电力市场下可中断负荷管理与定价研究

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1、电力市场下可中断负荷管理与定价研究【摘 要】可中断负荷管理是电力市场环境下需求侧管理的一项重要组成部分，可以刺激和鼓励用户改变消费行为和用电方式，达到削峰填谷改变负荷曲线的目的。本文首先收集整理了近几年来国内外可中断负荷管理研究领域的成果及经验，对可中断负荷做了概述。然后对可中断负荷成本效益进行了综述，分析了提前通知时间、停电持续时间、停电发生时间、缺电比率等因素对可中断负荷成本的影响，介绍了可中断负荷对提高可靠性、消除价格尖峰和减少运行费用的贡献。同时阐述了实施可中断负荷对用户、电力企业和社会带来的经济效应并举例说明。由于可中断电价的确定是实施可中断负荷管理的核心，最后在可中断电价约束条件的

2、基础上，利用等微增率准则，重点分析了可中断电价设计模型，并通过对杭州市典型用户调查数据的模拟运算，验证了该模型的正确性和可操作性。关键词：电力市场；可中断负荷管理；可中断电价【Abstract】Interruptible load management(ILM) is an important composition of demand-side management ,especially in power market.It can stimulate and encourage users to change their consumer behaviors and the way of

3、 electricity consumption in order to cut peak and fill valley and shift the load curve. Firstly,this paper summarizes the results and experience of research field of ILM at home and abroad.And then, the effects of several important factors on interruption cost are summarized,including the advanced n

4、otification time,the interruption duration,the interruption time and outage ratio. The contribution of interruptible load to system reliability,eliminating peak price and ,reducing operation expense are also described.The paper tells the the cost and benefit that ILM brings to user，Power supply ente

5、rprise and society ,and give examples.As interruptible price is the key of implementing ILM,on the foundatinn of constraint condition and equal incremental rate criterion,it mainly analyzes the designing model of interruptible price.We have studied the Hangzhou ILM model.The computational simulation

6、 of a typical user survey data verified the correctness and feasibility of the model.Key words: power market; interruptible load management(ILM) ; interruptible price 目录第一章引言11.1选题的背景11.2选题的意义11.3研究现状21.4本文研究的内容2第二章可中断负荷管理概述32.1可中断负荷概述32.1.1可中断负荷介绍32.1.2实施可中断负荷管理的意义42.2国际上研究和应用52.2.1美国52.2.2加拿大魁北克水电

7、公司52.2.3意大利国家电力公司62.3我国可中断负荷应用62.3.1我国实施可中断负荷的现状62.3.2我国实施可中断负荷有待解决的问题7第三章可中断负荷成本效益评价研究93.1可中断负荷的成本效益93.1.1可中断负荷成本93.1.2可中断负荷的效益123.2各方实施可中断负荷的成本效益分析133.2.1用户的成本效益分析133.2.2电力企业的成本效益分析143.2.3社会效益分析153.3算例15第四章可中断电价的确定184.1可中断电价概述184.1.1可中断电价定义184.1.2可中断电价的约束条件184.2可中断电价设计194.2.1用户缺电成本函数的确定194.2.2等微增率

8、原理204.2.3用等微增率确定缺电成本和可中断负荷244.2.4补偿支付与电价的确定254.2.5用户负荷中断方案的确定264.2.6仿真算例27第五章结论30致谢31参考文献32附录 可中断电价编程33第一章引言1.1选题的背景在我国电力的发展道路上，绝大部分时间都是处于缺电状态，电力企业特别是供电企业积累了丰富的负荷控制经验。在我国传统的电力垂直垄断经营模式下，“切负荷”、“拉闸限电序列”等计划经济的行政式负荷调控手段的实施也确实为缓解电力供应紧张起到过一定的作用，但以往的负荷控制更多的是行政性、指令性和单方面的，广大电力用户只能服从。显然，这与建立社会主义市场经济的要求是不相适应的。在

9、目前我国电力市场环境下，消费者逐渐的成熟与理性，再沿袭过去的行政式的切负荷管理模式，必然导致停电带来的大量的经济纠纷，因此，采用可中断负荷等市场化的需求管理手段呼之欲出1。从2002年下半年开始，我国部分地区出现缺电情况，2003年缺电范围进一步扩大，形势也愈发严峻。经国家电监会供电监管部核实，2003年夏季，我国共有18个省份(山西、河北南网、蒙西电网、江苏、浙江、上海、安徽、福建、河南、湖北、湖南、四川、重庆、广东、云南、贵州、宁夏、青海)出现电力紧缺。但是，缺电的性质不尽相同，有些省区属于“硬缺电”，即尖峰期缺电，非尖峰期也缺电；而有些省区则属于季节性、时段性缺电，主要是尖峰期缺电。对于

10、第二种情况，采用可中断负荷是一种简单易行而又效果不错的解决途径。在2003年我国严重缺电时期，江苏、河北两省采取了有益的尝试，在切负荷的基础上给予被停电用户一定的经济补偿，但是对于客户的停电意愿还考虑不够充分。可中断负荷在我国的推广和实施具有很好的经济效益和社会效益，但是目前缺乏相关的理论指导和实行中的一些配套的条件和机制。从长期来看，随着国民经济的发展和产业产品结构的调整，电力最高负荷增长很快，峰谷差逐年拉大，供电负荷率也呈下降的趋势。对于不断增长的尖峰负荷，传统的解决方式为增加电源的建设，但这种方法不仅投资较大，而且见效慢，同时，负荷曲线中占高峰负荷95以上的部分年累计持续时间只有几十个小

