电力市场环境下考虑大用户直购电的电网公司风险管理研究

发布时间：2016-12-13 20:38

  本文关键词：电力市场环境下考虑大用户直购电的电网公司风险管理研究，由笔耕文化传播整理发布。

第３９卷第１２期

２０１１年６月１６日

电力系统保护与控制

Ｐｏｗｅｒ

ｖ０１．３９Ｎｏ．１２Ｊｕｎ．１６，２０ｌｌ

ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ

电力市场环境下考虑大用户直购电的电网公司风险管理研究

刘春辉１，刘敏２

（１．吉林省电力有限公司培训中心，吉林长春１３００２２；２．贵州大学电气工程学院，贵州贵阳５５０００３）

摘要：电力市场环境下，电量和电价的不确定性为市场风险的最终表现形式。以电网公司为研究对象，从政策风险、运营风险和运行风险三个方面分析了在直购电过程中其可能面临的潜在风险，强调三种风险是相互影响和制约的。借鉴金融领域的现代投资组合理论，建立了基于效用函数和ＶａＲ（Ｖａｌｕｅ

ａｔ

Ｒｉ

ｓ１（）的电网公司考虑直购电的风险控制和评估模型，提出了

转运因子的概念。算例结果表明，该模型能够有效地反映在直购电过程中电网公司所面临的市场风险的本质，同时转运因子的提出则为电网公司提供了一个量化直购电风险的工具，指出其在通过合理风险控制办法的同时可由直购电而获利。给出了电网公司的总体风险管理框架，该框架能够帮助其达到利润最大化和风险最小化的市场交易目标。关键词：电力市场；直购电；电网公司；风险管理；效用函数；ＶａＲ

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ａｔＩＵｓｋ

中图分类号：ＴＭ７３；Ｆ１２３．９ｌ

文献标识码：Ａ

文章编号：

１６７４－３４１５（２０１１）１２．００９４一０８

０引言

多年以来，由于电能的特殊性质，即电能不能大量存储且传输受到输电线路输送极限及电压稳定

一场世界范围内的电力市场改革【２】。

我国电力市场改革从最初的“厂网分开、竞价

上网”试点工作开始，经过这么多年的发展，发电

侧电力市场改革已经取得初步成效，下一步的改革

目标是允许大用户和配电企业向发电企业直接购电，寻找输配分开、配电侧市场的有效开放。２００９

条件的限制…，世界各国的电力行业无一例外地实行垄断性管理模式。自２０世纪８０年代后期以来，为了提高电力工业生产效率，实现资源的优化配置，

许多国家陆续解除了对其电力工业的管制，掀起了基金项目：贵州大学创新基金（校研理工２００９００６）

年６月底，国家电监会、国家发改委和国家能源局联合下发《关于完善电力用户与发电企业直接交易试点工作有关问题的通知》（以下简称《通知》），就直购电企业准入条件和结算等实施细则作出规定，

万方数据

刘春辉，等电力市场环境下考虑大用户直购电的电网公司风险管理研究

－９５－

此举标志着我国新一轮的电力体制改革迎来了实质性突破［３１。

。

电网公司作为现阶段我国电力市场改革中的重要成员，在允许大用户直购电之后，其市场运营环境将要发生改变，因此电网公司为了保证其市场竞争性以及利润最大化和风险最小化的经营目标，其有必要明确直购电给其带来的风险类型，从而进行风险控制和评估，即一个有针对性的风险管理办法对于市场环境下的电网公司是非常必要的。

随着电力改革的不断进行，大用户直购电已经作为一个重要改革课题开始被研究。目前大多数的文献都是针对直购电过程中交易准则、转运定价和网损分摊等内容进行研究【４。１２１。文献［１３】借鉴现代投资组合理论建立了大用户购电成本及风险最小的双目标优化模型，从预期购电成本和风险的角度分析了大用户购电最优组合策略；文献［１４．１８】从风险的角度出发，分析了不同市场条件下供电公司的最优购电分配策略；文献【１９．２６］综合分析了电力市场环

