一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法及系统与流程

本申请涉及电力市场与经济领域，特别涉及一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法及系统。

背景技术：

20世纪90年代以来，各国掀起了电力市场化改革的浪潮，以期改变电力工业垂直一体化经营所带来的种种弊端。2015年3月，国务院颁发新电改方案，该方案强调了电力体制改革的紧迫性并明确提出了“在用电侧引入竞争”的要求。2015年9月至今，在新电改的大背景下，售电公司纷纷成立；作为电力零售市场的主要参与者，售电公司能否合理稳定运营关系着改革的成败，因此，制定合理的售电公司运营策略变得尤为紧迫。

现有技术中，关于售电公司规避风险的经营方法主要集中于购电组合和可中断负荷方面，这些方法中很少涉及售电公司在零售市场中的服务业务和经营模式，同时，售电公司在现货市场主要采用直接市场交易的策略消除电量差额，且资源的提供者多为发电侧，忽略了现阶段用户侧负荷结构改变所产生的影响，对售电公司在现货市场的收益和交易风险度量问题研究较少，售电公司仍存在交易收益的波动性和风险损失较大的问题。

电动汽车作为一种特殊的可储能负荷，在其参与电力市场方面，当前的方法多为无序充电电动汽车的价格引导策略和可调度电动汽车与电网之间的优化调度，这些方法多以电动汽车或其代理商为研究对象，少有售电公司和电动汽车相结合的策略方法研究。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法及系统，该方法提出了一种售电公司购买电动汽车备用的运营方式，建立了策略模型，可有效降低售电公司收益风险。

为解决上述技术问题，本申请提供一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法，该优化方法包括：

建立电动汽车备用模型和基于cvar的售电公司购售电模型；

确定电价场景、负荷量以及所述电动汽车备用的购买时段；

在满足约束条件的前提下，利用所述电动汽车备用模型和所述售电公司购售电模型，计算在所述电价场景下所述购买时段内每时刻调用所述电动汽车备用获得的总利润；

选择大于零的总利润对应的时刻为调用时刻，并在所述调用时刻调用所述电动汽车备用。

可选的，所述约束条件包括：

售电公司购买与出售的电量保持平衡

t时段售电公司实际调用的备用容量小于电动汽车总上备用量

其中，为双边合同购电量分解到t时刻的交易电量，为t时刻现货市场购电量，为t时刻电动汽车充电服务代理商购买的电量，为t时刻售电公司普通用户的总负荷量，为t时段售电公司实际调用的备用容量，表示t时刻电动汽车的总上调频备用量。

可选的，所述电动汽车备用模型包括：

t时刻n辆电动汽车的总上调频备用量

其中，为第i辆电动汽车在t时刻可提供的上调频备用。

可选的，所述基于cvar的售电公司购售电模型包括：

in1＝ins-cb-cf

s.t.φ＞λ

其中，ins为总售电收入，cb为双边合同购电成本，cf为集中交易购电成本，φ为cvar，λ为售电公司条件风险水平约束，s.t.为所述约束条件。

可选的，所述方法还包括：

建立售电公司调用电动汽车备用收益模型maxin＝in1+in2-cres；

其中，maxin为售电公司获得的纯利润，in1为售电利润，in2为售电公司调用电动汽车备用获得的总利润，cres为购买电动汽车备用的成本。

可选的，所述总利润in2＝inu+inex；

其中，inu为节省的现货市场购电支出与减少的售电收入之间的差值，inex为在t时段因调用备用而产生的后续收益变动。

本申请还提供一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化系统，该优化系统包括：

模型建立模块，用于建立所述电动汽车备用模型和基于cvar的所述售电公司购售电模型；

数据确定模块，用于确定所述电价场景、所述负荷量以及所述电动汽车备用的所述购买时段；

约束条件模块，用于设置所述约束条件；

计算模块，用于在满足所述约束条件的前提下，利用所述电动汽车备用模型和所述售电公司购售电模型，计算在所述电价场景下所述购买时段内每时刻调用所述电动汽车备用获得的总利润；

