劉思捷，白楊，陳中飛，宋慧，吳國炳，林少華，蔡秋娜，趙越

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600)

“四個(gè)革命，一個(gè)合作”的能源安全新戰(zhàn)略和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)，推動(dòng)形成了以電力行業(yè)為中心的能源電力產(chǎn)業(yè)鏈，并呈現(xiàn)出智能化、跨行業(yè)融合、開放共享等趨勢(shì)特征[1]。然而，當(dāng)前能源電力產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)鏈條長，橫縱向信息融合度差，風(fēng)險(xiǎn)暗藏且環(huán)環(huán)相扣。以廣東電網(wǎng)為例，一方面，粵港澳大灣區(qū)在電源側(cè)結(jié)構(gòu)趨向清潔化，在負(fù)荷側(cè)空調(diào)負(fù)荷及儲(chǔ)能等逐年增加，電力供需形式整體呈現(xiàn)出高頻次、大幅度動(dòng)態(tài)變化的新特點(diǎn)；另一方面，隨著電力體制改革的加速推進(jìn)，電力市場逐步發(fā)展完善，廣東作為電力市場發(fā)展的排頭兵，面臨諸多電力市場運(yùn)營管理過程中的新風(fēng)險(xiǎn)。廣東雖地處南方電網(wǎng)的負(fù)荷中心、“西電東送”的大受端，但其能源電力供應(yīng)分析的信息仍主要來源于電網(wǎng)內(nèi)部，尚未突破行業(yè)信息壁壘，信息來源單一，此外，在電力供應(yīng)分析預(yù)警過程中主要依靠人工跟蹤、分析、預(yù)測和協(xié)調(diào)，常常需要多次迭代、反復(fù)協(xié)調(diào)，信息整合的效率偏低。廣東省能源電力產(chǎn)業(yè)鏈全鏈條風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測和預(yù)警技術(shù)手段的缺失導(dǎo)致計(jì)劃跟不上變化，風(fēng)險(xiǎn)揭示和預(yù)警發(fā)布被動(dòng)滯后的局面時(shí)有發(fā)生。

預(yù)警理論起源于經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，在第一次石油危機(jī)之后，被美國、日本等西方國家應(yīng)用到能源安全領(lǐng)域的供需預(yù)警，主要包括石油、煤炭、天然氣和電力等方面[2]。能源系統(tǒng)監(jiān)測預(yù)警機(jī)制采用科學(xué)評(píng)價(jià)方法和模型對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)測，在系統(tǒng)危險(xiǎn)發(fā)生之前發(fā)出警報(bào)，從而為國家能源管理部門提供參考，將能源系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)遏制在萌芽狀態(tài)[3]。我國從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行能源電力的預(yù)警理論研究和應(yīng)用，著手建立預(yù)警指標(biāo)體系和預(yù)警模型，重點(diǎn)放在預(yù)警方法的探討上。

早期的能源預(yù)警研究主要聚焦于不同的能源部門[4-7]。文獻(xiàn)[4]綜合考慮國內(nèi)外影響我國石油安全的相關(guān)因素，構(gòu)建衡量石油經(jīng)濟(jì)安全的指標(biāo)體系，并基于實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)我國石油安全現(xiàn)狀和未來形勢(shì)進(jìn)行定量分析。文獻(xiàn)[5]運(yùn)用熵值法、粒子群優(yōu)化算法和支持向量機(jī)模型對(duì)我國石油安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)和多情景預(yù)測，為相關(guān)能源政策的制定提供依據(jù)。文獻(xiàn)[6]分析了現(xiàn)行的煤炭企業(yè)安全運(yùn)行機(jī)制，建立煤炭資源安全的預(yù)警系統(tǒng)。文獻(xiàn)[7]從經(jīng)濟(jì)的角度，分析了煤炭企業(yè)主要財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，并針對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)建立對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制。

