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文档简介
西华大学学位论文独创性声明 作者郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究 。 工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用内容和致谢的地方外, - 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果,也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名:祗a 7 煦 指导教师签名:影怔 日期: 加1 1 6 c 1 日期步l l - b 气 西华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学,同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 - 密后遵守此规定) 学位论文作者签名:帕, 7 鳃指导教师签名、移奄 日期: 如1 1 b 1日期j 、6 0 i j j- ,-? p ,。 :l 弛j t i 要 譬j 孪文又。_ ! 紫;久一豳 _ ,i 、i 兰j0 :耍jf o 、? jj :1 :p ! 、誊_ 、与;1 0 一,l p 翼:二夺三:i :,7 。一f 啥- :! 栽 乒 美? ,0 、 ,。一t , 舅f ,1 7 ;一k 二j :,一jj :j j 蕊 。一、鲞卜? j j :j : j :0 “卜:! j :,、。:0 :j 一;i 一- ,;i j 暴? 、f ,二,7 等l 多j 氩i :l :、:一_ i 二jt j ! :0 ;ijj 孓声:0 。,( p 。j 沁i 一j 歹:j jr 。p ,协南蔓、j ! 。 舛! :心:j 乡,:吨t ,二:j ji 1 诗 菩t ;0j :,漆 r 。 | 卜1 :! ,芒鼍0 :j 孕ji f 。: i j 囊戳奠 奠;t 蔓支+ j 芰j “擎奠。审1 玛 、j 夕i 。:蔓一:、三一,1 0 :j 产:j ? :夸= i ? 箩二玲二j 夕i 。:、j :蔓;- :、三f “j ,、i :。ff ,j :j i 、:聿f ,一r , 蔓蠢弘 、j 二一 西华大学硕士学位论文 摘要,i :i 1 ,fi 一; :1 if 二 j ” 近年来,放松管制、引入竞争,实行市场化改革已成为世界范围内电力工业改革发 展的总体方向,配电侧电力市场化改革是传统配电工业发展的必然趋势。这样原有垂直 垄断经营的格局逐渐被打破,配电侧变成了独立于发电企业的经济实体。从而配电公司 作为终端用户的代表在电力市场购买电能,然后销售给终端用户。由于电力市场的不稳 定性,尤其是电力市场的电价受多种因素影响,其波动性很大且难以预测;同时,用户 的用电电量是随机变化的。所以配电侧在购电时会面临很大的风险,特别是实时变化的 动态风险。因此配电公司有必要对所面临的购电风险进行识别并有效的管理,以便于配 电公司能够更好地管理和控制它,减小这些风险给配电公司所带来的损失。 配电侧为了分散风险、降低成本、增加收益,往往在多个电力市场购电,但每一个 电力市场都有它的优缺点,每个电力市场的电价都具有不同的特征。因此配电侧需要对 所购电量在各个电力市场中进行合理分配。所以结合我国销售电价改革实际情况,研究 动态风险下,配电侧购电电量最优分配对配电侧电力市场的长期稳定运营具有重要意 义。 首先,本文分析了国内外电力市场的特点及基本原则、运营模型、结构,特别是配 电侧电力市场的特点、交易方式及市场的目标、模式和改革步骤。面对配电侧在电力市 场交易中存在的风险,分析风险的来源,及配电侧做出的风险管理决策。 其次,本文建立了动态风险下的最优购电分配模型。电力市场的风险是动态变化的, 配电公司选择在多个时段中购电,并且上一时段的购电风险及风险下的购电决策都会影 响配电公司在下一时段的购电决策。本文以多时段条件风险价值( c v a r ) 度量配电公司的 动态风险,并用贝叶斯公式对购电决策进行动态修正,建立了配电侧在动态风险下考虑 决策影响和不考虑决策影响两种情况下的最优购电电量分配模型。运用遗传算法研究在 一定置信水平下,配电侧的购电优化模型,以实现最小购电风险。通过所建立的模型,说 明动态修正后的购电模型可以更全面的反映配电侧面临的购电风险及最小风险下的收 益率。 