11、时，专门建设发电机组对其进行调峰也是非常不经济的。另外的方法就是电力需求侧管理(DSM)，它是综合资源规划(IRP)的重要内容，通过各种价格、技术手段，引导用电侧的需求，以达到降低尖峰负荷、调节负荷曲线的目的，可中断负荷即为一种较为可行的重要措施。1.2选题的意义实施可中断负荷是需求侧管理(DSM)的重要组成部分，电力需求侧管理是资源合理开发和有效利用的重要手段，对促进经济、能源、环境的可持续发展具有重要的作用。由于全球范围内的能源紧缺以及日益增强的环保压力，越来越多的国家和能源组织开始重视DSM工作的开展。从各国电力工业发展的规律来看，随着经济的发展及人民生活水平的提高，用电结构的变化，必将

12、出现高峰电力负荷增长大于用电量增长的状况，从而导致电力负荷峰谷差加大、负荷率降低、发电设备利用小时数下降、发电煤耗增加、发电成本上升、电网调峰困难、供电可靠性下降、高峰时段拉闸限电等一系列问题。因此，加强电力需求侧管理，实施可中断负荷等措施就显得尤为重要，利用价格机制，引导电力消费，缓解电网峰谷差矛盾是我国今后的一项重要工作。总结我国多个省(区)市曾经出现过的电力供应紧张情况，我国政府和电力部门应该将可中断负荷列为今后电力发展的重要工作。在我国，可中断负荷措施还处于探索阶段，目前以江苏省和河北省为试点所实施的可中断负荷，仍然处于较低的水平，其主要目标停留在缓解电力供应矛盾和保障电网安全稳定运行

13、上，管理手段多采取一些行政措施，不符合市场运作规律。在电力市场环境下，作为消费者的用户负荷的切除需要事先拟定的合约得到一定的补偿，同时合理地应用可中断负荷不仅有利于用户和电力企业而且具有节能和环保的意义。因此，电力市场下可中断负荷管理与定价研究对于指导我国可中断负荷措施合理有效的实施具有重要的理论及现实意义。1.3研究现状可中断负荷管理及可中断电价手段，在许多国家已经得到了广泛的应用，并取得了较为可观的调荷效益，电力企业和用户都可从中获益。如韩国采用全国GDP总用电量和某产业GDP该产业用电量来估算停电损失，从而确定可中断负荷电价的宏观经济方法；香港地区利用已知信息，如以前的停电损失、通货膨胀

14、率、税率等来预测以后停电损失，确定可中断电价；英格兰-威尔士电力市场于1995年就率先采用需求侧报价DSB(Demand Side Bidding)形式，大的工业用户可以在日前电力市场对削减的负荷容量进行报价2。在我国，可中断负荷管理和可中断电价研究工作刚刚起步，尚未见到相关成熟的研究资料及成果报道。我国工业用电一直占全社会用电量的70以上，全国性缺电局面尤其是缺峰荷电力现象更是在近几年显得非常突出，故我们更应该借鉴国外成功经验，研究和实施符合我国实际的可中断负荷方式。1.4本文研究的内容可中断负荷成本效益分析。成本效益分析是可中断电价研究的一个重要组成部分，研究可中断负荷对用户、供电企业和社

15、会的经济效益。同时对可中断负荷定价进行研究，建立的数学模型和可中断管理模式。第二章可中断负荷管理概述2.1可中断负荷概述随着市场观点逐渐引入电力系统，系统对需求侧的观点也发生改变。用电方不再是物理意义上的负荷而是作为消费者的用户，中止这样的服务不是单纯的拉闸限电而需要给予用户一定的补偿。系统运行对需要对用户侧的负荷特性、用电效益、停电意愿等加以考虑，这促使电力系统引入需求侧管理。需求侧管理的引入受到了世界各国政府和社会普遍关注，目前有30多个国家正在采取措施系统地开展此项工作。需求侧管理基本类型包括削峰、填谷、负荷转移、战略性节电、战略性负荷增长。从对负荷影响的角度，可以分为两个基本类型：削峰

16、和填谷。可中断负荷是削峰的主要手段，对负荷侧管理的实施有着重要的作用。统计表明，负荷曲线中占高峰负荷95以上的部分，其年累计持续时间只有几十个小时，在当前用电负荷峰谷差逐年拉大的形势下，削减这5的尖峰负荷，对缓解用电高峰时期电力供需矛盾、减缓发电装机容量及提高机组利用率将起到极大的作用。在这里，提出通过对部分用户采取可中断负荷措施，削减尖峰负荷，起到推迟电源建设的作用。2.1.1可中断负荷介绍可中断负荷是用户与电力公司签订可中断负荷协议，在系统用电高峰时期的固定时间内或在电力公司要求的任何时间内，减少他们的用电需求，根据主动让电期间所产生的经济损失得到适当补偿。可中断负荷是需求侧管理(DSM)

17、技术手段、经济手段和政策手段的综合利用。从综合资源规划的角度看，也可以将可中断负荷看作一种电力资源。可中断负荷措施不但可以降低电网峰荷，还可以降低用户变压器的装置容量。它特别适合可以放宽对供电可靠性苛刻要求的那些“塑性负荷，主要应用于工业、商业、服务业等，如有工序产品或最终产品储存能力的用户，可通过工序调整改变作业程序来实现避峰；有能量(主要是热能)贮存能力的用户，可以利用贮存的能量调节进行避峰；有燃气供应的用户，可以燃气替代电力躲避电网尖峰；那些用电可靠性要求不高的用户，可通过减少或停止部分用电避开电网尖峰，等等。显而易见，可中断负荷是一种有一定准备的停电措施，由于这种电价偏低或给予中断补偿

18、，有些用户愿意以较少的电费开支降低有限的用电可靠程度。它的削峰能力和终端效益，取决于用户负荷的可中断程度和这种补偿双方不低于用户为避峰所支出的费用。负荷需求的减少可以通过用户自己安装的需求限制器实现，或者电力公司发出控制信号来中断用户的部分用电设备。它是为电网的调峰及其它负荷曲线调节而提供的一种负荷管理措施，以提高系统的可靠性和安全性。电力公司与用户之间事先签订可中断合约，合约内容包括可中断的负荷量、中断时间、可中断电价或补偿、提前通知时间及违约惩罚等。其中可中断电价的制定是实行可中断负荷的关键。作为电力需求侧管理(DSM)的重要组成部分，可中断负荷管理利用用户的用电灵活性，来缓解负荷高峰时的

