基于市場供需均衡的實時電價機制研究

何永秀,李欣民

(華北電力大學 經濟與管理學院，北京 102206)

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基于市場供需均衡的實時電價機制研究

何永秀,李欣民

(華北電力大學 經濟與管理學院，北京 102206)

隨著中國電力市場化改革不斷推進，智能電網建設不斷取得新突破，電力市場需要尋求新的電價機制來適應發展需求。本文基于新一輪電力體制改革的背景，為實現發電側和售電側的價格聯動，提出了考慮電力市場供需平衡關系的實時電價定價機制，并針對典型工業園區進行了一部制電價和兩部制電價的算例分析，通過測算驗證了實時定價機制的可行性。實時電價作為一種新的電價機制有利于優化用戶的負荷曲線，降低峰谷差，同時也有助于新能源消納，節能減排，是有助于社會可持續發展的。

實時電價；供需均衡定價機制；價格傳導

隨著中國電力市場化改革和智能電網建設地不斷推進，中國也將逐步從政府管制的固定電價制度向遵循市場規律的實時電價制度轉變。實時電價制度與中國現行電價制度的主要區別是實時電價能反映各個時刻電力供應與需求平衡量-成本-策略等的變化關系，通過價格反映市場均衡情況，并引導用戶合理用電，調節負荷曲線，提高電網設備的利用率和發電效率。因此，探討適合中國未來電力市場及堅強智能電網發展的實時電價機制是十分必要的。

智能電網的發展與需求側管理密不可分，其中需求響應是需求側管理的一個重要方面，主要是通過價格激勵的方式調節用戶的用電行為，進而提高電網的穩定性[1]。因此，電價也成為電力市場中一個重要的研究內容。目前國際上主要的電價機制有固定電價、階梯電價、分時電價和實時電價四種[2]。其中，分時電價與實時電價有較密切的聯系，但實時電價與分時電價最大的不同在于其電價不是預先設定的，而是根據當前市場供需情況以及成本變動實時波動的，也就說實時電價是一種可以將批發市場和零售市場價格緊密結合，反映電力市場真實供需情況的一種電價定價方法[3]。實時電價是在邊際成本理論的基礎上建立的，各個時刻的價格受天氣、系統運行等多個不確定性因素影響，是一個與時間和電力系統許多隨機變量有關的函數[4]。合理的電價設計，應該考慮兩個方面：一是在供應側能反映生產成本，二是在需求側能反映用電特性。其中以供應側為基礎的實時電價模型以發電商的發電成本最低為目標，綜合考慮了電力系統運行的各項約束，多基于最優潮流進而建立模型[5]。隨著關于實時電價制度研究的不斷深入，實時電價制度研究從發電側拓展到了需求側，以博弈論為基礎，建立了綜合考慮電網公司和電力用戶利益的定價模[6]。實時電價制度的推廣不得不兼顧電網的收益，因此一部分國外研究站在企業的角度，以利潤最大化為目標函數建立了實時電價模型[7][8]。同時為了達到對負荷曲線削峰填谷的目的，提高電力系統的穩定性，有的研究以負荷曲線改善作為目標函數建立了定價模型[9]。實時電價波動必定會給供電商帶來風險，為了進行有效的風險管理，在條件風險價值(CVAR)法的基礎上，以供電商購售電效用最大化為目標，建立了不同風險喜好供電商的最優購電組合決策模型，權衡了實時電價背景下的利潤和風險[10]。國外一些用戶經常采用試點的方式對實時電價進行評估，分別從電費、負荷率、二氧化碳釋放量等角度進行[11]，進而利用這些反饋為模型優化提供借鑒。同時，實時電價政策的推行必須依賴于智能電表的安裝，智能電網建設將會成為實時電價政策的堅強基礎[12][13]。

以上國內外研究成果從各個角度對實時電價進行了研究，但立足于中國當前電力市場發展現狀及未來發展趨勢的相關研究還不夠深入。本文將結合中國電力體制改革，在智能電網建設不斷取得突破的基礎上，建立基于電力市場供需平衡關系的實時電價定價模型，并根據科學測算的案例結果對我國未來實時電價的定價機制提供合理化建議。