选择调用模块，用于选择所述大于零的总利润对应的时刻为所述调用时刻，并在所述调用时刻调用所述电动汽车备用。

可选的，所述模型建立模块还用于建立售电公司调用电动汽车备用收益模型。

本申请所提供的一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法，通过建立电动汽车备用模型和基于cvar的售电公司购售电模型，确定电价场景、负荷量以及电动汽车备用的购买时段，在满足约束条件的前提下，利用建立的模型，计算在电价场景下购买时段内每时刻调用电动汽车备用获得的总利润，记录大于零的总利润对应的时刻为调用时刻，并在调用时刻调用电动汽车备用。

该方法考虑可提供备用的电动汽车的灵活储能特性，提出售电公司购买电动汽车备用模式，建立策略模型，可有效降低售电公司收益风险。本申请同时还提供了一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化系统，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法的流程图；

图2为第i辆电动汽车的实际充电功率最大上/下调频备用容量与最大充电功率以及计划充电功率之间的关系；

图3为第i辆电动汽车参与辅助市场时自身电池电量的变化；

图4为一种售电公司的购售电模式；

图5为在置信度α下的风险价值(valueatrisk，var)与cvar；

图6为在极端日前电价下售电公司购买电动汽车备用后收益图；

图7为本申请实施例提供的双边购电合同比例σ＝0.2的情况下售电公司风险约束水平λ、每日购买备用时段数m以及平均收益之间的关系图；

图8为本申请实施例所提供的降低售电公司收益风险的运营策略的优化系统的结构图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法及系统

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法的流程图。

其具体包括以下步骤：

s101：建立电动汽车备用模型和基于cvar的售电公司购售电模型；

1)建立电动汽车备用模型；

目前电动汽车的充电方式分为快速充电、换电池和常规充电等方式，对于占比最大的普通私家车而言，最普遍的充电方式为常规充电方式，最适合常规充电的地点为小区停车场。由于私家车多用于满足车主的上下班及娱乐出行需要，因此居民小区内的电动汽车充电行为符合一定的统计规律，随机性较低。为减小电动汽车充电随机性，本申请实施例中的电动汽车可设定为中小规模的小区停车场内的车辆，按照电动汽车是否参与辅助市场可划分为可调度与不可调度两种。

为实现对电动汽车的充电控制，小区内可设置电动汽车充电服务代理商。代理商可作为电动汽车的管理者，代替电动汽车用户向售电公司购买电量。当某电动汽车注册为可调度车辆后，在接入小区充电桩前需向代理商提供计划接入时间、初始荷电状态(stateofcharge，soc)、离开时期望soc等参数，代理商可在预期接入时间内利用这些车辆参与以调频服务为主的辅助市场，并通过申报参数制定充放电策略。

可选的，若电动汽车在申报接入时段之内离开，则需要向代理商支付相应的罚金；未签订可调度协议的电动汽车在接入充电桩时与可调度电动汽车操作基本一致，但在充电时间内代理商不可对其充电行为进行干预，车主也可随时选择终止充电操作。

可调度电动汽车可用于参与辅助市场，为系统提供向上调频备用容量pu和向下调频备用容量pd，上下调频容量的大小由电动汽车的能量传输模式、计划充放电功率、最大充放电功率等决定。电动汽车的能量传输分为单向能量传输和双向能量传输两种模式，双向能量传输模式下，电动汽车可向系统反向放电；单向能量传输模式下，电动汽车的电池只能从系统吸收电能，通过增加或减少某时段的计划充电功率的方式提供备用。在电力市场发展初期，单向能量传输方式可以有效降低设备投资成本，减轻阻塞，加快电动汽车提供备用普及程度，因此，本申请实施例中电动汽车参与辅助市场使用单向能量传输模式。当然，本申请对电动汽车的能量传输模式不作限定。

请参见图2和图3，图2为第i辆电动汽车的实际充电功率最大上/下调频备用容量与最大充电功率以及计划充电功率之间的关系；图3为第i辆电动汽车参与辅助市场时自身电池电量的变化；

第i辆电动汽车参与辅助市场时自身电池电量的变化为：

要计算电动汽车的充电功率，则需要知道初始充电时间、计划接入时间与初始soc几项参数，私家车用户一般选择出行回家后给车辆充电，考虑到工作性质、下班时间的不同，本文将电动汽车用户划分为通勤式与夜班式并假设初始充电时间服从不同均值与方差的正态分布；以一般居民的停车习惯为依据，同样假设可调度电动汽车的计划接入时间服从正态分布；根据美国交通部对全美家庭用车的统计结果，车辆日行驶里程s服从对数正态分布，其概率密度函数为：