境下风险管理应用的基本情况。本文将建立一个基

于风险控制和风险评估的风险管理框架，以此来帮助电网公司规避其在直购电过程中可能面临的市场运营风险，帮助其达到利润最大化和风险最小化的经营目标。

１

直购电环境下电网公司的风险管理

电力市场环境下，大用户直接购电的实施打破

了电网公司在发电企业侧作为“单一购买者”的垄断局面，如图１所示。使其在发电侧和售电侧同时面

临着不确定性的增加，不确定性也就意味着风险。

有效的风险识别是进行风险控制并且完成风险管理过程的基本前提。

发电Ｆ爿…塑…Ｆ芊爿…坠…告Ｉ案ｒ■磊而一Ｉ

ｒ１磊而焉叫

企业卜…１电网公司卜一卜一｛供电公司

电厂

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大用户

图１电力市场环境下直购电模式

Ｆｉｇ．１ＤＥＰｍ【ｏｄｅｌｉｎ

ｅｌｅｃｔｒｉｃｉ谚ｍ￡咄ｅｔｓ

１．１风险识别

当前我国实行目录电价机制，在直购电改革的过程中相关法规及市场交易准则的制定则严格受到国家和地方政府的监管，例如转运费用的收取问题，万方数据

归结其为政策风险。

随着电力市场改革的不断发展，电网公司在运

营过程中必然面临着电价的随机波动、交易量的不确定和交易策略的选择等众多不确定因素，此类风险本文归结为电网公司的运营风险。

随着直购电在电力市场中交易份额的增加，将

会导致电网中系统备用容量的减小，降低了系统的安全可靠性，此外现阶段的直购电由于《通知》中

并没有明确辅助服务定价等有关问题，因此发电企

业为了追求更高的利润而不愿意参与到保证电网安

全的相关调峰和无功调整，也不愿意投入ＡＧＣ和也会借此不参与避峰用电，因此直接影响了系统的安全稳定运行。

电力系统的安全稳定运行是电力市场有效运营的必要前提，独立于系统安全之外的电力市场运营是不存在的。因此本文强调在直购电过程中电网公司所面临的三种风险类型是相互影响、相互制约的。１．２风险控制

在电力市场风险管理中，通常有两种方法来实

现风险控制，即规避和多样化。规避指投资者可以通过购买金融衍生品来抵消商品所值资金流的风

险，如远期、期货、期权及差价合同等；多样化是

指通过多种不同的物理交易途径（指涉及实际电能传输的交易方式，如现货市场和远期合同市场；而

金融交易途径只涉及了相关的金融核算，并没有实

际的电能传输）【２】，以此来分配电能的交易数量，达到降低风险的目的。１．３风险评估

在风险识别和风险控制的基础上，电网公司还需要评估之前所制定的风险控制策略（市场交易方

式、交易量等）是否可行，也就是需要一个量化的

风险指标来帮助电网公司判断其交易策略的可行

性，这就是风险评估。本文将采用方差和、，状两种

风险评估方法。

基于上述分析，本文确定的电网公司风险管理

框图如图２所示。

图２所示的风险管理可以归结为：首先明确市

场中的风险类型即风险识别（交易目标和约束条件）

的过程，其次针对市场运营风险（电量和电价的不确定性），选取合适的风险控制方法（规避和多样化）

进行控制，在此阶段确定其交易策略，最后通过风

险评估过程来完成对交易结果的利润和风险分析。如果评估结果不符合要求，就需要重新制定相应的风险控制策略以及交易计划，直到风险评估的结果能够被电网公司接受。

ＰＳＳ等影响其出力的电网安全装置，同时大用户侧这将直接引发电网公司的市场运营风险，在此本文

－９６．

电力系统保护与控制

控制策略修订

图２电网公司风险管理框图

Ｆｉｇ．２

Ｒｉｓｋ

ｍ锄ａｇｅｍｅｎｔ触ｍｅｗｏｒｋｏｆＰＧＣ

２风险控制和评估模型

２．１效用函数

现代投资组合理论（Ｍｏｄｅｍ

ＰｏｎｆｏｌｉｏＴｈｅｏ巧，

ＭＰＴ）是一种被广泛用于解决金融投资中的投资组

合优化问题，它用于解决如何将有限的资源分配到多个不同的资产中，以达到最大化资源所有者的利益并最小化相关风险的目的。其中Ｍａｒｌ（ｏｗ池模型开创了投资组合的先河，其提出的均值一方差理论指出最优的投资是得到高利润回报的同时风险最小。即投资者的交易目标是最大化期望利润的同时能够减小其利润的风险，据此可用效用函数来权衡