在建設(shè)能源多元供應(yīng)體系和能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景下，能源系統(tǒng)的綜合性評(píng)價(jià)體系開始備受關(guān)注。此類研究不僅涵蓋了不同能源子系統(tǒng)運(yùn)行狀況的測度，還將與能源系統(tǒng)相聯(lián)系的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)納入預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)建中[8-10]。文獻(xiàn)[10]首先建立了涵蓋能源的可利用性、可獲得性、可負(fù)擔(dān)性和接受性4個(gè)維度的16個(gè)指標(biāo)組成的能源安全評(píng)級(jí)指標(biāo)體系，并應(yīng)用變異系數(shù)法、熵值法、主成分分析法和層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，對(duì)我國能源安全狀況進(jìn)行量化分析。文獻(xiàn)[11]則進(jìn)一步選取了煤炭、電力、石油和綜合子系統(tǒng)4個(gè)子體統(tǒng)的54個(gè)預(yù)警指標(biāo)構(gòu)建了中國能源預(yù)警指標(biāo)矩陣，并運(yùn)用主成分分析法和二階回歸方法建立中國能源預(yù)警模型，對(duì)中國能源的安全狀況進(jìn)行了測度。文獻(xiàn)[12]建立了涵蓋能源安全的災(zāi)變、效益、供需、環(huán)保、效率的能源安全監(jiān)測系統(tǒng)。

上述研究主要從能源供應(yīng)側(cè)出發(fā)進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)警，隨后學(xué)者又跟進(jìn)了能源需求側(cè)的技術(shù)、管理和政策等因素指標(biāo)的研究。文獻(xiàn)[13]提出一種基于主客觀權(quán)重分配方法，引入平衡評(píng)分矩陣，從多個(gè)競爭維度評(píng)估國家能源安全。文獻(xiàn)[14]以最小預(yù)測誤差平方和為目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合灰色理論及反向傳播(back propagation，BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合模型權(quán)重系數(shù)，運(yùn)用組合預(yù)測模型提高對(duì)能源需求預(yù)測的精度。文獻(xiàn)[15]則以區(qū)域能源安全外生警源為研究對(duì)象，通過對(duì)區(qū)域能源安全事件案例收集及整理，構(gòu)建能源安全外生警源預(yù)警指標(biāo)和數(shù)據(jù)集，設(shè)計(jì)區(qū)域能源安全外生警源分級(jí)預(yù)警的FI-GA-NN模型。

在電力預(yù)警方面，文獻(xiàn)[16]構(gòu)建了一種能源互聯(lián)網(wǎng)下的中長期電力需求預(yù)警理論框架，提出基于內(nèi)因分析和基于外因分析的中長期電力需求預(yù)警方法。文獻(xiàn)[17]從需求預(yù)測預(yù)警目標(biāo)出發(fā)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測技術(shù)對(duì)華中區(qū)域中長期電力負(fù)荷增長進(jìn)行預(yù)測，并以此建立電力需求側(cè)預(yù)警的指標(biāo)。文獻(xiàn)[18]以電網(wǎng)公司的視角，從購電側(cè)、輸配電側(cè)、售電側(cè)3個(gè)環(huán)節(jié)，建立電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)度量和預(yù)警模型。文獻(xiàn)[19]基于電力與信息深度融合的能源互聯(lián)發(fā)展背景，從宏觀和微觀角度構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型和風(fēng)險(xiǎn)傳遞路徑模型，提出風(fēng)險(xiǎn)體系關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因子的辨識(shí)和篩選方法，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行分析。

綜上所述，已有的研究主要集中于區(qū)域、全國乃至國際范圍內(nèi)的能源安全供需預(yù)警，評(píng)價(jià)視角較為宏觀，預(yù)警評(píng)價(jià)指標(biāo)體系趨于成熟。此外，針對(duì)能源的專門部門如煤炭、石油、天然氣和電力等行業(yè)的預(yù)警方法已經(jīng)取得一定的研究成果。但一方面我國各省在氣候情況、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)建設(shè)、市場化程度、能源供應(yīng)能力等方面存在較大的差異，而地區(qū)性的、短期的能源電力產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險(xiǎn)難以在全國層面的能源中長期預(yù)警系統(tǒng)中顯現(xiàn)。另一方面，能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，以電力行業(yè)為核心的能源電力產(chǎn)業(yè)鏈逐漸成形。現(xiàn)有的研究尚未建立以能源電力產(chǎn)業(yè)鏈為視角，監(jiān)測一次能源供應(yīng)、電力市場風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)供需平衡等能源電力產(chǎn)業(yè)鏈全環(huán)節(jié)的預(yù)警體系。因此，研究適用于能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的區(qū)域能源電力產(chǎn)業(yè)鏈短期監(jiān)測預(yù)警方法具有重要的意義。