19、供电紧张情况，以避免或减少昂贵的旋转备用和满足用电需求增长而需要的发电容量投资。2000年的美国加州电力危机使人们重新认识到可中断负荷作为一种电力可靠性资源在市场环境下的巨大潜在价值，它正从传统的管制型行为转化为参与者在市场环境下的自愿行为，并且将成为供电公司改善竞争能力的有效工具。2.1.2实施可中断负荷管理的意义实施可中断负荷不仅是解决用电高峰期电力供需矛盾问题的重要途径之一，而且可以促进电力行业的可持续发展，因此，具有较强的现实意义和长远意义。具体说来，推广实施可中断负荷的意义主要体现在以下方面：第一，可以在一定程度上缓解用电高峰期电力供需矛盾，减少电力紧缺所带来的经济损失和社会影响。可

20、中断负荷通过一种较为简便、快捷、有效的方式解决电力供应不足时所产生的负荷缺口，它不仅克服了建设发电机组周期较长的缺点，还可以灵活地控制中断负荷量的大小，实施方便，效果明显。在实施可中断负荷的过程中，通过电网公司与中断用户的信息互动，可以最大程度的降低缺电损失。同时，可中断负荷的实施对象主要集中在少数大工业用户，从而保证了居民等大部分用户的供电水平，因此，可以减少电力供应不足所带来的社会影响。第二，可以实现电力资源以及社会资源的优化配置，保证电力行业的长远持续发展。可中断负荷是需求侧管理的重要手段之一，而需求侧管理是综合资源规划的重要组成部分。实施可中断负荷通过对用户的用电方式进行合理的引导，减

21、少或推迟了发电机组的投资，实现了整个电力系统资源以及社会资源的优化配置，从而保证了电力行业的可持续发展。第三，可以引导用户侧科学、合理用电，提高全社会的用电水平。可中断负荷提供了一种使用户对供电方式进行选择的机制，即用户可以选择在用电高峰期继续用电(辅以较高的电价)，也可选择在高峰期按要求中断用电，以获得电费支出的降低。因此，这种机制可以引导用户根据自己的生产特点和要求选择用电方式，以更加科学、合理的用电。同时，可中断负荷带来电网高峰负荷的降低、负荷曲线的平稳，提高了全社会的用电水平。第四，采用可中断负荷的方法解决缺电问题，顺应了电力工业市场化改革的要求，体现了电力体制的进步。过去在解决电力工

22、业发展中的问题时，往往侧重于采用行政手段。例如，在电力供应不足时，对用户进行指令性的拉闸限电，而用户因缺电所造成的损失基本由自己承担。实施可中断负荷，考虑到用户的可接受程度以及对其缺电损失的适当补偿，体现了由行政手段向经济手段的转变，是顺应电力工业市场化改革的要求，并促进其发展的重要举措。2.2国际上研究和应用可中断负荷的研究在国外已经进行了十几年，可中断负荷措施己广泛应用于诸如冶金、水泥、造纸和纺织等工业用户。可中断负荷合同是DSM的一项经济措施，它使电力公司和用户均受益。电力公司通过可中断负荷合同在电网高峰负荷时段，对用户的部分负荷实施中断，这样，可减少调峰备用容量和运行成本。而用户通过可

23、中断负荷合同可得到优惠电价和优惠服务。下面来介绍一些国家（地区)实施可中断负荷措施的情况3。2.2.1美国美国加州电力市场改革时引入可中断负荷合同，由独立系统运行员(ISO)和用户按月签订负荷中断协议，以实际的中断电量和合同价格结算。美国纽约电力市场使用可中断负荷管理更为灵活，用户不仅可以与ISO签订可中断合同，还可以参与同前现货市场或运行备用市场。2.2.2加拿大魁北克水电公司加拿大Alberta电力库采用拍卖的方法，能提供1MW和1MW以上负荷削减的用户上报削减负荷和价格，电力库和报价成功的用户按月签订固定补偿价格合同，并根据运行情况决定负荷削减方案。加拿大魁北克水电公司选择可中断计划来转

24、移负荷高峰日的负荷。在这种计划下，一些大的工业用户(5000kW及以上)根据魁北克水电公司的要求在负荷高峰时段应减少他们的负荷需求。这样，魁北克水电公司就避免了新建机组和调峰操作，否则在这种情况下将需要使用燃气轮机。作为回报，用户获得折扣。用户可以在魁北克水电公司的可中断供电计划中选择最适合他们的项目。用户可以从一个“菜单”上选择三项内容：频度、持续时间和中断次数。这项计划的削峰量达到近1300MW。在两种极端情况下，用户可以选择一年中的中断时间的长短，或者选择中断次数多但每次中断时间短的方式。通知时间是提前18小时。如果电力系统情况发生变化，那么在开始实施可中断计划的3小时前可以取消中断通知

25、。如果用户违约，折扣将减少，减少量与违约的数量和持续时间成正比。2.2.3意大利国家电力公司(1) 可中断供电意大利国家电力公司通过与高、中压用户签订可中断供电合同，以减少其电力需求。这项措施可用于需求超过3000kW，且至少可中断1000kW的大工业用户。每年的中断供电时间总计不超过30天。完全中断至少不超过15天，另外的15天只能中断50%，每天最多中断8小时，每次中断之间相隔至少3小时，一般是4小时。参与这项措施的用户享受年电费的25%折扣。中断当天，再增加相当于月电量5%的折扣。必须参与的用户是炼金，化工及水泥等行业。实施计划结果显示总计峰荷可中断2221kW，其它时间可中断2376M

