一种电力金融合约交易曲线分解方法和系统与流程

本发明属于电力市场技术领域，具体涉及一种电力金融合约交易曲线分解方法和系统。

背景技术：

中长期电力金融合约，是一种电力现货市场中发电和用电市场主体之间签订的电力交易合约，这种合约不需要电力调度部门实际执行，而只作为发、用电双方对冲现货市场价格风险的工具。它可以包含数年、年、月、周、多日等不同时间尺度。例如，发用电双方事先无法确定现货市场中的电能价格，为防范风险，发用电双方可以事先达成协议，以一定价格成交一定电量；事后，不论现货市场电价如何，合约发、用电双方在交易期内的合约电量，按照事先约定的合约价格结算。

中长期电力金融合约是现货市场的一种重要工具。特别是在集中式电力现货市场中，现货交易采用全电量集中竞价(日前和日内实时)，中长期电力合约主要作为金融合约，此时中长期电力金融合约价格对发、用电市场主体经济利益影响很大。例如某一时段合约价格为400元/兆瓦时，而实际的现货市场价格是410元/兆瓦时，则发电方通过最终市场结算，将必须实际以比现货市场低10元/兆瓦时的价格提供电能服务。

现货市场的价格在日前和日内不同时段是滚动变化的(例如每小时都不同)，通常也要求中长期电力金融合约的约定电量按照一定的时间颗粒度分解，并约定好每个时段的价格，此即中长期电力金融合约的曲线分解。例如，合约电量是3000兆瓦时，合约时间跨度是30天，要求把合约电量分解到小时，则需要把3000兆瓦时的总电量分解到30*24小时中，同时约定每个小时的电能价格，从而形成中长期电力金融合约电量分解曲线。根据不同的市场规则，曲线分解的时间单位是可以不同的(例如可以是15分钟)，合约价格可以允许不同时段不同价格，也可以采用单一绝对价格(对所有时段都一样，例如统一为400元/兆瓦时)等。显然，曲线分解方式对发用电双方的经济利益影响较大，如果通过曲线分解，把主要电量分解到用电高峰期(合约价格仍然较低)，此时预期现货市场价格会很高，则用电方将获得比现货市场低的电价，发电方则损失较大经济利益，反之亦反。

目前对于中长期电力金融合约的曲线分解，通常采用如下方式：

(1)发电和用电市场主体双方自行约定。

(2)交由市场运营机构按照典型情况分解。例如市场运营机构根据历史用电负荷和需求情况，把合约总电量分解到年、月和日，日内曲线分解则提供若干典型曲线供用户选择。常见的日内典型曲线包括：平均曲线(平均分配到各个时段)，峰谷平曲线(把总电量依据负荷高峰、低谷、平时按比例分配到一天中的各个时段)等。

分析以上中长期电力金融合约曲线分解现状，还存在以下不足和需求：

(1)缺乏中长期电力金融合约曲线分解的量化设计工具。目前不论是参与中长期电力金融合约交易的市场主体，还是市场运营机构，都缺乏中长期电力金融合约曲线分解量化设计工具的支持。考察电力金融合约曲线，需要考虑的因素很多，同时存在很大的优化空间，目前尚未见精确的电力金融合约曲线分解手段。

(2)前述交由市场运营机构按照典型情况分解的方式，不能精确地服务于特定主体。不同的电力用户，在不同时段对电力的需求是不同的，同时有可能会根据预期的电力价格调整自己的用电需求。不同的发电商，在不同时段的供电能力是不同的，同时会受到煤、气原料等复杂因素的影响，并根据现货市场电力价格调整自己的生产。目前常见的典型情况曲线分解，难以充分考虑用户的众多个性化需求。

