基于市场供需均衡的实时电价机制研究

何永秀,李欣民

(华北电力大学 经济与管理学院，北京 102206)



基于市场供需均衡的实时电价机制研究

何永秀,李欣民

(华北电力大学 经济与管理学院，北京 102206)

随着中国电力市场化改革不断推进，智能电网建设不断取得新突破，电力市场需要寻求新的电价机制来适应发展需求。本文基于新一轮电力体制改革的背景，为实现发电侧和售电侧的价格联动，提出了考虑电力市场供需平衡关系的实时电价定价机制，并针对典型工业园区进行了一部制电价和两部制电价的算例分析，通过测算验证了实时定价机制的可行性。实时电价作为一种新的电价机制有利于优化用户的负荷曲线，降低峰谷差，同时也有助于新能源消纳，节能减排，是有助于社会可持续发展的。

实时电价；供需均衡定价机制；价格传导

随着中国电力市场化改革和智能电网建设地不断推进，中国也将逐步从政府管制的固定电价制度向遵循市场规律的实时电价制度转变。实时电价制度与中国现行电价制度的主要区别是实时电价能反映各个时刻电力供应与需求平衡量-成本-策略等的变化关系，通过价格反映市场均衡情况，并引导用户合理用电，调节负荷曲线，提高电网设备的利用率和发电效率。因此，探讨适合中国未来电力市场及坚强智能电网发展的实时电价机制是十分必要的。

智能电网的发展与需求侧管理密不可分，其中需求响应是需求侧管理的一个重要方面，主要是通过价格激励的方式调节用户的用电行为，进而提高电网的稳定性[1]。因此，电价也成为电力市场中一个重要的研究内容。目前国际上主要的电价机制有固定电价、阶梯电价、分时电价和实时电价四种[2]。其中，分时电价与实时电价有较密切的联系，但实时电价与分时电价最大的不同在于其电价不是预先设定的，而是根据当前市场供需情况以及成本变动实时波动的，也就说实时电价是一种可以将批发市场和零售市场价格紧密结合，反映电力市场真实供需情况的一种电价定价方法[3]。实时电价是在边际成本理论的基础上建立的，各个时刻的价格受天气、系统运行等多个不确定性因素影响，是一个与时间和电力系统许多随机变量有关的函数[4]。合理的电价设计，应该考虑两个方面：一是在供应侧能反映生产成本，二是在需求侧能反映用电特性。其中以供应侧为基础的实时电价模型以发电商的发电成本最低为目标，综合考虑了电力系统运行的各项约束，多基于最优潮流进而建立模型[5]。随着关于实时电价制度研究的不断深入，实时电价制度研究从发电侧拓展到了需求侧，以博弈论为基础，建立了综合考虑电网公司和电力用户利益的定价模[6]。实时电价制度的推广不得不兼顾电网的收益，因此一部分国外研究站在企业的角度，以利润最大化为目标函数建立了实时电价模型[7][8]。同时为了达到对负荷曲线削峰填谷的目的，提高电力系统的稳定性，有的研究以负荷曲线改善作为目标函数建立了定价模型[9]。实时电价波动必定会给供电商带来风险，为了进行有效的风险管理，在条件风险价值(CVAR)法的基础上，以供电商购售电效用最大化为目标，建立了不同风险喜好供电商的最优购电组合决策模型，权衡了实时电价背景下的利润和风险[10]。国外一些用户经常采用试点的方式对实时电价进行评估，分别从电费、负荷率、二氧化碳释放量等角度进行[11]，进而利用这些反馈为模型优化提供借鉴。同时，实时电价政策的推行必须依赖于智能电表的安装，智能电网建设将会成为实时电价政策的坚强基础[12][13]。

以上国内外研究成果从各个角度对实时电价进行了研究，但立足于中国当前电力市场发展现状及未来发展趋势的相关研究还不够深入。本文将结合中国电力体制改革，在智能电网建设不断取得突破的基础上，建立基于电力市场供需平衡关系的实时电价定价模型，并根据科学测算的案例结果对我国未来实时电价的定价机制提供合理化建议。