最后,建立了动态风险下,考虑评估指标的配电侧最优购电分配模型。为了使配电 侧达到最小化风险、最大化收益及供电可靠性最好三个目标要求下的购电分配,本文把 配电侧的风险、收益及供电可靠性作为评价配电侧购电分配是否最优的三个指标。运用 层次分析法对目标决策层和指标层进行主观分析,得出在时段t 评价最优购电分配的指 标权重。考虑配电侧前几个时段购电决策的影响和实时的动态风险,运用贝叶斯方法和 熵权法对指标权重进行动态的修正。通过对算例的分析,表明修正后的评价指标既考虑 了对评价指标的主观及客观分析,也考虑了决策影响和实时风险,使得评价的结果更合 动态风险下配电侧的最优购电分配模型 俄 倾鞑 i、一 一,j 一一, 蝴 n 。,一 a_1;,_ 蝴 碉一一一 一q一“。 一。 _“一_一州”一:一一一一 。“一一_一。 嗯 酚肌 o , 。 。 , :。j一小-产、 。一一oo 一燕一一 一一一一一一一一 一一一一一一一一一一 一一一一一一一 一一一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一 一、一一一一 蹴姐拥蝴 一_:。心似。 。 一一 m一。= 一 =:一扎峨。:一 行影能 , +一鼬 。小 r矗“l幽 矿n-一一,o p 曩0、 ” 一一 _一一,一一州一 一一一一一,一一广一一一一 一;删一一一 棚 祧躯帽瓶 。p酬,“:。-一 彬。,_: 一 毗一一_ 挣问围电 、, 刚,。, 以 一一 、 , ,一 。 心 一 、; 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m a k er i s km a x m g e m c n td e c i s i o nw h i l et h e r ei sr i s ki ne l e c t r i c i t yu a d em a r k e t s e c o n d l y , t h eo p t i m a lp o w e rp u r c h a s em o d e lf o rad i s t r i b u t i o nu t i l i t yc o n s i d e r i n g d y n a m i cr i s ki se s t a b l i s h e d t h er i s ko ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e ti sd y n a m i c ,d i s t r i b u t i o nu t i l i t y c h o o s e st op u r c h a s ee l e c t r i c i t yp o w e ri nm u l t i - p e r i o d , a n dt h ed e c i s i o n - m a k i n gb e f o r ep e n o dt m a ya f f e c tt h a tt h ed i s t r i b u t i o nu t i l i t ym a k e sd e c i s i o ni nt i m ep c :r i o dt i nt h ef o r m e r , t h e m u l t i p e r i o dc o n d i t i o n a lv a l u ea tr i s k ( c v a r ) e x p r e s s e db yb a y e s i a nf o r m u l ai su s e dt o n l e a s u r et h ed y n a m i cr i s k t h ee n e r g yp u r c h a s em o d e l sf o rad i s t r i b u t i o nu t i l i t yc o n s i d e r i n g d e c i s i o ni n f l u e n c ea n dn o n - c o n s i d e r i n ga r cb o t hs e tu p t h em o d e l sm i n i m l z et h em a r k e tr i s k a tt h eg i v e nc o n f i d e n c el e v e la n da r es o l v e db yg e n e t i