[发明专利]电网公司实施大用户直购电项目的风险分析与规避方法

权利要求书

1.电网公司实施大用户直购电项目的风险分析与规避方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(S1)从多个方面对比分析大用户直购电对电网公司带来的风险，辨识主要风险；

(S2)基于大用户直购电的电网公司风险控制；

所述步骤(S1)又包括以下步骤：

(S1-1)全面分析辨识大用户购电实施后电网公司的风险因素；

(S1-2)对所有风险因素进行对比分析，找出关键风险和次要风险；

在所述步骤(S1-1)中，所述风险包括：(1)制度风险；(2)电网经营风险；(3)生产运行风险；

在所述步骤(S1-2)中，经营风险是电网面临的主要风险，电力市场交易过程中，电量和电价是电网公司市场经营风险的最终表现形式；

所述步骤(S2)又包括以下步骤：

该步骤中，把电网公司购电分配的问题转化成金融学中的投资产组合优化问题，将电网公司总购电量称作总资产，将电网公司在各个市场中的购电成本比作市场价格，具体如下：

(S2-1)基于效用函数的大用户直购电投资组合分析；

(S2-2)基于大用户直购电的电网公司风险的规避。

2.根据权利要求1所述的电网公司实施大用户直购电项目的风险分析与规避方法，其特征在于：在所述步骤(S2-1)中，

设w^T＝(w₁,w₂,…,w_n)为电网公司的一组投资组合，其中分量w_i代表电网公司年度总购电量分配至第i个市场所占的比例，n代表市场总的个数，满足条件∑w_i＝1，且w_i≥0，i＝1,2,…,n；

定义π_i是电网公司在第i个市场交易中获得的利润，则电网公司组合期望收益向量为：则在一定计划期内，电网公司在多个市场中进行组合交易，组合策略产生利润即效益函数R(π,w)，组合效益函数期望E[R(π,w)]，方差V[R(π,w)]，分别如下：

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

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为电网公司利润，E(π)为电网公司利润的期望，σ_ij＝σ(π_i,π_j)为交易渠道i的利润与交易渠道j的利润协方差；

假设电网公司预测到未来某一年或某一固定时段某地区用电量总需求Q_G，采用在实时、日前、月度、年度四个电力市场环境中进行总购电量分配，对照四种环境，单位电价分别是P₁，P₂,P₃,P₄，那么各单位购电成本为:C^T＝(P₁,P₂,P₃,P₄),P_S代表电网公司的单位售电电价；大用户项目实施时，电网公司收取大用户转运的单位费用为rP_s，r代表电网公司在为大用户输送单位电能时所收取的一定费用/单位电量价格，取值为：10％≤r≤20％；

设L是电网公司辖区内大用户直购电量占其总负荷需求的百分比，Cst是电网公司单位供电成本，w_i为电网公司在各个电力市场单位购电量的分配比例，那么电网公司在第i＝(1,2,3,4)个电力市场中的利润收入如下公式所示：

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

电网公司在电力市场中总体交易利润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是电网公司在第i个电力市场中的购电量，这样电网公司交易期望利润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)为第i个市场单价的期望；

电网公司交易期望利润方差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个电力市场中电价执行时的方差，Cov(P_i,P_j)为任意两个电力市场中的电价协方差；

定义C(.)为在电网公司考虑供电成本情况下期望收益的基准值，如果其全部电量以P_overall的价格购进，那么C(.)可以通过以下公式表示:

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

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

通过最大化电网公司购电量分配的效用函数，求出各物理交易渠道的最优分配比例(w₁,w₂,…,w_n)该优化问题具体公式为(10):

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

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

为物理交易渠道的最优分配比例，A为风险厌恶度；

定义VaR为在设定的置信度下，未来特定时期以内有可能遭到的隐藏的最大经济损失，CvaR是当损失超过VaR临界点时有可能遭到的平均隐患造成的损失大小；定义Rvar是交易组合在未来交易期间总利润最小值；置信度c的选择和电网公司风险厌恶系数密切相关，风险厌恶度越高，置信度就越高，特别厌恶选择99％，一般厌恶选择95％，轻微厌恶选择90％；

在此假定电力市场大环境下，电价作为一种随机变量符合正态分布特性，作为线性组合的总体交易利润π也服合正态分布特征，即π～N(μ,σ²)；在将其标准化后，新变量同样服合标准正态分布特性，即(π-μ)/σ～N(0,1)；Rvar与标准正态分布中的正态偏移；a(a＞0)二者之间的关系为-a＝(R var-μ)/σ，因此可以推出Rvar的计算公式如下：

R var＝μ-a·σ(11)

μ为均值a为正态偏移，a值的大小根据所要求的置信度c直接从标准正态分布表中查找到；μ及σ就是式(9)风险控制的结果：

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

大用户直购电电量比例L与电网公司期望交易利润的关系，通过公式(6)对L求导，求得结果见下:

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

在公式(13)求得值大于0时，随着大用户直购电电量比例L的变大，电网公司交易的预期利润值也要增长，引入转运因子概念△R，见下列公式:

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

当电网公司风险厌恶程度A值分别为1、2、3、6、8、10、16时，△R对应的值分别为0.4190、0.4119、0.3676、0.3213、0.2969、0.2714、0.2258；因此，只要r大于相应的△R值，电网公司交易时期望利润值就能够随着大用户直购电电量比例的增加而增长。

3.根据权利要求1所述的电网公司实施大用户直购电项目的风险分析与规避方法，其特征在于：在所述步骤(S2-2)中，

电网公司在考虑不同风险厌恶系数A后，电网公司投资决策也就不尽相同：A值越大，电网公司厌恶风险程度越大，购电时就应该更加重视风险因素，从而在年度合同市场中购买更多的电能以规避风险，相应的投资组合交易利润也就逐渐减小；

当风险厌恶度A＝0的时候，电网公司在决定投资决策时，只考虑均值-方差，即效益和费用即可，此时电网公司可以选在收益相对偏高的实时现货市场里购买电量。