[發明專利]電網公司實施大用戶直購電項目的風險分析與規避方法

在審

• 申請號: 201611201015.X
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106803145A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 王俊梅;馬超;郭琳;高春成;史述紅;喻志成;劉育明;張文哲;田京;趙蕾;趙志強;代勇;方印;王清波;陶力;王蕾;袁明珠;李守保;劉杰;趙顯;譚翔;王春艷;常新;吳雨健;汪濤;袁曉鵬;肖鋒
• 申請（專利權）人: 國網重慶市電力公司電力科學研究院;國網重慶市電力公司;北京科東電力控制系統有限責任公司;國家電網公司
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q40/06;G06Q50/06
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 楊樂

1.電網公司實施大用戶直購電項目的風險分析與規避方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(S1)從多個方面對比分析大用戶直購電對電網公司帶來的風險，辨識主要風險；

(S2)基于大用戶直購電的電網公司風險控制；

所述步驟(S1)又包括以下步驟：

(S1-1)全面分析辨識大用戶購電實施后電網公司的風險因素；

(S1-2)對所有風險因素進行對比分析，找出關鍵風險和次要風險；

在所述步驟(S1-1)中，所述風險包括：(1)制度風險；(2)電網經營風險；(3)生產運行風險；

在所述步驟(S1-2)中，經營風險是電網面臨的主要風險，電力市場交易過程中，電量和電價是電網公司市場經營風險的最終表現形式；

所述步驟(S2)又包括以下步驟：

該步驟中，把電網公司購電分配的問題轉化成金融學中的投資產組合優化問題，將電網公司總購電量稱作總資產，將電網公司在各個市場中的購電成本比作市場價格，具體如下：

(S2-1)基于效用函數的大用戶直購電投資組合分析；

(S2-2)基于大用戶直購電的電網公司風險的規避。

2.根據權利要求1所述的電網公司實施大用戶直購電項目的風險分析與規避方法，其特征在于：在所述步驟(S2-1)中，

設w^T＝(w₁,w₂,…,w_n)為電網公司的一組投資組合，其中分量w_i代表電網公司年度總購電量分配至第i個市場所占的比例，n代表市場總的個數，滿足條件∑w_i＝1，且w_i≥0，i＝1,2,…,n；

定義π_i是電網公司在第i個市場交易中獲得的利潤，則電網公司組合期望收益向量為：則在一定計劃期內，電網公司在多個市場中進行組合交易，組合策略產生利潤即效益函數R(π,w)，組合效益函數期望E[R(π,w)]，方差V[R(π,w)]，分別如下：

$R(\mathrm{\π},w)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\π}}_i{w}_i---\left(1\right)$

E[R(π,w)]＝w^TE(π)(2)

$V\[R(\mathrm{\π},w)\]=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\σ}}_{ij}{w}_i{w}_j---\left(3\right)$

其中π為電網公司利潤，E(π)為電網公司利潤的期望，σ_ij＝σ(π_i,π_j)為交易渠道i的利潤與交易渠道j的利潤協方差；

假設電網公司預測到未來某一年或某一固定時段某地區用電量總需求Q_G，采用在實時、日前、月度、年度四個電力市場環境中進行總購電量分配，對照四種環境，單位電價分別是P₁，P₂,P₃,P₄，那么各單位購電成本為:C^T＝(P₁,P₂,P₃,P₄),P_S代表電網公司的單位售電電價；大用戶項目實施時，電網公司收取大用戶轉運的單位費用為rP_s，r代表電網公司在為大用戶輸送單位電能時所收取的一定費用/單位電量價格，取值為：10％≤r≤20％；

設L是電網公司轄區內大用戶直購電量占其總負荷需求的百分比，Cst是電網公司單位供電成本，w_i為電網公司在各個電力市場單位購電量的分配比例，那么電網公司在第i＝(1,2,3,4)個電力市場中的利潤收入如下公式所示：

π_i＝Q_Gi×{P_S(1-L)+r·P_S·L-C_st-(1-L)P_i}(4)

電網公司在電力市場中總體交易利潤π_c列式如下:

$\begin{array}{c}{\mathrm{\π}}_c=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\π}}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Gi}\×\{P_S(1-L)+r\·P_S\·L-C_{st}-(1-L)P_i\}\\ =Q_G\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i\{P_S(1-L)+r\·P_S\·L-C_{st}-(1-L)P_i\}\end{array}---\left(5\right)$

其中Q_Gi＝w_i×Q_G是電網公司在第i個電力市場中的購電量，這樣電網公司交易期望利潤E(π_c)可以列式表示如下:

$E\left({\mathrm{\π}}_c\right)=Q_G\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i\{P_S(1-L)+r\·P_S\·L-C_{st}-(1-L)E\left(P_i\right)\}---\left(6\right)$

其中，E(P_i)為第i個市場單價的期望；

電網公司交易期望利潤方差Var(π_c)列式如下:

$Var\left({\mathrm{\π}}_c\right)=Q_G^2{(1-L)}^2\{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i^{2}Var\left(P_i\right)+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i{w}_{j}Cov(p_i,p_j)\}---\left(7\right)$