相应的利润和风险，如式（１）示１２引。

Ｕ（?）＝Ｅｆ万）一Ｂ?｝么ｒ（万）

（１）

式中：Ｕ（．）为效用函数；Ｅ（刀）为交易的期望利润：

砌ｒ（万）为利润的方差，即风险；曰为风险惩罚因

子，其值与电网公司的风险厌恶度成正比，计算式

如式（２）。

曰＝彳／２Ｃ（．）

（２）

式中：彳为金融界广泛采用的风险厌恶指标，彳越大代表投资者越厌恶风险，彳越小表示投资者越偏好风险，彳＝０表示投资者是风险中立的；Ｃ（．）为交易的基准值，一般为成本函数。

．

至此，电网公司可以通过最大化效用函数来实

现其利润最大化和风险最小化的交易目标。

２．２Ｖａｌｕｅ

ａｔ黜ｓｋ（Ⅵ畎）风险评估

Ｖ状是金融领域广泛采用的一种风险评估方

法，一般指某一投资或证券组合在给定的时间范围

内、给定的概率条件下将会损失的最大数额，可表示为式（３）１２

７｜。

￡。ｂ（△Ｐ＞ｙ）＝１一ｃ

（３）

式中：△Ｐ为金融资产或证券组合在持有期内的损

万方数据

失；矿为置信度ｃ下的风险价值；尸ｍｈ为△尸＞矿

事件的概率。该式的含义是在给定的时间内，投资组合的损失大于ｙ的概率为１一ｃ。例如，ｌｄ的９５％置信度的５万元的ＶａＲ，表示该投资组合在１００

ｄ

中有９５ｄ的损失会小于５万元。

２．３直购电环境下电网公司的风险控制和评估模型

随着电力市场的开放和不断发展，不同类型的电力市场，甚至是不同的区域市场具有不同的价格波动性，例如较远期合同相比，现货交易由于现货价格的剧烈波动而成为一种高风险的交易方式。在

直购电环境下，电网公司将其预期总购电量分配到各个市场时会采取不同的投标策略，因此会获得不

同的总收益，同时面临不同的损失风险，其损失的大小与电力市场中各市场本身的风险及电网公司在

各市场的购电量有关。本文所建立的风险控制和评

的政策风险和市场运营风险。

假设电网公司预测得到未来某一特定时段内

某地区的总需求电量为鲰，其拟分别在实时、日

前、月度和年度四个市场环境Ｆ进行购电量的分配，其单位电价分别为日、只、只和ｅ，则其单位购电

成本为Ｃ１＝（日，Ｅ，Ｂ，只），只为其在统一目录电

的百分比，ｅ．为其单位供电成本，毗为其在各市ｆ＝（１，２，３，４）个市场中的利润收入为

巧＝绒，×｛￡（１一三）＋，‘只?三一

，．、

ｅ．一（１一三）尸｝

则其期望值为

Ｅ（巧）＝ＱＧ，×｛只（１一工）＋，‘只?三一

，。

ｃ二一（１一三）Ｅ（只）｝

电网公司在市场交易中的利润为

疋＝∑巧＝ＱＧ∑Ⅵ×｛只（１一三）＋

ｆ＝ｌ

ｊ＝１

，“＼Ｕ，

，．?只?三一Ｃｓｔ一（１一￡）只｝

估模型综合考虑了在直购电环境下电网公司所面临

价机制下的单位售电电价，电网公司收取相应的单

位转运费用为理，其中ｒ为直购电时电网公司每输

送１单位电能所收取的费用与单位电量价格的比值，三为电网公司辖区内直购电量占其总负荷需求场单位购电量的分配比例，则电网公司的在第其中，Ｅ（最）为第ｆ个市场的期望电价。

