【需求响应】分时电价机制下居民用户需求侧对负荷响应研究附Matlab代码

最新推荐文章于 2025-12-01 18:45:00 发布

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🔥 内容介绍

随着能源结构的调整和电力系统的发展，电力供需平衡面临着新的挑战。新能源发电的大规模接入，其固有的随机性、间歇性和波动性，给电力系统的稳定运行带来了不小的压力。在此背景下，分时电价机制作为一种有效的需求侧管理手段，应运而生。它通过价格信号，引导用户调整用电行为，实现削峰填谷，优化电力资源配置，对于保障电力系统安全稳定经济运行、促进新能源消纳具有重要意义。居民用户作为电力消费的重要组成部分，其用电行为对电力负荷曲线有着显著影响。研究分时电价机制下居民用户需求侧对负荷的响应，有助于深入了解居民用电行为规律，挖掘居民用户在电力需求侧管理中的潜力，为进一步完善分时电价机制和提升电力系统运行效率提供理论支持和实践指导。

二、分时电价机制概述

（一）分时电价机制的背景与目的

电能的生产与消费具有实时同步性，无法大规模存储，这就决定了电力系统需要时刻保持供需平衡。不同时段的用电需求差异巨大，高峰时段电力供应紧张，供电成本高；低谷时段则电力供应相对宽松，供电成本低。传统的单一电价模式无法反映这种电力成本的时段差异，也难以引导用户合理调整用电行为。分时电价机制正是基于电能的时间价值而设计，旨在通过不同时段的差异化电价，激励用户在高峰时段减少用电，在低谷时段增加用电，从而平抑电力负荷峰谷差，提升电力系统的整体利用效率，降低社会总体发用电成本，同时也有助于保障电力系统的安全稳定运行。

（二）分时电价的划分与定价策略

峰谷时段划分：各地依据当地电力供需状况、系统用电负荷特性、新能源装机占比以及系统调节能力等多方面因素，科学合理地划分峰谷时段。一般而言，将系统供需紧张、边际供电成本高的时段设定为高峰时段，比如工作日的早晚用电高峰期；将系统供需宽松、边际供电成本低的时段确定为低谷时段，像深夜至凌晨这段时间。在可再生能源发电装机比重高的地区，还需充分考量新能源发电出力的波动以及净负荷曲线的变化特性，对峰谷时段进行更为精细的划分。

峰谷电价价差确定：峰谷电价价差的设定至关重要，它直接影响着用户对分时电价的响应程度。各地综合考虑当地电力系统峰谷差率、新能源装机占比、系统调节能力等因素来确定价差。通常，上年或当年预计最大系统峰谷差率超过 40% 的地方，峰谷电价价差原则上不低于 4:1；其他地方原则上不低于 3:1。合理的价差能够有效引导用户改变用电习惯，实现削峰填谷的目标。

尖峰电价与季节性电价机制：许多地区在峰谷电价的基础上，进一步推行尖峰电价机制。尖峰时段根据前两年当地电力系统最高负荷 95% 及以上用电负荷出现的时段合理确定，并结合当年电力供需情况、天气变化等因素灵活调整。尖峰电价在峰段电价基础上上浮比例原则上不低于 20%。此外，对于日内用电负荷或电力供需关系具有明显季节性差异的地方，还建立了健全的季节性电价机制，分季节划分峰谷时段，合理设置季节性峰谷电价价差。例如，在水电等可再生能源比重大的地区，还会统筹考虑风光水多能互补因素，建立丰枯电价机制。

三、居民用户用电行为特点分析

（一）居民日常用电模式与规律

居民用户的用电行为具有较强的规律性，主要与日常生活作息紧密相关。清晨时段，随着居民起床，照明、厨房电器（如电水壶、微波炉等）的用电量开始增加；上午时段，部分家用电器（如洗衣机、洗碗机等）可能会被使用，但整体用电负荷相对平稳；中午时段，厨房用电再次达到一个小高峰，同时空调等制冷设备在夏季也开始投入使用；下午时段，用电负荷相对稳定；傍晚至夜间，随着居民下班回家，照明、各类电器设备（如电视、电脑、空调、电热水器等）的使用频率大幅增加，形成用电高峰，尤其是在夏季和冬季，空调和取暖设备的大量使用会使负荷进一步攀升；深夜至凌晨，居民大多处于休息状态，用电负荷降至低谷，仅有少量设备（如冰箱、路由器等）持续用电。

（二）不同季节与时段的用电差异

季节差异：夏季和冬季是用电高峰期，与春秋季用电模式存在显著不同。夏季气温较高，空调制冷成为主要用电需求，尤其是在高温时段，空调的使用频率和时长大幅增加，导致用电负荷急剧上升。冬季，在没有集中供暖的地区，电取暖设备（如电暖器、空调制热等）的使用使得用电负荷显著增加；而在有集中供暖的地区，虽然取暖用电需求相对较小，但由于冬季日照时间短，照明用电时间延长，整体用电负荷也会有所上升。春秋季气温较为适宜，空调和取暖设备使用较少，居民用电负荷相对平稳，主要集中在日常生活必需的用电设备上。