ca l g o i t h m s i m u l a t i o ns h o w st h em o d e l c o n s i d e r i n gd y n a m i cr i s kc a nr e f l e c tt h er i s kt h a tad i s t r i b u t i o nu t i l i t yh a st ob ef a c e dw i t h m o r ec o m p l e t e l y d e c i s i o n - m a k i n gb e f o r ep e r i o dtb r i n g sn o to n l yr i s k ,b u ta l s ob e n e f i t s l a s t l y , t h eo p t i m a le l e c t r i c i t yp o w e ra l l o c a t i o n m o d e lf o rad i s t r i b u t i o n u t i l 时 c o n s i d e r i n ge v a l u a t i o ni n d e xu n d e rd y n a m i cr i s ki se s t a b l i s h e d t h i sp a p e rp u tr i s ka n d i n c o m e ,p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t ya si n d e x e sw h i c he s t i m a t eo p t i m a lp o w e ra l l o c a t i o nf o ra d i s t r i b u t i o nu 吐l i t y ,c o n s i d e r i n gt h a tp o w e ra l l o c a t i o nu n d e rm i n i m u mr i s ka n dm a x i m u m i n c o m e , b e t t e rp o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y t h ei n d e xp r o p o r t i o nj u d g e do ft h eo p t i m a lp o w e r t i e r c o n s i d e r i n g t 啪g e tb ya h pw h i c hs u b j e c t i v e l ya n a l y z et h eo b j e c ta n d i n d e x r e v i s e si n d e xb yb a y e s i a na n de n t r o p y w e i g h i n gm e t h o d s t h es i m u l a t i o ns h o w sr e v i s e d m o d l ew h i c hc o n s i d e rt h es u b j e c t i v ea n do b j e c t i v ea n a l y s i sf o re v a l u a t i o ni n d e x , r e a lt i m er i s k a n dd e c i s i o ne f f i c t i o nt om a k et h er e s u l tm o r ep r o p e r ad i s t r i b u t i o nu t i l i t yc a np u tu po p t i m a l p o w e ra l l o c a t i o na t i n d e x , s c i e n t i f i c a l l yd e a lw i t ht h er e l a t i o n s h i pa l m o n gr i s l i n c o m ea n d p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t yw h i c h e f f e c ta n di m p a c te a c ho t h e r 一 。