峰谷分时电价时段划分方法研究

王昱洁 孙英楷 韩少卿

【摘  要】峰谷分时电价作为一种有效的需求侧管理手段，通过价格信号，促使用户主动采取合理的用电方式和用电结构，将高峰用电负荷转移到低谷时段，达到“削峰填谷”的目的。其实施效果不仅依赖于合适的定价机制，还要借助于科学的峰谷时段划分。论文通过对现有的峰谷电价时段划分方法进行归纳综述，总结其基本原理、优缺点和应用情况等。同时对其方法比较分析表明，在用户响应度等相关数据易获取的情况下，基于用户需求响应的峰谷时段划分方法，能够更好地反映出用户用电的时间差异，也能有效地通过价格机制引导用户合理安排用电。该方法弥补了其他方法的不足，能够根据用户需求响应实际，适时调整时段划分区间，以向用户传递合理的激励信号。

【Abstract】As an effective demand side management method， peak-valley time-of-use tariff makes consumers to take the initiative to adopt reasonable power consumption patterns and power consumption structures through the price signals， and transfers peak power consumption to low-valley periods， to achieve the goal of "peak cutting and valley filling" . The implementation effect not only depends on the appropriate pricing mechanism， but also depends on the scientific peak and valley time division. This paper summarizes the existing time division methods of peak-valley price， and summarizes their basic principles， advantages， disadvantages and applications. At the same time， the comparative analysis of the methods shows that the peak-valley time division method based on the user demand response can better reflect the time difference of the user"s electricity consumption when the related data such as the user response degree are easily obtained， and can also effectively guide the users to arrange the electricity consumption reasonably through the price mechanism. This method makes up for the deficiency of other methods. It can divide the interval according to the actual demand response of users， and send reasonable incentive signals to users.

【关键词】峰谷分时电价;需求侧管理;时段划分

【Keywords】peak-valley time-of-use tariff; demand side management; time division

【中图分类号】F426;TM73                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）09-0084-04

1 引言

20世纪70年代，发达国家为解决短时间内的电力不足问题，开始实行峰谷分时电价[1]。自20世纪80年代起，我国部分省市开始逐步实施峰谷分时电价制度，而后逐渐全面普及和推广。目前峰谷分时电价在世界各国已经得到了广泛的应用，其作为重要的电力需求侧管理手段，在各国的电力工业中正发挥着越来越重要的作用。

峰谷分时电价通过价格激励，可以引导用户合理调整用电方式，减少高峰时期用电量，提高电网负荷率和用电效率，实现“削峰填谷”目的，保障电网安全稳定运行，具有良好的经济效益和社会效益，在国内外得到了广泛的应用。

峰谷分时电价时段划分和各时段电价的确定是制定峰谷分时电价的基础，科学合理地制定峰谷电价水平是峰谷分时电价政策实施的关键。

随着经济的快速发展，用电负荷不断增长，用电结构不断调整，峰谷分时电价需要建立动态的调整机制以适应用电结构的不断变化。而峰谷分时电价时段划分作为制定峰谷分时电价的关键一环，也需要对其进行不断调整，使其充分发挥价格杠杆作用，提高电力资源有效配置。

现行峰谷分时电价时段划分方法主要有：第一，基于隶属度函数的峰谷电价时段划分;第二，基于供电成本的峰谷电价时段划分;第三，基于用戶需求响应的峰谷电价时段划分。除了这些常用的方法之外，还有基于因素分析法的峰谷电价时段划分和基于用户心理学的峰谷电价时段划分等。

本文主要对峰谷电价时段划分方法进行综述，首先，阐述峰谷分时电价时段划分的发展;其次，介绍峰谷电价时段划分的三种方法，并对这三种方法进行综述，探讨这三种方法的适用范围和优缺点等;最后，得出相关结论。