一、中國電力市場改革現狀及未來發展趨勢

伴隨著《關于進一步深化電力體制改革的若干意見(中發〔2015〕9號)》中的“三放開，一獨立，三加強”的改革重點和路徑的提出：有序放開輸配以外的競爭性環節電價，有序向社會資本開放配售電業務，有序放開公益性和調節性以外的發用電計劃；推進交易機構相對獨立，規范運行；繼續深化對區域電網建設和適合我國國情的輸配體制研究；進一步強化政府監督，進一步強化電力統籌規劃，進一步強化電力安全高效運行和可靠供應，中國電力市場改革步入了新的發展階段。

未來，居于兩側的發電側和售電側將逐步放開，交由市場競爭。發電層側將從原有的政府規定的固定標桿上網電價逐步過渡到采用能夠反應發電企業發電成本的競價上網策略，發電側與需求側的雙邊聯動，直接地反應了價格與供需之間的制衡關系，形成售電市場競爭。在售電環節方面，電網公司憑借多年的電力交易和調度經驗，可以組建售電公司參與售電市場競爭，并提供保底供電服務，保證社會供電的穩定性。中國近幾年間的電力形勢已經發生了較大變化，多元化的電力市場體系已經形成。現在國內電力水平充足，但負荷曲線峰谷差依舊較大，因此，加強需求側管理，利用電價手段將負荷曲線平緩化，將有利于提高電力系統運行的效率和穩定性，并且可以間接提升可再生能源的消納能力。到目前為止，電網公司仍然是傳統電力市場中最重要的主體之一，市場化改革之后，在售電業務上依舊有較大優勢，為了加強在售電市場競爭力，可以改變原有的固定電價模式，嘗試實時電價機制，通過市場供需關系確定電價，并且利用價格手段調整負荷曲線，向智能電網不斷邁進。

本文主要立足于發電側和售電側逐步放開的基礎上，基于供需平衡建立實時電價模型。這種電力市場模式如圖1所示，主要特點如下：

(1)發電側逐步放開，各個獨立發電商通過交易中心進行競價上網，上網電價通過報價、競價的形式確定。

(2)輸電、配電不分開，統一由電網公司進行經營管理。

(3)在售電側，電力用戶的銷售電價實行實時電價，售電公司根據發電側上網電價的報價情況通過智能電表對電力用戶發布實時電價信息，用戶可參考實時電價進行最優的用電選擇。

圖1 電力市場模式示意圖

二、基于市場供需均衡的實時電價模型

模型主要從電網公司未來成立獨立售電公司參與售電競爭的角度出發，根據市場供需均衡，開展實時電價定價機制的探究，逐步實現發電側與需求側雙邊聯動。電網公司結合用戶負荷曲線的歷史數據，將一定階段內的負荷歷史數據進行平均確定出第二天分配給用戶相當于其正常平均用電水平的基數用電量CBL(customer baseline load)，典型CBL曲線的形狀如圖2所示。

圖2 CBL曲線

電網公司公布CBL后，告知所有參與競價上網的發電商。各個發電商根據電網公司發布的第二天的CBL的情況，并結合對負荷狀況的預測及自身特點確定第二天的電力報價狀況，電網公司匯總所有發電商提供的報價狀況，確定出第二天的電力供給函數和電力供給曲線。假設該電力市場參與競價上網的發電商共有n個，第i個發電商第二天提供的電量報價函數為Qi=fi(p)。其中Qi為第i個發電商提供的電量；p為上網電價，是一個變量；fi為第i個發電商提供的報價函數。該電力市場參與競價上網的發電商共有n個，則電網公司可以確定出第二天該電力系統的總電力供給函數表示為式(1)，該函數的形狀如圖3所示。

圖3 (t+1)時段電力系統的電力供給函數

假設在電力傳輸過程中不存在電量損耗，即發電側的上網電量與用戶側的用電量完全相等，則電網公司可使用第二天的電力供給函數與CBL匹配，得出各個時段的實時電價水平。在第二天各個時段，電網的電量供給和需求必須實時平衡，則根據供求平衡的均衡條件可以求解出各個時段的實時電價p0(t)。如圖4及以下公式所示。

