電力市場(chǎng)大用戶(hù)電能直購(gòu)策略的研究與應(yīng)用

馮力鴻

（中國(guó)電力建設(shè)股份有限公司，北京 100044）

電力市場(chǎng)大用戶(hù)電能直購(gòu)策略的研究與應(yīng)用

馮力鴻

（中國(guó)電力建設(shè)股份有限公司，北京 100044）

大用戶(hù)直購(gòu)電作為電力系統(tǒng)市場(chǎng)改革中的新型電能購(gòu)買(mǎi)模式，在開(kāi)發(fā)電力市場(chǎng)潛能的同時(shí)，在電力銷(xiāo)售端將競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制引入，有助于電價(jià)的形成和電力能源的合理分配，因此對(duì)大用戶(hù)直購(gòu)電的策略研究意義重大。本文通過(guò)對(duì)國(guó)外大用戶(hù)直購(gòu)電的方案和經(jīng)驗(yàn)的合理借鑒，根據(jù)我國(guó)電力市場(chǎng)發(fā)展的特點(diǎn)，建立了基于成本和風(fēng)險(xiǎn)最優(yōu)化組合的大用戶(hù)直購(gòu)電策略模型，對(duì)我國(guó)大用戶(hù)購(gòu)電策略的研究和應(yīng)用有一定的借鑒意義。

成本分析；風(fēng)險(xiǎn)分析；購(gòu)電策略

用電大戶(hù)的用電量龐大，合理的規(guī)劃購(gòu)電策略對(duì)節(jié)約企業(yè)用電成本有著重大意義。而我國(guó)目前電力交易模式是發(fā)電廠(chǎng)將電能直接向電網(wǎng)公司出售，用戶(hù)再向電網(wǎng)公司購(gòu)買(mǎi)電能，從而造成電網(wǎng)企業(yè)成為電力交易中的壟斷一方。為了促進(jìn)電力市場(chǎng)的改革，打破壟斷，大用戶(hù)直購(gòu)電成為改革中的關(guān)鍵問(wèn)題。然而在大用戶(hù)直購(gòu)電的同時(shí)也會(huì)存在風(fēng)險(xiǎn)，比如負(fù)荷預(yù)估不準(zhǔn)確所造成的風(fēng)險(xiǎn)，以及電價(jià)波動(dòng)對(duì)大用戶(hù)造成的利益損害。因此科學(xué)的購(gòu)電策略和風(fēng)險(xiǎn)管理是要急需面對(duì)的問(wèn)題。本文對(duì)大用戶(hù)的購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，并建立了基于購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)和成本的大用戶(hù)購(gòu)電策略模型。

1 大用戶(hù)電能購(gòu)買(mǎi)成本分析

1.1 大用戶(hù)長(zhǎng)期購(gòu)電成本

由于電力市場(chǎng)電能價(jià)格波動(dòng)比較大，因此為了規(guī)避購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)大用戶(hù)往往采用多種購(gòu)電方式向組合的策略購(gòu)買(mǎi)電能。在國(guó)內(nèi)經(jīng)常采用的購(gòu)電渠道有遠(yuǎn)期合同和現(xiàn)貨市場(chǎng)、可中斷合同；以及自建電廠(chǎng)[1]。

電力大用戶(hù)采用遠(yuǎn)期合同是規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的有效方式。假定大用戶(hù)與那家供電企業(yè)定立了遠(yuǎn)期交易合同，其每家的購(gòu)買(mǎi)量分別為 Dlcl=[Dlcl1,Dlcl2,…,Dlcln]T，各占電能購(gòu)買(mǎi)總量 Dl的比例為ωlcl=[ωlcl1,ωlcl2,…,ωlcln]T，大用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)電能的單位電價(jià)分別是Plcl=[Plcl1,Plcl2,…,Plcln]T。則有大用戶(hù)采用的遠(yuǎn)期合同的購(gòu)電成本Clcl為

某些大用戶(hù)可根據(jù)自身優(yōu)勢(shì)建立電廠(chǎng)以減少成本，并且有助于風(fēng)險(xiǎn)的降低。假定自建電廠(chǎng)的發(fā)電總量為Dspl，占據(jù)電能購(gòu)買(mǎi)總量的百分比為ωspl，電能的單位生產(chǎn)成本是Pspl，則有自建電廠(chǎng)的成本Cspl為