一、中国电力市场改革现状及未来发展趋势

伴随着《关于进一步深化电力体制改革的若干意见(中发〔2015〕9号)》中的“三放开，一独立，三加强”的改革重点和路径的提出：有序放开输配以外的竞争性环节电价，有序向社会资本开放配售电业务，有序放开公益性和调节性以外的发用电计划；推进交易机构相对独立，规范运行；继续深化对区域电网建设和适合我国国情的输配体制研究；进一步强化政府监督，进一步强化电力统筹规划，进一步强化电力安全高效运行和可靠供应，中国电力市场改革步入了新的发展阶段。

未来，居于两侧的发电侧和售电侧将逐步放开，交由市场竞争。发电层侧将从原有的政府规定的固定标杆上网电价逐步过渡到采用能够反应发电企业发电成本的竞价上网策略，发电侧与需求侧的双边联动，直接地反应了价格与供需之间的制衡关系，形成售电市场竞争。在售电环节方面，电网公司凭借多年的电力交易和调度经验，可以组建售电公司参与售电市场竞争，并提供保底供电服务，保证社会供电的稳定性。中国近几年间的电力形势已经发生了较大变化，多元化的电力市场体系已经形成。现在国内电力水平充足，但负荷曲线峰谷差依旧较大，因此，加强需求侧管理，利用电价手段将负荷曲线平缓化，将有利于提高电力系统运行的效率和稳定性，并且可以间接提升可再生能源的消纳能力。到目前为止，电网公司仍然是传统电力市场中最重要的主体之一，市场化改革之后，在售电业务上依旧有较大优势，为了加强在售电市场竞争力，可以改变原有的固定电价模式，尝试实时电价机制，通过市场供需关系确定电价，并且利用价格手段调整负荷曲线，向智能电网不断迈进。

本文主要立足于发电侧和售电侧逐步放开的基础上，基于供需平衡建立实时电价模型。这种电力市场模式如图1所示，主要特点如下：

(1)发电侧逐步放开，各个独立发电商通过交易中心进行竞价上网，上网电价通过报价、竞价的形式确定。

(2)输电、配电不分开，统一由电网公司进行经营管理。

(3)在售电侧，电力用户的销售电价实行实时电价，售电公司根据发电侧上网电价的报价情况通过智能电表对电力用户发布实时电价信息，用户可参考实时电价进行最优的用电选择。

图1 电力市场模式示意图

二、基于市场供需均衡的实时电价模型

模型主要从电网公司未来成立独立售电公司参与售电竞争的角度出发，根据市场供需均衡，开展实时电价定价机制的探究，逐步实现发电侧与需求侧双边联动。电网公司结合用户负荷曲线的历史数据，将一定阶段内的负荷历史数据进行平均确定出第二天分配给用户相当于其正常平均用电水平的基数用电量CBL(customer baseline load)，典型CBL曲线的形状如图2所示。

图2 CBL曲线

电网公司公布CBL后，告知所有参与竞价上网的发电商。各个发电商根据电网公司发布的第二天的CBL的情况，并结合对负荷状况的预测及自身特点确定第二天的电力报价状况，电网公司汇总所有发电商提供的报价状况，确定出第二天的电力供给函数和电力供给曲线。假设该电力市场参与竞价上网的发电商共有n个，第i个发电商第二天提供的电量报价函数为Qi=fi(p)。其中Qi为第i个发电商提供的电量；p为上网电价，是一个变量；fi为第i个发电商提供的报价函数。该电力市场参与竞价上网的发电商共有n个，则电网公司可以确定出第二天该电力系统的总电力供给函数表示为式(1)，该函数的形状如图3所示。

图3 (t+1)时段电力系统的电力供给函数

假设在电力传输过程中不存在电量损耗，即发电侧的上网电量与用户侧的用电量完全相等，则电网公司可使用第二天的电力供给函数与CBL匹配，得出各个时段的实时电价水平。在第二天各个时段，电网的电量供给和需求必须实时平衡，则根据供求平衡的均衡条件可以求解出各个时段的实时电价p0(t)。如图4及以下公式所示。

式中，QS代表供应电量；QCBL代表基数用电量即需求量。

图4 电力系统各个时段上网电价求解示意图

根据实时上网电价，通过发电侧的成本传导可以确定出用户侧的实时销售电价。用户侧销售电价的成本传导过程如图5所示。

在通过供求平衡及成本传导的计算确定出第二天各个时段的实时电价水平后，电网公司在每天下午4:00公布第二天各个时段的实时电价水平。第二天根据CBL和不同时段的实时电价水平计算用户的电费支出。