以上问题导致电力中长期交易结果不能充分地服务于市场主体，间接影响了市场主体的生产和消费行为，也妨碍了电力市场的充分竞争，影响了电力市场的流畅和健全发展。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种电力金融合约交易曲线分解方法和系统。该方法和系统对电力市场中长期金融合约交易进行精确建模，通过优化中长期电力金融合约曲线，得到充分公平的分解曲线，并允许市场主体根据自己的个性化需求，对优化目标和约束进行调整。该方法可以用于电力市场发、用电双方检查自己市场行为是否得当，帮助交易中心指导用户进行曲线分解，促进电力市场主体更充分地参加市场博弈。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种电力金融合约交易曲线分解方法，其改进之处在于，包括：

采集电力金融合约交易数据；

将所述交易数据输入预先建立的电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型，得到电力金融合约交易曲线在交易期内各时段的分配值；

其中，所述电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型根据市场总满意度和社会总效益建立。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述交易数据包括：合约总时长、合约总电量、合约的单位时段长度、合约各时间段的现货市场预期成交价格、买方申报数据和卖方申报数据；

其中，买方申报数据包括：合约内各时间段的最大用电量、最小用电量和最高电价，卖方申报数据包括：合约内各时间段的最大供电余量、最少供电量和保底电价。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型的建立，包括：

以市场总满意度和社会总效益为目标函数，以合约总电量、合约各时间段分解电量和价格为约束条件，建立电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述目标函数如下式所示：

f＝α×f1+β×f2

式中，f表示目标函数，α为市场总满意度的权重系数，β为社会总效益的权重系数，且α+β＝1，f1表示市场总满意度，f2表示社会总效益；

其中，所述市场总满意度f1和社会总效益f2的计算式如下：

式中，n表示合约分解的时间段的个数；qi表示分配到时段i的电量，xi.p表示买方时段i最高电价，yi.p表示卖方时段i保底电价，pi表示合约分解后在时段i的合约电价，mi表示时段i的现货市场预期成交价格。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述合约总电量约束如下式所示：

其中，n表示合约分解的时间段的个数；qi表示分配到时段i的电量，q表示合约总电量。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述合约各时间段分解电量约束如下式所示：

其中，n表示合约分解的时间段的个数，qi表示分配到时段i的电量，xi.u表示买方时段i的最大用电量，xi.l表示买方时段i的最小用电量，yi.u表示卖方时段i的最大供电余量，yi.l表示卖方时段i的最少供电量。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述价格约束如下式所示：

其中，n表示合约分解的时间段的个数，qi表示分配到时段i的电量，xi.p表示买方时段i最高电价，yi.p表示卖方时段i保底电价，pi表示合约分解后在时段i的合约电价。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述建立电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型之后，还包括：

基于模型的使用需求，调整目标函数的权重系数、调整各时段分配电量的约束和调整各时段的电价约束。

一种电力金融合约交易曲线分解系统，其改进之处在于，包括：数据采集模块和曲线分解模块；

所述数据采集模块，用于采集电力金融合约交易数据；

所述曲线分解模块，用于将所述交易数据输入预先建立的电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型，得到电力金融合约交易曲线在交易期内各时段的分配值；

其中，所述电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型根据市场总满意度和社会总效益建立。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，还包括建模模块；

所述建模模块，用于以市场总满意度和社会总效益为目标函数，以合约总电量、合约各时间段分解电量和价格为约束条件，建立电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

(1)本发明针对中长期电力金融合约曲线分解，建立了精确的数学模型，可以实现中长期电力金融合约曲线分解的精细的量化设计，避免了凭经验分解或者按照统计数据获得的典型曲线进行分解的不精确性。

(2)提供了一种公平的中长期电力金融合约曲线分解方法。在曲线分解优化模型设计中，考虑了各种影响因素，综合考虑了合约双方的需求和经济利益，获得了最接近公平的曲线分解优化结果。

(3)为参与电力中长期市场交易的市场主体提供了中长期电力金融合约曲线分解定制化服务方法。在所提供的中长期电力金融合约曲线分解方法中，充分考虑了合约双方的个性化需求，并允许使用者根据自己的需求调整优化目标和约束条件，从而为市场主体提供个性化服务。

附图说明

图1为本发明提供的一种电力金融合约交易曲线分解方法流程示意图；

图2为本发明提供的一个电力金融合约交易曲线分解方法实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的一种电力金融合约交易曲线分解系统基本结构示意图；

