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摘要：我国执行两部制电价的用户范围较小，存在一定的局限性。本文根据用户的行业分类和用电类别，将葫芦岛市315kVA及以上大工业用户所执行的两部制电价应用到200-300kVA一般工商业用户进行适用性分析，得出推行较为困难的结论。通过建立两部制电价数学优化模型，根据用电设备利用时数和平均电价之间关系的散点图，确定两部制电价的推行方案。
关键词：两部制电价；适用性分析；散点图
中图分类号：F407文献标识码： A
当前，全世界普遍采用两部制电价制度，是目前较为先进的一种电价制度。国外不但在工业生产，而且在居民生活用电中也推行两部制电价，这是因为两部制电价结构能够把电力企业的生产特点很好的反映出来。两部制电价由基本电价和电度电价两部分组成的。［1］基本电价代表了供电公司的容量成本，在计算基本电费时，需要考虑设备容量或最大需量，因此基本电费与容量和需求相关；电度电费代表电力企业的电能成本，计算电度电费时按照用户的实际用电量进行计算。
本文将现有315kVA及以上大工业用户的两部制电价应用于200-300kVA一般工商业用户进行适用性分析；通过建立数学模型，其次，对有最大需量记录的一般工商业用户两部制电价进行了实际的测算，通过一些数学方法把测算出来的两部制电价推广到全部用户，并进行了验证；最后，根据前面的分析研究确定两部制电价的推行方案。
1两部制电价在工商业用户的适用性分析
1.1分析方案
本文研究对象为葫芦岛市200-300kVA的一般工商业用户，采用这些用户在2013年1月到6月的电量电费数据。计算采用的基本电价是每月33元/千瓦，电度电价是按照葫芦岛市现行峰平谷分时电价进行计算。
本文通过对用户数据进行分类计算分析，总结出了不同行业的用电规律，共分为工业、农业、商业、非工业、居民五大类［2］。我们按照“国民经济行业分类（GB/T4754-2002）”对200-300kVA一般工商业用户进行行业分析，结合不同行业的基本用电特性，对葫芦岛市的这些用户实行两部制电价前后的电费情况进行了详细的分析，总结出变化规律。
1.2计算公式
（1）电度电费=峰电量×峰电价＋谷电量×谷电价＋平电量×平电价
公式说明：
①对于具有峰、平、谷计量的用户，直接按照上式计算；
②对于只有平计量用户，则需要按照峰平谷的时间比重进行拆分：
峰电量=平电量×7/24，平电量=平电量×9/24，谷电量=平电量×8/24
（2）基本电费=基本电价（33元/千瓦·月)×最大需量
由于200-300kVA一般工商业用户几乎都没有安装最大需量表，因此无法准确得出200-300kVA一般工商业用户的最大需量，按照如下方法进行初步估算：
对于葫芦岛市地区的200-300kVA一般工商业几乎都没有安装最大需量表，所以只能进行估算，估算的方法可以按照下面介绍的方法。
①根据供电企业与用户协商的合同容量：最大需量=合同容量×40%
②根据设备利用时数计算（用户实际用电量与合同容量相差很大的）
设备利用时数的定义：315kVA及以上大工业用户，设备利用时数是其总电量与最大需量的比值，将该比值结果应用于葫芦岛市200-300kVA一般工商业用户，可以估算出这类用户的最大需量。
具体计算方法为：
根据315kVA及以上大工业用户的用电量数据，可以得到其平均最大需量值：
其中，基本电费2需要按照基本电费的2倍进行计算，这部分电费是用户超出容量限制的电费。
设备利用时数=总电量/平均最大需量（小时/月），计算结果为235小时/月。
（3）对于执行两部制电价的用户，其总电费为：总电费=电度电费+基本电费［3］；单一制电价和两部制电价下的平均电价计算公式相同，即：平均电价=总电费/总电量。［注：平均电价差=（两部制电价平均电价—单一制电价平均电价）/单一制平均电价］
1.3小结
将葫芦岛市315kVA及以上大工业用户的两部制电价应用到200-300kVA一般工商业用户，对其进行适用性分析，同时分别按照行业分类及用电性质对不同类别的用户进行分析，如表1和图1所示，得出结论为：
表1 单一制、两部制电价下平均电价对比表
图1 两部制、单一制电价下平均电价对比图
在工业和商业用户中执行两部制电价，计算的平均电价和应用单一制电价时相比，两部制电价增幅在3%-12%之间；按设备利用时数核算的两部制电价的平均电价增长幅度偏低，增长幅度大概在6%左右。通过上述分析发现工业和商业用户的用电量比较充分。如果按现有315kVA及以上大工业用户的设备利用时数估算的话，最后得出的结果将远大于按合同容量的40%核算的结果。