本文以廣東能源電力產(chǎn)業(yè)鏈為研究對(duì)象，首先介紹能源電力產(chǎn)業(yè)鏈預(yù)警的內(nèi)涵、方法和目的，提出能源電力產(chǎn)業(yè)鏈預(yù)警指標(biāo)體系原則和一般過程。然后，考慮能源互聯(lián)網(wǎng)和電力市場化發(fā)展背景，建立能源電力產(chǎn)業(yè)鏈全環(huán)節(jié)監(jiān)測與預(yù)警指標(biāo)體系，包含一次能源供應(yīng)預(yù)警、電力系統(tǒng)供需平衡預(yù)警、電力市場風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。最后，對(duì)能源電力產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險(xiǎn)防控措施進(jìn)行探討并提出建議。

1 能源電力產(chǎn)業(yè)鏈預(yù)警基本方法

1.1 內(nèi)涵、目的和方法

預(yù)警的本質(zhì)是對(duì)系統(tǒng)未來可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和危害進(jìn)行預(yù)測和警示，是安全界定與預(yù)測工作的延伸。短期預(yù)警一般指從季度、月度到實(shí)時(shí)監(jiān)測的范圍，監(jiān)測性預(yù)警也屬于短期預(yù)警的范疇，它與宏觀經(jīng)濟(jì)指數(shù)關(guān)聯(lián)較小。

從電力能源的流向路徑看，能源電力產(chǎn)業(yè)鏈包含一次能源供應(yīng)、發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)；從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，包括天然氣供應(yīng)商、煤炭供應(yīng)商、發(fā)電公司、電網(wǎng)公司、售電公司和用戶等不同主體。能源電力產(chǎn)業(yè)鏈短期預(yù)警的目的是在未來較短一段時(shí)間內(nèi)，監(jiān)測影響產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)、交易、運(yùn)輸和消費(fèi)等環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，確保產(chǎn)業(yè)鏈不會(huì)出現(xiàn)短期的供需緊張和交易異常，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

能源電力產(chǎn)業(yè)鏈預(yù)警的基本方法是分析電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一次能源供應(yīng)不足風(fēng)險(xiǎn)、電力傳輸環(huán)節(jié)的電力供需平衡風(fēng)險(xiǎn)、電力銷售環(huán)節(jié)的電力市場風(fēng)險(xiǎn)，通過建立一套能夠科學(xué)、合理、敏感地反映能源電力產(chǎn)業(yè)鏈在電力生產(chǎn)、傳輸、銷售各環(huán)節(jié)失衡的預(yù)警指標(biāo)體系，對(duì)未來一段時(shí)期影響產(chǎn)業(yè)鏈安全的全環(huán)節(jié)因素進(jìn)行分析，并根據(jù)指標(biāo)計(jì)算確定相應(yīng)的預(yù)警等級(jí)，發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

1.2 能源電力產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)測與預(yù)警的一般過程

與經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的預(yù)警理論類似，能源電力產(chǎn)業(yè)鏈預(yù)警也包括尋找警源、分析警兆、確定警情、預(yù)報(bào)警度4個(gè)基本要素，其相互之間的關(guān)系如圖1所示。

由圖1可以看出4個(gè)要素之間存在十分緊密的邏輯關(guān)系，警源是警情發(fā)生的根源，警兆是警情判斷的根據(jù)，警情是預(yù)警的根本，并依據(jù)警度進(jìn)行級(jí)別劃分，尋找對(duì)應(yīng)的排警措施。預(yù)警方法與系統(tǒng)開發(fā)的一般過程如圖2所示。

圖1 能源電力產(chǎn)業(yè)鏈預(yù)警4個(gè)要素之間的關(guān)系

圖2 預(yù)警方法與系統(tǒng)開發(fā)的一般過程

1.3 建立預(yù)警指標(biāo)體系的原則

系統(tǒng)地構(gòu)建預(yù)警指標(biāo)體系應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：

a)科學(xué)性原則。指標(biāo)體系的建立需要遵循一定的方法論，科學(xué)地設(shè)計(jì)指標(biāo)體系框架和指標(biāo)層次，使其能夠客觀反映影響電力產(chǎn)業(yè)鏈安全的各因素及其相互之間的內(nèi)在聯(lián)系，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)電力產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)行狀況及發(fā)展趨勢(shì)。

b)靈敏性原則。所選擇指標(biāo)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地反映能源電力產(chǎn)業(yè)鏈安全的變化，起到警報(bào)器的作用。

c)動(dòng)態(tài)性原則。根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)、政策變化、電網(wǎng)規(guī)劃、電力市場發(fā)展動(dòng)態(tài)地進(jìn)行分析監(jiān)測。

d)易得性原則。選取的指標(biāo)必須能夠及時(shí)獲取，真實(shí)可靠，預(yù)報(bào)的信號(hào)應(yīng)明確，判斷要簡單，直觀實(shí)用。