图4为本发明提供的一种电力金融合约交易曲线分解系统详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供的一种电力金融合约交易曲线分解方法流程示意图如图1所示，包括：

步骤1：采集电力金融合约交易数据；

步骤2：将交易数据输入预先建立的电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型，得到电力金融合约交易曲线在交易期内各时段的分配值；

其中，电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型根据市场总满意度和社会总效益建立。

具体的，本发明提供的一种电力金融合约交易曲线分解方法如图2所示，包括：

步骤101：收集和检查发、用电双方合约交易基本数据。

即采集电力金融合约交易数据，这些数据包括：

该电力中长期金融合约交易的合约总电量，设为q(单位：兆瓦时)；合约总时长，设为t(单位：小时)；根据相关电力市场交易规则或者双方协商，该合约必须分解为时间单位，设为t(单位：小时)。那么该合约的曲线分解问题，实际就是要把总电量q分解到n个时段中，并约定每个时段中的电能价格。其中n＝t/t，即t中包含n个t时间段。设分解之后n个时段的电量分别为q1～qn(单位兆瓦时)，对应的电能价格分别为p1～pn(单位：元/兆瓦时)

该合约的买方(即用电方)根据自己的用电需求，需要对这n个时间段，申报n组数据，设为x1～xn，其中每个xi(i＝1..n)的信息用一个3元数组(u，l，p)表示，其中u(单位：兆瓦时)表示用电方在该时段的最大用电量，l(单位：兆瓦时)表示用电方在该时段的最小用电量，p(单位：元)表示用电方在该时段能接受的最高电价。要求l≤u，否则作为不合理数据，要求用户重新申报。显然，用电方在各时段用能多少有一定的可调剂空间，可以根据发电方报价情况，调整用电计划。

该合约的卖方(即发电方)根据自己的供电能力和成本情况，需要对这n个时间段，申报n组数据y1～yn，其中每个yi(i＝1..n)的信息用一个3元数组(u，l，p)，其中u(单位：兆瓦时)表示发电方在该时段的最大供电余量，l(单位：兆瓦时)表示发电方在该时段的最少供电量，p(单位：元)表示发电方在该时段的供电保底电价。要求l≤u，否则作为不合理数据，要求用户重新申报。显然，供电方在各时段供能多少有一定的可调剂空间，可以根据供电方需求和报价情况，调整发电计划。

未来现货市场的实际成交价格，将对该合约买、卖双方的利益有直接影响。在该合约签订时，无法确定未来现货市场的实际成交价格，但根据历史同期价格和必要的数学算法，可以获得一个预期的未来现货市场的实际成交价格。设合约期内的n个时段的现货市场预期成交价格为m1～mn(单位：元)。此数据非用户填报，是使用者或者电力市场运营机构提供的。

步骤102：建立电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型，建立模型约束条件，并采用设定的满意度原则，设置市场总满意度和社会总效益值构建目标函数。

以合约总电量、合约各时间段分解电量和价格为约束条件，以市场总满意度和社会总效益为目标函数，建立中长期金融合约交易曲线分解基本模型。

i、合约总电量约束：

其中：

qi表示分解曲线中，分配到时段i的电量，单位：兆瓦时；

q表示合约总电量，单位：兆瓦时；

n表示合约期要分解为多少个时间段，无单位；

n＝t/t，其中t表示合约总时长，单位：小时，t表示合约分解的单位时段长度，单位：小时；

式(1)表示：曲线分解后，分解到每个时段的电量不能为负值；

式(2)表示：曲线分解后，分解到每个时段的电量之和必须等于合约总电量。

ii、价格约束：

其中：

xi.p表示合约买方(用电方)在第i个时段能接受的最高电价，单位：元；

yi.p表示合约卖方(发电方)在第i个时段的供电保底电价，单位：元；

pi表示合约分解后，在第i个时段的合约电价，单位：元；

式(3)表示：对所有时段，如果在该时段分解电量不为0，那么买方所能接受的最高电价不能低于卖方的供电保底电价，即如果该时段买方出价低于卖方出价，则该时段不成交；

式(4)表示：对所有时段，如果在该时段分解电量不为0，那么在该时段的合约电价等于买方所能接受的最高电价与卖方的供电保底电价的平均数。这样的设置是为了保证该合约分解后，买方和卖方的满意度均等。

