负荷率电价的选择性证明及实用化选项设计方法

黄海涛，高畅，吴洁晶，杨冬

（上海电力学院电气工程学院，上海 200090）

负荷率电价的选择性证明及实用化选项设计方法

黄海涛，高畅，吴洁晶，杨冬

（上海电力学院电气工程学院，上海 200090）

以国家销售电价改革为背景，对我国销售电价市场化改革背景下的负荷率电价如何适应电力市场进行深入研究，发现对于电力市场化条件下，负荷率电价如何与电力用户交互、为电力用户提供选择权的研究鲜少，且极少有详明理论。通过对负荷率电价和可选择电价两种电价制度的研究，对负荷率电价的实用化选项设计方法进行探究，并从理论上证明负荷率电价具备可选择性，为制定可选择负荷率电价提供理论依据。最后，通过算例分析验证了负荷率电价的可选择性及其实用化选项设计方法的合理性。

销售电价；负荷特性；负荷率电价；可选择电价

2015年推出的新电改9号文提出要进一步深化电力体制改革，形成适应市场要求的电价机制[1-3]，让电力用户能够通过结合自身负荷特性，进行电价模式选择。因此，负荷率电价和可选择电价在国内得到了广泛的关注和研究。文献[4]通过介绍国外的可选择电价做法与经验和对可选择电价理论依据的研究指出可选择电价能够引导用户参与并优化用电行为，同时改善用户和电力企业的利益，实现社会福利的帕累托优化，表示我国电价政策体系中有必要引入这种电价制度。文献[5-9]通过对电价影响因素和选择性电价内涵和定价基础的研究，对我国构建选择性零售电价体系和实施选择性零售电价的可行性进行了分析，并给出了一种可选择两部制电价定价模型。与此同时，根据用户的用电负荷特性制定的负荷率电价，由于其明显的优点得到了进一步的研究。文献[10-11]对负荷率电价体系的设计及其选择性实现途径进行研究并给出了具体的设计方法。文献[12-13]对负荷率电价与分时电价的配合进行研究，并构建了相应的电价模型。

目前，对于负荷率电价及其选择性的研究多集中在电价的制定方法研究与建模上，没有形成一整套的理论支撑与制定方法。因此，本文将补充可选择负荷率电价在理论研究上的缺失，对负荷率电价的可选择性进行理论分析与证明。结果证明负荷率电价具备可选择性，可选择负荷率电价同时具备负荷率电价和可选择电价的优势，具有较强的可操作性。

1 负荷率电价的基本内涵及实用化选项设计方法

1.1 负荷率电价的基本内涵

目前，国外许多国家都采用了负荷率电价，如法国，美国和韩国等都根据本国实际制定了应用范围和程度不同的负荷率电价。虽然我国还没有执行负荷率电价，但随着电力市场化改革的推进，推行负荷率电价已是大势所趋。负荷率电价相对于其他电价制度来说有一定的特殊性，比如考虑负荷率因素的不同用户的用电成本不仅取决于用户本身的用电特性，还通过系统同时率指标取决于其他用户的用电特性。负荷率电价的核心并不是补偿成本，而是引导用户优化用电特性，提高系统负荷率，负荷率电价的这种功能突出并强化了电价的资源配置功能。

1.2 负荷率电价的实用化选项设计方法

负荷率电价制定的基础是边际成本定价原理，根据用户负荷率的不同对用户收取不同的费用。电力系统中广大用户的用电负荷特性不同，故不同负荷率用户的用电成本也是不相同的。因此，负荷率电价的制定包括负荷率分档和电价水平分档两个方面，负荷率分档是指通过对不同用户负荷特性的分析与拟合，确定负荷率分档的数目与档位边界，电价水平分档是指根据用户所处电压等级和负荷率等用电成本特性对用户进行分档定价。最后，根据分档结果进行供电成本分析，以便于对供电成本的合理回收。

负荷率分档方法：1）选取样本用户，采集样本用户的用电负荷特性数据进行数据处理；2）统计分析样本用户的负荷率及其分布情况；3）根据统计结果对负荷率初步分档，并根据供电成本测算每一档电价水平；4）根据用户比重、价格水平等因素对负荷率分档档位进行调整、合并，最终确定负荷率分档结果。负荷率电价水平分档方法：1）根据负荷率分档结果，对各档位用户的供电成本进行分析；2）在供电成本分析的基础上，确定电价水平，通过财务平衡调整，并制定相应的负荷率电价。

2 负荷率电价的可选择性研究与证明

2.1 负荷率电价的可选择性研究

对于电力系统中的用户，按照负荷特性分析得到用户的负荷率-同时率关系曲线如图1所示，对于某类用户而言，假设其平均负荷率为f，同时率为d，则该用户的负荷率、同时率对应于用户负荷率-同时率关系曲线中的C点，设该类用户所处电压等级的系统边际容量成本为Csmc，则该类用户应承担的容量成本为d×Csmc，即图中AC部分。过C点作切线与纵轴交于点e，该交点将用户应承担的容量成本分为AB和BC两部分，其中AB部分与负荷率、年利用小时数无关，把这部分作为基本电费；BC部分则与负荷率、年利用小时数有关，把这部分归入电度电费，由电度电价回收。如图1所示，当用户负荷率为60%时，用户应承担80%的容量成本，其中40%容量成本作为基本电费，剩下40%的容量成本转入电度电费。