2 峰谷分时电价时段划分方法的发展

峰谷分时电价作为一种以价格为基础的需求响应方式，通过引导用户合理用电，缓解电力供需矛盾。峰谷时段划分作为峰谷分时电价制定的基础，其划分的科学性极为重要。

在峰谷分时电价实施之初，国内外峰谷分时电价时段划分主要根据地区负荷的基本特征，最早提出采用模糊数学思想利用隶属度函数进行时段划分，即基于隶属度函数的峰谷时段划分方法[2]，该方法划分的核心是判断某个时段属于高峰或低谷的概率，在判断过程中需要借助研究人员的经验与主管判断，不少学者对此方法进行优化改进使其更具科学性。郑成等提出用年持续负荷曲线对峰谷电价进行时段划分[3]。此外，林旻等提出了基于供电成本的峰谷时段划分方法，将供电成本与地区负荷结合，构造每个时段的电能成本和对应时段负荷的函数，然后根据电能成本-负荷曲线上负荷点的单位负荷发电成本增量来划分峰谷时段[4]。

随着社会经济和科学技术的不断发展，智能电网的提出，用户互动响应能力不断提高，峰谷时段区间划分有必要建立动态调整机制，以适应用电负荷的不断变化，从而获得良好的削峰填谷经济效益。因此提出基于用户需求响应的峰谷时段划分方法，该方法是在基于隶属度函数的峰谷时段划分方法基础上提出的，弥补了基于隶属度函数的峰谷时段划分方法的不足。

峰谷分时电价价格杠杆作用的发挥，有赖于峰谷时段划分与峰谷比价关系两方面合理设计，相辅相成，共同作用，两者具有密切关系。

在实行峰谷分时电价之初，峰谷分时电价时段划分一般将一天划分为两个或三个时段，划分为两个时段的一般为高峰和平段两时段，划分为三个时段的一般为高峰、平段和低谷三时段。由于各国地理位置、气候条件、居民生活水平及习惯等存在差异，负荷特性不尽相同，峰谷电价时段划分也不同[5]。

随着经济的快速发展，全社会的用电量也与日俱增，为缓解电力供需矛盾，有些地区在高峰、平段和低谷三个时段划分的基础上，增加了尖峰时段，即将一天划分为尖峰、高峰、平段和低谷四个时段。我国山东省在2008年率先实行了尖峰电价，取得了较好的效果。由于我国南方部分省市如广东省、云南省和四川省等水资源相对丰富、水电机组较多，实行峰谷电价与丰枯电价相结合的电价机制，即在峰谷电价的基础上将一年分为丰水期和枯水期，在各个时期分别实行不同的电价。

3 峰谷分时电价时段划分方法

3.1 基于隶属度函数的峰谷时段划分

模糊数学的基本思想是隶属度函数确定的基础，基于隶属度函数的峰谷时段划分方法运用模糊数学思想，通过分析典型日负荷曲线，以特征点附近的时刻点所处峰谷时段的可能性为划分原则，即在高峰及高峰附近的时刻点，较大可能处于峰时段，而处于谷时段的可能性较小。同样，在低谷及低谷附近的时刻点，较大可能处于谷时段，而处于峰时段的可能性较小。根据这一原则构造模糊半梯度隶属度函数，通过此函数来确定各时刻点所处的具体时段。对于峰段与平段和平段与谷段交界处的点，一般认为处于峰时段可能性为70%点所在位置为峰时段和平时段的分界线;处于谷时段可能性为70%的点所在位置为平时段和谷时段的分界线。该方法简单明了，易于操作，但划分过程比较粗糙，结果准确性不高。当存在峰、谷区间的分界时点时，我们难以界定其峰谷时段属性，只能靠大概的估计来归类，这使得时段划分结果具有一定的偶然性。