iii、合约各时段分电量约束：

其中：

xi.u表示合约买方(用电方)在第i个时段的最大用电量，单位：兆瓦时；

xi.l表示合约买方(用电方)在第i个时段的最小用电量，单位：兆瓦时；

yi.u表示合约卖方(发电方)在第i个时段的最大供电余量，单位：兆瓦时；

yi.l表示合约卖方(发电方)在第i个时段的最少供电量，单位：兆瓦时；

式(5)表示：对所有时段，如果在该时段分解电量不为0，那么该分解电量不得小于买方在该时段的最小用电量；

式(6)表示：对所有时段，如果在该时段分解电量不为0，那么该分解电量不得大于买方在该时段的最大用电量；

式(7)表示：对所有时段，如果在该时段分解电量不为0，那么该分解电量不得小于卖方在该时段的最少供电量；

式(8)表示：对所有时段，如果在该时段分解电量不为0，那么该分解电量不得大于卖方在该时段的最大供电余量；

iv、建立综合考虑社会总效益和市场用户总满意度的目标函数，用下述公式表示：

f＝α×f1+β×f2(9)

其中：

f表示目标函数，它由α×f1和β×f2两个部分的和组成；

f1表示该合约交易分解后的市场总满意度；

f2表示该合约交易分解后的社会总效益；

α为市场总满意度的权重系数，β为社会总效益的权重系数，α+β＝1，其具体值由本方法使用者和和市场运营机构确定；当α＝0并且β＝1时，该目标函数实际是追求合约分解后的社会总效益最大；当α＝1并且β＝0时，该目标函数实际是追求该合约分解后的发、用电双方的总满意度最高；mi表示时段i的现货市场预期成交价格。

步骤103：根据模型的使用需求，对电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型中的目标函数和约束条件进行选择性的调整，即调整目标函数的权重系数、调整各时段分配电量的约束和调整各时段的电价约束。

这些可能的调整包括，但不限于：

a、根据自己的需要，调整目标函数中的系数α和β；

b、调整交易双方的部分时段的分解电量约束，例如如果用电方需要统一增加晚班用电量，而不安排上午的用电量，则可以把所有上午时段的分解电量约束为0，而增大晚间时段的最大用电量；

c、根据需要增加约束条件，例如如果用电方需要统一安排晚班用电量，而不希望分解曲线优化计算后得出的每天晚间的用电量变化不一，则可以在约束条件中增加分解曲线每天晚间各时段的电量和相等的要求；

d、合约双方协商，决定每一个时段中的合约电价pi，此时公式(4)约束需要作废，而代之下面公式(12)、公式(13)和公式(14)的约束：

式(14)中的ci为常数，分别表示各时段的约定合约价格。如果合约双方在约定各时段合约价格ci的过程中，发现公式(12)和公式(13)约束不满足，则要么改变ci的值，要么修订各时段的报价信息xi.p和yi.p。

如果合约双方约定采用绝对单一价格(所有时段的合约价相同)，则有：

公式(15)不是约束条件，只是双方约定合约电价的结果。

e、进一步具体化约束条件，把约束条件线性化。例如，如果发、用电双方进一步明确所有由于价格原因(xi.p<yi.p)或者发、用电量不匹配原因((xi.u<yi.l)∪(yi.u<xi.l))而无法达成交易条件的时段，并把这些时段的申报信息都设为0(包括买方申报的该时段的最小用电量、最大用电量、最高能接受的电价，卖方申报的该时段的最少供电量、最大供电余量、供电保底电价)，那么就可以取消原来式(3)中规定的非线性价格约束；如果能够更进一步确定哪些时段必须达成合约电量(即优化结果中这些时段的qi必须大于0)，那么就可以把原来式(5)、式(6)、式(7)、式(8)中的非线性合约分电量约束变为以下式(13)、式(14)、式(15)、式(16)规定的线性约束：