2 預(yù)警指標(biāo)體系和模型建立

2.1 一次能源供應(yīng)不足預(yù)警模型

一次能源供應(yīng)不足是能源電力產(chǎn)業(yè)鏈中最常見的風(fēng)險(xiǎn)，本節(jié)主要研究單一液化天然氣(liquefied natural gas，LNG)接收站、燃?xì)怆姀S、燃煤電廠的能源供應(yīng)預(yù)警模型并基于廣東省上述預(yù)警項(xiàng)的情況，建立全省天然氣與電煤供應(yīng)不足預(yù)警模型。

2.1.1 LNG接收站供應(yīng)不足預(yù)警

LNG接收站的庫存量直接反映LNG接收站供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，LNG接收站進(jìn)氣計(jì)劃的執(zhí)行準(zhǔn)確度、日供氣能力的裕度也會(huì)影響LNG接收站的可靠供應(yīng)。因此，選取每日庫存可用天數(shù)、進(jìn)氣飽和度、供氣負(fù)荷度3個(gè)指標(biāo)描述LNG接收站供應(yīng)不足的情況。

2.1.1.1 庫存可用天數(shù)

(1)

2.1.1.2 月進(jìn)氣飽和度

進(jìn)氣飽和度以前一月的實(shí)際進(jìn)氣量與計(jì)劃進(jìn)氣量的占比反映LNG接收站進(jìn)氣計(jì)劃的偏離程度，偏離程度越大，進(jìn)氣飽和度越低。第n月進(jìn)氣飽和度

(2)

2.1.1.3 供氣負(fù)荷度

供氣負(fù)荷度為計(jì)劃供氣量和LNG接收站供氣能力的比值，反映了LNG接收站的負(fù)荷程度，供氣負(fù)荷度越高，LNG接收站供氣余量越少。LNG接收站供氣負(fù)荷度

(3)

2.1.1.4 LNG接收站供應(yīng)不足三級(jí)預(yù)警

表1 LNG接收站庫存不足三級(jí)警度劃分

2.1.2 燃?xì)怆姀S燃料供應(yīng)不足預(yù)警

因大多數(shù)燃?xì)怆姀S無儲(chǔ)氣設(shè)備，燃?xì)怆姀S的燃料供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)主要以供氣商簽訂中長期供氣合約的方式予以規(guī)避。中長期合約氣量越大，燃?xì)怆姀S燃料供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn)就越小。在燃?xì)怆姀S燃料供應(yīng)不足的短期預(yù)警范圍內(nèi)，可采用月度合同氣量覆蓋率指標(biāo)，來反映燃?xì)怆姀S簽訂年度、月度供氣合同規(guī)避燃料不足風(fēng)險(xiǎn)的程度。

針對(duì)每個(gè)燃?xì)怆姀S，每月計(jì)算月度合同氣量覆蓋率

(4)

非現(xiàn)貨環(huán)境下，燃?xì)怆姀S的月度發(fā)電量可由電力調(diào)度機(jī)構(gòu)根據(jù)電廠簽訂的電力合約確定。而現(xiàn)貨環(huán)境下，燃?xì)怆姀S的發(fā)電量與電力現(xiàn)貨市場實(shí)際緊密相關(guān)，較難預(yù)估電廠的月發(fā)電量。因此非現(xiàn)貨環(huán)境下Qj采用當(dāng)月調(diào)度計(jì)劃發(fā)電量，現(xiàn)貨環(huán)境下Qj采用上月燃?xì)怆姀S發(fā)電量。

(5)

2.1.3 燃煤電廠燃料供應(yīng)不足預(yù)警

燃煤電廠存煤量直接反映燃煤電廠燃料供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，因此燃煤電廠的存煤可用天數(shù)可有效衡量燃煤電廠短期內(nèi)供應(yīng)充足與否，此外燃煤電廠短期供應(yīng)不足預(yù)警還需要考慮燃煤電廠的燃燒煤種、資源礦點(diǎn)、運(yùn)輸方式等因素。每日計(jì)算存煤可用天數(shù)

(6)

