本文關鍵詞：電力市場環(huán)境下考慮大用戶直購電的電網(wǎng)公司風險管理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第３９卷第１２期

２０１１年６月１６日

電力系統(tǒng)保護與控制

Ｐｏｗｅｒ

ｖ０１．３９Ｎｏ．１２Ｊｕｎ．１６，２０ｌｌ

ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ

電力市場環(huán)境下考慮大用戶直購電的電網(wǎng)公司風險管理研究

劉春輝１，劉敏２

（１．吉林省電力有限公司培訓中心，吉林長春１３００２２；２．貴州大學電氣工程學院，貴州貴陽５５０００３）

摘要：電力市場環(huán)境下，電量和電價的不確定性為市場風險的最終表現(xiàn)形式。以電網(wǎng)公司為研究對象，從政策風險、運營風險和運行風險三個方面分析了在直購電過程中其可能面臨的潛在風險，強調三種風險是相互影響和制約的。借鑒金融領域的現(xiàn)代投資組合理論，建立了基于效用函數(shù)和ＶａＲ（Ｖａｌｕｅ

ａｔ

Ｒｉ

ｓ１（）的電網(wǎng)公司考慮直購電的風險控制和評估模型，提出了

轉運因子的概念。算例結果表明，該模型能夠有效地反映在直購電過程中電網(wǎng)公司所面臨的市場風險的本質，同時轉運因子的提出則為電網(wǎng)公司提供了一個量化直購電風險的工具，指出其在通過合理風險控制辦法的同時可由直購電而獲利。給出了電網(wǎng)公司的總體風險管理框架，該框架能夠幫助其達到利潤最大化和風險最小化的市場交易目標。關鍵詞：電力市場；直購電；電網(wǎng)公司；風險管理；效用函數(shù)；ＶａＲ

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ａｔＩＵｓｋ

中圖分類號：ＴＭ７３；Ｆ１２３．９ｌ

文獻標識碼：Ａ

文章編號：

１６７４－３４１５（２０１１）１２．００９４一０８

０引言

多年以來，由于電能的特殊性質，即電能不能大量存儲且傳輸受到輸電線路輸送極限及電壓穩(wěn)定

一場世界范圍內的電力市場改革【２】。

我國電力市場改革從最初的“廠網(wǎng)分開、競價

上網(wǎng)”試點工作開始，經(jīng)過這么多年的發(fā)展，發(fā)電

側電力市場改革已經(jīng)取得初步成效，下一步的改革

目標是允許大用戶和配電企業(yè)向發(fā)電企業(yè)直接購電，尋找輸配分開、配電側市場的有效開放。２００９

條件的限制…，世界各國的電力行業(yè)無一例外地實行壟斷性管理模式。自２０世紀８０年代后期以來，為了提高電力工業(yè)生產效率，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，

許多國家陸續(xù)解除了對其電力工業(yè)的管制，掀起了基金項目：貴州大學創(chuàng)新基金（校研理工２００９００６）

年６月底，國家電監(jiān)會、國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合下發(fā)《關于完善電力用戶與發(fā)電企業(yè)直接交易試點工作有關問題的通知》（以下簡稱《通知》），就直購電企業(yè)準入條件和結算等實施細則作出規(guī)定，

萬方數(shù)據(jù)

劉春輝，等電力市場環(huán)境下考慮大用戶直購電的電網(wǎng)公司風險管理研究

－９５－

此舉標志著我國新一輪的電力體制改革迎來了實質性突破［３１。

。

電網(wǎng)公司作為現(xiàn)階段我國電力市場改革中的重要成員，在允許大用戶直購電之后，其市場運營環(huán)境將要發(fā)生改變，因此電網(wǎng)公司為了保證其市場競爭性以及利潤最大化和風險最小化的經(jīng)營目標，其有必要明確直購電給其帶來的風險類型，從而進行風險控制和評估，即一個有針對性的風險管理辦法對于市場環(huán)境下的電網(wǎng)公司是非常必要的。

隨著電力改革的不斷進行，大用戶直購電已經(jīng)作為一個重要改革課題開始被研究。目前大多數(shù)的文獻都是針對直購電過程中交易準則、轉運定價和網(wǎng)損分攤等內容進行研究【４。１２１。文獻［１３】借鑒現(xiàn)代投資組合理論建立了大用戶購電成本及風險最小的雙目標優(yōu)化模型，從預期購電成本和風險的角度分析了大用戶購電最優(yōu)組合策略；文獻［１４．１８】從風險的角度出發(fā)，分析了不同市場條件下供電公司的最優(yōu)購電分配策略；文獻【１９．２６］綜合分析了電力市場環(huán)

