電力市場大用戶電能直購策略的研究與應用

馮力鴻

（中國電力建設股份有限公司，北京 100044）

電力市場大用戶電能直購策略的研究與應用

馮力鴻

（中國電力建設股份有限公司，北京 100044）

大用戶直購電作為電力系統市場改革中的新型電能購買模式，在開發電力市場潛能的同時，在電力銷售端將競爭機制引入，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驗的合理借鑒，根據我國電力市場發展的特點，建立了基于成本和風險最優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用有一定的借鑒意義。

成本分析；風險分析；購電策略

用電大戶的用電量龐大，合理的規劃購電策略對節約企業用電成本有著重大意義。而我國目前電力交易模式是發電廠將電能直接向電網公司出售，用戶再向電網公司購買電能，從而造成電網企業成為電力交易中的壟斷一方。為了促進電力市場的改革，打破壟斷，大用戶直購電成為改革中的關鍵問題。然而在大用戶直購電的同時也會存在風險，比如負荷預估不準確所造成的風險，以及電價波動對大用戶造成的利益損害。因此科學的購電策略和風險管理是要急需面對的問題。本文對大用戶的購電風險進行了分析，并建立了基于購電風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，因此為了規避購電風險大用戶往往采用多種購電方式向組合的策略購買電能。在國內經常采用的購電渠道有遠期合同和現貨市場、可中斷合同；以及自建電廠[1]。

電力大用戶采用遠期合同是規避風險的有效方式。假定大用戶與那家供電企業定立了遠期交易合同，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期合同的購電成本Clcl為

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

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

可中斷合同中，當電價波動超過商定閾值時，電網對大用戶的單位電能補償Pa的費用，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，當市場電價未達到可中斷的商定閾值時，大用戶的長期購電總費用Cql為

當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用Cpl為

當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貨市場和自建電廠的電能購買成本Cs。假定在現貨市場大用戶購買的電能總量為 Dsms，占據短期預測總購電量 Ds的百分比為ωsms。在自建電的購買量是Dsps，占據短期預測總購電量 Ds的百分比為ωsps。那么大用戶的自建電廠電能成本為

當市場電價未達到商定閾值時，大用戶的電能購買費用Cqs為

當市場電價超過商定閾值時，大用戶的電能購買費用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 大用戶電能購買風險分析

2.1 大用戶長期購電風險的方差分析

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險來自負荷預估不準確以及市場電價的波動，購電的市場不同，則需要面對的風險也不一樣。當市場電價未達到電價閾值時，大用戶的購電風險為

在實際生活中，大用戶的購電量跟隨市場價格的波動而波動，當兩者之間的關系是線性的時候，大用戶的長期購電風險為

2.2 大用戶長期購電風險的CVaR分析

在購電過程中，大用戶采取不同的購電策略將會導致面對相應的風險損失。如果將大用戶的購電總量看作總資產，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化組合問題，購電成本可以用損失函數來處理。大用戶購電風險可以用 CVaR風險理論分析。則有損失函數表示的大用戶長期購電成本如下：

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

式中，Clj是對應購買渠道j的購電成本，ωl為對應渠道的購買比例。

和長期購電風險相同，同理可用方差法和CVaR法進行短期購電風險的分析，這里不再詳細介紹。

3 大用戶購電策略模型和應用

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到最小投入、最小風險為目的。由于電力市場賣空和預算的限制，大用戶長期購電策略目標函數為

式中，σ2l是大用戶購電風險，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電能力和電能買賣約束；以及電力市場監管對遠期合同和現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，即

其約束條件為

在求解最優購電策略中，為簡化計算，將對雙目標優化模型求解用對最小方差邊界的方式代替。隨機分配大用戶購電成本期望的值，應用Matlab軟件進行計算，可求得最小方差。改變成本期望值，分別求得最小方差，則可得到由一組數據組成的有效前沿。經分析可以得出，購電的風險和購電成本成反比，即當購電成本越大時，購電風險反而越小[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 應用分析

對國外某電力市場的數據進行分析，完成大用戶電力負荷分配的優化。市場電價為34.1USD/MW·h，其相應的方差等于 115.73。假定大用戶只和一家供電企業定立了遠期合同，則有Pc=32.8USD/MW·h，假定a=0.1，遠期合同量最小比例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。

當電價和購電量之間獨立時，應用組合購電模型在不同成本期望下可求出相應的購電風險和分配優化方法見表 1。可以明顯看出，隨著購電成本的增加，方案中遠期合同的比率在提高，現貨市場的份額在降低，風險也在減小。可見遠期合同和自建電廠可以降低購電風險。

表1 電價和購電量獨立時的有效前沿

當電價和購電量為線性相關時，可得購電方案的有效前沿見表2。

表2 電價和購電量相關時的有效前沿

對比兩組數據可得，購電期望相同時，電價和購電量相關時的購電風險相對較小。

3.3 大用戶的E-CVaR購電策略模型

應用E-CVaR法進行策略分析的目標函數為

式中，zlj為相應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，通過隨機對購電成本期望賦值，則可得到相應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

從兩個決策表的數據可以看出，現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，對應的 CVaR的值卻在降低。相對而言現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 結論

電力市場的改革在逐步深化，電力大用戶的直購已經成為電力市場改革的重點。為了減少成本，同時降低購電風險，如何合理的進行電能組合分配是大用戶購電策略的重點和難點，隨著電力期貨的加入，分配策略的模型建立和運算更加復雜，設計更加科學準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。

[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企業購電成本分析[J].電網技術,2006,30(21):15-20.

[2]郭金,江偉,譚忠富.風險條件下供電公司最優購電問題研究[J].電網技術,2004,28(11):18-22.

[3]魯美娟,魯美霞.基于CvaR和RAROC的投資組合優化模型[J].商場現代化,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，從事電力項目投資運營、電力市場研究工作。