其中μd＝3.2，σd＝0.88。

第i辆电动汽车初始充电时刻荷电状态soc^i,t与其日行驶里程呈现一定的线性关系：

其中，为第i辆电动汽车出行前荷电状态；为其百公里行驶耗电量；sⁱ为第i辆电动汽车日行驶里程。

可选的，由于下文策略仅需要用到电动汽车的上调频备用容量，因而在此对上调频备用进行分析。从优先满足电动汽车的出行需求角度出发，设定电动汽车充电服务代理商采用简单的基于实时soc的充电策略，在该策略下第i辆电动汽车t时刻的计划充电功率可表示为：

电动汽车充电服务代理商可根据车辆实时soc调节下一时刻计划充电量及调频容量，式中ti为第i辆电动汽车的接入时间；为第i辆电动汽车的剩余充电量；为其最大充电功率。t时刻计划充电功率等于电动汽车最大充电功率时，表明该电动汽车在剩余计划充电时间内将难以达到用户要求的荷电状态，因而不再提供上调备用。(5)表示了第i辆电动汽车在t时刻可提供的上调频备用；(6)表示t时刻n辆电动汽车的总上调频备用量。

某辆电动汽车在两个相邻时刻的荷电状态关系如(7)所示，其中为第i辆电动汽车在t-1时刻实际调用上备用量。

一旦调用电动汽车备用，soc就会偏离计划值，代理商此时需要按照策略去调整可调度电动汽车的计划充电功率，以满足电动汽车的充电要求。

2)建立基于cvar的售电公司购售电模型

①售电公司市场交易模式

售电公司在电力零售市场中居于主体地位，可从电力批发市场中购买电能，销售给终端电力用户，从中获取相应的收入。售电公司的购电模式主要有两种：一种是通过与发电商签订双边合同购电模式；另一种是统一购买电能的集中交易模式。这两种购电模式各有利弊，采用双边合同方式购电可以规避日前市场价格的波动，有效降低售电公司的风险，但长期而言，双边合同购电价格要高于日前市场购电均价。

售电公司在向用户终端售电时，可根据不同用户的需求自由制定交易合同。常见的售电合同包括：1、实时电价合同：交易价格按照日前市场的电价波动而改变；2、固定电价合同：在合同期内交易价格保持不变，在该电价模式下，售电公司将承担全部电价波动风险；3、保底封顶电价合同：合同事先确定好售电公司与用户交易的电价上下限，以实时电价合同为基准，当实时电价合同的电价高于电价上限时，售电公司按照最高电价上限售电，当实时电价合同的电价低于最低售电下限时，其按照电价下限售电。售电公司购售电模式如图4所示。

②cvar条件风险价值计算方法

本申请主要研究售电公司的收益情况，因此，下文所有的风险仅指收益风险。风险价值var(valueatrisk)是三十国集团于1993年所提出的市场风险度量工具，其定义为在一定的置信水平下，某一资产组合或投资组合在未来一定时间内的最大可能损失，用公式可表达为：

prob(δv＜var)＝1-α(8)

其中，δv为未来一段时间δt内的收益，α为置信度。

由于var仅用一个分位点来描述投资组合的尾部损失，无法对损失大于var的部分进行分析，因此，引入条件风险价值cvar的概念，其定义为投资组合损失值超过var的条件均值。可选的，为方便起见，可将var和cvar定义为尾部收益。如图5所示为在置信度α下的var与cvar。

cvar的计算可由公式(9)得到：

其中，φ代表cvar；γ代表var；k＝1，2…n，表示共有n个收益样本数据；δ^k为辅助变量，代表风险价值var与第k个收益样本数据in^k之间的正差值。

③售电公司购售电模式

本申请将售电公司用户中的电动汽车负荷单独拿出进行分析。一般来说，小区停车场内的电动汽车充电时间相对较为固定，采用分时电价并不能达到理想的引导效果，因此，售电公司可以以固定电价为电动汽车进行充电。其它用户负荷可采用固定分时电价和保底封顶电价两种售电合同，总售电收入可用公式(10)表示：