境下風險管理應用的基本情況。本文將建立一個基

于風險控制和風險評估的風險管理框架，以此來幫助電網(wǎng)公司規(guī)避其在直購電過程中可能面臨的市場運營風險，幫助其達到利潤最大化和風險最小化的經(jīng)營目標。

１

直購電環(huán)境下電網(wǎng)公司的風險管理

電力市場環(huán)境下，大用戶直接購電的實施打破

了電網(wǎng)公司在發(fā)電企業(yè)側作為“單一購買者”的壟斷局面，如圖１所示。使其在發(fā)電側和售電側同時面

臨著不確定性的增加，不確定性也就意味著風險。

有效的風險識別是進行風險控制并且完成風險管理過程的基本前提。

發(fā)電Ｆ爿…塑…Ｆ芊爿…墜…告Ｉ案ｒ■磊而一Ｉ

ｒ１磊而焉叫

企業(yè)卜…１電網(wǎng)公司卜一卜一｛供電公司

電廠

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大用戶

圖１電力市場環(huán)境下直購電模式

Ｆｉｇ．１ＤＥＰｍ【ｏｄｅｌｉｎ

ｅｌｅｃｔｒｉｃｉ諺ｍ￡咄ｅｔｓ

１．１風險識別

當前我國實行目錄電價機制，在直購電改革的過程中相關法規(guī)及市場交易準則的制定則嚴格受到國家和地方政府的監(jiān)管，例如轉運費用的收取問題，萬方數(shù)據(jù)

歸結其為政策風險。

隨著電力市場改革的不斷發(fā)展，電網(wǎng)公司在運

營過程中必然面臨著電價的隨機波動、交易量的不確定和交易策略的選擇等眾多不確定因素，此類風險本文歸結為電網(wǎng)公司的運營風險。

隨著直購電在電力市場中交易份額的增加，將

會導致電網(wǎng)中系統(tǒng)備用容量的減小，降低了系統(tǒng)的安全可靠性，此外現(xiàn)階段的直購電由于《通知》中

并沒有明確輔助服務定價等有關問題，因此發(fā)電企

業(yè)為了追求更高的利潤而不愿意參與到保證電網(wǎng)安

全的相關調峰和無功調整，也不愿意投入ＡＧＣ和也會借此不參與避峰用電，因此直接影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行是電力市場有效運營的必要前提，獨立于系統(tǒng)安全之外的電力市場運營是不存在的。因此本文強調在直購電過程中電網(wǎng)公司所面臨的三種風險類型是相互影響、相互制約的。１．２風險控制

在電力市場風險管理中，通常有兩種方法來實

現(xiàn)風險控制，即規(guī)避和多樣化。規(guī)避指投資者可以通過購買金融衍生品來抵消商品所值資金流的風

險，如遠期、期貨、期權及差價合同等；多樣化是

指通過多種不同的物理交易途徑（指涉及實際電能傳輸?shù)慕灰追绞�，如現(xiàn)貨市場和遠期合同市場；而

金融交易途徑只涉及了相關的金融核算，并沒有實

際的電能傳輸）【２】，以此來分配電能的交易數(shù)量，達到降低風險的目的。１．３風險評估

在風險識別和風險控制的基礎上，電網(wǎng)公司還需要評估之前所制定的風險控制策略（市場交易方

式、交易量等）是否可行，也就是需要一個量化的

風險指標來幫助電網(wǎng)公司判斷其交易策略的可行

性，這就是風險評估。本文將采用方差和、，狀兩種

風險評估方法。

基于上述分析，本文確定的電網(wǎng)公司風險管理

框圖如圖２所示。

圖２所示的風險管理可以歸結為：首先明確市

場中的風險類型即風險識別（交易目標和約束條件）

的過程，其次針對市場運營風險（電量和電價的不確定性），選取合適的風險控制方法（規(guī)避和多樣化）

進行控制，在此階段確定其交易策略，最后通過風

險評估過程來完成對交易結果的利潤和風險分析。如果評估結果不符合要求，就需要重新制定相應的風險控制策略以及交易計劃，直到風險評估的結果能夠被電網(wǎng)公司接受。

ＰＳＳ等影響其出力的電網(wǎng)安全裝置，同時大用戶側這將直接引發(fā)電網(wǎng)公司的市場運營風險，在此本文

－９６．

電力系統(tǒng)保護與控制

控制策略修訂

圖２電網(wǎng)公司風險管理框圖

Ｆｉｇ．２

Ｒｉｓｋ

ｍ鋤ａｇｅｍｅｎｔ觸ｍｅｗｏｒｋｏｆＰＧＣ

２風險控制和評估模型

２．１效用函數(shù)