圖3 燃煤電廠供應(yīng)不足三級(jí)警度判斷樹

2.1.4 全省一次能源供應(yīng)不足預(yù)警

全省一次能源供應(yīng)包括天然氣和電煤的供應(yīng)，其庫存量是反映供應(yīng)不足風(fēng)險(xiǎn)的主要指標(biāo)。因此，可通過庫存可用天數(shù)來評(píng)估天然氣和電煤供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4.1 全省天然氣供應(yīng)不足預(yù)警

全省天然氣第t日的庫存可用天數(shù)

(7)

(8)

滿足三級(jí)報(bào)警比例限制的數(shù)量

(9)

(10)

2.1.4.2 全省電煤供應(yīng)不足預(yù)警

(11)

全省第t日預(yù)警值為Z的燃煤電廠比例

(12)

(13)

表2 全省電煤供應(yīng)不足三級(jí)警度劃分

2.2 電力系統(tǒng)平衡預(yù)警模型

電力系統(tǒng)平衡是電網(wǎng)最重要的預(yù)警對(duì)象。電力系統(tǒng)的中長期平衡預(yù)警主要考慮長期、宏觀的因素(電力消費(fèi)增長率、電網(wǎng)規(guī)劃輸送容量、裝機(jī)容量增長率等)。這些指標(biāo)難以對(duì)短期、區(qū)域電力系統(tǒng)平衡進(jìn)行監(jiān)測與預(yù)警。因此，本文提出使用電力供需平衡指數(shù)與電力供需平衡趨勢(shì)指數(shù)，分別從靜態(tài)與動(dòng)態(tài)2個(gè)方面對(duì)廣東省當(dāng)前時(shí)段(短期)電力的實(shí)際供需平衡情況進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警。

2.2.1 電力供需平衡指數(shù)

電力供需平衡指數(shù)能夠表示當(dāng)前時(shí)段電力供需狀況?？紤]“西電東送”、粵港聯(lián)絡(luò)線、本地機(jī)組的計(jì)劃檢修、網(wǎng)絡(luò)受限和備用容量，計(jì)算全省當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的電力供需平衡指數(shù)

(14)

(15)

電力供需平衡指數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警閾值需根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)需求響應(yīng)能力、失負(fù)荷成本和安全裕度要求設(shè)置。電網(wǎng)需求響應(yīng)能力越弱、失負(fù)荷成本越高、電網(wǎng)對(duì)電力供需平衡安全裕度要求越高，則各級(jí)預(yù)警的閾值設(shè)計(jì)值也越大。

簡單構(gòu)建預(yù)警示例，電力供需平衡三級(jí)警度劃分為：

(16)

式中WPB為當(dāng)前時(shí)段電力供需平衡的預(yù)警值，數(shù)值1、2、3分別對(duì)應(yīng)白色預(yù)警、黃色預(yù)警和紅色預(yù)警。

電力供需平衡指數(shù)λPB小于1表示已存在電力供應(yīng)缺口。式(16)中λPB表示電網(wǎng)中一般企業(yè)、較重要企業(yè)的錯(cuò)峰能力及需求響應(yīng)能力分別為負(fù)荷需求的5%、10%，若電力供應(yīng)缺口大于負(fù)荷需求的10%，則需讓重要企業(yè)也進(jìn)入錯(cuò)峰用電狀態(tài)，造成的損失嚴(yán)重。

2.2.2 電力供需平衡趨勢(shì)指數(shù)

當(dāng)用電需求經(jīng)過一段時(shí)間的增長，電力供應(yīng)也需要增加，二者比例達(dá)到一定程度時(shí)，才能維持原電力供需平衡。λPB僅能夠反映當(dāng)前時(shí)段內(nèi)電網(wǎng)的電力供需平衡情況，是一個(gè)靜態(tài)指標(biāo)，無法反映電力供需平衡變化趨勢(shì)。

考慮到指標(biāo)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和易得性原則，本文用現(xiàn)時(shí)段電力供應(yīng)與用電需求之比來表征現(xiàn)階段的電力供需情況，用上一時(shí)段電力供應(yīng)與用電需求之比來表征原有的電力供應(yīng)情況，再將二者的比值定義為反映電力供需變化趨勢(shì)的電力供需平衡趨勢(shì)指數(shù)δt，即

(17)

當(dāng)λPB≥1時(shí)，δt可從電力供需發(fā)展趨勢(shì)角度發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。一般在λPB為1.1或1.2(認(rèn)為電力供需平衡指標(biāo)大于1.1或1.2的話，電力供需風(fēng)險(xiǎn)較小)以內(nèi)時(shí)，采用δt作為電力供需平衡指數(shù)預(yù)警方式的補(bǔ)充。當(dāng)1≤λPB<1.1時(shí)，對(duì)δt進(jìn)行三級(jí)警度劃分：