图5 成本传导机制示意图

以上是基于一部制销售电价的实时电价确定方法，如果在用户侧实行两部制销售电价，则必须保证收取的电费能够回收购电成本等各项成本、扣除应缴纳税款的基础上获得国家规定的收益水平。因此，一部制销售电价和两部制售电价格之间的关系如等式(3)，利用此关系确定两部制实时电价水平。

式中，R表示供电企业的收益，Q表示供电企业当月的售电量(在不考虑线损的情况下也等于从发电厂购买的电量)，P1表示一部制销售电价水平，P0表示供电企业从发电厂的购电价格水平，A表示供电企业应缴纳的税款，P2表示两部制销售电价的电量电价水平，M表示电力用户的变压器容量，λ表示两部制电价的容量电价水平。

在本文的算例分析中，选取某典型工业园区进行测算。在测算与分析中分别按照一部制和两部制电价进行实时电价机制的测算，并对比分析了测算的结果。

三、算例分析

(一)基础数据

在测算中，分别针对销售侧实时电价实行一部制和两部制实时电价分别进行测算。

1.一部制实时电价基础数据

在上网侧和销售侧均施行一部制电价政策为例进行分析。选取某典型工业园区进行测算，该地区针对工业用电的一部制销售电价为0.65元/kWh。根据历史数据，该工业园区各个时段的历史平均负荷数据(根据过去一定时间段的负荷状况求平均得到)作为预测的工业园区第二天的负荷需求，即CBL，如表1和图6所示。

表1 某工业园区的历史平均负荷(MWh)

图6 该工业园区的负荷预测状况

在算例分析中，假设实施实时电价后，工业园区用户的负荷波动受价格弹性的影响，其中价格弹性包括自价格弹性和交叉价格弹性两部分，实时负荷与弹性和价格的关系如式(4)，测算的假设数据如表2所示。

式中，i表示时段数；yi为时段i的初始负荷；y(i)为实时电价实施后时段i的实时负荷；pi为时段i的初始电价；p(i)为时段i的实时电价；e1和e2分别表示价格自弹性系数和交叉弹性系数。

表2 该工业园区的电力价格弹性

假定电网公司收集汇总的第二天各发电公司的报价状况如表3和图7所示。

表3 该电力系统的电量供给状况

图7 电力系统的报价状况

2.两部制实时电价基础数据

在上网侧施行一部制竞价上网、销售侧收取两部制电价时，用户的容量电价是按照规定标准每月收取、不随时间而变动的，因此实时电价是指电量电价。

算例分析中，仍以上工业园区的数据进行测算。假设该工业园区安装的是一台容量为12.5MVA的大型变压器，该地区针对大工业用电的两部制电价标准为：容量电价按照变压器容量收取，标准为25元/kVA/月，电量电价为0.6元/kWh。该工业园区第二天的用电量预测状况如表1，在算例分析中，该工业园区对电价的价格弹性见表2，电网公司收集汇总的第二天各发电公司的报价状况见表3。

(二)一部制实时电价计算结果及分析

根据电力系统的电量供给状况和表1所示的历史平均负荷作为基准负荷(CBL)，可以根据“市场供需均衡价格指数定价机制”确定出第二天针对该工业园区不同时段的实时电价，如表4和图8所示。

表4 该工业园区一部制实时电价表 (元/kWh)

图8 该工业园区的一部制实时电价

通过假设的用户价格自弹性和交叉弹性可以计算得出高、中、低弹性下该工业园区实施实时电价政策后的负荷状况。高弹性下的负荷状况如表5和图9所示。

表5 高弹性下该工业园区的用电量情况(MWh)

图9 高弹性下实时电价对用户负荷曲线的影响

从表6和图9可以看到，实行实时电价政策后，该工业园区的尖峰负荷降低、低谷负荷增高、峰谷差减小、负荷率升高，电力系统的负荷曲线得到了改善。并且实时电价提高低谷负荷作用比较显著，说明实时电价政策“填谷”的效果大于“削峰”。增加夜晚低谷用电量，有利于提高晚上风电等新能源的利用率，促进新能源消纳，有利于节能减排和优化能源结构。图10展示高、中、低弹性下该工业园区的负荷变化情况。