按照合同容量进行两部制电价核算时，其平均电价增量有很大的分散性，用户与用户之间的电价增量差值相对来说比较大；但按照设备利用时数进行两部制电价核算时，用户与用户之间的电价增量差值相对来说就较小，对工业和商业用户来说这种趋势则显得更加明显，这说明了按照设备利用时数进行两部制电价核算结果比按照合同量进行两部制核算的结果更加合理。
综上所述，在200-300kVA一般工商业用户中应用现有的兩部制电价体系，会导致用户的平均电价出现升高的现象，故该两部制电价体系对200-300kVA一般工商业用户来说负担比较重，在实际推行中存在很大的困难。
2两部制电价优化数学建模
设n是分析的用户样本的总数，对于第i个用户，两部制电价下的平均电价为
(3-1)
式中，
是一个单位为元的已知量，是第i个用户平均每月应付的电费数；
是一个单位为千瓦时的已知量，是第i个用户平均每月所用的电量数；
是一个单位为千瓦的已知量，是第i个用户平均每月的最大需量；
是一个单位为元/千瓦的未知量，是基本电价；
是一个单位为元/千瓦时的未知量，是平均电度电价。
单一制电价下的平均电价为
(3-2)
式中是一个已知量，它是指第i个用户在单一制电价下平均每个月应付的电费数。
与之对应的优化数学模型是：
目标函数：
约束条件：
通过上述数学模型可知，这个数学模型的约束条件以及优化目标函数都是非线性的，所以求解这个数学模型时需要借助非线性优化算法。［4］非线性规划问题是目标函数或者约束条件具有非线性函数的数学规划问题，在一个具有n元实函数的一组等式或者不等式的约束条件下，所要研究的对象是该条件下的极值问题。本文针对遗传算法所具有的在处理优化问题上的独特优势，将改进的遗传算法应用在优化非线性规划问题上。
3优化计算结果与分析
设基本电价和平均电度电价分别为：=20元/千瓦·时、=0.59元/千瓦·时。在这种两部制电价体系下，将对用户的电价特征从以下三个方面进行详细分析：
（1）基本电费占总电费比
在该两部制电价体系下，对基本电费所占总电费的比例进行分析［5］，如图2所示，用户基本电费在总电费中所占的比例分布在15%-45%之间，主要分布于20%-30%之间，计算的平均值为25.7%；在实行两部制电价的用户中进行分析，用户基本电费在总电费中的比例主要分布在20%-30%之间，平均值为25.7%，所有用户的比例范围分布在15%-45%之间。
图2 基本电价为20元/千瓦·月时基本电费占总电费比例的直方图
关键词：两部制电价；适用性分析；散点图
中图分类号：F407文献标识码： A
当前，全世界普遍采用两部制电价制度，是目前较为先进的一种电价制度。国外不但在工业生产，而且在居民生活用电中也推行两部制电价，这是因为两部制电价结构能够把电力企业的生产特点很好的反映出来。两部制电价由基本电价和电度电价两部分组成的。［1］基本电价代表了供电公司的容量成本，在计算基本电费时，需要考虑设备容量或最大需量，因此基本电费与容量和需求相关；电度电费代表电力企业的电能成本，计算电度电费时按照用户的实际用电量进行计算。
本文将现有315kVA及以上大工业用户的两部制电价应用于200-300kVA一般工商业用户进行适用性分析；通过建立数学模型，其次，对有最大需量记录的一般工商业用户两部制电价进行了实际的测算，通过一些数学方法把测算出来的两部制电价推广到全部用户，并进行了验证；最后，根据前面的分析研究确定两部制电价的推行方案。
1两部制电价在工商业用户的适用性分析
1.1分析方案
本文研究对象为葫芦岛市200-300kVA的一般工商业用户，采用这些用户在2013年1月到6月的电量电费数据。计算采用的基本电价是每月33元/千瓦，电度电价是按照葫芦岛市现行峰平谷分时电价进行计算。
本文通过对用户数据进行分类计算分析，总结出了不同行业的用电规律，共分为工业、农业、商业、非工业、居民五大类［2］。我们按照“国民经济行业分类（GB/T4754-2002）”对200-300kVA一般工商业用户进行行业分析，结合不同行业的基本用电特性，对葫芦岛市的这些用户实行两部制电价前后的电费情况进行了详细的分析，总结出变化规律。
1.2计算公式
（1）电度电费=峰电量×峰电价＋谷电量×谷电价＋平电量×平电价
公式说明：
①对于具有峰、平、谷计量的用户，直接按照上式计算；
②对于只有平计量用户，则需要按照峰平谷的时间比重进行拆分：
峰电量=平电量×7/24，平电量=平电量×9/24，谷电量=平电量×8/24