其中，为t时刻电动汽车充电服务代理商购买的电量；为t时刻售电公司普通用户的总负荷量。k1、k2为选择分时电价合同与保底封顶电价合同的用户比例；..为t时刻分时电价与保底封顶电价，可用(11)、(12)式表示；πs3为电动汽车充电电价。

其中，可将从10:00am到9:00pm作为峰时段，πp表示峰时段电价；将其它时间作为负荷谷时段，电价用πv表示。

其中，保底封顶电价合同中电价的意义如上文中所述，πh、πl分别为价格上限和价格下限；为t时刻的现货电价，πex为售电公司出售每度电的附加服务费。

售电公司在t时段内的购电成本按上文中所述可分为双边合同购电成本与集中交易购电成本，分别用cb和cf来表示：

其中，为双边合同购电量分解到t时刻的交易电量，其值大小由售电公司根据t时刻代理商充电预测量确定；πb为双边合同的单位交易电价。

其中，为t时刻现货市场购电量。现引入双边购电合同比例系数以便于下文中对售电公司购电组合风险进行描述。

售电公司购买与出售的电量应保持平衡，即满足约束：

由(8)、(11)、(12)式可得到基于cvar的售电公司购售电模型：

in1＝ins-cb-cf

s.t.φ≥λ(16)

其中，为售电公司条件风险水平约束，其值随着售电公司风险重视度的提升而增加；s.t.为约束条件，包括：售电公司购买与出售的电量保持平衡t时段售电公司实际调用的备用容量小于电动汽车总上备用量

其中，为双边合同购电量分解到t时刻的交易电量，为t时刻现货市场购电量，为t时刻电动汽车充电服务代理商购买的电量，为t时刻售电公司普通用户的总负荷量，为t时段售电公司实际调用的备用容量，表示t时刻电动汽车的总上调频备用量。

在本申请实施例中，本步骤可仅执行一次，即可仅建立一次电动汽车备用模型和售电公司购售电模型，当需要再次利用模型进行计算时，可直接调用建立好的电动汽车备用模型和售电公司购售电模型。

s102：确定电价场景、负荷量以及电动汽车备用的购买时段；

当临近交易时段，预测到日前市场可能出现高峰电价时，售电公司可调用电动汽车备用减少售电量以降低损失。从降低系统调度难度与提高稳定性角度出发，售电公司只能向电动汽车用户购买备用，因此，售电公司需要在备用市场开始之前向电动汽车充电服务代理商用户确定购买备用容量时段。不考虑短时预测偏差所带来的影响，即在临近交易时售电公司可准确预测出清电价以及电量，但在离实际交易时间较远时，售电公司难以准确预测实际调用备用量，因而可以以备用市场价格购买该时段的全部备用容量，确保在实际调用中留有裕度。

可选的，本申请实施例中假设集中市场以统一出清为规则，假定少量电动汽车负荷改变不会影响出清价格，即认为售电公司为市场价格的接受者。

其中，本申请实施例对步骤s101和步骤s102的顺序并不做具体限定，可以是先建立模型再确定数据，也可以是先确定数据再建立模型，只要在计算之前完成这两个动作即可。

s103：计算在该电价场景下该购买时段内每时刻调用该电动汽车备用获得的总利润；

售电公司购买电动汽车备用后的收益改变分为以下部分：

1)购买备用成本

无论售电公司在运营中是否实际调用备用，其都必须事先向代理商支付备用容量购买费用。不同于系统向电动汽车购买的备用，售电公司通过减少售电量的方式调用电动汽车用户的备用，因而无需向其支付额外电量费用。购买备用成本cres可用公式(17)表示：

其中，为售电公司购买备用时段的容量电价；m表示购买备用容量的时段。

2)调用备用收益

当日前现货市场电价较高，售电公司可能出现亏损时，调用该时刻的上调备用会使电动汽车总充电量降低，从而减少集中交易购电量。获利为节省的现货市场购电支出与减少的售电收入之间的差值。