現(xiàn)代投資組合理論（Ｍｏｄｅｍ

ＰｏｎｆｏｌｉｏＴｈｅｏ巧，

ＭＰＴ）是一種被廣泛用于解決金融投資中的投資組

合優(yōu)化問題，它用于解決如何將有限的資源分配到多個不同的資產中，以達到最大化資源所有者的利益并最小化相關風險的目的。其中Ｍａｒｌ（ｏｗ池模型開創(chuàng)了投資組合的先河，其提出的均值一方差理論指出最優(yōu)的投資是得到高利潤回報的同時風險最小。即投資者的交易目標是最大化期望利潤的同時能夠減小其利潤的風險，據(jù)此可用效用函數(shù)來權衡

相應的利潤和風險，如式（１）示１２引。

Ｕ（?）＝Ｅｆ萬）一Ｂ?｝么ｒ（萬）

（１）

式中：Ｕ（．）為效用函數(shù)；Ｅ（刀）為交易的期望利潤：

砌ｒ（萬）為利潤的方差，即風險；曰為風險懲罰因

子，其值與電網(wǎng)公司的風險厭惡度成正比，計算式

如式（２）。

曰＝彳／２Ｃ（．）

（２）

式中：彳為金融界廣泛采用的風險厭惡指標，彳越大代表投資者越厭惡風險，彳越小表示投資者越偏好風險，彳＝０表示投資者是風險中立的；Ｃ（．）為交易的基準值，一般為成本函數(shù)。

．

至此，電網(wǎng)公司可以通過最大化效用函數(shù)來實

現(xiàn)其利潤最大化和風險最小化的交易目標。

２．２Ｖａｌｕｅ

ａｔ黜ｓｋ（Ⅵ畎）風險評估

Ｖ狀是金融領域廣泛采用的一種風險評估方

法，一般指某一投資或證券組合在給定的時間范圍

內、給定的概率條件下將會損失的最大數(shù)額，可表示為式（３）１２

７｜。

￡。ｂ（△Ｐ＞ｙ）＝１一ｃ

（３）

式中：△Ｐ為金融資產或證券組合在持有期內的損

萬方數(shù)據(jù)

失；礦為置信度ｃ下的風險價值；尸ｍｈ為△尸＞礦

事件的概率。該式的含義是在給定的時間內，投資組合的損失大于ｙ的概率為１一ｃ。例如，ｌｄ的９５％置信度的５萬元的ＶａＲ，表示該投資組合在１００

ｄ

中有９５ｄ的損失會小于５萬元。

２．３直購電環(huán)境下電網(wǎng)公司的風險控制和評估模型

隨著電力市場的開放和不斷發(fā)展，不同類型的電力市場，甚至是不同的區(qū)域市場具有不同的價格波動性，例如較遠期合同相比，現(xiàn)貨交易由于現(xiàn)貨價格的劇烈波動而成為一種高風險的交易方式。在

直購電環(huán)境下，電網(wǎng)公司將其預期總購電量分配到各個市場時會采取不同的投標策略，因此會獲得不

同的總收益，同時面臨不同的損失風險，其損失的大小與電力市場中各市場本身的風險及電網(wǎng)公司在

各市場的購電量有關。本文所建立的風險控制和評

的政策風險和市場運營風險。

假設電網(wǎng)公司預測得到未來某一特定時段內

某地區(qū)的總需求電量為鯫，其擬分別在實時、日

前、月度和年度四個市場環(huán)境Ｆ進行購電量的分配，其單位電價分別為日、只、只和ｅ，則其單位購電

成本為Ｃ１＝（日，Ｅ，Ｂ，只），只為其在統(tǒng)一目錄電

的百分比，ｅ．為其單位供電成本，毗為其在各市ｆ＝（１，２，３，４）個市場中的利潤收入為

巧＝絨，×｛￡（１一三）＋，‘只?三一

，．、

ｅ．一（１一三）尸｝

則其期望值為

Ｅ（巧）＝ＱＧ，×｛只（１一工）＋，‘只?三一

，。

ｃ二一（１一三）Ｅ（只）｝

電網(wǎng)公司在市場交易中的利潤為

疋＝∑巧＝ＱＧ∑Ⅵ×｛只（１一三）＋

ｆ＝ｌ

ｊ＝１

，“＼Ｕ，

，．?只?三一Ｃｓｔ一（１一￡）只｝

估模型綜合考慮了在直購電環(huán)境下電網(wǎng)公司所面臨

價機制下的單位售電電價，電網(wǎng)公司收取相應的單

位轉運費用為理，其中ｒ為直購電時電網(wǎng)公司每輸

送１單位電能所收取的費用與單位電量價格的比值，三為電網(wǎng)公司轄區(qū)內直購電量占其總負荷需求場單位購電量的分配比例，則電網(wǎng)公司的在第其中，Ｅ（最）為第ｆ?zhèn)�市場的期望電價。