假定購(gòu)買(mǎi)的現(xiàn)貨電能的數(shù)量為 Dsml，占據(jù)電能購(gòu)買(mǎi)總量的百分比為ωsml，電價(jià)在現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格為Psml。則在現(xiàn)貨市場(chǎng)中大用戶(hù)的購(gòu)電成本Csml為

可中斷合同中，當(dāng)電價(jià)波動(dòng)超過(guò)商定閾值時(shí)，電網(wǎng)對(duì)大用戶(hù)的單位電能補(bǔ)償Pa的費(fèi)用，大用戶(hù)的電力需求沒(méi)減少一單位而造成喪失Pc的利潤(rùn)，若大用戶(hù)可中斷合同占電能購(gòu)買(mǎi)總量的百分比為ωicl，那么大用戶(hù)的成本損失Cicl為

綜上，當(dāng)市場(chǎng)電價(jià)未達(dá)到可中斷的商定閾值時(shí)，大用戶(hù)的長(zhǎng)期購(gòu)電總費(fèi)用Cql為

當(dāng)市場(chǎng)電價(jià)超過(guò)可中斷的商定閾值時(shí)，大用戶(hù)的長(zhǎng)期購(gòu)電總費(fèi)用Cpl為

當(dāng)市場(chǎng)電價(jià)超過(guò)商定閾值的幾率為 p，則有大用戶(hù)的長(zhǎng)期購(gòu)電成本Cl為

1.2 大用戶(hù)短期購(gòu)電成本

大用戶(hù)的短期購(gòu)電通常只包括現(xiàn)貨市場(chǎng)和自建電廠(chǎng)的電能購(gòu)買(mǎi)成本Cs。假定在現(xiàn)貨市場(chǎng)大用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)的電能總量為 Dsms，占據(jù)短期預(yù)測(cè)總購(gòu)電量 Ds的百分比為ωsms。在自建電的購(gòu)買(mǎi)量是Dsps，占據(jù)短期預(yù)測(cè)總購(gòu)電量 Ds的百分比為ωsps。那么大用戶(hù)的自建電廠(chǎng)電能成本為

當(dāng)市場(chǎng)電價(jià)未達(dá)到商定閾值時(shí)，大用戶(hù)的電能購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用Cqs為

當(dāng)市場(chǎng)電價(jià)超過(guò)商定閾值時(shí)，大用戶(hù)的電能購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用Cps為

那么大用戶(hù)的短期購(gòu)電成本Cs為

1.3 大用戶(hù)購(gòu)電的總成本

把大用戶(hù)長(zhǎng)期購(gòu)電和短期購(gòu)電的方案綜合起來(lái)，則有大用戶(hù)購(gòu)電的總成本C為

2 大用戶(hù)電能購(gòu)買(mǎi)風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 大用戶(hù)長(zhǎng)期購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)的方差分析

通過(guò)大用戶(hù)的購(gòu)電成本分析可以看出，大用戶(hù)在購(gòu)電過(guò)程中要面對(duì)的主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自負(fù)荷預(yù)估不準(zhǔn)確以及市場(chǎng)電價(jià)的波動(dòng)，購(gòu)電的市場(chǎng)不同，則需要面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)也不一樣。當(dāng)市場(chǎng)電價(jià)未達(dá)到電價(jià)閾值時(shí)，大用戶(hù)的購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)為

在實(shí)際生活中，大用戶(hù)的購(gòu)電量跟隨市場(chǎng)價(jià)格的波動(dòng)而波動(dòng)，當(dāng)兩者之間的關(guān)系是線(xiàn)性的時(shí)候，大用戶(hù)的長(zhǎng)期購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)為

2.2 大用戶(hù)長(zhǎng)期購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)的CVaR分析

在購(gòu)電過(guò)程中，大用戶(hù)采取不同的購(gòu)電策略將會(huì)導(dǎo)致面對(duì)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)損失。如果將大用戶(hù)的購(gòu)電總量看作總資產(chǎn)，把不同的購(gòu)電渠道的購(gòu)電成本看作市場(chǎng)價(jià)格，則大用戶(hù)的電能購(gòu)買(mǎi)問(wèn)題就成為投資的優(yōu)化組合問(wèn)題，購(gòu)電成本可以用損失函數(shù)來(lái)處理。大用戶(hù)購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)可以用 CVaR風(fēng)險(xiǎn)理論分析。則有損失函數(shù)表示的大用戶(hù)長(zhǎng)期購(gòu)電成本如下：