7 “: w i t hr e f o r mo fe l e c t r i c i t yp o w e ri n d u s t r ya n da d v a n c eo fb r a i n p o w e re l e c t r i c i t yp o w e r 峰e l c c ,t r i c i t ye f f e c t i v e l y ,u s eu n d e r 呻哆毫警,掣粤,t o 鼍? 篡0 ,i ,i 3 :,i ,。4 。_ 、4 。 ,一q ;j 。: ,:,;r:j ,。 l ,4 :;j 1 , 7 j 。! 。 k e yw o r d s :c o n d i t i o n a l v a l u ea t 。r i s k id y n a m i cr i s k ;a h p ;e n t r o p y w e i g h i n gm e t h o d ;,r : g e n e t i ca l g o r i t h m ,f i , - t ,:j,:,列。:、 : :。:,j - j i t f 。一i n f :;,o f :一:o ,i ,。1 ,i f ! - j l r j j ! ”:1 1 一:j l 一:,一f j 一o ,:,、0 ,; 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。 j ,哇! ,l i 。i i ,! i :;: :二? 。卜+。:,父 风险的识别风险管理的基础。电力市场中的风险管理人员在进行实地调研后,运用 各种方法对电力市场中潜在和存在的各种风险进行系统归类和全面识别。一r r 。, 风险识别的方法很多,如指标分析法、财务报表法、:流程图法、幕景分析法、决策分析 法、动态分析法等。分析可以从不同的层次,不同的角度进行,在实际操作中。:应该根 据具体的情况灵活运用:“忱: t 1j 。 j 、一:t ; 扎、i j il l ,! t 一_ 二j ( 2 ) 风险的衡量尊,宙,a j ? :。司 r rj 。对特定风险发生的可能性或损失的范围与程度进行估计与衡量。只有准确地衡量风 险,才能有助于选择有效的工具处置风险,并实现用最小费用支出获得最佳风险管理效 西华大学硕士学位论文 果的目的。 :万j j 三j 、一h - i _ 0 ; ( 3 ) 风险管理对策的选择 。o ,。, 该程序是指在前述两个阶段即风险分析的基础上,根据风险管理的目标和宗旨,选 择风险管理的各种工具进行最优组合,以便有效地处置各种风险【5 5 】。 一;( 4 ) 执行与评估 + 、 ,。 风险管理决策的实施及其效果的评价,实质在于协调地配合使用风险管理的各种工 具。执行是指实施所选择的风险管理对策并不断地通过各种信息反馈检查风险管理决策 及其实施情况,并视情形不断地进行调整和修正,使之更接近于风险管理目标。评估是 指包括对风险衡量、风险识别、选择各种处置风险的工具以及风险管理决策等各个方面 的评估。可见,风险管理决策的实施和实施后的评估是风险管理的最后一个环节。 ( 5 ) 风险控制 , ,一 _ j 风险控制决策是在风险评估之后,对风险因素采取的处理方式。如果决定采取行动, 就必须根据风险控制的目标,运用合理的方法来有效地处理各种风险,这是风险管理过 程的关键阶段,其核心是风险控制策略的选择。 风险度量只是手段,利用风险度量的方法和结果对风险进行控制以达到风险管理的 目标才是目的。风险管理理论告诉我们,要控制风险,通常可以使用的方法有风险规避、 风险转移、风险分散、风险自留、损失控制,不同的方法有不同的内涵和适用对象。 、( 6 风险管理效果评估 一 , 对风险控制策略的执行效果进行检查和评估,并不断修正和调整风险管理计划。因 为风险控制策略是否符合实际,需要通过时间才能做出评价和发现,并加以纠正。尤其 是随着环境的变化,新的风险因素将会产生,而原有的风险可能会消失。因此必须定期 评估风险管理效果。评估的基本标准是效果标准,即主要看能否以最小的成本取得最大 的安全保证。效果评估的目的是通过总结风险控制的经验教训,力求探索风险发生与控 制的规律,完善风险管理工作的科学性。 3 3 配电侧面临的风险t 、j o 、:,! ,) t 。fj :“:。1 :。: j r i :j ”。:,j 随着我国电力市场改革的深化,传统的垂直一体化的垄断被彻底地打破了,由此 配电公司也变成了独立于发电企业的经济实体,二者不再是共同利益下的协作关系。、因 此配电公司可能会突然面临前所未有的市场风险。