步骤104：将合约交易基本数据输入电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型，进行优化计算，获得曲线分解结果。

在给定约束条件下，针对目标函数的最大化，基于线性规划、二次规划和一般的非线性规划数学基础，应用相关数学软件包，进行优化计算，得到中长期电力金融合约曲线分解结果，即得到中长期电力金融合约曲线在交易期内各时段的分配值。

实际数学软件包应用中，最大化目标函数一般设为min(-f)，它与max(f)等效。

实施例2：

结合前述说明，以一个大型工业企业与一个发电厂的1份1周的合约交易为例，假设该合约的交易电量为205800兆瓦时，按照当地电力市场规则要求，该合约需要分解为时间单位为3小时的电力合约曲线(那么需要把该合约电量分解为56个时段的分解电量)。合约双方的分时段要求，以及预期的现货市场价格的相关信息如表1所示。其中“预期现货电价”中，把每天的6:00～12:00、18:00～21:00时段作为用电峰时段，每天的12:00～18:00作为用电平时段，其他作为用电谷时段。

表1周电力金融合约的曲线分解基本数据

把表1中的周电力金融合约的曲线分解基本数据，代入电力中长期金融合约交易曲线分解模型，按照图1的方法流程，依次建立模型约束条件，并采用市场总满意度和社会总效益并重的原则，分别设立α＝0.5和β＝0.5，构建目标函数，采用数学软件包，进行优化计算，得到如表2所示的曲线分解结果。

表2周电力金融合约的曲线分解优化结果

以上周电力金融合约的曲线分解结果，产生的：

依据式(10)计算，得市场总满意度：5796000元。

依据式(11)计算，得社会总效益：8694000元。

作为对比，如果把合约电量平均地分解到每一个时段，各时段合约电价按照双方报价的平均值，则该合约曲线分解结果如表3所示。

表3周电力金融合约的曲线平均分解结果

以上周电力金融合约的曲线分解结果，产生的：

市场总满意度：4410000元。

社会总效益：6615000元。

如果按照峰谷平典型曲线，假定把合约总电量平均分到每一天，每一天的分电量按照50％分到峰时段、30％分到平时段、20％分到谷时段，则该合约曲线分解结果如表4所示。

表4周电力金融合约的曲线按峰谷平典型曲线分解结果

以上周电力金融合约的曲线分解结果，产生的：

依据式(10)计算，得市场总满意度：4733400元。

依据式(11)计算，得社会总效益：7100100元。

实施例3：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种电力金融合约交易曲线分解系统，由于这些设备解决技术问题的原理与电力金融合约交易曲线分解方法相似，重复之处不再赘述。

该系统基本结构示意图如图3所示，包括：数据采集模块和曲线分解模块；

其中，数据采集模块，用于采集电力金融合约交易数据；

曲线分解模块，用于将交易数据输入预先建立的电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型，得到电力金融合约交易曲线在交易期内各时段的分配值；

其中，电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型根据市场总满意度和社会总效益建立。

电力金融合约交易曲线分解系统详细结构示意图如图4所示。

其中，交易数据包括：合约总时长、合约总电量、合约的单位时段长度、合约各时间段的现货市场预期成交价格、买方申报数据和卖方申报数据；

其中，买方申报数据包括：合约内各时间段的最大用电量、最小用电量和最高电价，卖方申报数据包括：合约内各时间段的最大供电余量、最少供电量和保底电价。

其中，该系统还包括建模模块，建模模块用于以市场总满意度和社会总效益为目标函数，以合约总电量、合约各时间段分解电量和价格为约束条件，建立电力中长期金融合约交易曲线分解基本模型。

其中，该系统还包括模型调整模块，模型调整模块用于基于模型的使用需求，调整目标函数的权重系数、调整各时段分配电量的约束和调整各时段的电价约束。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。