式中，QS代表供應電量；QCBL代表基數用電量即需求量。

圖4 電力系統各個時段上網電價求解示意圖

根據實時上網電價，通過發電側的成本傳導可以確定出用戶側的實時銷售電價。用戶側銷售電價的成本傳導過程如圖5所示。

在通過供求平衡及成本傳導的計算確定出第二天各個時段的實時電價水平后，電網公司在每天下午4:00公布第二天各個時段的實時電價水平。第二天根據CBL和不同時段的實時電價水平計算用戶的電費支出。

圖5 成本傳導機制示意圖

以上是基于一部制銷售電價的實時電價確定方法，如果在用戶側實行兩部制銷售電價，則必須保證收取的電費能夠回收購電成本等各項成本、扣除應繳納稅款的基礎上獲得國家規定的收益水平。因此，一部制銷售電價和兩部制售電價格之間的關系如等式(3)，利用此關系確定兩部制實時電價水平。

式中，R表示供電企業的收益，Q表示供電企業當月的售電量(在不考慮線損的情況下也等于從發電廠購買的電量)，P1表示一部制銷售電價水平，P0表示供電企業從發電廠的購電價格水平，A表示供電企業應繳納的稅款，P2表示兩部制銷售電價的電量電價水平，M表示電力用戶的變壓器容量，λ表示兩部制電價的容量電價水平。

在本文的算例分析中，選取某典型工業園區進行測算。在測算與分析中分別按照一部制和兩部制電價進行實時電價機制的測算，并對比分析了測算的結果。

三、算例分析

(一)基礎數據

在測算中，分別針對銷售側實時電價實行一部制和兩部制實時電價分別進行測算。

1.一部制實時電價基礎數據

在上網側和銷售側均施行一部制電價政策為例進行分析。選取某典型工業園區進行測算，該地區針對工業用電的一部制銷售電價為0.65元/kWh。根據歷史數據，該工業園區各個時段的歷史平均負荷數據(根據過去一定時間段的負荷狀況求平均得到)作為預測的工業園區第二天的負荷需求，即CBL，如表1和圖6所示。

表1 某工業園區的歷史平均負荷(MWh)

圖6 該工業園區的負荷預測狀況

在算例分析中，假設實施實時電價后，工業園區用戶的負荷波動受價格彈性的影響，其中價格彈性包括自價格彈性和交叉價格彈性兩部分，實時負荷與彈性和價格的關系如式(4)，測算的假設數據如表2所示。

式中，i表示時段數；yi為時段i的初始負荷；y(i)為實時電價實施后時段i的實時負荷；pi為時段i的初始電價；p(i)為時段i的實時電價；e1和e2分別表示價格自彈性系數和交叉彈性系數。

表2 該工業園區的電力價格彈性

假定電網公司收集匯總的第二天各發電公司的報價狀況如表3和圖7所示。

表3 該電力系統的電量供給狀況

圖7 電力系統的報價狀況

2.兩部制實時電價基礎數據

在上網側施行一部制競價上網、銷售側收取兩部制電價時，用戶的容量電價是按照規定標準每月收取、不隨時間而變動的，因此實時電價是指電量電價。

算例分析中，仍以上工業園區的數據進行測算。假設該工業園區安裝的是一臺容量為12.5MVA的大型變壓器，該地區針對大工業用電的兩部制電價標準為：容量電價按照變壓器容量收取，標準為25元/kVA/月，電量電價為0.6元/kWh。該工業園區第二天的用電量預測狀況如表1，在算例分析中，該工業園區對電價的價格彈性見表2，電網公司收集匯總的第二天各發電公司的報價狀況見表3。

(二)一部制實時電價計算結果及分析

根據電力系統的電量供給狀況和表1所示的歷史平均負荷作為基準負荷(CBL)，可以根據“市場供需均衡價格指數定價機制”確定出第二天針對該工業園區不同時段的實時電價，如表4和圖8所示。