應(yīng)用Monte Carlo法取得Dil、Psmlj，j=1,2,…,J。則有大用戶(hù)長(zhǎng)期購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)的等效函數(shù)Fβ(ωl,αl)為

式中，Clj是對(duì)應(yīng)購(gòu)買(mǎi)渠道j的購(gòu)電成本，ωl為對(duì)應(yīng)渠道的購(gòu)買(mǎi)比例。

和長(zhǎng)期購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)相同，同理可用方差法和CVaR法進(jìn)行短期購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)的分析，這里不再詳細(xì)介紹。

3 大用戶(hù)購(gòu)電策略模型和應(yīng)用

3.1 大用戶(hù)購(gòu)電組合策略的有效前沿模型分析

大用戶(hù)購(gòu)電方案是以達(dá)到最小投入、最小風(fēng)險(xiǎn)為目的。由于電力市場(chǎng)賣(mài)空和預(yù)算的限制，大用戶(hù)長(zhǎng)期購(gòu)電策略目標(biāo)函數(shù)為

式中，σ2l是大用戶(hù)購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)，E(Cl)是大用戶(hù)電能購(gòu)買(mǎi)成本期望。在同時(shí)考慮大用戶(hù)自建電廠(chǎng)的發(fā)電能力和電能買(mǎi)賣(mài)約束；以及電力市場(chǎng)監(jiān)管對(duì)遠(yuǎn)期合同和現(xiàn)貨市場(chǎng)的電能購(gòu)買(mǎi)量的約束，則限制條件為

同理，可得大用戶(hù)短期購(gòu)電策略函數(shù)，即

其約束條件為

在求解最優(yōu)購(gòu)電策略中，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將對(duì)雙目標(biāo)優(yōu)化模型求解用對(duì)最小方差邊界的方式代替。隨機(jī)分配大用戶(hù)購(gòu)電成本期望的值，應(yīng)用Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算，可求得最小方差。改變成本期望值，分別求得最小方差，則可得到由一組數(shù)據(jù)組成的有效前沿。經(jīng)分析可以得出，購(gòu)電的風(fēng)險(xiǎn)和購(gòu)電成本成反比，即當(dāng)購(gòu)電成本越大時(shí)，購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)反而越小[2]。相同條件下，只考慮賣(mài)空限制的成本期望要小于考慮了自建電廠(chǎng)發(fā)電能力和電能買(mǎi)賣(mài)約束的成本期望如圖1所示。

圖1 大用戶(hù)購(gòu)電成本有效前沿

3.2 應(yīng)用分析

對(duì)國(guó)外某電力市場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成大用戶(hù)電力負(fù)荷分配的優(yōu)化。市場(chǎng)電價(jià)為34.1USD/MW·h，其相應(yīng)的方差等于 115.73。假定大用戶(hù)只和一家供電企業(yè)定立了遠(yuǎn)期合同，則有Pc=32.8USD/MW·h，假定a=0.1，遠(yuǎn)期合同量最小比例ωlclmin為0.5，大用戶(hù)電能使用量的期望為74.26MW·h，方差為75.73，自建電廠(chǎng)的單位成本為34.58USD/MW·h，其所占最大比率ωspsmax為0.5。

當(dāng)電價(jià)和購(gòu)電量之間獨(dú)立時(shí)，應(yīng)用組合購(gòu)電模型在不同成本期望下可求出相應(yīng)的購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)和分配優(yōu)化方法見(jiàn)表 1?？梢悦黠@看出，隨著購(gòu)電成本的增加，方案中遠(yuǎn)期合同的比率在提高，現(xiàn)貨市場(chǎng)的份額在降低，風(fēng)險(xiǎn)也在減小?？梢?jiàn)遠(yuǎn)期合同和自建電廠(chǎng)可以降低購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)。