售电公司实际调用上备用后，代理商会按照充电策略调整后续计划充电功率，使得售电公司用户总负荷发生改变。第i辆电动汽车在t时刻被调用备用后，在该时刻减少的充电量会按照代理商充电策略平均分配到剩余充电时段内，由此可得到在每个剩余充电时段内负荷变化量，为t时段售电公司实际调用的备用容量，其值应小于电动汽车总上备用量

ti表示第i辆电动汽车的计划离开时间，则第i辆电动汽车在t时段因调用备用而产生的购买电量的变化为：

在t时段因调用备用而产生的后续收益变动如(21)所示，nt表示t时刻所有被调用备用的电动汽车数目。

综上，可得到售电公司调用备用获得的总利润：

s104：选择大于零的总利润对应的时刻为调用时刻，并在该调用时刻调用电动汽车备用。

由(22)可知，只有当in2＞0时售电公司才会选择调用备用，这里提到的调用时刻可以为多个。

可选的，本申请实施例所提供的方法还可在确定电价场景、负荷量以及电动汽车备用的购买时段并满足约束条件的前提下，利用电动汽车备用模型和售电公司购售电模型，建立售电公司调用电动汽车备用收益模型maxin＝in1+in2-cres；

其中，其中，maxin为售电公司获得的纯利润，in1为售电利润，in2为售电公司调用电动汽车备用获得的总利润，cres为购买电动汽车备用的成本。

基于上述技术方案，本申请实施例提供的降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法，通过建立电动汽车备用模型和基于cvar的售电公司购售电模型，在满足约束条件的前提下，利用建立的模型，计算在确定电价场景下确定购买时段内每时刻调用电动汽车备用获得的总利润，记录大于零的总利润对应的时刻为调用时刻，并在该调用时刻调用电动汽车备用。本方法考虑可提供备用的电动汽车的灵活储能特性，提出售电公司购买电动汽车备用模式，建立策略模型，可有效降低售电公司收益风险。

图6为在极端日前电价下售电公司购买电动汽车备用后收益图，以pjm电力市场2016年7月25日的日前电价数据为例，该日的电价出现了较大波动，最低电价出现于凌晨5时，仅有20$/mwh，最高电价出现在下午5时左右，超过了100$/mwh，可见，采用本申请实施例所提供的方法可有效降低售电公司收益风险。图7为本申请实施例提供的一种双边购电合同比例σ＝0.2的情况下售电公司风险约束水平λ、每日购买备用时段数m以及平均收益之间的关系图。

下面请参见图8，图8为本申请实施例所提供的降低售电公司收益风险的运营策略的优化系统的结构图。

该系统可以包括：

模型建立模块100，用于建立电动汽车备用模型和基于cvar的售电公司购售电模型；

数据确定模块200，用于确定电价场景、负荷量以及电动汽车备用的购买时段；

约束条件模块300，用于设置约束条件；

计算模块400，用于在满足约束条件的前提下，利用电动汽车备用模型和售电公司购售电模型，计算在电价场景下购买时段内每时刻调用电动汽车备用获得的总利润；

选择调用模块500，用于选择大于零的总利润对应的时刻为调用时刻，并在调用时刻调用电动汽车备用。

进一步地，该系统还可以包括：

调用子模块，用于调用电动汽车提供备用模型和售电公司购售电模型；

计算子模块，用于利用调用子模块调用的电动汽车提供备用模型和售电公司购售电模型计算在电价场景下购买时段内每时刻调用电动汽车备用获得的总利润。

以上系统中的各个组成部分可应用于以下的一个实际流程中：

通过模型建立模块建立电动汽车备用模型和基于cvar的售电公司购售电模型；通过数据确定模块确定电价场景、负荷量以及电动汽车备用的购买时段；

通过约束条件模块设置约束条件；

在满足约束条件的前提下，通过调用子模块调用电动汽车提供备用模型和售电公司购售电模型；

通过计算子模块利用调用子模块调用的电动汽车提供备用模型和售电公司购售电模型计算在电价场景下购买时段内每时刻调用电动汽车备用获得的总利润；

通过选择调用模块选择大于零的总利润对应的时刻为调用时刻，并在调用时刻调用电动汽车备用。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上对本申请所提供的降低售电公司收益风险的运营策略的优化方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。