26、W。(2)“定时中断供电”条款对大工业用户采取特殊电价，即“冬季定时中断供电”，这样可以有计划地减少峰荷需求。这项基于自愿的措施要提前几个月签订合同，最长可达3年。2.3我国可中断负荷应用2.3.1我国实施可中断负荷的现状2004年5月，国家发改委、国家电监会共同印发了加强电力需求侧工作的指导意见(以下简称意见)的通知。意见指出，在进行负荷管理方面，各省(区、市)政府有关部门应制定积极的经济建设政策，引导用户移峰填谷、合理用电，并明确指出把研究可中断负荷作为一项经济政策实施。意见还指出，要按“先错峰、后避峰、再限电、最后拉路”的原则，结合国家产业政策，做到错峰、避峰负荷定企业、定设备、定容量、

27、定时间，保证重要负荷和人民生活(负荷管理的内容)用电的需要。当用电需求超过电网供电能力时，电网经营企业要按政府批准的拉限电序位表实施拉闸限电，并事先通知电力用户。实践证明，可中断负荷管理能够遵循以上原则，不仅有效实现错峰、避峰，而且依照用户与电网经营企业事先签订的合同和电价优惠政策，可以有计划、有目的的进行中断，同时避免了因中断负荷引起的矛盾和法律纠纷4。在2003年开始的电力供应严重不足的情况下，我国许多省市通过实施电力需求侧管理(DSM)，来缓解用电高峰的电力缺口。其中河北省和江苏省采取了有益的尝试，在切负荷的基础上，给予被停电用户一定的经济补偿，但是对于用户的停电意愿考虑还不够充分。虽然

28、可中断负荷在我国的推广和实施具有很好的经济效益及社会效益，但是目前缺乏相关的理论指导和实行中的一些配套的条件和机制。为缓解电力供应紧张形势，河北省充分发挥现有电力资源的潜力，于2003年出台了河北省实施可中断负荷补偿办法(试行)。该办法规定，自2003年开始，在河北省南网夏季用电晚高峰季节，即7月1日至8月31日期间，根据电网调峰需要，实施可中断负荷管理及补偿办法，鼓励用电大户结合企业生产实际，在对企业生产和效益影响不大的情况下，自愿中断用电，对中断负荷企业给予适当经济补偿。参加可中断负荷企业的条件是：本着自愿中断的原则，可中断负荷企业用电容量一般应在2万千瓦及以上，必须在确定的时间段内按照要

29、求中断负荷。河北省参加可中断负荷企业的名单，将由省经贸委会同省电力公司最终审定。可中断负荷补偿标准和办法规定，凡经审定参与可中断负荷，并按要求实施了负荷中断的企业，可以获得适当补偿：每1万千瓦累计停l小时补贴1万元。补偿资金暂从省三电资金中列支。可中断负荷实施和管理方面，将由省电力公司调度通信中心及各市电力调度通信中心至少在中断负荷前1小时通知中断负荷企业，并根据电网负荷情况滚动安排企业中断负荷，并尽可能减少中断负荷企业的中断次数，把对企业的影响降到最低。违反中断负荷规定，不执行电力调度中断命令的企业，按该企业违约RTLI(负荷检测记录值)乘以3至5倍需量电价计算款额进行处罚。在实施可中断负荷

30、期间，若出现不符合条件的限电和供电情况，不能给予补偿。为了缓解用电高峰期的电力缺口，江苏省采取了可中断负荷、削峰填谷等多种措施。2003年全省最大错峰限电达350万千瓦，基本做到只限电不拉电，确保电网安全稳定运行和居民生活、重要生产用电。江苏省经贸委曾于1999年开始进行电力需求侧管理课题研究，学习发达国家成功经验，根据江苏省电力供求现状、电网负荷特点、需求预测及环境状况，提出电力需求侧管理实施体系的构想和相关对策。2002年夏季在用电紧张的苏州、无锡地区对5家钢厂试行避峰方式，通过可中断负荷等避峰措施，以较小的代价保证了全省供需的基本平衡。2.3.2我国实施可中断负荷有待解决的问题综上所述，

31、我国在实施可中断负荷的过程中，存在的问题可以归纳为以下几点：(1)实施可中断负荷造成发电商减少发电量、供电商减少供电量，而投资者从获得更多回报的角度考虑，往往希望增大发电量及增大供电量。(2)对大多数电力用户而言，缺乏有效且可见的价格信号。许多用户只在消费电力后收取账单，而并未认真地把注意力放到用电的真正成本上。(3)电力工业解除管制后，发电侧电价引入竞争，但需求侧的价格相对固定，价格缺乏联动造成供电商的风险大大增加，美国加州曾出现过工地上因为趸售电价波动过大、零售电价缺乏联动而导致破产的现象。(4)节省的效益无法与所需成本相匹配。要实施复杂的负荷管理程序，需要升级大量的供用电基础结构与设施，

32、譬如要在用户与配电中心之间建立可靠的双向交流，来实时传递信号并接收用户相应。如果没有合理的投资回报机制，实施可中断负荷带来的效益无法与这些投资成本相匹配。同时，需要再次强调指出的是，虽然可中断负荷带来巨大的经济效益和社会效益，但是各种利益主体，主要是实施用户、电网企业、发电企业、政府(代表社会)的相关效益分配机制不很健全，并由此带来实施中的一系列困难。其中，最为突出的问题是，电网公司作为实施可中断负荷的主体，成本支出较大，却无法分享到合理利益，如在上述例子中，实施该方案的主要成本由电网企业支出，而主要收益为发电侧所得，因此，电网企业缺乏实施的动力，这严重阻碍了可中断负荷的进一步推广以及更大经济