表1 電價(jià)和購(gòu)電量獨(dú)立時(shí)的有效前沿

當(dāng)電價(jià)和購(gòu)電量為線(xiàn)性相關(guān)時(shí)，可得購(gòu)電方案的有效前沿見(jiàn)表2。

表2 電價(jià)和購(gòu)電量相關(guān)時(shí)的有效前沿

對(duì)比兩組數(shù)據(jù)可得，購(gòu)電期望相同時(shí)，電價(jià)和購(gòu)電量相關(guān)時(shí)的購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

3.3 大用戶(hù)的E-CVaR購(gòu)電策略模型

應(yīng)用E-CVaR法進(jìn)行策略分析的目標(biāo)函數(shù)為

式中，zlj為相應(yīng)購(gòu)電渠道的購(gòu)電成本[3]。E-CVaR法的有效前沿分析同樣是求解購(gòu)電期望最小的方案，通過(guò)隨機(jī)對(duì)購(gòu)電成本期望賦值，則可得到相應(yīng)的最小邊界曲線(xiàn)如圖2所示，其中相對(duì)右移的曲線(xiàn)為置信水平較低的購(gòu)電策略有效前沿。

同理，可得短期購(gòu)電的策略模型。

3.4 應(yīng)用分析

仍然以上文的用戶(hù)為例，置信水平為 0.95，求得購(gòu)電分配結(jié)果見(jiàn)表3。

圖2 大用戶(hù)購(gòu)電策略最小邊界

表3 大用戶(hù)長(zhǎng)期購(gòu)電組合分配比例

假定大用戶(hù)遠(yuǎn)期合同購(gòu)電比率為0.5，則大用戶(hù)短期購(gòu)電策略見(jiàn)表4。

表4 大用戶(hù)短期購(gòu)電組合分配比例

從兩個(gè)決策表的數(shù)據(jù)可以看出，現(xiàn)貨市場(chǎng)的購(gòu)電量和購(gòu)電成本的期望成反比，自建電廠(chǎng)的比率增加是，對(duì)應(yīng)的 CVaR的值卻在降低。相對(duì)而言現(xiàn)貨市場(chǎng)購(gòu)電份額在短期購(gòu)電策略中有所提高，而自建電廠(chǎng)份額有所下降。

4 結(jié)論

電力市場(chǎng)的改革在逐步深化，電力大用戶(hù)的直購(gòu)已經(jīng)成為電力市場(chǎng)改革的重點(diǎn)。為了減少成本，同時(shí)降低購(gòu)電風(fēng)險(xiǎn)，如何合理的進(jìn)行電能組合分配是大用戶(hù)購(gòu)電策略的重點(diǎn)和難點(diǎn)，隨著電力期貨的加入，分配策略的模型建立和運(yùn)算更加復(fù)雜，設(shè)計(jì)更加科學(xué)準(zhǔn)確的策略計(jì)算模型成為大用戶(hù)直購(gòu)電策略研究的首要任務(wù)。

[1]徐瑋,康重慶,揣小勇,等.基于不確定型電力電量平衡的電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2006,30(21):15-20.

[2]郭金,江偉,譚忠富.風(fēng)險(xiǎn)條件下供電公司最優(yōu)購(gòu)電問(wèn)題研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2004,28(11):18-22.

[3]魯美娟,魯美霞.基于CvaR和RAROC的投資組合優(yōu)化模型[J].商場(chǎng)現(xiàn)代化,2007,2(4):300-301.

Research and Application of Direct Purchase Strategy of Power Market in Large Customers

Feng Lihong
(China Electric Power Construction Limited by Share Ltd,Beijing 100044)

The large consumers direct purchasing of electric energy as a new electricity market reform of electric power system can purchase patterns,in the potential of the development of electric power market at the same time,at the end of the sale of electricity will be the introduction of competition mechanism is helpful to the rational distribution of formation of electricity price and electricity energy,so of large consumers direct purchasing electricity strategy research is of great significance.Based on some foreign user direct purchase of electricity scheme and experience from a reasonable,according to the characteristics of the development of power market in China established based on user cost and risk optimization combination of direct purchase of electricity policy model,the strategy of power research and application for our large customers to purchase have certain

ignificance.

cost analysis;risk analysis;purchase strategy

馮力鴻（1980-），男，高級(jí)工程師，從事電力項(xiàng)目投資運(yùn)營(yíng)、電力市場(chǎng)研究工作。