这些风险对于配电公司来讲有些可能 是可以避免的,但是也有些可能是配电公司根本无法避免的,属于电力市场的固有风险, 对于这种风险配电公司只有采取有效的措施来减小它所造成的损失。因此有必要对配电 公司所面临的风险进行识别归类,以便于配电公司能够更好地管理它,从而减小由于这 些风险给配电公司所带来的损失。在发电侧电力市场初步形成以后,通常配电公司面临 的风险可以分为经济性风险和安全性风险两种类型刚。 l 2 5 动态风险下配电侧的最优购电分配模型 3 3 1 配电侧的经济性风险 具体可分为在成本回收和利润所得上的风险。配电公司作为一个独立运营的经济实 体,必须要考虑固定资产投资的回收。同时,随着电力市场的增长,电网必然会随之扩 容、增加新的固定资产i 而新增资产必须以前期的利润收入作为基础,所以实现利润收 入也是配电公司的一个必然目标。造成成本回收风险和利润所得风险的具体原因有如下 几个方面p 硎: :j 、。f ? ? ,一t 。 ! r if i :、。;? 。: 、 - 、( 1 ) 负荷预测的不确定性。一。 “一1 ,。 卜i _ 强,。 一 负荷预测是从已知的用电需求和对此有影响的经济、气象等因素情况出发,探索用 电负荷与主要影响因素之闯的内在联系和发展变化规律,以未来这些因素的预测结果为 依据,对未来用电需求做出预先的预测。从电能市场的角度看,负荷预测实质上是对电 能商品市场需求的预测,是实现电网安全、经济运行的基础,是保证电力市场正常运作 的前提。电力系统的主要任务是为各类用户提供经济和可靠的高质量的电能,应实时满 足用户的负荷量与特性的要求。为此,电力系统规划设计、调度运行、营销用电管理和 电力市场交易等部门,都必须对负荷量的变化与供电特性有一个正确的预测,以作为电 力系统发展与运行管理的重要依据。 一一 。“一。一“+ 电力系统负荷预测可以分为长期、中期、短期和超短期。一般说来,长期预测是指 对几年、甚至几十年的负荷预测;中期预测通常为月到几年的负荷预测;短期预测则是 一天到未来一周或数周的负荷预测;超短期预测则是几分钟到未来几个小时的负荷预 测。短期预测是负荷预测范畴的重要组成部分,对调度部f l n 定和执行调度计划、安排 电网运行方式、实施的电网分析和控制,以及顺利实施需求侧管理等方面工作起到极其 重要的作用。 j 卜。:叫 。一”一 :。 一 - 根掘预测的用途和特点,负荷预测必须满足以下两个基本要求:( 1 ) 准确性。根据电 力市场改革和电力系统运行管理的要求,各电网公司调度部制定和执行的发电同调度计 划为十五分钟间隔的9 6 点出力曲线。因此,只有负荷预测的准确性高,才能顺利执行 发电计划曲线,才能保证电网安全校核的有效性,减少不必要的机组丌停和电网运行损 耗,提高电力系统的经济运行能力。为了准确地预测电力需求,必须认真分析各种信息 与相关数据,使用更加合理的数学模型与算法,充分和全面考虑影响负荷特性的相关因 素,采用最新的计算机技术,增强预测软件的实用性与方便性。( 2 ) 即时性。要求能够最 大限度的利用实时系统的最新数据,迅速即时的对几小时、几分钟甚至于更短时间的负 荷变化做出反应,进行预测。显然,为使预测结果能有效地得到具体的实施,必需保证 有充分的实施时间,时效性差会降低预测的实用价值或导致预测的无效。 负荷预测必须保证一定精度,但确保精确的负荷预测是不可能的,这是因为: 未来的各种可能引起负荷发生变化的因素,并不能事先充分地掌握。某些复杂的因素, 西华大学硕士学位论文 虽然知其会对电力系统的负荷发生影响,但要定时和定量的准确判定其影响是非常困难 的。因为这些因素彼此关联的规律是无法掌握的,使负荷预测问题的研究变得更复杂。 负荷预测常见情况是:负荷预测过高,造成电网投资过大,难以回收成本,更难以 实现利润。! t :、,:;、i :, 一 , ( 2 ) 冻结零售电价。、i ? 一: l _ 、川,、。一:,;。,1 ;7 。:。 电价种类是世界各国普遍采用的电价制度,也是中国长期采用的电价制度。不同的 国家对于电价的种类有不同的认识。在中国电价一直是一个非常复杂的问题,甚至不同 的电网,其分类的标准、形式和方法都不相同。八世后,中国的电价制度将进一步改革, 逐渐与国际接轨。电价可以按照不同的标准分类,下面是几种主要的分类形式鳓。+ - 1 、按生产流通环节对电价进行分类 i _ : 一- t 。,一,: 按生产流通环节,电价可以分为上网电价、网间互供电价和销售电价。n 一: 一一,上网电价是指独立核算的发电企业向电网经营企业提供上网电量时与电网经营企业 之间的结算电价。