电力现货市场建设风险管理
高慈伟 东南大学电力经济技术研究所所长
东南大学电力经济技术研究所将电力市场作为重要研究方向，电力现货市场与风险管理是其研究领域之一。 目前，八个试点省份电力现货市场试运行已推迟至2019年6月，显示电力现货市场推进难度较大。 值得关注和思考的是，本文对电力市场风险的一些概念进行了分析，并介绍了东南大学电力经济技术研究所在市场风险管理研究方面的一些工作。
电力现货市场主要包括日前、日中、实时电能及备用等辅助服务交易市场。 现货市场、中长期直接交易市场和期货电力衍生品市场构成了现代电力市场体系。
现货市场有五个特点。 首先是电能的实时平衡。 现货市场的价格带有时间甚至地点标签，更详细地反映了电能的时空价值。 其次，现货市场可以最大化社会剩余并优化相应调度安排的经济效益。 三是现货市场结果能够有效引导电力供应和电网投资建设。 第四，现货市场可以为其他电力交易（其他时间尺度）提供敏感的价格信号。 第五，从国际经验来看，英国、北欧、美国等成熟电力市场都拥有较为完善的现货市场机制。
市场最重要的功能是依靠科学合理的价格引导机制优化资源配置。 目前，中长期电力交易形成市场交易结果，提前一天内通过调度安排执行。 但电力供需是实时平衡的，中长期交易无法实时反映供需关系的差异，因此其市场信息或价格信息不足。 因此，电力现货市场是一个真正完整的市场所必需的。
电力现货市场环境面临的市场风险
1、市场价格随供需的实时变化带来很大的不确定性。 现货市场能够敏锐地反映短期、实时的供需关系。 由于市场供需变化迅速，且由于众多决策者通过市场竞争共同决定市场价格，存在市场主体操纵价格的可能性，因此市场价格具有很强的不确定性。 的性质，也给个别市场主体带来了更多的风险。 发电厂和售电公司对报价非常紧张，因为这会影响公司的盈利。 比如，一家发电公司节能降耗5%是非常困难的，但失去5%的市场份额却是很容易的。
2、市场存在缺陷，市场主体为了追求利润而不断试探，就会陷入困境。 如果市场不够完善，市场成员不断探索市场机会以获取更大利益，缺陷市场很可能会被市场成员利用，导致市场陷入困境。 市场价格过高或过低都会让市场变得困难。 接着说。
3、出现市场失灵的情况。 加州的电力危机就是市场失灵的典型案例。 电力市场缺乏中长期合同将使市场面临巨大风险。 尽管造成加州市场危机的原因有很多，但很难想象如果没有现货市场，加州会陷入电力危机。 这也说明现货市场的推出需要完善的风险控制机制。
发电公司生产和燃料采购决策
电力体制改革启动以来，发电企业生产经营环境发生了巨大变化，诸多问题亟待解决：
1.电力市场交易中的竞价策略问题。 发电企业已从面向电网单一客户、政府调控电价转向面向最终用户、协议电价。 比如，目前江苏的情况给发电企业带来了很大的压力。 今年1月份的月度竞价结果比基准电价低0.1元，降幅近30%。 发电企业为争夺市场份额付出了巨大努力，但从发电利润来看，成绩却不尽如人意。
2.燃料采购与发电安排时序优化问题。 目前发电企业燃料采购与发电安排的时序匹配度不高，需要综合考虑煤炭市场和电力市场问题。 两者的协调和优化是面向电力现货市场的企业控制成本和提高效率的关键。
3、成本控制问题。 从成本控制角度考虑，应考虑厂外储煤、配煤燃烧等成本控制措施。
针对上述问题，我们从以下三个方面开展研究：
第一个是基于预测市场出清价格的出价策略。 电厂入口是燃料采购，价格波动较大。 出口是电能的销售，价格也会有波动。 双方都有风险，双方都必须做出相应的扣除，才能获得最大的利益。 发电企业参与电力市场交易时，根据条件风险概率来衡量原材料采购和发电安排。 基于预测的电价信息，提高竞价成功概率，控制竞价风险。
二是基于CVaR风险衡量滚动优化燃料采购和发电安排。 综合考虑电力市场年度、月度交易情况以及煤炭采购中的长期合作煤、市场煤等问题，统筹规划发电企业生产采购策略，滚动优化12一年几个月。 将发电企业的总发电量和总购煤量比作总资产，将一年的总收入视为投资回报，引入CVaR模型来衡量风险，在控制风险的同时实现企业效益和CVaR最大化。 风险最小化双目标优化。
