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基于时空分布下的水电多风险优化调度

更新时间:2016-07-05

1 引言

近年来随着电力体制的不断创新和改革,水电参与竞价上网受到广泛的关注[1]。水电自身的时空分布特性区别于传统对火电机组竞价的研究,因此对发电量分配的风险分析显得非常重要。发电商要综合考虑水电上网竞价的不确定性因素,在多市场中合理分配参与投标的电量,从而保证期望发电受益最大且风险最低。

目前,有关发电企业风险决策的文献很多:文献[2]描述了电力批发市场梯级水库的定价策略,提供了较好的框架和思路,但未考虑水电自身特性对电量多时段分配策略的影响;文献[3]虽然考虑了风险的长期影响,但只阐述了在单一市场中的电量决策,并未考虑发电量在多市场中的分配。本文针对水电发电的时空分布特性,建立完全竞争市场环境下的水电优化调度模型,考虑不同时段市场的风险系数,进而确定发电商不同时间段在多个市场中的电量最优组合决策。

2 水电时空分布下的风险度量

2.1 风险度量方法概述

条件风险价值(conditional value at risk, CVaR)是指一定的市场条件及置信水平下,发电商发电投标组合的损失超过VaR的条件价值[4],CVaR比VaR更能精确反映其潜在的风险价值。

中华优秀传统文化是中国特色社会主义理论体系重要源泉。中国梦的实现以中华文化的繁荣为前提,“没有文明的继承和发展,没有文化的弘扬和繁荣,就没有中国梦的实现”[13]。要以科学的态度对待传统文化,“不忘本来才能开辟未来,善于继承才能善于创新”[30]。采取批判的态度继承中华民族的优秀传统文化,并根据时代的特点和要求与时俱进,使传统文化教育焕发出生命活力。

假设X为发电商投标组合,XRnxXn维投标组合方案向量,yRmm维随机变量,对于确定的x,由y引起的损失函数为f(x,y),αf(x,y)的临界值。基于蒙特卡罗法产生随机向量y的累积分布函数y1,y2,…,yL,则CVaR为:

藏族同事给他起了个别名——钟大胆,因为不管山多高、水多凉,不管多么危险、多么困难,只要对研究有帮助,他就一往无前。他说:“有些事情是难,但再难,总要有人去做。只要国家需要、人类需要,再艰苦的科研也要去做。”

(1)

式中:[f(x,yL)-α]+表示max{0,f(x,yL)-α},β∈(0,1)为置信水平;q为总样本数;j为样本参变量。

2.2 水电发电量的时空分布

将发电量在各时段各市场进行合理分配,从而提高水电在时间和空间上的竞争力。本文考虑了电力市场竞争条件下,发电厂按其运行情况,考虑到各种风险因素,将年总发电能力按时间分解为每月,分配给多个市场空间,以此指导全年的竞价和调度计划。

1 水电年发电量的时空分布示意图

图1中x轴为空间维度,y轴为时间维度,z轴为发电量维度,形成发电量的时空分布的三维分析。截取任意平面表示在第t个时段发电量在K个市场中分配情况。虚线和实线反映了不同风险因素下发电量分布的变化。

2.3 水电多维分析下的风险度量

单期静态风险度量只考虑0到T时刻的变化。多时段将时间进行T-1等分,记为t=1,2,…,Tx(t)表示时间段t的投标组合,y(t)分别表示可行集合随机变量。

电量将在K个市场中进行优化组合,假设xti≥0为发电商在第i市场t时段的电量,满足表示市场收益率,其联合概率密度函数为p(y)。对于阶段t,设ft(st,xt,yt)为在决策变量xt,状态变量st下由yt引起的损失函数。设xt(st)是在状态变量st下可能的决策变量的集合,st的状态转移方程为

st+1=gt(st,xt), t=1,2,…,T-1

(2)

“微厨”能够提供100人的就餐服务,且菜品3个月不重样。据刘珺介绍,100人的就餐服务因人数太少目前还没有团餐企业能够满足,属于蓝海市场。食堂餐食的供应由“菜单”“切配”“加工”“调味”四个环节组成,悦管家已经将其全部数据标准化,并与现场人员的服务内容相结合,形成新服务,这种服务模式大大减少了对厨师和场地的要求。