时段差异：除了上述日常用电规律导致的时段差异外，不同季节的峰谷时段用电差异也很明显。在夏季，白天高温时段往往是空调用电的高峰，对应着电力系统的高峰时段；而在深夜，气温降低，空调使用减少，用电负荷进入低谷时段。冬季则可能因为居民起床时间推迟和夜间休息时间提前，用电高峰时段相对提前，且在夜间低温时段，取暖设备持续运行，使得低谷时段的用电负荷也相对较高。

四、居民用户需求侧负荷响应方式

（一）基于可平移负荷的响应

居民用户家中存在一些可平移负荷，如洗衣机、洗碗机、电热水器等设备的使用时间具有一定弹性。在分时电价机制下，用户可以根据电价信号，将这些设备的运行时间从高峰时段转移至低谷时段。例如，用户可以选择在夜间低谷电价时段开启洗衣机和洗碗机进行工作，既不影响日常生活使用，又能降低用电成本。对于电热水器，用户可以在低谷时段提前将水加热储存起来，供高峰时段使用，避免在高峰时段加热耗电。这种可平移负荷的响应方式，能够有效地将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段，实现削峰填谷的效果。

（二）基于可调整负荷的响应

可调整负荷主要指一些用电功率可调节的设备，如空调、电暖器等。居民可以通过适当调整这些设备的运行参数，如空调的温度设置、电暖器的功率档位等，来改变用电负荷。在高峰时段，将空调温度适当调高（夏季）或调低（冬季），减少设备的运行功率，从而降低用电负荷；在低谷时段，则可以将温度设置调整到更舒适的范围，增加设备的运行功率。此外，对于一些智能家电设备，用户还可以通过手机 APP 等远程控制手段，根据分时电价和自身需求灵活调整设备的运行状态，实现对用电负荷的精细化调节。

（三）储能设备的应用与负荷响应

随着储能技术的发展和成本的降低，越来越多的居民用户开始考虑安装储能设备，如家用蓄电池。储能设备可以在低谷电价时段充电，将电能储存起来，在高峰电价时段放电，为家庭用电设备供电。这样，居民用户不仅可以利用低谷电价降低用电成本，还能在一定程度上减少对电网高峰时段电力的依赖，起到削峰填谷的作用。例如，在白天阳光充足时，居民可以利用太阳能板发电并将多余的电能储存到蓄电池中；在夜间高峰时段，蓄电池放电为家庭供电，减少从电网取电的量。储能设备的应用为居民用户参与需求侧负荷响应提供了新的途径和方式，进一步提升了居民用户用电的灵活性和自主性。

五、影响居民用户参与需求侧负荷响应的因素

（一）价格因素

峰谷电价价差大小：峰谷电价价差是影响居民用户参与需求侧负荷响应的关键价格因素。价差越大，用户通过调整用电行为节省电费的空间就越大，从而越有动力改变用电习惯。例如，当峰谷电价价差达到 4:1 甚至更高时，用户将可平移负荷从高峰时段转移到低谷时段，能够显著降低用电成本，这会促使更多用户积极响应分时电价政策。相反，如果价差过小，用户调整用电行为所带来的电费节省不明显，可能就难以激发用户参与负荷响应的积极性。

电价调整频率与透明度：电价调整频率也会对用户参与度产生影响。如果电价能够根据电力供需情况及时调整，并且调整信息能够准确、及时地传达给用户，用户就能更灵活地根据电价变化调整用电行为。此外，电价的透明度至关重要，用户需要清晰了解不同时段的电价标准以及计算方式，才能准确评估调整用电行为所带来的收益，从而更好地参与需求侧负荷响应。

（二）用户认知与习惯因素

对分时电价政策的了解程度：居民用户对分时电价政策的了解程度直接关系到其参与负荷响应的意愿。如果用户对分时电价政策的内容、实施目的和意义缺乏了解，就很难意识到调整用电行为可以带来的好处，也就不会主动参与需求侧负荷响应。因此，加强对分时电价政策的宣传和普及，提高用户对政策的知晓度，是促进用户参与的重要前提。

传统用电习惯的改变难度：长期形成的传统用电习惯使得居民在调整用电行为时面临一定困难。例如，一些用户习惯在下班后立即开启所有电器设备，而不太考虑此时是否处于高峰电价时段。要改变这种习惯，需要用户付出一定的努力和时间去适应新的用电模式。此外，部分用户可能对电器设备的运行时间和功率调节缺乏足够的认知和操作经验，也会影响他们参与需求侧负荷响应的能力和意愿。