表4 該工業園區一部制實時電價表 (元/kWh)

圖8 該工業園區的一部制實時電價

通過假設的用戶價格自彈性和交叉彈性可以計算得出高、中、低彈性下該工業園區實施實時電價政策后的負荷狀況。高彈性下的負荷狀況如表5和圖9所示。

表5 高彈性下該工業園區的用電量情況(MWh)

圖9 高彈性下實時電價對用戶負荷曲線的影響

從表6和圖9可以看到，實行實時電價政策后，該工業園區的尖峰負荷降低、低谷負荷增高、峰谷差減小、負荷率升高，電力系統的負荷曲線得到了改善。并且實時電價提高低谷負荷作用比較顯著，說明實時電價政策“填谷”的效果大于“削峰”。增加夜晚低谷用電量，有利于提高晚上風電等新能源的利用率，促進新能源消納，有利于節能減排和優化能源結構。圖10展示高、中、低彈性下該工業園區的負荷變化情況。

圖10 不同彈性系數下一部制實時電價對用戶負荷的影響

不同電力價格彈性系數下用戶的負荷狀況變化分析對比結果如表6和圖11所示。

表6 實行一部制實時電價后該工業園區的負荷變化情況

圖11 不同電力價格彈性下用戶負荷曲線變化情況

通過圖11的對比可以看到，用戶的電力價格彈性不同，實時電價政策的效果也不同，用戶的價格彈性越大，對電價的變動越敏感，實時電價政策的實施效果越顯著。

綜上所述，實時電價可以幫助電力系統優化負荷曲線，實現減小峰谷差、提高負荷率的作用，并且從環保方面，也有利于新能源消納和節能減排，是符合社會可持續發展的。但是，在嘗試推廣實時電價政策的過程中，必須充分考慮用戶對電力價格響應彈性等特點有針對性地逐步推行，從而使這一政策發揮更大的作用。

(三)兩部制實時電價計算結果及分析

根據電力系統的電力供給狀況和該工業園區的歷史平均負荷狀況(即CBL)，并結合兩部制電價的特點，可以確定出第二天針對該工業用戶不同時段的實時電價(即電量電價)，如表7所示。

表7 該工業用戶的兩部制實時電量電價表 (元/kWh)

通過假設的用戶價格自彈性和交叉彈性可以計算得出高、中、低彈性下該工業園區實施兩部制實時電價政策后的負荷變動狀況，如圖12所示。

圖12 不同彈性系數下兩部制實時電價對用戶負荷的影響

不同電力價格彈性系數下用戶的負荷狀況變化分析對比結果如表8所示。

表8 實行兩部制實時電價后該工業園區的負荷變化情況

(四)計算結果對比分析

結合上述一部制實時電價和兩部制實時電價的算例，以用戶對電價彈性的高方案為例，一部制實時電價和兩部制實時電價的實施效果對比分析結果見表9所示。

表9 一部制和兩部制實時電價實施效果比較

圖13 高彈性下一部制和兩部制實時電價負荷曲線指標比較

由圖13可以看到，與一部制實時電價相比，兩部制實時電價可以更好地改善負荷曲線。而且，兩部制實時電價中的容量電費部分相對固定，電價的波動帶來的風險相對較小，降低了用戶、售電公司等相關利益者的利益風險。因此，在嘗試推廣實時電價政策的過程中，必須根據各主體的風險承受能力有針對性地分別采用一部制實時電價或兩部制實時電價政策。對于固定成本較大的大型工業企業，應當采用電費波動風險較小的兩部制實時電價政策，從而降低實時電價政策的政策性風險。

四、結論

本文結合中國電力市場的改革方向，前瞻性地研究了未來發電側及售電側放開的情景下的實時電價定價機制。文章提出了基于電力市場供求平衡關系定價的“市場供需均衡價格定價機制”，并結合某工業園區的實例，對機制的實施效果進行了理論測算，驗證了機制的可行性。通過研究，取得了如下結論：

1.實時電價政策可以更好地反映出電力市場的供需關系，相比傳統的固定電價政策可以更好地促進資源的優化配置。但是實時電價的定價、發布、電費計量、信息傳輸與匯總都必須依賴智能電網的建設，因此實時電價政策的試點和推廣必須有堅強智能電網作為基礎。