针对上述方法存在的不足，相關领域学者提出了基于改进隶属度函数的峰谷时段划分方法，该方法引入了计及负荷变化率来辅助判断峰谷属性。这样可以使峰谷时段边界点的处理较为准确，减少人为因素的干扰。其基本原理为在典型日负荷曲线上若连续时点峰谷属性相同，则它们的负荷变化率较小。所以通过计算连续时点负荷率的数值大小来判断峰谷属性的一致性，将峰谷属性不一致的时点再进行重新划分。将该方法与基于隶属度函数的峰谷电价时段划分方法结合划分峰谷时段，具有一定的科学性。但无论是基于隶属度函数的峰谷时段划分方法，还是基于改进隶属度函数的峰谷时段划分方法，采用的都是典型日负荷曲线进行时段划分，典型日负荷曲线只能体现全天的负荷差异，不能体现全年的负荷差异。但实际中，受地域、季节和气候等因素的影响，典型日负荷曲线的选取会不同，不同的典型日负荷曲线峰谷时段划分结果也不同。这使得此方法不具有代表性，在准确度上具有一定的局限性。

基于此，有学者提出以年持续负荷曲线为研究对象，结合密度聚类基本原理来划分峰谷时段，提出了基于密度聚类的峰谷时段划分方法。这样弥补了用典型日负荷曲线进行峰谷时段划分的不足。

3.2 基于供电成本的峰谷时段划分

成本是构成电价的基本要素之一，为满足不同负荷特性用户的用电需求，所需的供电成本是不同的。当供电成本在不同用户间进行分摊时，成本差异较大，而这一差异主要是由负荷特性决定的。基于这一理论基础，提出基于供电成本的峰谷时段划分方法，该方法以系统供电成本为分析对象，其中供电成本又包括固定成本与变动成本，以用户在各时段负荷的变化会导致成本的变化为突破点，构造成本C和对应时段的负荷P的函数C=f（P），根据供电成本在某些负荷点的突变特征划分峰谷时段。

程瑜等学者在上述方法基础上作了进一步改进，将用户根据负荷特性的不同进行分类，分析不同负荷特性的用户对供电成本的影响[6]。根据不同用户的用电负荷特征来划分峰谷时段，使峰谷时段的划分更具有科学性，使成本在各类用户公平负担，使电价能够正确反映市场需求结构。同时，将用户根据负荷特性的不同进行分类需要成本，考虑到这一因素，对不同类型用户的分类应简繁适当。对于用电量小、数目多的小用户在分类上可以简单。而对于用电量较大的用户，则应对其进行精确划分，力求合理，充分考虑其差异性。

3.3 基于用户需求响应的峰谷时段划分

基于隶属度函数的峰谷时段划分和基于供电成本的峰谷时段划分方法可在一定程度上解决峰谷时段划分的问题，但随着社会经济持续快速发展，用电负荷不断增长，峰谷差加大，用电结构不断调整，电力用户对峰谷分时电价响应的动态特征也在不断变化。所以有必要根据需求响应情况，对己经执行的峰谷分时电价建立动态调整机制。

基于用户需求响应的峰谷时段划分方法是在基于隶属度函数的峰谷时段划分方法的基础上发展起来的。即在基于隶属度函数的峰谷时段划分方法基础上，考虑电力用户需求响应，进行电价响应评估，通过评估结果调整峰谷时段划分属性。

在现有基于用户需求响应的峰谷时段划分方法研究中，丁伟等通过建立用户电价响应矩阵来反映用户对峰谷分时电价的响应，结合用户满意度，建立峰谷电价优化决策模型，并验证了此方法的有效性[7]。

在已实施分时电价地区考虑已有的用户响应，能够有效提高时段划分的科学性，也更好地兼顾了用户在不同时段的电力需求。此方法首先采用基于隶属度函数的峰谷时段划分方法划分峰谷时段，然后比对各时点电力用户负荷曲线比重结构特征的变化情况，评估各时点电力用户峰谷电价的响应程度，对响应特征明显的时点，保留其现有的峰谷时段属性，对响应特征不明显的时点，对其重新划分进行修正调整，这样能有效发挥电价对电力用户的积极引导作用，激励更多的需求响应资源。

