基于CVaR的售电公司购电组合策略的制作方法

本发明属于电力市场风险管理技术领域，尤其涉及一种基于投资组合方法和cvar建立售电公司在实时市场、日前市场和长期合同市场间购电决策模型。

背景技术：

电能不同于一般商品，不能大规模有效地储存，并且要求供需双方瞬时平衡，由于供需双方的突变不能通过储量来平衡，因而电力市场均衡价格呈现强烈的易变性。电力市场中电价的易变性使得各个市场参与者都面临巨大的利益损失风险，电力市场中风险管理的重要性逐渐凸显，采用合适的风险管理工具和方法来回避或控制风险变得尤为重要。

技术实现要素：

本发明为了对电力交易中的价格风险进行管理，为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

s1.模型所需数据搜集。又包括以下步骤：

s1-1.基于电力市场的各个子市场，分别确定实时平衡市场，日前现货市场，远期合同市场的电价以及电价所服从的正态分布；

s1-2.确定总负荷需求和固定的销售价格；

s2.基于cvar的售电公司购电决策模型。又包括以下步骤：

s2-1.确定收益函数方程；

s2-2.确定基于cvar的总体模型；

s3.分情况的模型求解，根据售电公司的风险偏好程度选择最佳的购电组合策略。又包括以下步骤：

s3-1.计算当现货价格均值高于远期合同价格时的购电组合结果；

s3-2.计算当现货价格均值低于远期合同价格时的购电组合结果；

附图说明

图1为β＝0.95时购电组合期望收益与maxcvar的关系图

图2为基于cvar的售电公司购电组合策略的流程框图

具体实施方式

本发明的基于激励惩罚机制的指标综合评价方法的具体步骤如下：

s1.模型所需数据搜集。又包括以下步骤：

s1-1.基于电力市场的各个子市场，分别确定实时平衡市场，日前现货市场，远期合同市场的电价以及电价所服从的正态分布；

假设供电公司在实时平衡市场、日前现货市场、远期合同市场的购电量分别为x1、x2、x3；根据历史数据，确定实时平衡市场的价格p1，服从均值为u1，方差为的正态分布，日前现货市场的价格p2，服从均值为u2，方差为的正态分布，远期合同价格固定为p3，服从均值u3＝p3，方差的正态分布。

记p＝[p1,p2,p3]^t，u＝[u1,u2,u3]^t，x＝[x1,x2,x3]^t，其中t表示转置。

s1-2.确定总负荷需求和固定的销售价格；

设销售电价固定为s，负荷总需求为q，则有：

xi≥0i＝1,2,3(2)

式(1)表示总的购电量等于总的负荷需求，式(2)表示在各个市场的购电量非负。

s2.基于cvar的售电公司购电决策模型。又包括以下步骤：

s2-1.确定收益函数方程；

将供电公司的收益定义为销售收入与购电成本之差,则购电组合的收益函数为:

π＝sq-x^tp(3)

收益的期望值为：

eπ＝sq-x^tu(4)

s2-2.确定基于cvar的总体模型；

在实时平衡市场、日前现货市场、远期合同市场的购电量分别为x1、x2、x3的购电组合下，售电公司的损失可以表示为负的收益，即：

f(x,p)＝-π＝x^tp-sq(5)

如要求购电组合的cvar不能大于某一确定的最大maxcvar，则有：

其中:a表示该购电组合在某一置信水平β下的最大可能损失，即var损失，m是所取历史数据或模拟样本的个数，p^k表示各市场价格的第k个历史或模拟数据。

由于式(6)是分段函数，不方便求解，令辅助变量zk＝[f(x,p^k)-a]⁺，则zk≥0且zk≥f(x,p^k)-a，这样式(6)可以用下面三个式子来表示，即：

zk≥0k＝1,…,m(8)

zk≥(x^tp^k-rq)-ak＝1,…,m(9)

式(1)，(2)，(7)，(8)，(9)所得的目标函数就是在确定的maxcvar约束下购电组合的最大期望收益。

s3.分情况的模型求解，根据售电公司的风险偏好程度选择最佳的购电组合策略。又包括以下步骤：

由于损失函数f(x,p)关于x是线性的，则公式(6)关于(x,a)就是线性的，并且与随机价格p的概率分布形式无关，这样该优化模型就可以采用线性规划的方法来求解，这里可以采用matla6.5中linprog()函数编程实现求解。

远期合同价格和现货价格的高低会导致供电公司采用不同的购电策略，分别考虑两种情况:case1代表现货价格均值高于远期合同价格，即:u1＞u3；case2代表现货价格均值低于远期合同价格，即u1＜u3。

为使计算更加直观，这里假设电能总需求q＝100mwh，销售价格为s＝28$/mwh，两种情况下各个市场的购电价格如表1所示。并按正态分布分别随机产生3个市场的电价样本。

表1各个市场的电能价格表

取模型中的m＝100，分别对不同的λ和β进行计算。另外，我们取maxcvar等于售电收入的一个百分比λ，即maxcvar＝λsq，其中λ可以根据售电公司的风险偏好程度而定，随着λ的增加，风险承受风险的能力增加。

s3-1.计算当现货价格均值高于远期合同价格时的购电组合结果；

对于case1的情况，由于远期合同市场价格低且没有波动，任何理性售电公司都会首先考虑在远期合同市场购电，如果不对购电量做出限制的话，所有电量全在合同市场购买，根据假设模拟的结果如表2所示。

表2不限制合同市场购买量时的购电组合结果(λ＝0.05，case1)

当限制合同购买量的情况下，因为相比于实时平衡市场，日前现货市场具有更低的价格和更小的市场波动(方差小)，售电公司会优先考虑在日前市场购买剩余的电能，当日前现货市场不能满足风险和收益的均衡时，供电公司也需在实时市场进行交易，根据假设模拟的结果如表3所示。

表3限制合同市场购电量时的购电组合结果(λ＝0.05，β＝0.95，case2)

注：表3中h表示合同市场的最大购买量限制

s3-2.计算当现货价格均值低于远期合同价格时的购电组合结果；

首先根据s2的模型在不同的λ和β下进行计算。这里根据假设可以得出case2在不同λ和β下的投资组合结果，如表4所示：

表4β＝0.95时的购电组合结果(case2)

将所得的计算结果绘制不同购电组合的期望收益与maxcvar的关系图，这里根据假设绘制的结果如图1所示.

根据所绘制的图可以直观的了解的售电公司的期望收益随maxcvar的变化关系。该曲线下方的区域都是可行的，在固定maxcvar时，曲线上的组合收益最大，当收益固定时，曲线上的购电组合风险最小。售电公司可以根据不同的风险承受程度在曲线上移动，以达到最好的风险收益效果，从而选择最佳的购电组合。