（三）设备与技术因素

智能家电设备的普及程度：智能家电设备的普及为居民用户实现精准的需求侧负荷响应提供了便利。智能家电可以通过手机 APP 等方式实现远程控制和定时设置，用户能够更方便地根据分时电价调整设备的运行时间和功率。然而，目前智能家电设备在居民家庭中的普及程度仍然有限，许多家庭使用的还是传统的非智能家电设备，这在一定程度上限制了居民用户参与需求侧负荷响应的效果和范围。

家庭能源管理系统的应用情况：家庭能源管理系统可以实时监测家庭用电情况，分析用电数据，并根据分时电价和用户设定的规则，自动优化家庭用电设备的运行，实现智能化的需求侧负荷响应。但家庭能源管理系统的成本较高，安装和使用也相对复杂，目前在居民家庭中的应用还不够广泛。缺乏家庭能源管理系统的支持，居民用户在实现精细化的负荷响应方面会面临较大挑战。

六、促进居民用户需求侧负荷响应的策略

（一）优化分时电价机制

合理调整峰谷电价价差：各地应根据实际电力供需情况和居民用户用电行为特点，进一步优化峰谷电价价差。在确保电力系统安全稳定运行和社会总体发用电成本合理的前提下，适当扩大峰谷电价价差，提高用户调整用电行为的经济激励。同时，要动态调整价差，根据不同季节、不同时段的电力供需变化，灵活调整峰谷电价的浮动比例，使价格信号更加精准地反映电力成本和供需关系。

完善电价调整机制与信息发布：建立健全电价动态调整机制，密切跟踪电力系统运行情况、新能源发电出力变化以及用户用电需求波动等因素，及时调整分时电价。同时，加强电价信息发布平台建设，通过多种渠道（如电力公司官网、手机 APP、短信通知等）向用户及时、准确地推送电价调整信息，确保用户能够第一时间了解电价变化，为用户调整用电行为提供便利。

（二）加强宣传与引导

开展分时电价政策宣传活动：电力公司、政府相关部门以及社区等应联合开展分时电价政策宣传活动，通过举办讲座、发放宣传资料、线上直播等多种形式，向居民用户详细介绍分时电价政策的内容、实施目的、峰谷时段划分、电价计算方式以及参与需求侧负荷响应可以带来的好处等。提高用户对政策的认知度和理解度，增强用户参与的积极性和主动性。

引导用户改变用电习惯：通过宣传引导，帮助用户认识到传统用电习惯对电力系统和自身用电成本的影响，鼓励用户逐步改变用电习惯。例如，倡导用户养成在低谷时段使用可平移负荷设备的习惯，合理设置空调、电暖器等设备的运行参数，提高能源利用效率。同时，可以通过一些奖励机制，对积极参与需求侧负荷响应、有效调整用电行为的用户给予一定的电费减免或其他形式的奖励，进一步激励用户改变用电习惯。

（三）推动技术创新与设备升级

促进智能家电设备的普及：政府和相关企业应加大对智能家电设备的推广力度，通过政策补贴、技术研发支持等方式，降低智能家电设备的价格，提高其性能和稳定性，促进智能家电在居民家庭中的普及。智能家电设备的广泛应用将为居民用户参与需求侧负荷响应提供更便捷的手段，有助于提升负荷响应的效果和质量。

推广家庭能源管理系统：鼓励企业研发和推广适合居民家庭使用的低成本、易操作的家庭能源管理系统。通过示范项目、用户体验活动等方式，向居民用户展示家庭能源管理系统的功能和优势，提高用户对家庭能源管理系统的认知和接受度。同时，电力公司可以与家庭能源管理系统供应商合作，为用户提供定制化的能源管理解决方案，帮助用户更好地实现需求侧负荷响应。

七、结论

分时电价机制作为一种有效的电力需求侧管理手段，对于引导居民用户调整用电行为、实现削峰填谷、优化电力资源配置具有重要意义。通过对居民用户用电行为特点的分析，我们了解到居民用户在日常用电中存在可平移负荷和可调整负荷等响应潜力，同时储能设备的应用也为负荷响应提供了新的途径。然而，目前居民用户参与需求侧负荷响应还面临着价格因素、用户认知与习惯因素以及设备与技术因素等多方面的制约。为了促进居民用户积极参与需求侧负荷响应，需要从优化分时电价机制、加强宣传与引导以及推动技术创新与设备升级等多个方面采取策略。随着分时电价机制的不断完善和相关配套措施的逐步落实，居民用户在电力需求侧管理中的作用将日益凸显，有望为构建安全、稳定、高效的新型电力系统做出更大贡献。未来，还需要进一步深入研究居民用户用电行为的动态变化以及需求侧负荷响应的长期效果，不断优化政策和措施，持续提升电力系统的运行效率和能源利用水平。