馮力鴻

（中國電力建設(shè)股份有限公司，北京 100044）

電力市場大用戶電能直購策略的研究與應(yīng)用

馮力鴻

（中國電力建設(shè)股份有限公司，北京 100044）

大用戶直購電作為電力系統(tǒng)市場改革中的新型電能購買模式，在開發(fā)電力市場潛能的同時，在電力銷售端將競爭機(jī)制引入，有助于電價的形成和電力能源的合理分配，因此對大用戶直購電的策略研究意義重大。本文通過對國外大用戶直購電的方案和經(jīng)驗(yàn)的合理借鑒，根據(jù)我國電力市場發(fā)展的特點(diǎn)，建立了基于成本和風(fēng)險最優(yōu)化組合的大用戶直購電策略模型，對我國大用戶購電策略的研究和應(yīng)用有一定的借鑒意義。

成本分析；風(fēng)險分析；購電策略

用電大戶的用電量龐大，合理的規(guī)劃購電策略對節(jié)約企業(yè)用電成本有著重大意義。而我國目前電力交易模式是發(fā)電廠將電能直接向電網(wǎng)公司出售，用戶再向電網(wǎng)公司購買電能，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)電力市場的改革，打破壟斷，大用戶直購電成為改革中的關(guān)鍵問題。然而在大用戶直購電的同時也會存在風(fēng)險，比如負(fù)荷預(yù)估不準(zhǔn)確所造成的風(fēng)險，以及電價波動對大用戶造成的利益損害。因此科學(xué)的購電策略和風(fēng)險管理是要急需面對的問題。本文對大用戶的購電風(fēng)險進(jìn)行了分析，并建立了基于購電風(fēng)險和成本的大用戶購電策略模型。

1 大用戶電能購買成本分析

1.1 大用戶長期購電成本

由于電力市場電能價格波動比較大，因此為了規(guī)避購電風(fēng)險大用戶往往采用多種購電方式向組合的策略購買電能。在國內(nèi)經(jīng)常采用的購電渠道有遠(yuǎn)期合同和現(xiàn)貨市場、可中斷合同；以及自建電廠[1]。

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

某些大用戶可根據(jù)自身優(yōu)勢建立電廠以減少成本，并且有助于風(fēng)險的降低。假定自建電廠的發(fā)電總量為Dspl，占據(jù)電能購買總量的百分比為ωspl，電能的單位生產(chǎn)成本是Pspl，則有自建電廠的成本Cspl為

假定購買的現(xiàn)貨電能的數(shù)量為 Dsml，占據(jù)電能購買總量的百分比為ωsml，電價在現(xiàn)貨市場價格為Psml。則在現(xiàn)貨市場中大用戶的購電成本Csml為

可中斷合同中，當(dāng)電價波動超過商定閾值時，電網(wǎng)對大用戶的單位電能補(bǔ)償Pa的費(fèi)用，大用戶的電力需求沒減少一單位而造成喪失Pc的利潤，若大用戶可中斷合同占電能購買總量的百分比為ωicl，那么大用戶的成本損失Cicl為

綜上，當(dāng)市場電價未達(dá)到可中斷的商定閾值時，大用戶的長期購電總費(fèi)用Cql為

當(dāng)市場電價超過可中斷的商定閾值時，大用戶的長期購電總費(fèi)用Cpl為

當(dāng)市場電價超過商定閾值的幾率為 p，則有大用戶的長期購電成本Cl為

1.2 大用戶短期購電成本

大用戶的短期購電通常只包括現(xiàn)貨市場和自建電廠的電能購買成本Cs。假定在現(xiàn)貨市場大用戶購買的電能總量為 Dsms，占據(jù)短期預(yù)測總購電量 Ds的百分比為ωsms。在自建電的購買量是Dsps，占據(jù)短期預(yù)測總購電量 Ds的百分比為ωsps。那么大用戶的自建電廠電能成本為

當(dāng)市場電價未達(dá)到商定閾值時，大用戶的電能購買費(fèi)用Cqs為

當(dāng)市場電價超過商定閾值時，大用戶的電能購買費(fèi)用Cps為

那么大用戶的短期購電成本Cs為

1.3 大用戶購電的總成本

把大用戶長期購電和短期購電的方案綜合起來，則有大用戶購電的總成本C為

2 大用戶電能購買風(fēng)險分析

2.1 大用戶長期購電風(fēng)險的方差分析

通過大用戶的購電成本分析可以看出，大用戶在購電過程中要面對的主要風(fēng)險來自負(fù)荷預(yù)估不準(zhǔn)確以及市場電價的波動，購電的市場不同，則需要面對的風(fēng)險也不一樣。當(dāng)市場電價未達(dá)到電價閾值時，大用戶的購電風(fēng)險為