4 峰谷分时电价时段划分方法分析比较

基于隶属度函数的峰谷时段划分方法在一定程度上提高了时段划分的精度，计算相对简单，易于操作，其适用于没有实行过峰谷分时电价地区的时段初步划分。改进后的该方法使用年持续负荷曲线进行峰谷时段划分，在一定程度上弥补了其不足，但在实际操作中，各省市不同用户峰谷电价时段划分结果会不同。因此，各省市应先确定峰谷分时电价的执行范围，然后对不同的用户分别制定不同的峰谷时段划分方案。同时，随着负荷的增长及用电结构的变化，该方法不能建立动态调整机制，从而影响“削峰填谷”的效果。

基于供电成本的峰谷时段划分方法能较好地反映系统负荷引起的成本变化，有利于在电力资源充足的条件下对电力资源进行合理配置。根据供电成本变化特征划分时段区间，能够反映分时供电成本的差异。但此方法不能反映电价对电力供需关系的影响，因此，在电力供应不足或剩余情况下不能提供有效的价格信号。

基于用户需求响应的峰谷时段划分方法通过对需求响应评估，根据该时点的峰谷特征重新划分时段属性，以向用户传递合理的激励信号。特别是伴随着智能电网的建设发展，用户互动响应能力发展迅猛，需要建立常态调整机制，此方法显得尤为重要。此外，智能表计发展建设为分时电价时段划分常态调整提供了技术支撑。但运用此方法需要用户响应度数据，此数据获取相对困难。

5 结语

合理划分峰谷时段是峰谷分时电价设计的基础工作，时段的合理划分与调整对实现峰谷分时电价的定价目标至关重要。本文峰谷电价时段划分的三种方法分别从三种不同的角度考虑，划分了峰谷电价时段。由于基于隶属度函数的峰谷时段划分方法不适用于对已实施分时电价地区重新划分时段，基于供电成本的峰谷电价时段划分不能发挥价格杠杆作用，其各有一定的弊端。而基于用户需求响应的峰谷时段划分方法考虑了用户响应度，使其能够合理调整峰谷時段划分，有效降低了负荷低谷期电力设备的闲置率，提高系统负荷率，促进削峰填谷，具有良好的经济效益。

通过对以上三种方法的比较分析，在峰谷分时电价时段划分方法上，本文推荐使用基于用户需求响应的峰谷时段划分方法，该方法不仅在前两种方法上做出进一步改进，而且能够建立常态调整机制，应对用户互动响应能力的发展变化。

【参考文献】

【1】M. C.Ccaramanis， R. E. Bohn， F. C. Schweppe. Optimal SPOT Pricing：
Practice and Theory[J].IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1982，101（9）：
3234-3245.

【2】丁宁，吴军基，邹云.基于DSM的峰谷时段划分及分时电价研究[J].电力系统自动化，2001，23（8）：9-12.

【3】郑成，田宇，陈一怀.基于模糊聚类的峰谷时段划分[J].电气技术，2016（6）：13-17.

【4】林旻，朱艳卉，胡百林.基于供电成本的峰谷时段划分及分时电价研究[J].华东电力，2005，33（12）：90-91.

【5】Rajesh rajaraman，Jayant V.Salashkar，Fernando.Effect of Demand Elasticity on Security Prices for the PoolCo and Multi-Lateral Contract Models[J].IEEE Transactions on Power Systems，1997，1（3）：1238-1244.

【6】程瑜，翟娜娜.基于用户响应的分时电价时段划分[J].电力系统自动化，2012，36（9）：42-53.

【7】丁伟，袁家海，胡兆光.基于用户价格响应和满意度的峰谷分时电价决策模型[J].电力系统自动化，2005，25（20）：10-14.