（2）基本电费=基本电价（33元/千瓦·月)×最大需量
由于200-300kVA一般工商业用户几乎都没有安装最大需量表，因此无法准确得出200-300kVA一般工商业用户的最大需量，按照如下方法进行初步估算：
对于葫芦岛市地区的200-300kVA一般工商业几乎都没有安装最大需量表，所以只能进行估算，估算的方法可以按照下面介绍的方法。
①根据供电企业与用户协商的合同容量：最大需量=合同容量×40%
②根据设备利用时数计算（用户实际用电量与合同容量相差很大的）
设备利用时数的定义：315kVA及以上大工业用户，设备利用时数是其总电量与最大需量的比值，将该比值结果应用于葫芦岛市200-300kVA一般工商业用户，可以估算出这类用户的最大需量。
具体计算方法为：
根据315kVA及以上大工业用户的用电量数据，可以得到其平均最大需量值：
其中，基本电费2需要按照基本电费的2倍进行计算，这部分电费是用户超出容量限制的电费。
设备利用时数=总电量/平均最大需量（小时/月），计算结果为235小时/月。
（3）对于执行两部制电价的用户，其总电费为：总电费=电度电费+基本电费［3］；单一制电价和两部制电价下的平均电价计算公式相同，即：平均电价=总电费/总电量。［注：平均电价差=（两部制电价平均电价—单一制电价平均电价）/单一制平均电价］
1.3小结
将葫芦岛市315kVA及以上大工业用户的两部制电价应用到200-300kVA一般工商业用户，对其进行适用性分析，同时分别按照行业分类及用电性质对不同类别的用户进行分析，如表1和图1所示，得出结论为：
表1 单一制、两部制电价下平均电价对比表
图1 两部制、单一制电价下平均电价对比图
在工业和商业用户中执行两部制电价，计算的平均电价和应用单一制电价时相比，两部制电价增幅在3%-12%之间；按设备利用时数核算的两部制电价的平均电价增长幅度偏低，增长幅度大概在6%左右。通过上述分析发现工业和商业用户的用电量比较充分。如果按现有315kVA及以上大工业用户的设备利用时数估算的话，最后得出的结果将远大于按合同容量的40%核算的结果。
按照合同容量进行两部制电价核算时，其平均电价增量有很大的分散性，用户与用户之间的电价增量差值相对来说比较大；但按照设备利用时数进行两部制电价核算时，用户与用户之间的电价增量差值相对来说就较小，对工业和商业用户来说这种趋势则显得更加明显，这说明了按照设备利用时数进行两部制电价核算结果比按照合同量进行两部制核算的结果更加合理。
综上所述，在200-300kVA一般工商业用户中应用现有的兩部制电价体系，会导致用户的平均电价出现升高的现象，故该两部制电价体系对200-300kVA一般工商业用户来说负担比较重，在实际推行中存在很大的困难。
2两部制电价优化数学建模
设n是分析的用户样本的总数，对于第i个用户，两部制电价下的平均电价为
(3-1)
式中，
是一个单位为元的已知量，是第i个用户平均每月应付的电费数；
是一个单位为千瓦时的已知量，是第i个用户平均每月所用的电量数；
是一个单位为千瓦的已知量，是第i个用户平均每月的最大需量；
是一个单位为元/千瓦的未知量，是基本电价；
是一个单位为元/千瓦时的未知量，是平均电度电价。
单一制电价下的平均电价为
(3-2)
式中是一个已知量，它是指第i个用户在单一制电价下平均每个月应付的电费数。
与之对应的优化数学模型是：
目标函数：
约束条件：
通过上述数学模型可知，这个数学模型的约束条件以及优化目标函数都是非线性的，所以求解这个数学模型时需要借助非线性优化算法。［4］非线性规划问题是目标函数或者约束条件具有非线性函数的数学规划问题，在一个具有n元实函数的一组等式或者不等式的约束条件下，所要研究的对象是该条件下的极值问题。本文针对遗传算法所具有的在处理优化问题上的独特优势，将改进的遗传算法应用在优化非线性规划问题上。
3优化计算结果与分析
设基本电价和平均电度电价分别为：=20元/千瓦·时、=0.59元/千瓦·时。在这种两部制电价体系下，将对用户的电价特征从以下三个方面进行详细分析：
（1）基本电费占总电费比
在该两部制电价体系下，对基本电费所占总电费的比例进行分析［5］，如图2所示，用户基本电费在总电费中所占的比例分布在15%-45%之间，主要分布于20%-30%之间，计算的平均值为25.7%；在实行两部制电价的用户中进行分析，用户基本电费在总电费中的比例主要分布在20%-30%之间，平均值为25.7%，所有用户的比例范围分布在15%-45%之间。
图2 基本电价为20元/千瓦·月时基本电费占总电费比例的直方图