33、效益和社会效益的取得。在本文的第三部分，将会就这一问题进行重点研究。第三章可中断负荷成本效益评价研究3.1可中断负荷的成本效益可中断负荷的成本效益分析是可中断负荷管理研究的基础。通过系统地了解用户的停电成本组成和用电效益，可以制定合理的可中断负荷管理方案。停电成本就是停电给用户带来的损失，这与用户类型、提前通知时间、停电持续时间、停电发生时间、缺电比率等因素密切相关。相关数据通常可以通过用户调查的方式获得，调查结果已在一些系统中得到实际运用，比如英格兰电力市场中采用的VOLL(Valae of Lost Load)指标就是临时停电造成的平均损失。而实施可中断负荷可以等效为增加了备用机组，这有助

34、于提高系统可靠性，削弱电力市场中市场势力的影响，抑制价格尖峰，使系统更经济安全运行。本小节对可中断负荷的成本效益进行了综述，分析了提前通知时间、停电持续时间、停电发生时间、缺电比率等因素对可中断负荷成本的影响，并得到一些可供参考的结论。然后介绍了可中断负荷对提高可靠性，消除价格尖峰和减少运行费用的贡献5。3.1.1可中断负荷成本可中断负荷成本就是停电给用户带来的损失，即停电损失。停电损失的研究方法主要分为宏观经济方法和用户调查法6。宏观经济方法比较粗糙，不能详细描述停电对各产业和各用户的实际影响程度，但在没有进行用户调查研究的国家和地区，该方法仍具有一定的指示意义。本文第一章曾提及韩国采用全国

35、GDP/总用电量和某产业GDP/该产业用电量，来估算停电损失，从而确定可中断负荷电价的宏观经济方法;香港地区利用已知信息，如以前的停电损失、通货膨胀率、税率等来预测以后停电损失确定可中断负荷电价的方法。这些都是宏观经济方法的实际应用。用户调查法能够较为真实地反应用户的意愿，并能详细的得到各行业的信息以及中断时间等因素带来的影响，是现在国际上流行的一种方法。对可中断负荷成本影响较大的因素有7:用户类型、提前通知时间、停电持续时间、停电发生时间及缺电比率等。现在很多国家和地区都进行了用户调查，作为可中断负荷管理的重要依据。1.提前通知时间提前通知时间对用户的停电损失影响很大，可中断负荷运营中常常将

36、提前通知时间作为一个重要参数加以规定。一般情况下，提前通知的时间越短，中断负荷的补偿就越高。表3-1给出1998年希腊和1993年加拿大有关调查结果。分析表3-1的数据可以看出，停电前通知时间在3天之内给用户造成的损失变化明显，通知时间越长，减少的停电损失越大。超过三天减少的停电损失趋于恒定。这是由于提前通知时间长，用户可以预先安排和调整生产计划，造成的损失小;提前通知时间短，用户不能及时调整工作计划，停电损失率会很大。特别是当提前通知时间为零时，表示临时停电，停电损失达到最大值。表3-1有提前通知的停电损失的减少率(%)用户提前通知时间1h1-4h5-16h17-24h1-2d3d希腊26.

37、4831.4641.2152.2462.0969.19加拿大工业25.7037.8048.9053.4057.7064.80加拿大商业26.8036.3047.3056.2062.8064.502.停电持续时间停电持续时间也是用户停电损失的一个重要参数，可中断负荷合同也常常需要对停电持续时间做出明确规定。这首先要对用户进行分类调查，如对工业、商业和居民用户分别进行停电持续时间对停电损失影响的调查，并把调查获得的结果进行归一化处理。损失的影响应与工业用户类似。需要指出，以上的调查结果都是基于用户事前不知道停电持续时间而得到的。而签订可中断负荷合同时，合同中常常规定的是停电持续时间或持续时间的上限

38、，所以已知持续时间的停电损失对合同制定有更直接的指示意义，希腊调查结果见表3-2。表3-2 已知持续停电时间的停电损失减少率（%）停电持续时间20min1h4h8h1d损失减少率24.0437.3053.5169.4775.65因为可以根据已知的持续时间制定生产计划、营业安排等，所以知道持续时间后可以进一步减少停电损失。3.停电发生时间研究停电发生的时间对停电损失的影响也具有一定的指导意义。从统计结果(见表3-3)来看，每个国家由于经济结构和气候等因素不同，一年停电损失最大的月份(最坏月)各不一样，但一周中，用户最不愿意停电的天(最坏天)和一天中最不愿意停电的时段(最坏时段)基本相同。表3-3

39、 发生停电的最坏时间国家最坏月最坏天最坏时段加拿大商业11-3月周五、周六13:00-17:00加拿大工业12-2月周五09:00-12:00印度5-8月周六09:00-21:00从表3-3可以看出，一周中用户最不愿意停电的日子是周五和周六;一天中最不愿意停电的时间是正常工作时间。不幸的是，用户最不愿意停电的时间与系统最需要中断负荷的峰荷时段重合，这将在一定程度上抬高可中断负荷的补偿费。4.缺电比率缺电比率对停电损失的影响常常被忽略，其实两者密切相关。一般情况下，缺电比率越大，停电损失就越高。这是由于部分停电时，用户可以关掉次要电器或部分工序，而全部缺电时，别无选择，只能将全部用电负荷停止，因

40、而停电损失较高。图3-1是某水泥厂缺电比率与停电损失的关系图。(图中:c为停电损失，为缺电比率)图3-1缺电比例与停电损失关系图从图3-1可以看出，停电损失与缺电量不再是简单的一次线性关系，实际研究中通常采用二次曲线来进行模拟。研究基础就是架设停电损失与缺电量可以采用二次型模拟。公式如下: （3-1）3.1.2可中断负荷的效益下面对可中断负荷在可靠性贡献、削减价格尖峰和减少系统成本3个方面进行阐述8。(1)可中断负荷对可靠性的贡献可中断负荷的实施能削减系统峰荷，相当于给系统增加备用机组，可大大提高系统的可靠性。可靠性的提高相当于系统向用户提供了更优质的电能，这使市场中用户以不高于原来的电价享受