图10 不同弹性系数下一部制实时电价对用户负荷的影响

不同电力价格弹性系数下用户的负荷状况变化分析对比结果如表6和图11所示。

表6 实行一部制实时电价后该工业园区的负荷变化情况

图11 不同电力价格弹性下用户负荷曲线变化情况

通过图11的对比可以看到，用户的电力价格弹性不同，实时电价政策的效果也不同，用户的价格弹性越大，对电价的变动越敏感，实时电价政策的实施效果越显著。

综上所述，实时电价可以帮助电力系统优化负荷曲线，实现减小峰谷差、提高负荷率的作用，并且从环保方面，也有利于新能源消纳和节能减排，是符合社会可持续发展的。但是，在尝试推广实时电价政策的过程中，必须充分考虑用户对电力价格响应弹性等特点有针对性地逐步推行，从而使这一政策发挥更大的作用。

(三)两部制实时电价计算结果及分析

根据电力系统的电力供给状况和该工业园区的历史平均负荷状况(即CBL)，并结合两部制电价的特点，可以确定出第二天针对该工业用户不同时段的实时电价(即电量电价)，如表7所示。

表7 该工业用户的两部制实时电量电价表 (元/kWh)

通过假设的用户价格自弹性和交叉弹性可以计算得出高、中、低弹性下该工业园区实施两部制实时电价政策后的负荷变动状况，如图12所示。

图12 不同弹性系数下两部制实时电价对用户负荷的影响

不同电力价格弹性系数下用户的负荷状况变化分析对比结果如表8所示。

表8 实行两部制实时电价后该工业园区的负荷变化情况

(四)计算结果对比分析

结合上述一部制实时电价和两部制实时电价的算例，以用户对电价弹性的高方案为例，一部制实时电价和两部制实时电价的实施效果对比分析结果见表9所示。

表9 一部制和两部制实时电价实施效果比较

图13 高弹性下一部制和两部制实时电价负荷曲线指标比较

由图13可以看到，与一部制实时电价相比，两部制实时电价可以更好地改善负荷曲线。而且，两部制实时电价中的容量电费部分相对固定，电价的波动带来的风险相对较小，降低了用户、售电公司等相关利益者的利益风险。因此，在尝试推广实时电价政策的过程中，必须根据各主体的风险承受能力有针对性地分别采用一部制实时电价或两部制实时电价政策。对于固定成本较大的大型工业企业，应当采用电费波动风险较小的两部制实时电价政策，从而降低实时电价政策的政策性风险。

四、结论

本文结合中国电力市场的改革方向，前瞻性地研究了未来发电侧及售电侧放开的情景下的实时电价定价机制。文章提出了基于电力市场供求平衡关系定价的“市场供需均衡价格定价机制”，并结合某工业园区的实例，对机制的实施效果进行了理论测算，验证了机制的可行性。通过研究，取得了如下结论：

1.实时电价政策可以更好地反映出电力市场的供需关系，相比传统的固定电价政策可以更好地促进资源的优化配置。但是实时电价的定价、发布、电费计量、信息传输与汇总都必须依赖智能电网的建设，因此实时电价政策的试点和推广必须有坚强智能电网作为基础。

2.按照本文提出的实时电价机制，通过测算，实时电价政策可以改善电力系统的负荷曲线，起到减小峰谷差，提高负荷率的作用。

3.分析结果表明，用户的电力价格弹性不同，实时电价实施效果不同。用户的价格弹性越大，对电价的变动越敏感，实时电价政策的实施效果越显著。因此，在推广实时电价政策的过程中，必须充分考虑用户对电力价格响应弹性等特点有针对性地逐步推行，从而使这一政策发挥更大的作用。

4.分析结果表明，一部制实时电价政策和两部制实时电价政策的实施效果存在一定差别。与一部制实时电价相比，两部制实时电价可以更好地改善负荷曲线。而且，两部制实时电价中的容量电费部分相对固定，电价的波动带来的风险相对较小。因此，在推广实时电价政策的过程中，优先选择两部制实时电价。

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(责任编辑：李潇雨)

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，华北电力大学经济与管理学院教授；李欣民，女，华北电力大学经济与管理学院硕士研究生。

F407.61

A

1008-2603(2016)05-0048-07