其中：ＱＧ，＝ＱＧ?心為電網(wǎng)公司在第ｆ?zhèn)�市場中的

購電量，至此電網(wǎng)公司交易的期望利潤為

劉春輝，等電力市場環(huán)境下考慮大用戶直購電的電網(wǎng)公司風險管理研究

．９７．

Ｅ（及）＝驍薔ｗ×ｍ一三）＋

（７）

，．?只‘￡一ｃ；～（１一三）Ｅ（只））

則電網(wǎng)公司交易期望利潤的方差為

砌ｒ（及）＝娥（１一三）２｛∑嵋玩ｒ（只）＋

Ｌｆ：ｌ

、

（８）

ｎ

ｎ

∑∑嵋?％?ＣＤＶ（皇，ｅ）｝

ＣＤＶ（毋，Ｐ，）為任意兩個市場中電價的協(xié)方差。

公司在考慮供電成本情況下，其全部電量以‰

基于式（１）和式（２），本文定義Ｃ（?）為電網(wǎng)

的價格購進，則Ｃ（?）為

‰＝圭∑Ｅ（只）刀百

（９）

Ｃ（．）＝ＱＧ｛（卜三）?去喜Ｅ（只）＋Ｃｓｔ，

“０）

電網(wǎng)公司通過最大化其效用函數(shù)可求出各物

ｊ嶧‰卸魄）－南％“到㈨，

｜ｓ．ｔ．∑Ⅵ＝１

Ⅵ≥ｏ

在以上分析的基礎上，本文定義電網(wǎng)公司交易

‰＝∥一掰

（１２）

口可根據(jù)所要求的置信度ｃ直接從標準正態(tài)療

∥＝Ｅ何木）＝∑囂Ｅ（乃）

（１３）

仃：廝＝

ｆ＝１

（１４）

萬方數(shù)據(jù)

式中：％＝Ｃｂｖ（刀ｆ，刀，）為任意兩個物理交易途

徑利潤的協(xié)方差；￡（萬ｆ）和ｗ；均為風險控制的計

算結果。３算例分析

在前文分析基礎上，考慮到不同市場環(huán)境下價格波動和收益利潤隨機變化等特性的差異以及負荷需求的高峰、低谷特性，本文假設售電價格為實行管制下的統(tǒng)一目錄電價且高峰時段為

最。＝５８￥／Ｍｗｈ，低谷時段為只。＝５５￥／Ｍ、釉，轉

運費率比根據(jù)最新的《通知》規(guī)定暫�。保埃ィ迹颍迹玻埃�，負荷預測誤差在允許范圍內，得到高峰和低谷時段負荷需求總量分別為

ＱＨ＝７．６３２５８×１０５Ｍ、脅和ＱＬ＝２．９８６７５×１０５Ｍ姍，其單位供電成本為Ｃ＝１．８￥／Ｍ帆，不同市場環(huán)境

下的電價特性如表１所示。

表１電價分布特性

１＇ａｂ．】Ｐｒｉｃｅ

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｍｃｔｃｒｉｓｔｊｃｓ

￥／ＭⅥ，ＩＩ

至此本文按正態(tài)分布隨機產生電價數(shù)據(jù)的１００

組樣本，作為模擬的市場歷史數(shù)據(jù)。利用Ｍａｔｌａｂ對表２為高峰時段在，．＝Ｏ．２，三＝０．１，Ｃ＝９５％

出，當電網(wǎng)公司趨于風險中立時，即風險厭惡度彳＝Ｏ時，其抵抗風險的能力很強，購電時追求期４，電網(wǎng)公司的投資決策也不相同，４的取值越大，險，相應交易的利潤逐漸減小，這也表明了遠期合

同市場能夠有效減少現(xiàn)貨市場帶來的風險。此外，隨著彳值的逐漸增大，其交易期望利潤減小的同時其中：玩ｒ（毋）為第ｆ?zhèn)�市場電價的方差；式（１１）所示。