41、更好的服务。(2)可中断负荷对削减价格尖峰的贡献在电力市场中，实施可中断负荷可大大增加需求侧弹性，有利于市场运行，带来长期和短期的经济效益。短期经济效益是降低了电力市场中的价格尖峰，这可以用图3-2(图中1为供给曲线，2为主要发电机故障时供给曲线，3为峰荷时需求曲线，4为有可中断负荷的需求曲线，横坐标Q表示容量)说明。图3-2 可中断负荷消除价格尖峰原理从图3-2可以看到，正常情况下峰荷电价是供需曲线交点A，对应的电价为P1。在主要发电机故障后，或者当一些发电厂商进行投机时，供给曲线将左移，此时，如果没有可中断负荷，价格将飞速上涨，价格达到P3，该情况对应图中D点。如果市场预先购入可中断负荷，

42、则需求曲线弹性增大，如图ABC曲线所示，此时市场出清价P2对应于C点。很明显，即实施可中断负荷后削减了价格尖峰。而价格尖峰的减弱，可以带来长期的经济效益，体现在降低平均电价、减少价格波动上，其效益可以用平均电价的减少值与双边合同电量的乘积估计。(3)可中断负荷对减少系统成本的贡献可中断负荷不仅可以直接节省运行费用，还可以减少发电机组和输配电设备的容量投资。即实施可中断负荷减少的成本既包括可避免运行费用，又包括可避免容量费用。从市场参与者的角度考虑实施可中断负荷可以调动需求侧参与市场的积极性，有利于市场中各类参与者。对独立调度IS0 (Independent SystemOperator)电能交

43、易中心PX(Power Exchange)，实施可中断负荷可以削弱价格尖峰，减少市场中的投机行为；对售电商，可中断负荷提供了在实时市场电价偏高时中断部分负荷的机会，从而减少了市场风险；对发电商，与某些大用户签订可中断合同等效于新增装机容量，增加了在市场报价中的灵活性；对用户，不仅可以得到中断负荷补偿，而且可以从可中断负荷实施后因提高系统可靠性而削弱价格尖峰中受益。3.2各方实施可中断负荷的成本效益分析可中断负荷带来的经济效益和社会效益是巨大的。对于实施用户来说，可以带来缺电损失以及电费支出的减少；对于电力系统来说，可以减少或推迟新建电厂的投资，提高系统运行的稳定性和安全性，并有利于改善原来强行

44、拉闸限电所造成的较差形象；对于社会来说，可以带来整体供电可靠性的提高、资源的节约，以及环境污染的减少。3.2.1用户的成本效益分析可中断负荷特别适合那些可以放宽可靠性要求的工业、商业、服务业等“塑性负荷”。许多国家已广泛应用于冶金、水泥、造纸、纺织等工业用户，取得了显著的经济效益。用户愿意以较少的电费开支，降低有限的用电可靠程度。用户的效益是电费节约与费用支出的差值，可中断负荷的潜力很大。通过可中断负荷管理措施使用户合理用电，降低单位用电成本。对一些工业负荷来说，可削减或转移其在系统高峰时的用电负荷，同时低谷电价在某种程度上可减少用户的费用支出。可中断负荷对实施用户经济效益的影响主要有两方面：

45、一是电费支出的减少；一是实施该方案的成本费用。测算公式如下：实施用户的经济效益=得到的电费折扣额-实施该方案的成本费用实施该方案的成本费用=在中断时段的总的缺电损失+为实施该方案进行投资的折旧+调整生产的费用-调整生产后可以挽回的损失在中断时段的总的缺电损失=单位时间缺电损失总的停电时间为实施可中断负荷进行的投资包括购置所需设备的投资、改造生产线的投资等。调整生产的费用包括一些半成品的保存费用、工作人员的补贴等。从理论上讲，用户得到的电费折扣额至少能补偿实施的成本费用，即用户的成本费用即为实施该策略的最低折扣额，这也是在可中断电价设计中进行最低电价折扣率测算的基础。3.2.2电力企业的成本效益

46、分析电力企业的成本效益主要体现在降低电力生产成本、运行成本，移峰填谷，改变系统负荷曲线，提高电网负荷率，改善调峰形势，促进电网安全，并减少或推迟调峰装机容量的建设9。实施可中断负荷可以提高系统可靠性，使电网和发电机组优化运行，提高运行效益。电力企业的成本效益主要包括可避免运行成本和可避免投资成本。可避免运行成本的数学模型流程见图3-4。图3-4可避免运行成本估算计算可避免运行费用思路：比较有可中断负荷和无可中断负荷两种情况下，系统经济运行费用的差值并计及总的能量收入的损失。计算可避免投资费用思路与计算可避免运行成本类似，主要是比较有可中断负荷和无可中断负荷两种情况下，系统规划运行费用的差值。可

47、避免投资成本的数学模型，见图3-5。图3-5可避免投资成本评估1、电网企业的成本效益分析电网企业的收益主要是高峰负荷的降低所带来的电网运行成本的降低，即可免运行成本；成本支出为给予用户的电费折扣额以及电网企业的其他成本投入(包括设备投资、管理费用等)。测算公式如下：电网企业的经济效益=可免运行成本-电费折扣额-其他成本费用可免运行成本=夏季时段的可免容量微增单位负荷运行成本+冬季时段的可免容量微增单位负荷运行成本在实施可中断负荷时，主要的成本支出部分，即给予用户的电费折扣额，由电网企业付出；而电网企业所得到的收益，即可免运行成本，数值较小。故电网企业的经济效益往往很小，甚至为负。这是造成电网企

48、业主动实施可中断负荷的积极性不高的主要原因。因此，如何健全可中断负荷的效益分配机制，并采取一定的措施给予电网企业适当的激励，是目前所要重视和解决的问题。2、发电企业的成本效益分析由于目前实行厂网分开独立运营核算，故将发电公司与电网公司的成本效益分开来计算。在实施可中断负荷措施时，发电公司直接投入的设备成本本费用与电网公司相比可以忽略不计。发电企业将得到主要的收益，即可免投资成本。计算公式如下：可免投资成本=可免容量火电机组单位千瓦投资发电企业的成本支出部分基本为零，故实施可中断负荷，发电企业的经济效益较大。但是，发电企业并非可中断负荷的操作主体，因此，有必要将发电企业得到的经济效益分配一定的份