三是成本控制与电力交易协同策略。 将配煤应用于燃料采购和发电安排的滚动优化模型，建立了配煤配比的修正和改进方法。 由于优化是滚动进行的，配煤比的修正也是滚动进行的。 因此，发电企业可以根据煤炭市场的不同情况，选择合适的配煤和燃烧方案，实现配煤比例的动态变化。
我们为发电公司构建年度和月度 CVaR 模型。 该模型可以描述为寻找发电和购煤的最优安排，使得明年在给定的概率置信水平下，在保证年度总预期收入的约束下，发电的平均超额损失CVaR发电企业可能遭受的损失最小。 根据决策者预期收益下限和对风险投入的态度，改变年度合同和月度竞价交易中的发电量分配比例。 建立的模型有效解决了煤炭采购和发电安排的时序优化问题。 厂歇煤和市场煤采购量与其价格相关，可通过储煤等措施优化采购结构，并结合发电安排，有效增加发电量。 企业的年总收入。
新能源参与调频辅助服务市场机制
在现货市场上，可以探索新能源参与调频辅助服务市场的方式方法，但同时需要考虑新能源的间歇性问题。 相关研究课题包括新能源发电调频绩效评估、调频市场准入与退出机制、调频市场出清模型与结算机制、储能与新能源发电调频风险评估与保险机制设计等。
新能源发电调频性能评估包括具有调频特性的储能组件性能评估、典型新能源发电自身功率调节性能评估、储能与新能源波动性评估发电量与系统调频特性的适应性。
调频市场准入和退出机制必须考虑储能和新能源发电参与调频市场的调频需求，储能和新能源发电资源参与调频的准入机制市场，储能和新能源发电资源退出参与调频市场。 机制。
调频市场出清模型及结算机制考虑储能与新能源发电调频市场竞价方式、储能与新能源发电调频市场出清模型、储能调频市场结算机制和新能源发电。
储能与新能源发电调频风险评估及保险机制设计包括储能与新能源发电调频风险评估机制设计、储能与新能源发电调频保险机制设计。能源发电。
电商参与辅助服务市场的竞价策略
电商厂商直接面对负荷资源，可以通过聚合负荷资源参与辅助服务市场。 在此过程中，需要考虑负载的不确定性。 相关研究内容包括：
1. 电子商务需求响应潜力概率模型
考虑需求响应的不确定因素，构建需求响应潜力的概率模型，并基于序列运算理论，得到最终聚合的总需求响应潜力的概率分布。
2. 电商参与辅助服务市场多时间尺度两层建模
上层是储备辅助服务市场的多尺度整体收入，下层包括调频市场、旋转储备市场和非旋转储备市场，三者耦合。 上层模型的目标函数是电商参与后备辅助服务市场的多时间尺度利益最大化，下层模型的目标函数是电商厂商经济效益最大化。 -参与单一备份市场的商业供应商。
3、建立面向需求响应的用户动力包设计
考虑用户行为变化对系统调峰填谷的影响及其对自身的影响，建立了需求响应用户电源包的优化设计模型。 它由用户负荷特征识别、用户决策行为模型、电源包评估模型、电源包设计优化四部分组成。
现货市场行为演绎
随着国内电力现货市场的出现，现货市场中上述各类市场主体行为的不确定性最终将影响市场出清电价，影响市场整体效率。 市场主体的目标是在不同环境下选择合适的策略，实现自身利益最大化。 采用的过程就是报价策略技术。 系统运营商的目标是最小化购电成本或最大化社会福利，以达到市场出清的结果。 对发电商等市场主体行为的科学评估、合理评估将成为电力现货市场管理的重要内容。 从技术上来说，在完全信息环境或者不完全信息环境下，都可以选择多智能体系统或者深度学习和强化学习相结合的数据方法来进行相应的市场推演。
完全信息环境下的多Agent报价推演求解纯策略纳什均衡是通过在多Agent系统内建立与信息中心的通信框架来实现的。 一种情况是分析不同负载水平下的行为。 随着负荷需求水平的提高，供需关系变得更加紧张。 市场成员对市场价格的预期越高，市场报价系数就会远高于同期。 另一种场景是不同备用分配方法的行为分析。 如果用户共享辅助服务，则电力成本会低于发电机共享的成本。