图1 容量成本在基本电费和电度电费中的分摊示意图Fig.1 Schematic diagram of the capacity cost allocation in the basic electricity price and consumption-based electricity price

根据用户的负荷率不同，其所应承担的容量成本也不相同，可以通过对不同负荷率的用户制定不同的两部制电价组合，以期实现对不同负荷特性用户供电成本的公平合理回收。由于电力企业作为独家供电的公共事业，它在价格制定方面占据优势地位；同时，它比政府监管部门具有信息优势，政府部门很难监管其在定价过程中上报用户用电负荷信息的真实性。为防止电力企业凭借自身信息不对称地位和定价优势，对用户制定高价格以赚取不正当利益，可通过制定负荷率电价菜单，让用户自行选择符合自己利益的电价组合套餐，该电价组合套餐应满足可分离均衡条件。由此，电力公司可合理回收供电成本，电力用户可公平分摊用电成本；同时，有效引导用户改变用电模式，充分挖掘需求侧潜力，优化电力资源配置。

2.2 负荷率电价的可选择性证明

根据用户负荷率制定的可选择电价组合菜单应能实现用户理性选择价格组合的结果与负荷率定价初衷相一致，实现预期的定价目标。由于可选择定价存在逆向选择问题，因此负荷率电价的可选择性实现还应当满足用户参与约束和激励相容约束。目前，在我国，电力仅由一家电力公司提供供电服务，因此满足用户参与约束。对于用户激励相容约束，根据用户负荷率制定的电价组合菜单应能实现对用户a所制定的电价组合i，当用户a选择电价组合i时，与选择其他电价组合相比，其支付的电费最少，即平均电价最小。

负荷率与同时率之间的关系无法用数学模型表述，只能通过历史数据统计得出。对于同一电压等级，该电压等级用户的负荷率-同时率关系曲线满足二阶多项式，呈开口向下的抛物线形式，则负荷率、同时率满足二次函数关系式[14]：

式中：f为用户的负荷率；d为用户负荷率为f时所对应的同时率；a、b为二阶多项式的常系数，且a＜0。

据上述容量成本分摊模型可知：用户分摊的容量成本中，由基本电价回收的部分占系统边际容量成本的比重为e，剩余的应分摊的容量成本和全部电量成本由电度电费回收。根据负荷率-同时率曲线，可得用户应承担容量成本分摊到容量电费中的比例为

结合式（1）简化可得：

有同一电压等级的不同负荷率的两个用户，分别记为用户i和用户j，按前文负荷率分档定价为用户i和用户j制定相应的电价组合1和2：

电价组合1基本电费：

电价组合1电度电费：

电价组合2基本电费：

电价组合2电度电费：

式中：AC是单位容量成本；T是测算时间周期；CV是变动成本。

令用户i选择电价组合1时应支付的电费记为M1；用户i选择电价组合2时应支付的电费记为M2；则有：

将式（1）和（3）代入上式化简可得：

式中，a＜0且f1≠f2，其余参数均大于0；因此。

式（8）、式（9）表明：用户i只有选择根据其负荷率制定的电价组合1时，所支付的电费才能最低。这时，用户的选择才与电力公司的电价设计期望一致。因此，基于负荷率的两部制电价模型能够满足用户参与约束和激励相容约束，能够解决可选择电价的逆向选择问题，由此证明基于用户负荷率的负荷率电价具有可选择性。

3 算例分析

现以某省市35 kV的用户用电数据和供电成本数据为依据，以该省市35 kV工商业用户为研究对象，通过负控系统抽取有效用户样本850户，采集系统最大负荷日的日负荷数据。对样本用户进行用电负荷特性分析，结合供电成本数据和负荷率电价模型，通过测算，制定相应的负荷率电价。在维持销售电价定价目标与现有收入不变的前提下，根据用户负荷率分布情况与售电量数据，进行该电压等级用户负荷率分档与测算电价水平结果如表1。

表1 某省市35 kV工商业用户负荷率分档电价表Tab.1 The load rate step electricity price for 35 KV industrial and commercial users in a certain province or municipality

从表1负荷率分档电价可以看出：高负荷率电价中的基本电费高于低负荷率电价的基本电费、电度电费低于低负荷率电价的电度电费，这是由于高负荷率用户占用发、输变电设备时间较长，因此需支付的基本电费较高，容量成本分摊到电度电费中的那部分较少，所以电度电费较低。随着负荷率的提升，平均电价逐渐降低。这些都表明负荷率电价能够反映不同负荷率用户供电的固定成本和变动成本的差异，并且能够激励用户提高用电负荷率。

