深度文章 | 考虑用户有限理性的售电公司峰谷组合电力套餐设计

摘要

中国电力零售侧市场化程度逐步加深，售电公司须为电力用户提供有针对性的电力套餐以保障其市场占有率和持续盈利能力。为此，提出售电公司峰谷组合电力套餐零售模式并构建了考虑用户有限理性的电力套餐设计双层优化模型。在上层模型中，售电公司以购售电收益最大化为目标优化峰谷电力套餐参数及其在电力市场中的购电策略；在下层模型中，用户以购电综合效用最大化为目标进行峰谷组合套餐定制，考虑了裕度电量价值及从众心理对有限理性用户决策的影响，同时基于锚定效应模拟了用户在选购电力套餐后的用电行为。以某地居民用户为对象进行仿真分析，结果表明售电公司可通过设计峰谷组合电力套餐激励有限理性用户主动调整用电行为，提高购售电收益。

（来源：《电力系统自动化》作者：张智、卢峰、林振智、杨莉、文福拴、薛禹胜）

关键词

售电公司;电力套餐;电力用户;有限理性;裕度电量价值;从众心理;锚定效应

0 引言

自新一轮电力体制改革以来，中国电力零售市场开放程度不断加深。2019年6月，国家发展和改革委员会发布《关于全面放开经营性电力用户发用电计划的通知》（发改运行〔2019〕1105号）［1］，进一步将市场用户覆盖范围由大用户向中小型工商业用户延伸。相比于大用户，部分中小型工商业和居民用户会选择售电公司代理参与市场交易，且从国内外电力市场规则和发展经验来看，零售市场用户普遍拥有对售电公司的自主选择权。售电公司需为电力用户提供有针对性的零售套餐来保障其市场占有率和持续盈利能力［2］。

电力零售套餐通常表现为多样化的电费计费方式，如美国得克萨斯州售电公司为用户提供固定费率、可变费率和阶梯电价等计费方式［3］；法国售电公司提出两部制电费结算机制，用户可根据自身用电情况选择合适套餐［4］；澳大利亚售电公司提供分季节、分时段的零售电价及绿色能源套餐［5］等。国内北京、上海等城市则实行阶梯电价与峰谷分时电价（time-of-use pricing，TOU）相结合的电费机制。此外，随着智能用电设备的广泛接入，可中断负荷［6］、电力积分［7］或优惠券［8-9］等形式的需求响应（demand response，DR）业务也可被视为广义的电力套餐。售电公司通过DR调整用户用电行为，降低其在批发市场中的购电成本，进而提高购售电收益。

国内外学者已对电力套餐定价问题展开了研究：文献［10］基于电力用户历史负荷数据挖掘，构建了分时电价优化模型，根据用户负荷特征提供不同电力零售价格；文献［11］考虑了用户黏性，引入分类同化系数建立了用户内部参考价格决策模型，以售电商总效用函数最大化为目标对其两部制电力套餐进行优化；文献［12］提出了一种考虑用户自主选择行为的零售电价套餐定价策略，以售电公司日利润最大化为目标优化峰谷分时电价；文献［13］构建了售电公司与用户间的激励型DR博弈模型，通过优化DR分时补贴定价，降低用户在高现货电价时段的用电负荷。此外，文献［14-15］分别采用最优特征子集和分层聚类的方式进行典型用户筛选，并进一步设计了电力套餐的推荐算法，支撑电力套餐从面向用户群到面向差异化用户个体的转变。

虽然上述文献将用户对电力套餐的选择偏好和用电行为特性纳入套餐设计和推荐算法中，但鲜有考虑用户有限理性行为造成的实际决策与模型最优解间的偏差。此外，电力套餐作为一种长期的电力零售方案，常以提供电费优惠的方式吸引用户，如澳大利亚能源公司AGL（Australian Gas Light）为商业用户提供的节能套餐能够降低用户21%的电费支出［16］。考虑到现阶段售电公司仍以购售电差价为主要盈利手段，电力套餐的设计还需满足售电公司在提高交易电量、降低购电成本方面的需求，并达成其与用户双赢的目的。

针对上述问题，本文设计了一种峰谷组合电力套餐，通过基于峰谷电量比的套餐电费折扣模式引导用户主动调整用电行为，降低售电公司购电成本，以达成其与电力用户的双赢。以售电公司购售电收益最大化为目标，构建电力套餐优化模型，着重考虑现实中用户有限理性行为对套餐选择和用电响应的影响，通过算例分析验证所提电力套餐及其优化模型的有效性。

