峰谷分时电价对电能质量和调峰能力的影响

周扬，黄海丽，王东升，杨文佳，侯保刚

（国网山东省电力公司潍坊供电公司，山东潍坊261021）

峰谷分时电价对电能质量和调峰能力的影响

周扬，黄海丽，王东升，杨文佳，侯保刚

（国网山东省电力公司潍坊供电公司，山东潍坊261021）

通过分析峰谷分时电价执行后集中节点的母线电压、线路电流，得出执行峰谷分时电价对集中节点电能质量有不利影响。以影响因子和峰谷差率为量度研究峰谷分时电价对电网调峰能力的影响，执行峰谷分时电价能够降低电网的峰谷差率，提高电网调峰能力。针对峰谷分时电价存在的问题，从技术层面给出改善集中节点电能质量的措施，提高电能质量和供电可靠性。建议推行具有时空特性的峰谷分时分区电价，进一步完善峰谷分时电价体系。

峰谷分时电价；集中节点；影响因子；电能质量；调峰

0　引言

合理的分时电价体系能够运用市场调节手段，有效改变用户的用电模式，促使用户主动进行削峰填谷，缓解电网高峰期电力供应紧张的局面，以保证系统的可靠、高效运行［1-3］。目前，我省峰谷分时电价时段：8∶30—11∶30、18∶00—23∶00为高峰时段，23∶00—7∶00为低谷时段，其余时段为平段。峰时段电价上浮比例为60%，且高峰时段中的10∶30—11∶30和19∶00—21∶00为尖峰时段，电价按基础电价上浮70%，谷时段电价下浮60%。

文献［1-3］和［4-5］分别研究实施峰谷分时电价对江苏电网和上海电网的影响，主要阐述峰谷分时电价对削峰填谷、缓解电网高峰期电力供应紧张局面的作用［3］。文献［6］从发电成本的角度考虑，通过采用两部制电价对发电侧峰谷分时电价进行研究，构建各时段各发电厂的电量分配优化模型。文献［7-8］建立了电网公司、电力用户、发电公司和全社会的成本效益分析模型。文献［9］从系统和运动的观点出发，从峰谷电量变化、用户电费节约及用户满意度3个方面分析峰谷分时电价对用户满意度的影响。各省分时电价时段划分、峰谷电价比不尽相同，且分时电价调整出现新变化和新趋势［10］。峰谷分时电价可以降低供电公司购电成本，同时，分时电价也使得高峰时段售电收益下降，合理确定电价差率以及合约市场购电比例，可以使供电公司有效地规避市场风险、提高经营效益［11］。

目前，对峰谷分时电价的研究集中在经济效益层面［12-15］，针对整个电网安全稳定、电能质量方面的研究较少。着重研究执行峰谷分时电价对集中节点电能质量和电网调峰能力的影响，分别研究其对集中节点处的电压和电流的影响、对可执行峰谷分时电价电量占比较大的县域电网和整个地区电网调峰能力的影响，并从技术层面和电价管理层给出合理化建议。

1　峰谷分时电价对集中节点电压影响

集中节点定义为在可执行峰谷分时电价电量占比较大的局部电网中，该变电站或者线路所带负荷70%及以上执行峰谷分时电价，导致峰谷分时点负荷突变，该变电站母线或者线路均可称为集中节点。受分时电价影响较大的行业主要体现在铸造业、纺织业、拨丝、机械等行业，集中节点所带负荷大部分为此类负荷。

W地区C县域电网负荷45%为铸造业和纺织业。其中，铸造业占该县域电网电量的20%，70%集中在谷时段用电，纺织业占该县域电网电量的25%，30%集中在谷时段用电。执行分时电价后，铸造业用户集中负荷利用谷时开炉，电网负荷在峰、平、谷时段分界点骤升或骤降，为了更清楚的显示分时点的变化趋势，以48 h为研究时段。电压降落示意图如图1所示，C县域电网执行峰谷分时电价后的负荷曲线与峰谷分时电价曲线如图2所示。电压损耗公式如式（1）所示，其中，P1+Q1、P2+Q2为两侧视在功率，U1、U2为两侧电压，R+jx为线路阻抗，dU为电压损耗。

图1　电压降落

图2　负荷曲线与峰谷分时电价曲线

从式（1）可以看出，随着负荷功率的增加，电压降落增加，将导致末端电压降低。从图2可以看出W地区C县域电网执行峰谷分时电价后的负荷曲线与峰谷分时电价曲线基本成反相关系，且负荷曲线在电价谷时段开始时骤升，电价谷时段结束时负荷骤降，必然导致母线电压和线路电流波动较大，C县域电网执行峰谷分时电价后B变电站110 kV母线电压如图3所示。

图3　C县域电网B变电站110 kV母线电压

从图3可以看出，峰谷分时电价低谷时段，C县域电网B变电站110 kV母线电压降低，110 kV母线运行电压范围为106.7～117.7 kV，母线电压甚至越电压上下限。

2　峰谷分时电价对线路电流影响

功率与电压、电流的关系如式（2）所示，电网负荷功率变化时，电压也随之变化，但电压变化不大，此时，可以认为电流与负荷成正比。图4为C县域电网B变电站10 kV配电线路电流曲线，从图中可以看出，峰谷分时电价峰段、平段电流较小在100 A左右，低谷时段电流高达550 A，已经达到过负荷电流保护定值，导致过负荷保护动作跳闸，电流降低为0，然后又达到500 A，频繁跳闸。