近几年来关于医疗机构药品的不良反应(adverse drug reaction。adr)的事件比较普遍,引发了社会的诸多关注。医疗机构对药物的要求不单单是治疗疾病,还要尽可能减少ADR。据WHO的报道,全世界死亡人数中有大约1/7的病人是由于用药不合理。根据我们有关部门的数据,药品不良反应发生住院病人中的比率为20%左右,大约25%为抗生素引起。该论文就临床普遍的药物不良反应以及如何安全用药问题进行了整理汇总。

ψt(st,xt)=P{ft(st,xt,yt)≤

(3)

定义αβ(x)为ft(st,xt,yt)所对应的VaR的值,为:

αβ(st,xt)=min{αR|ψt(st,xt,α)≥β}

(4)

对于t=1,2,…,T,以φβ(st,xt)表示在一定的β条件下,发电商的投标损失函数为ft(xt,xt,yt)不小于αβ(x)的CVaR值为:

φβ(st,xt)=E[ft(st,xt,yt)|ft(st,xt,yt)≥

(5)

公式(5)中包含VaR函数αβ(st,xt)项,其数值难以求出,故引入函数Fβ(st,xt,α)代替φβ(st,xt)计算CVaR:

(6)

t时段s状态下损失函数为:

本研究结果显示,受体的性别与角膜排斥的发生有明显相关性,而与供体性别无明显关系,这与文献[10-11]的发现一致,但也有不同意见[12]。有学者认为,大植片因为其上的抗原更接近植床角膜缘血管丛的淋巴组织,其术后发生排斥反应的概率增高[13],而有研究并未发现。本研究显示,角膜移植排斥反应与大植片、偏中心移植与角膜移植术后排斥反应无相关性。不同的理论,正说明了角膜移植排斥反应是复杂的免疫反应过程,不是一种理论就能说明的。

(7)

λ∈(0,1)为转移影响率为转移损失。

发电商的收益函数为R(st,xt,yt)=(xt+λst)Tyt,组合收益的均值:

E[R(st,xt,yt)]=E[(xt+λst)Tyt]=(xt+λst)TE[yt]

(8)

式中e为收益下界,且0≤e≤1。

ψt(st,xt)为损失函数ft(st,xt,yt)的分布函数,它小于等于临界值α的分布函数为:

(9)

对于整个时段t=1,2,…,T,目标函数为:

市场具有一定的弹性,当供小于求时,处于卖方市场,而当供大于求时,处于买方市场。在新时代背景下,随着电力技术和电力设备的革新,电力市场竞争日益激烈。高产出的电力使得电力市场已不再是卖方市场,而逐渐向买方市场转变。电力产出量大于人们的使用量,如何更好的抢占市场成了决定供电企业生死存亡的决定性问题。顺应市场变化,电力企业也应积极推动企业转型,促进企业市场竞争力的提升。

(10)

3 多风险下的水电优化调度

3.1 水电优化调度数学模型的建立

考虑发电商总发电量在T时段及K个市场的分配,用向量分别表示为xt=(xt1,xt2,…,xtK)和yt=(yt1,yt2,…,ytK),分别表示t时段电量占总发电量的比例及发电收益率,如表1所示。

表1 发电总量的时空分布表

Xxt1xt2…xtKx1ix11x12…x1Kx2ix21x22…x2K……………xTixT1xT2…xTK

t时段的发电收益,i=1,2,…,N。设虚拟变量其调度模型为:

音乐教师在课堂上应把感情的纽带抛向学生,努力创设生动活泼、新颖愉快、相互交流的学习氛围,师生共同参与音乐实践活动,提高音乐课堂的情趣。如:在教唱《保护小羊》这首歌曲时,我根据歌词内容精心制作了教学挂图,而且准备了小羊、小猎狗、大灰狼、大象等一些头饰,把音乐教室里的座位摆成了弧形,这样,学生一走进教室,没有了那种课堂的约束感,不仅激发了学生强烈的学习热情,而且更有利于师生之间的互动交流。