由于负荷率电价在执行过程中，电力企业需要获得用户负荷率信息，才能据此对用户执行不同的电价标准。然而，实际上电力企业很难获得用户的负荷率信息，特别是为数众多的中小用户的负荷率信息，这导致负荷率电价执行起来十分困难。因此，基于经济机制设计理论的可选择电价设计机制成为了解决上述问题的最好方法。本文中为实现负荷率电价的可选择性，通过制定多个两部制电价选项让用户自由选择，该电价组合套餐的制定目标应与负荷率分档电价一致，且能很好地实现对电力用户的有效区分，防止用户选择结果偏离定价预期。因此，需要对电价组合选项进行精心设计，实现与负荷率电价等同的效果。设计与表1负荷率分档电价具有等同效果的可选择两部制电价组合套餐如表2所示。

表2 与负荷率电价等效的可选择两部制电价套餐Tab.2 The optional two-party electricity price package equivalent to the load factor electricity price

用户从套餐选项A、B、C中自由选择一组适合自身的价格组合套餐，图2显示各种负荷率用户选择3种套餐与所支付的平均电价之间的关系。

从图2可以看出：负荷率在[0～0.35]的用户选择套餐A时支付的平均电费最少；负荷率在[0.35～0.75]的用户选择套餐B时支付的平均电费最少；负荷率在 [0.75～1]的用户选择套餐C时支付的平均电费最少。由此可知，用户的选择结果与可选择两部制电价定价预期相同，满足用户可分离条件。因此，该选择套餐执行结果与执行负荷率电价效果等同。

图2 可选择两部制电价用户负荷率与平均用电价格关系曲线图Fig.2 The relationship between the user load rate and the average electricity price for customers who can choose the two-part electricity pricing system

4 结语

负荷率电价具有激励用户提高用电负荷率和使用户公平合理分摊供电成本的优势，在负荷率电价执行过程中，电力企业会面临对用户的负荷率信息难以全面掌握的难题，阻碍负荷率电价的实施。本文通过对负荷率电价的研究，从理论上证明了负荷率电价具备可选择性，通过制定高基本电价与低电度电价结合、低基本电价与高电度电价相结合的与负荷率电价等效的用户自选择两部制电价套餐，很好地解决了上述难题，并对我国推进和深化销售电价改革提出如下建议。

1）积极推进负荷率电价改革，提高资源配置效率和电力设施利用率。我国长期以来存在电力系统和电力用户负荷率偏低等问题，节能高效环保机组不能充分利用，这就需要通过推行负荷率电价提高用户用电负荷率和电力设施利用率。

2）精心设计可选择负荷率电价制定标准与实施规范。随着我国电力体制改革的深化，电力行业发展还面临一些亟待通过改革解决的问题。如现行电价难以合理反映用电成本，这就需要积极推行负荷率电价，真实反映不同负荷率用户的供电成本。可预见的负荷率电价在执行过程中遇到的难题，可通过引入基于经济机制设计理论的可选择电价设计机制，制定与负荷率电价等效的可选择负荷率电价解决。

3）继续深化可选择电价的研究与应用。可选择电价通过为用户提供更多的电价选择权，让用户根据自身用电负荷特性选择最适合自己的电价套餐，能够有效增加用户福利，与传统的政府定价相比，在社会福利的改进上能取得更好的效果。考虑我国实际情况，可选择电价可与峰谷分时电价、负荷率电价等已有电价制度结合，赋予用户选择权的同时，保证电力企业收支平衡，提升社会福利。

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（编辑 徐花荣）

Selective Proof and Practical Option Design Method for Load Factor Price

HUANG Haitao，GAO Chang，WU Jiejing，YANG Dong
（College of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China）

In the context of the national electricity sales price reform，this paper presents an in-depth research on how to adapt the load factor electricity price to the electricity market,and it is found that studies on how to interact the load factor price with power users and provide options for power users are rather rare in the condition of electricity market，and detailed theories are even rarer in this aspect.Through research on the two kinds of pricing system of the load factor electricity price and optional electricity price，we have explored the design method of the practical option for the load factor electricity price，and theoretically proved that the price is optional，providing the theoretical basis for the formulation of the optional price.Finally，the optionality of the factor load price and the rationality of its practical option design method are verified by the example analysis.

sales electricity price；load characteristic；load factor electricity price；optional electricity price

2017-02-05。

黄海涛（1978—），女，博士，副教授，研究方向为电价理论与应用、电力系统优化等方面的研究和教学工作；

高 畅（1993—），男，通信作者，硕士研究生，研究方向为电力市场与销售电价理论研究；

吴洁晶（1991—），女，硕士研究生，研究方向为销售电价理论研究；

杨 冬（1991—），男，硕士研究生，研究方向为销售电价理论研究。

1674-3814（2017）05-0074-05

TM714

A

国家自然科学基金项目（71203017）。

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China（71203017）.