2.按照本文提出的實時電價機制，通過測算，實時電價政策可以改善電力系統的負荷曲線，起到減小峰谷差，提高負荷率的作用。

3.分析結果表明，用戶的電力價格彈性不同，實時電價實施效果不同。用戶的價格彈性越大，對電價的變動越敏感，實時電價政策的實施效果越顯著。因此，在推廣實時電價政策的過程中，必須充分考慮用戶對電力價格響應彈性等特點有針對性地逐步推行，從而使這一政策發揮更大的作用。

4.分析結果表明，一部制實時電價政策和兩部制實時電價政策的實施效果存在一定差別。與一部制實時電價相比，兩部制實時電價可以更好地改善負荷曲線。而且，兩部制實時電價中的容量電費部分相對固定，電價的波動帶來的風險相對較小。因此，在推廣實時電價政策的過程中，優先選擇兩部制實時電價。

[1] 王蓓蓓，李揚，高賜威．智能電網框架下的需求側管理展望與思考[J]．電力系統自動化，2009(20)．

[2] 殷樹剛，苗文靜，拜克明．準實時電價策略探析[J]．電力需求側管理，2011(1)．

[3] 王冰，郝豫．電力實時定價機制的發展歷程及其制約因素探析[J]．外國經濟與管理，2006(8)．

[4] 曹昉，韓放，楊以涵．實時電價的意義與實現[J]．電網技術，1995(10)．

[5] 周明華，徐敏．基于最優潮流的實時電價及其算法研究[J]．繼電器，2006(21)．

[6] 曾紹倫，任玉瓏，李俊.基于博弈論的分時電價模型及其仿真[J]．華東電力， 2007(8)．

[7] Meysam Doostizadeh，Hassan Ghasemi.A day-ahead electricity pricingmodel based on smart metering and demand-side management[J] ．Energy，2012(1)．

[8] Marco Zugno，Juan Miguel Morales， Pierre Pinson， Henrik Madsen．A bilevel model for electricity retailers’ participation in a demand response market environment[J].EnergyEconomics，2013(36).

[9] 吳秋偉，汪蕾，鄒云．基于DSM和MCP的分時電價的確定與分析[J]．電力需求側管理，2003(1)．

[10] 張欽，王錫凡，王建學.需求側實時電價下供電商購售電風險決策[J]．電力系統自動化，2010(3)．

[11] Anders Nilsson，PiaStoll,Nils Brandt．Assessing the impact of real-time price visualization on residential electricity consumption，costs, and carbon emission[J]．Resources，ConservationandRecycling，2015(10)．

[12] 殷樹剛，張宇，拜克明.基于實時電價的智能用電系統[J]．電網技術，2009(19)．

[13] 高英南．智能互動終端可行性及其發展展望[J]．電力需求側管理，2011(2)．

(責任編輯：李瀟雨)

The Study of Real-time Pricing Mechanism Based on the Balance of Market Supply and Demand

HE Yong-xiu, LI Xin-min

(School of Economics & Management, North China Electric Power University，Beijing 102206，China)

With the development of the China′s market-oriented reforms and the smart power grid′s construction, the power market of China needs a new pricing mechanism which could adapt to the development need. For realizing the interaction between the price of generation side and sale side, this paper proposes a real-time electricity pricing mechanism based on the balance of supply and demand under the background of electric power system reform. And it takes a typical industrial park as an example, verifying the feasibility of this mechanism. The real-time pricing mechanism, as a new electricity pricing mechanism, can optimize the user's load curve and reduces the peak valley difference. And at the same time, it will also be helpful for new energy consumption, energy saving and emission reduction and contribute to the sustainable development of society.

real-time electricity price; pricing mechanism based on the balance of supply and demand; cost transmitting

2016-07-08

何永秀，女，華北電力大學經濟與管理學院教授；李欣民，女，華北電力大學經濟與管理學院碩士研究生。

F407.61

A

1008-2603(2016)05-0048-07