(11)

约束条件:

(1)风险度量CVaR约束:

zj≥0 zj

Pmin(t)≤P(t)≤Pmax(t)

(12)

xti

(13)

仿真结果表明,发电收益率为0.17,动态风险为0.42,这意味着在丰平枯3个时段内,发电厂允许每一时段超额损失的平均水平大于42%的比例为5%,即1-β。从上图可以看出,在一定期望利润下,发电厂对风险的态度会影响其投标电量的分配策略,提高置信水平将使得发电商更有可能在水量较多的月份或在价格波动较小的市场增加投标比例。可以看出发电商厌恶风险而投资趋于保守,以规避较高的风险。

从表中可以看出,《中国日报》和《纽约时报》都用了一定数量的转述引语来增强新闻的真实性和客观性。但《纽约时报》中直接引语多于《中国日报》,而《中国日报》中间接引语则多于《纽约时报》。中国记者多采用间接引语的方式赋予自己的观点和态度。

(14)

E[R(st,xt,yt)]≥e

(15)

市场收益ytt时段的样本值损失函数为:

(2)水电系统约束:

V(t+1)=V(t)+(q(t)-Q(t)-w(t))Δt

(16)

Vmin(t)≤V(t)≤Vmax(t)

(17)

Qmin(t)≤Q(t)≤Qmax(t)

(18)

qi(T)≤

(19)

国内大型公立医院看病难,很大程度上表现为患者等候时间长。究其原因,优质医疗资源供给有限,有限资源有效利用不足,患者医疗需求释放增长太快,不一而足。这些宏观问题的纾解,也不是短期内一蹴而就能解决的,还须假以时日。

(20)

pi(T)≤

(21)

其中,V(t+1)为t+1时段初期的水库蓄水量,Vmin(k)和Vmax(k)分别为最小蓄水量和最大蓄水量;Qmin(t)和Qmax(t)分别为最小下泄流量和最大下泄流量分别为机组流量上下限约束分别为电厂应该保证的最小和允许的最大出力为机组出力上下限;上述变量均为非负变量(≥0)。

3.2 多风险影响因子

发电商需根据市场供求、电价波动等不确定因素调整调度计划,提高自身抵御市场风险的能力。

t时段的发电收益率为:

(22)

(23)

式中:ytit时段市场i的电力价格;c为单位发电成本;G为年总发电量为年平均发电量为年平均发电成本;A为水电综合出力系数;H为平均发电净水头;Q(t)和Δ(T)分别为t时段的发电流量和小时数。

(24)

式中:q(t)和w(t)为t时段的入库流量和弃水量。

假设置信水平β为0.95,随着期望收益下限e从0.1增大到0.2(风险容忍程度的增加),实时市场的份额增大,合同市场的份额减少,说明发电商为了获得高额回报,必须承受更大的风险,如图(3)所示。

4 算例分析

4.1 仿真数据

假定水电站的装机容量为3300MW,其发电量为1000MW,综合出力系数8.7,加权平均水头170m,最大引用流量2400m3/s,水库正常蓄水位1200m,相应库容58亿m3,发电最低运行水位1155m,校核洪水位1 203.5m。

模型中取K=4,表示年合同、月合同、日前和实时市场;对于时段t,采用蒙特卡洛产生4个市场100组收益率样本j≤100。同时假设丰水期为六月至十月,枯水期为十二月至次年四月,平水期为五月和十一月。

4.2 仿真结果

时空分布下的水电优化调度计算结果是三维空间上的一组曲线,将其3个时段的平面截为3个二维平面图,分时段考察发电商在不同的风险影响因子下多市场的投标决策。

对于小学阶段的学生来说,儿童哲学绘本可以给他们带来启迪,学生也喜爱绘本。因此,教师也要重视起学生绘本的阅读,将绘本作为学生课外阅读的最主要内容,激发学生对于课外阅读的兴趣,使学生积极主动地进行阅读,养成良好的阅读习惯,从而促进学生核心素养的发展。