3　峰谷分时电价对电网调峰能力影响

定义峰谷分时电价执行前后负荷曲线相关系数为峰谷分时电价影响因子。影响因子ρ是变量之间相关程度的指标，计算公式如式（3）所示，可利用方差的运算性质、极值或柯西一施瓦兹不等式［16］证明其取值范围为［-1，1］。其中，Plt为执行峰谷分时电价前t时刻负荷，为Plt在采样时间段内均值；Ppt为执行峰谷分时电价后t时刻负荷，为在采样时间段内均值；｜ρ｜=0表示两个量之间没有相关性，所研究的对象为峰谷分时电价执行前后负荷曲线，具有相关性，所以，本文中｜ρ｜≠0。正号表示变量变化趋势相同，负号表示变量变化趋势相反。ρ值越接近1，变量之间的线性相关程度越高，即实施峰谷分时电价前后负荷曲线趋势变化不大，峰谷分时电价对电网调峰能力影响越小；ρ=1表示实施峰谷分时电价前后负荷曲线无变化，即实施峰谷分时电价对电网调峰能力无影响。ρ值越接近-1，变量之间的线性相关程度越低，即实施峰谷分时电价前后负荷曲线趋势变化较大，且导致了截然相反的变化趋势，执行峰谷分时电价对电网调峰能力影响越大；ρ=-1表示实施峰谷分时电价前后负荷曲线对称反相，即实施峰谷分时电价使得电网调负荷曲线峰谷互换。

峰谷分时电价对可执行峰谷分时电价占比较大局部电网调峰能力的影响，以W地区C县域电网为例，实施峰谷分时电价前后四季度负荷曲线如图5所示，图6为峰谷分时电价执行前后W地区电网负荷曲线。

图5　峰谷分时电价执行前后C县域电网负荷曲线

从图5可以看出，峰谷分时电价执行后，C县域电网负荷曲线变化趋势发生逆转，原来在白天出现的负荷峰值转移至夜间峰谷分时电价谷时段。从图6可以看出，执行峰谷分时电价，使得W地区电网负荷曲线更加平滑，但并未改变曲线变化趋势。

图6　峰谷分时电价执行前后W地区电网负荷曲线

以峰谷分时电价影响因子为量度将执行峰谷分时电价对电网调峰能力的影响进行量化，峰谷分时电价对W地区电网和C县域电网负荷曲线的影响因子如表1所示。从表1可以看出，峰谷分时电价对C县域电网四季度负荷曲线影响因子均为负值，峰谷分时电价对C县域电网负荷曲线向相反方向影响，且春季、冬季影响因子接近-1，影响最大；峰谷分时电价对W地区电网四季度负荷曲线影响因子均为正值，且夏季影响因子接近1，影响最小。

表1　影响因子

峰谷差率为负荷曲线评价指标体系中一个重要参数，为峰谷差与最大负荷的比值，计算公式如式（4）所示。其中，r为峰谷差率，max｛Pt｝为负荷曲线的最大负荷，min｛Pt｝为负荷曲线的最低负荷，max｛Pt｝-min｛Pt｝为峰谷差。

峰谷分时电价执行前后W地区电网和C县域电网负荷曲线峰谷差率如表2所示。从表2可以看出，执行峰谷分时电价后，峰谷差率变小，负荷曲线变得平滑，且C县域电网峰谷差率改善比例较大，提高了电网调峰能力。但是，C县域电网负荷曲线峰谷时段已发生逆转，随着峰谷分时电价执行力度加大和比例的增大，峰谷差率逐渐增大，可能发生过犹不及的局面。

表2　电网负荷曲线峰谷差率%

4　结语

对于执行峰谷分时电价导致集中节点电压越限的情况，投入AVC或者监控人员应在分时点加强电压监视，及时进行电压调整，提高电能质量；对于执行峰谷分时电价导致集中节点电流达保护定值而过负荷跳闸的情况，应进行过负荷监视，在越限而未跳闸前告警，及时控制负荷，或架设新线路、对线路进行改造、负荷割接，提高供电可靠性；对于因区域负荷特性不同导致的峰谷分时电价可执行力度的区域性差异，应制定因时因地而异的峰谷分时分区电价，将电价从一维的时间特性延伸到到二维的时空特性，进一步完善峰谷分时电价体系。

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Impact of Peak-Valley Time Price on Power Quality and Peak Regulation Ability

ZHOU Yang，HUANG Haili，WANG Dongsheng，YANG Wenjia，HOU Baogang
（State Grid Weifang Power Supply Company，Weifang 261021，China）

By means of analyzing busbar voltage and line current，it is concluded that carrying out peak-valley time price has an adverse effect upon power quality of concentrated node.Taking impact factor and peak-valley ratio as measurers，carrying out peak-valley time price can reduce peak-valley ratio and improve the ability of peak regulation.Suggestions are also presented on the existing issues of peak-valley time price and technical measures are presented to boost power quality and power supply reliability.Peak-valley time-space price with time-space characteristic should be implemented to further refine the peak-valley time price system.

peak-valley time price；concentrated node；impact factor；power quality；peak regulation

TM73；F123.9

A

1007－9904（2015）12－0020－04

2015-07-01

周扬（1985），男，工程师，从事电力价格管理工作；

黄海丽（1985），女，工程师，从事电网运行与控制工作。