49、额给电网企业，以激励电网企业更好地实施可中断负荷，获得整个电力系统经济效益的最佳。3.2.3社会效益分析将各主体的效益进行汇总，得到整体的社会效益。主要体现在减少发电机组建设所带来的能源的节约、环境污染的降低等。我国的人均资源占有量水平较低，总的能源消费却很大，应注意节约能源，并提高其使用效率。电力生产是我国能源消费的重要组成部分，并且是C02和S02的最大排放源，两者的年排放量分别占全国的13左右。因此，可中断负荷带来发电机组建设的推迟或减少，在节约能源、减少环境污染方面具有重大的社会效益。3.3算例（1）杭州市于2004年6月1日至8月1日期间，强制错峰记录显示两个月共错峰16天，累计错峰

50、420万千瓦，最高错峰负荷为55万千瓦。参照我国河北省、江苏省可中断负荷电价的实施经验，取补偿标准为每1万千瓦中断1小时，补偿1.25万元。按平均中断3小时计算赔偿金额:1.25万元/万千瓦时420万千瓦3小时=1575万元.以火电机组单位千瓦投资5000元计,可免投资成本=500055=27.5亿元以火电机组寿命25年, 折现率10%计,可免投资成本的年金=27.5(A/P,10%,25)=27.50.11017=3.0297亿元因为可免运行成本及其他成本投入部分数值较小，这里不予考虑。这样，该年电力系统的经济效益为:可免投资成本的年金-电费补偿金额=30297-1575=28722万元如果

51、加上整个社会的效益,那么经济效益将更大。（2）2002年江苏省开展了可中断负荷的试点工作，在夏季用电高峰期对5家钢厂试行中断负荷避峰措施。全年实际错峰共10天、15次、28小时，错峰负荷387万千瓦。补偿标准为每1万千瓦中断1小时，补偿l万元，全年补偿支出共786万元。以火电机组单位千瓦投资5000元计，可免投资成本=5000387=1935亿元以火电机组寿命25年，折现率10计，可免投资成本的年金=1935(AP，10，25)=1935011017=213亿元因为可免运行成本及其他成本投入部分数值较小，这里不予以考虑。那么，该年电力系统的经济效益为：可免投资成本的年金-电费补偿金额=2130

52、0-786=20514万元（3）以2003年河北省实施可中断负荷的情况为例，对相关效益进行评价根据国家电监会供电监管部提供的河北省迎峰渡夏开展电力需求侧管理工作经验及措施，河北省在2003年的7、8两月，对南网钢铁等负荷较大的企业，在晚高峰(8点至10点)期间中断30万千瓦，补偿金额共2000万元至3000万元。以每千瓦火电机组建设投资5000元计，该项措施的可免投资成本为=500030=15亿元以火电机组寿命25年，折现率10计，每年的可免投资成本=15(AP，10，25)=15011017=165亿元考虑到可免运行成本、省电力公司及用户设备的投入等部分，该措施的整体效益也在15亿元以上。为

53、了观察清晰明确，表3-4表3-4 可中断负荷效益表名称公式算例1算例2算例3电费补偿金额（万元）-157578620003000单位千瓦投资（元）-500050005000错峰负荷（万千瓦）-5538.730可免投资成本（亿元）27.519.3515可免投资成本年金（亿元）(AP，10，25)3.02972.131.65经济效益（万元）-28722205141350014500通过以上分析可知，可中断负荷实施的效益是巨大的，这种效益主要体现在发电侧装机需求的减少、能源的节约和环境污染的降低上，而在目前的分配机制下，发电侧的效益明显、社会效益很显著、用户也能从电费折扣中得到一定的好处，只有电网公

54、司无法得到应有的收益。可中断符合措施与电网公司、发电上和用户的成本效益息息相关，能否成功实施的关键在于合理有效地分配各参与方的利益，因此需要通过政府进行宏观调控并制定相应的法规及运行实施机制来实现。本论文下一步将着重研究以下问题：可中断负荷措施的补偿费用与电价的模型密切相关，因此找到合适的电价模型并对可中断负荷的定价进行系统的理论及实证研究。第四章可中断电价的确定4.1可中断电价概述实施可中断负荷的重要内容之一是设计可中断电价。设计这样的电价，要发挥价格杠杆作用，使得用户认为执行可中断电价对他们有利，按合同要求削减或转移其在系统高峰时的负荷，从而提高电能的社会效益。对于电网公司而言，可以改善调

55、峰形式，降低运行成本并减少电网投资建设成本10。4.1.1可中断电价定义可中断电价，就是通过与可中断负荷的用户签订合同、协议，规定将每日的高峰时段的用电转移到低谷时段，作为激励手段，给予客户优惠的电价。设计合理的优惠幅度，达到价格杠杆的作用，使用户在系统峰值时或紧急状态下按合同要求中断或削减负荷，从而以简便、快捷、有效的方式解决在用电高峰期引起的电力供应不足时所产生的负荷缺口。它克服了建设发电机组周期较长的缺点，可以使高峰负荷通过合约的形式得到强制的削减，而且所控制的中断负荷量，即需求的大小，有很大的灵活性，实施方便，效果明显，从而有效地降低电力高峰需求时段的电力需求。因此无论是在缺电较为严重