其中：ＱＧ，＝ＱＧ?心为电网公司在第ｆ个市场中的

购电量，至此电网公司交易的期望利润为

刘春辉，等电力市场环境下考虑大用户直购电的电网公司风险管理研究

．９７．

Ｅ（及）＝骁蔷ｗ×ｍ一三）＋

（７）

，．?只‘￡一ｃ；～（１一三）Ｅ（只））

则电网公司交易期望利润的方差为

砌ｒ（及）＝娥（１一三）２｛∑嵋玩ｒ（只）＋

Ｌｆ：ｌ

、

（８）

ｎ

ｎ

∑∑嵋?％?ＣＤＶ（皇，ｅ）｝

ＣＤＶ（毋，Ｐ，）为任意两个市场中电价的协方差。

公司在考虑供电成本情况下，其全部电量以‰

基于式（１）和式（２），本文定义Ｃ（?）为电网

的价格购进，则Ｃ（?）为

‰＝圭∑Ｅ（只）刀百

（９）

Ｃ（．）＝ＱＧ｛（卜三）?去喜Ｅ（只）＋Ｃｓｔ，

“０）

电网公司通过最大化其效用函数可求出各物

ｊ峄‰卸魄）－南％“到㈨，

｜ｓ．ｔ．∑Ⅵ＝１

Ⅵ≥ｏ

在以上分析的基础上，本文定义电网公司交易

‰＝∥一掰

（１２）

口可根据所要求的置信度ｃ直接从标准正态疗

∥＝Ｅ何木）＝∑嚣Ｅ（乃）

（１３）

仃：厮＝

ｆ＝１

（１４）

万方数据

式中：％＝Ｃｂｖ（刀ｆ，刀，）为任意两个物理交易途

径利润的协方差；￡（万ｆ）和ｗ；均为风险控制的计

算结果。３算例分析

在前文分析基础上，考虑到不同市场环境下价格波动和收益利润随机变化等特性的差异以及负荷需求的高峰、低谷特性，本文假设售电价格为实行管制下的统一目录电价且高峰时段为

最。＝５８￥／Ｍｗｈ，低谷时段为只。＝５５￥／Ｍ、釉，转

运费率比根据最新的《通知》规定暂取１０％＜ｒ＜２０％，负荷预测误差在允许范围内，得到高峰和低谷时段负荷需求总量分别为

ＱＨ＝７．６３２５８×１０５Ｍ、胁和ＱＬ＝２．９８６７５×１０５Ｍ姗，其单位供电成本为Ｃ＝１．８￥／Ｍ帆，不同市场环境

下的电价特性如表１所示。

表１电价分布特性

１＇ａｂ．】Ｐｒｉｃｅ

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｍｃｔｃｒｉｓｔｊｃｓ

￥／ＭⅥ，ＩＩ

至此本文按正态分布随机产生电价数据的１００

组样本，作为模拟的市场历史数据。利用Ｍａｔｌａｂ对表２为高峰时段在，．＝Ｏ．２，三＝０．１，Ｃ＝９５％

出，当电网公司趋于风险中立时，即风险厌恶度彳＝Ｏ时，其抵抗风险的能力很强，购电时追求期４，电网公司的投资决策也不相同，４的取值越大，险，相应交易的利润逐渐减小，这也表明了远期合

