金行业中的钢铁、有色金属和铁合金达到季节电量转移极限所需的电价调整比例较大,所对应的电量转移比例也相对较大;化工行业丰枯季节电量转移能力较小,达到极限时所需的电价调整比例较小,转移电量的比例也相对较小。2)各个用电行业达到峰谷时段电量转移极限(峰谷时段电量转移成本曲线与获益曲线的交点)也不具备同时性。化工行业中的黄磷、化肥和电石对峰谷电价的调整较为敏感,其达到转移极限所需的峰谷电价调整比例相对较大,对应的转移电量比例也越大;冶金行业对峰谷分时电价的敏感程度较差,达到时段电量转移极限所需的电价调整比例较小,时段电量转移比例也较小。3)部分电力用户由于其负荷较为平稳,其对综合电价水平较为敏感,对峰谷分时电价响应程度不高,例如钢铁;部分电力用户对峰谷分时电价较为敏感,而对丰枯季节电价响应程度不高,例如黄磷。4)峰谷电量转移成本较小的黄磷行业进行“移峰填谷”的效果很明显,已达到将用电高峰转移到低谷的效果;整个系统的用电负荷在电力用户“移峰填谷”之后,系统低谷负荷存在明显的上升,而高峰负荷也存在明显的下降。5)在行业电量转移成本的约束下,不同行业的电力用户对丰枯季节电价、峰谷分时电价的敏感程度差异较大,其达到相应的丰枯季节电量转移极限与峰谷时段电量转移极限(电量转移成本曲线与获益曲线所对应的交点)所需的电价调整也呈现较大差异,因此,对各个不同用电行业实施丰枯、峰谷分时电价时应根据其实际的转移能力各自测算,单独实施,而不应对所有电力用户执行相同的电价调整。5丰枯峰谷分时电价执行方案云南电网公司丰枯