(1)不同置信水平β对投标组合的影响

置信水平β分别取0.95和0.98,期望利润约束的下限e取0.1,仿真结果如图(2)所示。

st+1=gt(st,xt),t=1,2,…,k

(2)期望利润空间的改变对投标组合的影响

从公式(12)~(24)可以看出,水电在上网竞价过程中面临大量的风险:期望利润下限e的高低,置信水平的大小,发电商对风险的厌恶程度;年总发电量G的变化,水电的单位发电成本c价格变动,因来水不确定带来的q(t)和w(t)入库流量和弃水量的变化等。目标函数可以描述为:考虑水电发电竞价的各种不确定性,在给定置信水平和期望利润下获得最优结果。

期望利润的值不能取太低或太高。当取值太低时,发电商将会降低分配电量在市场波动大的日前市场,从而获得保守的利润降低风险;当取值太高时不收敛,说明不能片面避免损失或片面追逐高额利润而应二者兼顾。

2 不同置信水平下丰平枯各时段多市场决策发电量   3 不同期望利润下丰平枯各时段多市场决策发电量

(3)价格波动对投标组合的影响

深入开展养老院服务质量建设专项行动:2018年末,《全国养老院服务质量大检查指南》基础性指标合格率100%。2020年末,基本建立统一的养老服务质量标准和评价体系,形成一批品牌形象突出、服务功能完备、质量水平一流的养老机构。

考虑到电价和水流量的不确定性,电价和水流量的标准差均以一定比例减少,样本数据重新产生,β取0.95,e取0.1,仿真结果如表2所示,决策发电量单位为GWh。

表2 价格变动下的发电量时空分布计算结果

风险因子时段年合同市场月合同市场日前市场实时市场动态风险市场波动大丰期5163.75826.2550.8344.250.463平期3442.5550.8367.2229.50.295枯期2868.75459306191.250.313市场波动小丰期3978612673.2856.80.375平期3182.4489.6538.56685.440.284枯期2784.6428.4471.24599.760.297

电力价格的标准差增加,水电厂将增加发电合同中(电价波动幅度小)的市场份额;随着水流量标准差的增加,通过增大枯水期(来水波动幅度小)的发电量,从而降低市场风险。

仿真结果表明:水电厂在单一时段投标时,由于对负荷和电价的预测偏差产生较大风险。而在多时段决策的情况下,可以增大年合同和月合同的分配比例,同时在短期交易市场获取再次交易的机会,利用市场机制最大限度减少弃水。

5 结语

针对发电商在水电时空分布下的电量分配存在的风险特性,以CVaR为衡量指标对发电商的利润—风险进行量化,建立了在一定期望利润约束条件下各个时段和多个市场的发电量投标组合优化模型。深度分析了不同置信水平、期望利润率、市场价格波动对发电商电量分配策略的影响。仿真结果表明,该模型能够更真实地反映发电商面临的市场风险,并在保证水电系统安全可靠运行的前提下,尽可能地降低发电商电量决策风险。

参考文献

[1] 曾勇红,王锡凡.电力市场下水电厂竞价综述[J].电力自动化设备,2006,26(10):101-106.

[2] 刘嘉佳,刘俊勇,帅 颖,丁 婧.计及动态一致性风险度量的水电短期优化调度[J].中国电机工程学报,2008,28(10):94-99.

在实施风险评估时,将风险分为:可忽略风险、一般风险、较大风险、重大风险4个等级. 针对危险源的风险事件发生可能性构建了相应的评估方法,并与风险事件后果共同构成了泰州大桥运营安全风险评估矩阵. 其中,风险事件发生可能性判定公式如式(1):

[3] 王壬,尚金成,冯旸,等.基于CVaR风险计量指标的发电商投标组合策略及模型[J].电力系统自动化,2005,29(14):5-9.

[4] 王丽杰,张步涵,陶芬.基于风险管理的发电商多时段投标组合策略[J].继电器,2006,34(11):61- 65.

阿东一时答不出,他望着万般委屈的阿里,心里想着应该说些什么呢?要不要告诉他,姆妈已经死了,永远不再回来。但他又不敢。他不知道这话说出来,对于阿里,会有一个什么样的反应。

吴薇
《安徽电气工程职业技术学院学报》2018年第1期文献

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