按照 :( 4 4 ) 又以九o ) 表示资产损益f ( x ,y ) 不小于a a x ) 时的c v a r 值( 其中b 为置信水平) : c v a r :九( x ) = e f ( x ,y ) i 阮y ) ( 列2 高j f ( x , y ) p ( y ) d y ( 4 5 ) jf j 、f7。,r ,一 j ,f ( x , y 净a p ( x ) 由于c v a r 定义式九( x ) 中含有v a r 函数0 ) 项,而a a x ) 的解析表达式难以求 出。因此,引入一个相对简单的函数似口) 代替九o ) 计算c v a r 。 ,:二。 j 一川 _ 一一 磊“力= 口+ f 方,上八x , y ) 口r 烈力咖二似石 其中,【f ( x ,y ) - a y 表示m a x ( o ,f o ,y ) 一口) 。 在利用式( 4 6 ) 计算及优化c v a r 时文献【6 l 】给出了以下两个定理: 。 定量l 作为a 的函数,易似口) 是凸函数且连续可微,对于任何叠x ,其相应 。b c v a r 的值为:一,一_ 一川一一。j 。 i 。_ ( 砷号嘧t ( x ,+ 口) 1 _ - p 3 : , ( 4 7 ) 如果以4 0 ) 表示使得易( 毛口) 取得最小值的口的集合,即: a a x ) = a r g v 砌a i n 易( x ,口) “+ 一 z 。:l ih ( 4 - 8 ) 则 ( z ) 是非空有界闭区间,是由使吒瓴口) 取最小值的所有a 组成的集合,v a r 值o ) 就是 ( x ) 的左端点: ,:,。,“a f 。l , _ ,:! 一一、:夕“? :,i i ( x ) 的左鬻掌,:。、- 、 特别的,总是有: ,t 。 1 : ; 。、 t,。f ,;、 :,a t ( x ) = a r g 卿易( z ,口? ,与办( 功。a r g r a 砌i n t ; a x , a a x ) ) m5 :j ,。, 定理l 表明的凸性在最优化中是一个重要的特点,凸性的存在使得局部极小值就 _ 是全局最小值成为可够鼍1 ,! :1 。 定理2 在所有x e x 中最小化b - c v a r 等价于在所有( x ,a ) ( x r ) 中最小 化函数易( 而口) 一 、一 一 1 川: “ 1 。,- ! :,:;ii 。 卿g a x ) = ( ,一n m d n 月f a x , a ) i :;:,( 4 9 ) 当且仅当,使得等式左端达到最小时,a ) 使得等式右端取得最小值,且 a e 如( ,) ;当以 ) 退化为一点时,最小化名( x ,口) 产生的( ,口) 使得,最小化c v a r , 口为相应的v a r 值,r 5 r 最优的投资组合。如果f i x , y ) 为凸函数,则式( 4 6 ) 和式( 4 9 ) 就是两个凸规划的最优化问题。 f 二, , 一可 : 动态风险下配电侧的最优购电分配模型 通常情况下,概率密度函数p o ) 的解析表达式难以得到,这时可以利用随机变量y 的历史数据,或者使用情景分析法,应用蒙特卡罗法模拟生成样本数据来给出式( 4 6 ) 中积分的估计:设y f , y 2 ,广为y 的n 1 个样本,则函数兄( x ,口) 的估计值为; 、之一 h n :j : 1 = ! _ :l i ? 彳、- 。,、:, i 。r ,。- 。: 川。 一州巾,。管冀_ 南渺兑,0 _ i 一嚣1 0 ) 扎,1 。 : : 、i t 、,: - f ,”:! - - 。 ,一7 | i ? ,。j 因此在实际计算中,通常基于公式( 4 1 0 ) 确定资产的最优组合系数向量x ,及相 应的c v a r 以及v a r 值。 如果进一步假设函数f ( x 。y ) 关于j 【是线性的,则函数岛( x ,口) 关于( x ,a ) 也是凸的 分段线性函数。 j 、,r ? t - jf 、,叫1 7j - :t 4 2 2 c r 应用于投资组合优化的一般形式t i ,lq 。,:、,; 由于c v a r 为一致性风险计量,因此研究表明:,c v a r 可以适用于任何分布形态的 投资组合优化。假设,必功为风险函数,r ( x ) 为收益函数,x 决策向量_ “为风险因 子参数,0 b 一 一 薅 毛 动态风险下配电侧的最优购电
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