同市场能够有效减少现货市场带来的风险。此外，随着彳值的逐渐增大，其交易期望利润减小的同时其中：玩ｒ（毋）为第ｆ个市场电价的方差；式（１１）所示。

理交易途径的最优分配比例ｗ．，该优化问题具体如

的Ⅵ瓜为在给定置信度下，该交易组合在交易期内

式（１１）进行优化求解，相关结果如表２所示。

情况下电网公司的风险控制结果。从表２中可以看望效用的最大化，在投资决策时几乎不考虑风险因素，只考虑费用和收益，此时其全部在收益相对较

的总利润最小值，以墨德来表示，其计算式为‘１１

分布表中查到，例如若ｃ＝０．９５，则口＝１．６５。置信度ｃ的选取取决于电网公司的风险厌恶程度。风

高的实时市场中购买电量。根据不同的风险厌恶度

说明电网公司越厌恶风险，购电时更重视风险因素，从而在年度合同市场中购买更多的电量来规避风险厌恶程度越高，置信度越高，如特别厌恶取９９％，

一般厌恶取９５％，轻微厌恶取９０％等。而∥和仃可由以式（１３）、（１４）来计算。

方差也逐渐减小，相应的Ｒｈ。值也表现出先增加再

减小的趋势，这符合高利润伴随着高风险的客观市场规律。

表２高峰时段电网公司的风险控制策略结果

Ｔａｂ．２ＲｉｓｋｃｏｎｔｒｏＩｒｅｓｕＩｔｓｏｆＰＧＣｉｎｐｅａｋ－Ｉｏａｄｐｅｒｉｏｄ

量答

０３

ｗ。ｗ：

ＯＯ．４５３

屹

Ｏ

Ｍ

ＯＯ００．０８ｌ４Ｏ．３３３４

期罢鬻７

１．７７６９

利震名毒７

３２．５７５．６６８６３．１１３６２．４０５７

Ｐ篆嚣７

１１７７６

９

１．１０４６Ｏ．８９ｌ３３Ｏ．７８９７８Ｏ．６６４０６Ｏ．５８５

怒三

—１．２００９０．１６７１４

０．３０５Ｏ．３２５

１０．３０５７Ｏ．２０８９Ｏ．１７５７

３０．２４ｌ００．４８２ｌ０．４８６７０．３７４７

１．４０９４

Ｉ．２２６２

６

８

Ｏ．３０９０Ｏ，２５６２Ｏ，１６８

５３５

１．１３４

８

１２１６２０

６０

Ｏ。１２３６Ｏ．０９７５Ｏ．０８ｌ９Ｏ．０４０

２

３

Ｏ．９４７６９１．３】８５０．３４８５６

Ｏ．１２４４０．３１８７Ｏ。２８５

ｌ

Ｏ．４５９４Ｏ．５３５Ｏ

Ｏ．７３６６

Ｏ．８５４

１３

Ｏ．９３７９５

０．７６ｌ

ｌｌ

Ｏ．３４８８Ｏ．３４２

５８

Ｏ．０９８Ｏ

Ｏ．０２７

Ｏ．７９８ＯＯ．ｄ４８

３２

８２Ｏ．５２４８７０．１２８

２９

７Ｏ．１９５５０．４８３４９０．２８５５１

根据电网公司风险厌恶度的不同，分别求取其

从表３中可以看出，随着置信度的增加，电网

公司的风险容忍度逐渐降低，其交易结果的足。。值也随之减小，即电网公司在交易期内期望总利润的最小值将逐渐减小。可以看出电网公司根据自身的

在负荷高峰和低谷时刻交易的期望利润和方差，构成其交易策略的有效前沿，如图３所示。

实际情况和所掌握的市场信息来确定合理的风险厌恶度和置信度大小对于其最终的风险评估结果是很

重要的。

为了量化直购电对电网公司在电力市场运营中

的影响程度，本文从政策风险（转运费大小）和运营风险（电量和电价不确定性）两个方面分析了不

同情况下电网公司的风险控制结果。

图３电网公司交易有效前沿

Ｆｊｇ．３ＰＧＣ

表４为高峰时段，在彳＝８，，．＝０．２，Ｃ＝９５％的情况下，随着直购电比例三的增加，电网公司风险

控制结果的变化。

ｔ删ｉｎｇｅ塌ｃｉｅｎｔ

ｆ沁ｎｔｉｅｒ

从图３可以看出，在同样期望利润下，有效前沿上的点其风险水平明显低于可行集内（曲线下部）其他点，在相同风险条件下，有效前沿上的点其期

表４间．２时所对应的电网公司的风险控制结果

Ｔ她．４ＰＧＣｒｉｓｋ

ｃｏｎｔｒｏＩｒｅｓｕｌｔｓ

ｗｉｔｌｌ，＝０．２

望利润大于可行集内的其他点。即有效前沿是可行集的一个特殊子集，这也表明了电网公司交易的最优组合在其交易的有效前沿上。

在么＝８，，＝０．２，三＝０．１的情况下，计算得到高峰时段电网公司交易组合足。。值随置信度变化

的关系如表３所示。

表３不同置信度下尺ｖａＲ值

Ｔ｛ｌｂ－３尺ｖａＲｕｎｄｅｒｍｆｆｅｒｅｍｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｌｅＶｅｌｓ

从表４中可以看出，随着直购电比例￡的增加，，

电网公司的期望利润、方差和效用值都逐渐减小，

但是相应的足№值逐渐增加，原因可以归结为随着

直购电比例的增加，电网公司收入中的确定比例增

加，即不确定收入的比例减少，因而足恤值增加。相应控制结果变化趋势如图４所示。

万方数据

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