在實(shí)際生活中，大用戶的購電量跟隨市場價格的波動而波動，當(dāng)兩者之間的關(guān)系是線性的時候，大用戶的長期購電風(fēng)險為

2.2 大用戶長期購電風(fēng)險的CVaR分析

在購電過程中，大用戶采取不同的購電策略將會導(dǎo)致面對相應(yīng)的風(fēng)險損失。如果將大用戶的購電總量看作總資產(chǎn)，把不同的購電渠道的購電成本看作市場價格，則大用戶的電能購買問題就成為投資的優(yōu)化組合問題，購電成本可以用損失函數(shù)來處理。大用戶購電風(fēng)險可以用 CVaR風(fēng)險理論分析。則有損失函數(shù)表示的大用戶長期購電成本如下：

應(yīng)用Monte Carlo法取得Dil、Psmlj，j=1,2,…,J。則有大用戶長期購電風(fēng)險的等效函數(shù)Fβ(ωl,αl)為

式中，Clj是對應(yīng)購買渠道j的購電成本，ωl為對應(yīng)渠道的購買比例。

和長期購電風(fēng)險相同，同理可用方差法和CVaR法進(jìn)行短期購電風(fēng)險的分析，這里不再詳細(xì)介紹。

3 大用戶購電策略模型和應(yīng)用

3.1 大用戶購電組合策略的有效前沿模型分析

大用戶購電方案是以達(dá)到最小投入、最小風(fēng)險為目的。由于電力市場賣空和預(yù)算的限制，大用戶長期購電策略目標(biāo)函數(shù)為

式中，σ2l是大用戶購電風(fēng)險，E(Cl)是大用戶電能購買成本期望。在同時考慮大用戶自建電廠的發(fā)電能力和電能買賣約束；以及電力市場監(jiān)管對遠(yuǎn)期合同和現(xiàn)貨市場的電能購買量的約束，則限制條件為

同理，可得大用戶短期購電策略函數(shù)，即

其約束條件為

在求解最優(yōu)購電策略中，為簡化計算，將對雙目標(biāo)優(yōu)化模型求解用對最小方差邊界的方式代替。隨機(jī)分配大用戶購電成本期望的值，應(yīng)用Matlab軟件進(jìn)行計算，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，購電的風(fēng)險和購電成本成反比，即當(dāng)購電成本越大時，購電風(fēng)險反而越小[2]。相同條件下，只考慮賣空限制的成本期望要小于考慮了自建電廠發(fā)電能力和電能買賣約束的成本期望如圖1所示。

圖1 大用戶購電成本有效前沿

3.2 應(yīng)用分析

對國外某電力市場的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成大用戶電力負(fù)荷分配的優(yōu)化。市場電價為34.1USD/MW·h，其相應(yīng)的方差等于 115.73。假定大用戶只和一家供電企業(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，大用戶電能使用量的期望為74.26MW·h，方差為75.73，自建電廠的單位成本為34.58USD/MW·h，其所占最大比率ωspsmax為0.5。

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

表1 電價和購電量獨(dú)立時的有效前沿

當(dāng)電價和購電量為線性相關(guān)時，可得購電方案的有效前沿見表2。

表2 電價和購電量相關(guān)時的有效前沿

對比兩組數(shù)據(jù)可得，購電期望相同時，電價和購電量相關(guān)時的購電風(fēng)險相對較小。

3.3 大用戶的E-CVaR購電策略模型

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

同理，可得短期購電的策略模型。

3.4 應(yīng)用分析

仍然以上文的用戶為例，置信水平為 0.95，求得購電分配結(jié)果見表3。

圖2 大用戶購電策略最小邊界

表3 大用戶長期購電組合分配比例

假定大用戶遠(yuǎn)期合同購電比率為0.5，則大用戶短期購電策略見表4。

表4 大用戶短期購電組合分配比例

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

4 結(jié)論

電力市場的改革在逐步深化，電力大用戶的直購已經(jīng)成為電力市場改革的重點(diǎn)。為了減少成本，同時降低購電風(fēng)險，如何合理的進(jìn)行電能組合分配是大用戶購電策略的重點(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)計更加科學(xué)準(zhǔn)確的策略計算模型成為大用戶直購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)險條件下供電公司最優(yōu)購電問題研究[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，高級工程師，從事電力項(xiàng)目投資運(yùn)營、電力市場研究工作。