其中Var(P_i)是第i個電力市場中電價執行時的方差，Cov(P_i,P_j)為任意兩個電力市場中的電價協方差；

定義C(.)為在電網公司考慮供電成本情況下期望收益的基準值，如果其全部電量以P_overall的價格購進，那么C(.)可以通過以下公式表示:

$P_{overall}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}E\left(P_i\right)---\left(8\right)$

$C(\·)=Q_G\{(1-L)\·\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}E\left(P_i\right)+C_{st}\}---\left(9\right)$

通過最大化電網公司購電量分配的效用函數，求出各物理交易渠道的最優分配比例(w₁,w₂,…,w_n)該優化問題具體公式為(10):

$\begin{array}{c}\underset{w_i}{\max }{U}_{PGC}=E\left({\mathrm{\π}}_c\right)-\frac{1}{2C(\·)}A\·Var\left({\mathrm{\π}}_c\right)\\ =Q_G\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i\{P_S(1-L)+r\·P_S\·L-C_{st}-(1-L)E\left(P_i\right)\}\\ -\frac{1}{2C(\·)}{Q}_G^2{(1-L)}^2\{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i^{2}Var\left(P_i\right)+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i{w}_{j}Cov(p_i,p_j)\}\end{array}---\left(10\right)$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i=1\\ w_i\≥0\end{array}\right.;$

為物理交易渠道的最優分配比例，A為風險厭惡度；

定義VaR為在設定的置信度下，未來特定時期以內有可能遭到的隱藏的最大經濟損失，CvaR是當損失超過VaR臨界點時有可能遭到的平均隱患造成的損失大??；定義Rvar是交易組合在未來交易期間總利潤最小值；置信度c的選擇和電網公司風險厭惡系數密切相關，風險厭惡度越高，置信度就越高，特別厭惡選擇99％，一般厭惡選擇95％，輕微厭惡選擇90％；

在此假定電力市場大環境下，電價作為一種隨機變量符合正態分布特性，作為線性組合的總體交易利潤π也服合正態分布特征，即π～N(μ,σ²)；在將其標準化后，新變量同樣服合標準正態分布特性，即(π-μ)/σ～N(0,1)；Rvar與標準正態分布中的正態偏移；a(a＞0)二者之間的關系為-a＝(R var-μ)/σ，因此可以推出Rvar的計算公式如下：

R var＝μ-a·σ(11)

μ為均值a為正態偏移，a值的大小根據所要求的置信度c直接從標準正態分布表中查找到；μ及σ就是式(9)風險控制的結果：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\μ}=E\left({\mathrm{\π}}^{*}\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i^{*}E\left({\mathrm{\π}}_i\right)\\ \mathrm{\σ}=\sqrt{Var\left({\mathrm{\π}}^{*}\right)}=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i^{*}{w}_j^{*}{\mathrm{\σ}}_{ij}}\end{array}\right.---\left(12\right)$

大用戶直購電電量比例L與電網公司期望交易利潤的關系，通過公式(6)對L求導，求得結果見下:

$\begin{array}{c}\frac{d\left(E\right(\mathrm{\π}\left)\right)}{dL}=d\left\{Q_G\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i\right\{P_S(1-L)+r\·P_S\·L-C_{st}-(1-L)E\left(P_i\right)\left\}\right\}/dL\\ =Q_G\{(r-1)P_S+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_{i}E\left(P_i\right)\}\end{array}---\left(13\right)$

在公式(13)求得值大于0時，隨著大用戶直購電電量比例L的變大，電網公司交易的預期利潤值也要增長，引入轉運因子概念△R，見下列公式:

$\begin{array}{c}\frac{d\left(E\right({\mathrm{\π}}_c\left)\right)}{dL}=Q_G\{(r-1)P_S+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_{i}E\left(P_i\right)\}\>0\\ \⇒(r-1)P_S+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_{i}E\left(P_i\right)\>0\\ \⇒r\>\mathrm{\Δ}R=\{P_S-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_{i}E\left(P_i\right)\}/P_S\end{array}---\left(14\right)$

當電網公司風險厭惡程度A值分別為1、2、3、6、8、10、16時，△R對應的值分別為0.4190、0.4119、0.3676、0.3213、0.2969、0.2714、0.2258；因此，只要r大于相應的△R值，電網公司交易時期望利潤值就能夠隨著大用戶直購電電量比例的增加而增長。

3.根據權利要求1所述的電網公司實施大用戶直購電項目的風險分析與規避方法，其特征在于：在所述步驟(S2-2)中，

電網公司在考慮不同風險厭惡系數A后，電網公司投資決策也就不盡相同：A值越大，電網公司厭惡風險程度越大，購電時就應該更加重視風險因素，從而在年度合同市場中購買更多的電能以規避風險，相應的投資組合交易利潤也就逐漸減?。?/p>

當風險厭惡度A＝0的時候，電網公司在決定投資決策時，只考慮均值-方差，即效益和費用即可，此時電網公司可以選在收益相對偏高的實時現貨市場里購買電量。