56、的情况下，还是鉴于用电峰谷差逐渐拉大的趋势下，都应该大力推广可中断电价。4.1.2可中断电价的约束条件合理科学的可中断电价，既要能够使用户感受到吸引力，主动参与，按合同(协议)要求削减或转移其在系统高峰时的用电负荷，又要使电网经营企业实现移峰填谷、提高电网负荷率、保证电网安全的目标。下面将从用户和电网经营企业两方面来分析可中断电价的约束条件：（1）从用户角度分析主要面向的是大工业用户，考虑到行业特点，尤其是对冶金、水泥、塑料、纤维、纺织和造纸工业，实施可中断电价将具有明显的经济效益。参与实施的用户将根据其对系统的贡献不同、要求提前通知中断的时间不同、最短供电时间及最长中断时间不同等因素，享受不

57、同程度的优惠电价，反映为电价的折让率的不同。用户收益受费用开支和电费节约两大方面的影响。参与实施的用户需要支付包括设备费和各种调整费用在内的费用开支，同时获得电网经营企业以电价折让产生的电费节约。电费节约和费用开支之间的差值为用户收益，电价折让率越大，用户的收益越大。对于愿意接受可中断电价的用户而言，接受合约的前提条件是，用户每年由实施可中断电价获得的电价优惠大于其每年预期可能发生的缺电损失。这里的缺电损失是指电力供应中断或不足而断电时，给用户造成的直接经济损失。(2)从电网经营企业角度分析电网经营企业的获益在于通过改变系统负荷曲线，实现移峰填谷，缓解高峰时期供电的压力，保证电网的安全；通过电

58、网和发电机组的优化运行，减少电网备用机组容量，降低系统的运行成本。当然，参与可中断电价的用户和电网经营企业两方面都要受利益的约束，电价的折让水平在两者之间是一对矛盾的统一体。电价折让太高，可能导致电网经营企业的成本大于收益；而电价折让太低，又无法调动用户参与的积极性。合理的电价折让率是保证双方的共赢的关键。4.2可中断电价设计4.2.1用户缺电成本函数的确定目前国内外对可中断负荷管理已有的研究结果表明，用户的缺电成本与负荷的中断量成二次函数关系，设用户的缺电成本函数为： (4-1)其中：表示参与负荷中断的用户；表示行业类型；为各行业缺电成本系数，根据历史的各类行业用户缺电成本调研数据，利用统计

59、学的方法确定(显然)；-用户的负荷中断能力。由用户类型、行业特点和用户负荷特性确定。初步研究中，根据已有的文献资料11，结合所选参与负荷中断的用户特点，选取分别为： 机械 电子 食品医药建材纺织用户的中断能力对模型的优化会有一些影响，为了简便计算，初步估算结果，忽略参与负荷中断用户的中断能力，令，故设用户简化的缺电成本函数为： (4-2)其中：i=1，2， ，N；j=1，2， ，64.2.2等微增率原理（1）耗量特性反应发电设备（或其组合）单位时间内能量输入和输出关系的曲线，称为该设备（或其组合）的耗量特性。锅炉的输入是燃料（t标准煤/h），输出是蒸汽（t/h），汽轮发电机组的输入是蒸汽（t/

60、h），输出的是电功率（MW）。整个火电厂的耗量特性曲线的形状如图4-1所示，其横坐标为电功率（MW），纵坐标为燃料（t标准煤/h）。水电厂耗量特性曲线的形状也大致如此，但其输入是水（m3/h）。为便于分析，假定耗量特性连续可导（实际的特性并不都是这样）。图4-1 耗量特性耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入与输出之比称为耗量其倒数表示发电厂的效率。耗量特性曲线上某点切线的斜率称为该点的耗量微增率,他表示在该点运行时输入增量对输出增量之比。以输出电功率为横坐标的效率曲线和微增率曲线于图4-2。图4-2 效率曲线和微增率曲线（2）等微增率准则现以并联运行的两台机组间的负荷分配为例（图4-

61、3）,说明等微增率准则的基本概念。图4-3 两台机组并联运行已知两台机组的耗量特性和总的负荷功率。假定各台机组燃料消耗量和输出功率都不受限制，要求确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗为最小。这就是说，要在满足等式约束的条件下，使目标函数为最小。对于这个简单问题，可以作图法求解。设图4-4中线段OO的长度等于负荷功率。在线段的上、下两方分别以O和O为原点做出机组1和2的燃料消耗特性曲线1和2，前者的横坐标自左向右，后者的横坐标自右向左计算。显然，在横坐标上任取一点A,都有OA+AO=OO,即。因此，都表示一种可能的功率分配方案。如过A点作垂线分别交于两机组耗量特性曲线的B1和B2点，则

62、就代表了总的燃料消耗量。由此可见，只要在OO上找到一点，通过它所作垂线与两耗量特性曲线的交点间距离最短，则该点所对应的负荷分配方案就是最优的。图中的点A就是这样的点，通过A点所作垂线与两特性曲线的交点和。在耗量特性曲线具有凸性的情况下，曲线1在点的切线与曲线2在点的切线相互平行。耗量曲线在某点的斜率即是该点的耗量微增率。由此可得结论：负荷在两台机组间分配时，如它们的燃料消耗微增率相等，即则总的燃料消耗量将是最小的。这就是著名的等微增率原则12。图4-4 负荷在两台机组间的经济分配等微增率准则的物理意义是明显的。假定两台机组在微增率不等的状态下运行，且。我们可以在两台就的总输出功率不变的条件下调整负荷分配，让1号机组减少输出P,2号机组增加输出P。于是1号机组将减少燃料消耗,2号机组将增加燃料消耗，而总的燃料消耗将可节约这样的负荷调整可以一直进行到两台机组的等微增率相等为止。不难理解，等微增率准则也适用于多台发电机组（或多个发电厂）间的负荷分配。（3）多个发电厂间的负荷经济分配假定有N个火电厂，其燃料消耗特性分别为系统的总负荷为，暂不考虑网络中的功率损耗，假定各个发电厂的输出功率不受限制，则系统负荷在N个发电厂间的经济分配问题可以表述为：在满足 （4-3）的条件下，使目标函数 （4-4）为最小。 这是多元函数求条件极值的问题。可