在不完全信息环境下，电力市场竞价策略、强化学习和神经网络相结合——DQN。 该算法模拟或模拟市场成员的竞争行为。 算法包括监督学习（模仿学习）、强化学习（自主学习）、基于蒙特卡洛树的搜索方法（即人为设定降低搜索难度的方法）。 其中，强化学习复制监督学习网络作为强化学习的初始网络，将当前版本的网络与之前的随机版本进行对弈，获得棋局以及棋局结果（胜负）。 基于棋局和棋局结果，采用增强策略网络算法更新参数最大化周期。 对于不了解报价规则的发电商，可以从历史报价中获取经验。 在给定的报价范围内，为了学习更好的报价策略，必须缩小报价区间。 那么，策略集的存储空间呈几何级数增长，当学习样本相对较少时，不可能更新所有策略的收益。 对此，DQN（强化学习与神经网络的结合）用于将普通强化学习中状态和动作空间的离散状态连续化，将其转变为函数拟合问题。 相似的状态获得相似的出力动作，完成发电公司的短时运行。 系统内可实现连续报价和多段报价。
中长期市场模拟
我国正处于电力市场化改革的关键阶段。 由于电力行业和电力市场本身对国民经济的极端重要，从防范电力市场风险和检验电力监管政策的角度出发，中长期电力市场监测软件的开发对电力市场具有重要意义。 市场安全具有极其重要的意义。
中长期电力市场模拟系统旨在根据市场结构和状况模拟市场运行，有效检验监管政策、能源价格、负荷发展、供电建设、市场集中度等各种事件的影响等，在电力市场上。 这些事件未来很可能发生，可以通过中长期模拟观察其对市场的影响，提前量化其后果，防范市场运行风险，从而为监管机构和政府部门提供依据制定政策，也为电网公司制定政策。 为企业决策提供参考。 中长期电力市场模拟系统主要基于博弈论，通过寻找均衡点来获得市场结果。 其中，中期市场模拟模拟机组组合决策和市场清算过程，长期市场模拟则考虑新建电厂的投资过程。
中期市场模拟是基于每小时清算的积累，而长期市场模拟是中期市场模拟的积累，其中机组组合和功率扩展由中长期市场决定分别进行模拟。 对于每个小时的比赛，都会使用博弈模型来模拟市场参与者的战略决策。 市场领导者数量的选择可以代表市场集中度。 通过预处理优先级较高的电力（绿色电力、跨区域/跨国交易合同电力、蓄能水电站调峰填谷效应、电厂强制发电等），可将电力需求转化为等效负荷曲线.)，作为市场博弈的目标。 当市场出清时，各个市场领导者将沿着其面临的剩余负荷曲线进行搜索，以获得自己的最优报价，并通过各个市场领导者的迭代最终达到市场均衡。 单元组合方案是根据各公司对自身利益最大化的考虑，通过博弈确定的。
在长期市场模拟中，一年的电量根据不同的电价水平分散到多个能源块中。 各供电公司根据市场环境对能源区块进行博弈，确定新增机组容量的扩张计划。 在长期市场模拟中，根据不同机组类型、额定容量、最大允许容量和融资限制，以及老电厂的改造升级和新电厂的投资，确定替代能源扩张计划。
中长期电力市场价格预测可以验证市场发展趋势。 通过对影响电价的多种因素的分析，建立了中长期电价演化模型。 以各种市场状况作为输入，以电价作为输出来预测未来情景下的电价。 也从另一个角度验证了电力仿真系统的结果。
总结
现货市场形成的价格可以代表电能的时间和空间价值。 它是成熟电力市场的重要组成部分，也将是未来电力改革工作的重点。 现货市场反映的是短期规模甚至实时的电力平衡，极其敏感地反映供需关系，具有较高的不确定性。 同时，也存在市场缺陷被市场成员发现和利用的可能性。 不同的市场主体面临不同的市场风险。 通过技术手段可以规避和降低市场风险。 通过市场分析和市场模拟推演可以获得现货市场的预测信息，并进行中长期市场模拟，以获得各种因素发展变化的中长期后果。
原文首发于2019年2月15日《电力决策与舆情参考》第6期
审稿人：齐正平