理交易途徑的最優(yōu)分配比例ｗ．，該優(yōu)化問題具體如

的Ⅵ瓜為在給定置信度下，該交易組合在交易期內

式（１１）進行優(yōu)化求解，相關結果如表２所示。

情況下電網(wǎng)公司的風險控制結果。從表２中可以看望效用的最大化，在投資決策時幾乎不考慮風險因素，只考慮費用和收益，此時其全部在收益相對較

的總利潤最小值，以墨德來表示，其計算式為‘１１

分布表中查到，例如若ｃ＝０．９５，則口＝１．６５。置信度ｃ的選取取決于電網(wǎng)公司的風險厭惡程度。風

高的實時市場中購買電量。根據(jù)不同的風險厭惡度

說明電網(wǎng)公司越厭惡風險，購電時更重視風險因素，從而在年度合同市場中購買更多的電量來規(guī)避風險厭惡程度越高，置信度越高，如特別厭惡�。梗梗�，

一般厭惡取９５％，輕微厭惡�。梗埃サ�。而∥和仃可由以式（１３）、（１４）來計算。

方差也逐漸減小，相應的Ｒｈ。值也表現(xiàn)出先增加再

減小的趨勢，這符合高利潤伴隨著高風險的客觀市場規(guī)律。

表２高峰時段電網(wǎng)公司的風險控制策略結果

Ｔａｂ．２ＲｉｓｋｃｏｎｔｒｏＩｒｅｓｕＩｔｓｏｆＰＧＣｉｎｐｅａｋ－Ｉｏａｄｐｅｒｉｏｄ

量答

０３

ｗ。ｗ：

ＯＯ．４５３

屹

Ｏ

Ｍ

ＯＯ００．０８ｌ４Ｏ．３３３４

期罷鬻７

１．７７６９

利震名毒７

３２．５７５．６６８６３．１１３６２．４０５７

Ｐ篆囂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

根據(jù)電網(wǎng)公司風險厭惡度的不同，分別求取其

從表３中可以看出，隨著置信度的增加，電網(wǎng)

公司的風險容忍度逐漸降低，其交易結果的足。。值也隨之減小，即電網(wǎng)公司在交易期內期望總利潤的最小值將逐漸減小�？梢钥闯鲭娋W(wǎng)公司根據(jù)自身的

在負荷高峰和低谷時刻交易的期望利潤和方差，構成其交易策略的有效前沿，如圖３所示。

實際情況和所掌握的市場信息來確定合理的風險厭惡度和置信度大小對于其最終的風險評估結果是很

重要的。

為了量化直購電對電網(wǎng)公司在電力市場運營中

的影響程度，本文從政策風險（轉運費大�。┖瓦\營風險（電量和電價不確定性）兩個方面分析了不

同情況下電網(wǎng)公司的風險控制結果。

圖３電網(wǎng)公司交易有效前沿

Ｆｊｇ．３ＰＧＣ

表４為高峰時段，在彳＝８，，．＝０．２，Ｃ＝９５％的情況下，隨著直購電比例三的增加，電網(wǎng)公司風險

控制結果的變化。

ｔ刪ｉｎｇｅ塌ｃｉｅｎｔ

ｆ沁ｎｔｉｅｒ

從圖３可以看出，在同樣期望利潤下，有效前沿上的點其風險水平明顯低于可行集內（曲線下部）其他點，在相同風險條件下，有效前沿上的點其期

表４間．２時所對應的電網(wǎng)公司的風險控制結果

Ｔ她．４ＰＧＣｒｉｓｋ

ｃｏｎｔｒｏＩｒｅｓｕｌｔｓ

ｗｉｔｌｌ，＝０．２

望利潤大于可行集內的其他點。即有效前沿是可行集的一個特殊子集，這也表明了電網(wǎng)公司交易的最優(yōu)組合在其交易的有效前沿上。

在么＝８，，＝０．２，三＝０．１的情況下，計算得到高峰時段電網(wǎng)公司交易組合足。。值隨置信度變化

的關系如表３所示。

表３不同置信度下尺ｖａＲ值

Ｔ｛ｌｂ－３尺ｖａＲｕｎｄｅｒｍｆｆｅｒｅｍｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｌｅＶｅｌｓ

從表４中可以看出，隨著直購電比例￡的增加，，

電網(wǎng)公司的期望利潤、方差和效用值都逐漸減小，

但是相應的足№值逐漸增加，原因可以歸結為隨著

直購電比例的增加，電網(wǎng)公司收入中的確定比例增

加，即不確定收入的比例減少，因而足恤值增加。相應控制結果變化趨勢如圖４所示。

萬方數(shù)據(jù)

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