1 峰谷组合电力套餐定义

作为零售市场中的常见营销方式，套餐在设计时要遵循一些基本原则，如双赢、有效区隔、激励约束等［17］。对于售电公司，其在设计零售套餐时还需满足监管机构设置的平均零售价格上限约束。零售企业常采用市场调研、用户聚类、属性优化的设计流程，最终得到面向不同目标用户的分档套餐。然而，由于中小型电力用户的负荷离散性较大且随天气、季节等因素变化，售电公司难以有效确定套餐的分档数量，固定分档的电力套餐无法灵活满足用户在不同时期的差异化用电需求。为此，本文提出峰、谷时段的电量组合型套餐。

峰谷组合电力套餐由峰、谷分时电量模块（包括套餐使用周期内的峰、谷时段可用电量额度），套餐折扣和超额用电资费等属性构成，属于给定用电额度的最低消费型电力套餐。用户可根据自身用电情况与行为偏好，事先选择不同数量的峰、谷分时电量模块组合定制套餐，获得套餐对应电费折扣，并在套餐使用周期结束后为套餐外的超额用电量支付附加电费。由于用户可参与套餐的定制过程，因此该峰谷组合电力套餐模型相比于给定目标用户的分档电力套餐更能满足用户的差异化用电需求。

2 有限理性用户套餐选择决策模型

根据行为经济学理论，现实中用户具有有限理性，在进行经济决策时将偏离传统经济理论所假设的最佳反应，或是即使知道效用最大化的最优解，也有可能因为心理作用、意志力、环境影响等原因无法做出最优决策［18］。近年来，行为经济学理论在需求响应［19-20］、微电网电能交易［21］和住宅节能［22］等领域得到了广泛应用。电力用户对套餐的市场反馈对套餐设计具有决定性影响，计及用户在套餐选购和用电响应中的有限理性行为对售电公司峰谷组合电力套餐的优化设计具有重要意义。

2.1 计及裕度电量价值的用户套餐效用评估

电费是用户在电力套餐选购决策时最重要的考虑因素之一。中国在用户侧广泛采用峰谷分时电价机制，即对不同时段的用电量按对应峰、谷分时价格结算。相比于峰谷分时电价，若用户选购电力套餐后支付的总电费更低，则其具有选购套餐的动力；用户电费节省得越多，对该套餐的满意度就越高，选购套餐的倾向性也就越大。

在峰谷组合电力套餐模式下，用户自主选购一定数量的峰、谷模块定制套餐，其购买的套餐峰、谷时段额度电量将为对应时段模块电量的整数倍，额度电量与用户实际用电量间的偏差难以避免。定义裕度电量为套餐峰、谷时段用电额度与预期用电量间的正偏差，则有限理性用户在定制峰谷组合电力套餐时，除关注电费差异外还注重套餐裕度电量的价值，主要表现为以下2个方面。

1）考虑用户峰、谷负荷转移成本的电量替代价值。峰、谷时段电量具有一定程度的可替代性，即当用户选购的电力套餐在谷时段具有裕度电量而峰时段少于预期用电量时，用户可通过峰、谷时段的负荷转移实现谷时段对峰时段用电额度的替代，从而降低峰时段超额用电电费，反之亦然。用户峰谷负荷转移实质上属于DR行为，售电公司常通过价格激励的方式补偿用户负荷转移成本，引导用户参与DR［23］。考虑用户峰谷负荷转移成本，套餐裕度电量替代价值可表示为：

2）计及用户损失厌恶心理的电量增用价值。购买电力套餐后，套餐额度实质上成为用户购买的用电权益；若计及峰谷负荷转移后套餐额度仍超过用户预期用电量，则用户将在损失厌恶心理（loss aversion）［24］驱动下提高用电量以降低用电权益的流失。因此，除负荷转移产生的峰、谷时段套餐额度电量替代价值外，用户评估套餐价值时也将计入自身潜在用电过量带来的用电效用，即套餐总额度内的电量增用价值。

2.2 考虑从众心理作用的用户套餐选择

除评估自身消费获得的效用外，现实中消费者在进行购买决策时通常也表现出从众倾向。在从众心理作用下，有限理性电力用户在选购套餐时将参考其他具有相似用电习惯用户的套餐选购结果进行决策，或调整自身对峰谷组合电力套餐效用的原有评估结果，最终使其套餐选购决策发生转变，如图1所示。