(18)

2.3 電力市場風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

電力市場風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在電力市場價(jià)格異常、市場競爭不公平導(dǎo)致市場秩序被擾亂。而市場力是市場競爭公平性、市場秩序的重要表征。電力市場短期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和管理可從市場力風(fēng)險(xiǎn)和價(jià)格波動(dòng)預(yù)警著手。

2.3.1 市場力風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

發(fā)電商為了使自己受益，采用非經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方式制造輸電阻塞，或在市場結(jié)構(gòu)存在缺陷、輸電阻塞等情況下，利用自身在電網(wǎng)不可或缺的地位優(yōu)勢(shì)抬高報(bào)價(jià)，造成短時(shí)間內(nèi)市場出清價(jià)格較大地偏離正常價(jià)格的過程，即為市場力的行使。行使市場力將直接導(dǎo)致電價(jià)升高、電價(jià)尖峰甚至電力危機(jī)。市場結(jié)構(gòu)問題在短期內(nèi)無法解決，從市場結(jié)構(gòu)角度設(shè)計(jì)指標(biāo)將使短期預(yù)警的靈敏性下降。因此，本文從市場行為的角度出發(fā)選取以下3個(gè)指標(biāo)研究能源電力產(chǎn)業(yè)鏈的短期預(yù)警。

2.3.1.1 發(fā)電商申報(bào)容量持留率

市場行為最直接的表現(xiàn)是發(fā)電商的價(jià)格-容量申報(bào)。當(dāng)發(fā)電商的容量申報(bào)價(jià)格高于市場邊際價(jià)格一定程度時(shí)，可認(rèn)為發(fā)電商對(duì)該部分容量行使了容量持留。發(fā)電商l申報(bào)容量持留率Ml﹝式(19)﹞反映發(fā)電商對(duì)可發(fā)電容量的保留比例，該指標(biāo)值越高表示發(fā)電商進(jìn)行市場投機(jī)、抬高市場價(jià)格的風(fēng)險(xiǎn)性越大。

(19)

式中：Qcl為發(fā)電商l的可發(fā)電容量；Qbl為發(fā)電商l在電力市場中的實(shí)際申報(bào)容量?？鄢龣C(jī)組檢修計(jì)劃等因素，發(fā)電商的申報(bào)持留率越高，發(fā)電商限量抬價(jià)的意圖越明顯。

2.3.1.2 高價(jià)申報(bào)率

(20)

(21)

2.3.1.3 高價(jià)閾值到達(dá)率

(22)

綜合考慮申報(bào)容量持留度、高價(jià)申報(bào)率、高價(jià)閾值到達(dá)率這3項(xiàng)指標(biāo)，設(shè)置市場力風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警值WMP，簡單構(gòu)建預(yù)警示例，三級(jí)警度劃分見表3。當(dāng)WMP=3，警度為紅色預(yù)警；當(dāng)WMP=2，警度為黃色預(yù)警；當(dāng)WMP=1，警度為白色預(yù)警。每個(gè)預(yù)警級(jí)別下的判斷條件為“或”關(guān)系，即只需滿足其中一個(gè)條件即可預(yù)警。

表3 電力市場力風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警三級(jí)警度劃分

市場力預(yù)警閾值需在電力市場實(shí)際運(yùn)行中以預(yù)警結(jié)果與風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果匹配為原則，逐步完善設(shè)置的閾值。初步設(shè)置指標(biāo)閾值時(shí)，可參考以下方法：測算發(fā)電企業(yè)正常最大可發(fā)電容量之和與統(tǒng)調(diào)負(fù)荷的差值，并計(jì)算其與發(fā)電企業(yè)正常最大可發(fā)電容量之和的比值。該比值越小，發(fā)電商申報(bào)容量持留率各級(jí)預(yù)警的閾值設(shè)計(jì)值也應(yīng)越小，且申報(bào)容量持留率最高級(jí)別預(yù)警的閾值應(yīng)小于該比值。

高價(jià)申報(bào)率和高價(jià)閾值到達(dá)率的預(yù)警閾值依據(jù)市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)對(duì)市場力的防范機(jī)制(如“三寡頭”測試、行為測試、影響力測試等機(jī)制)的完善性確定。市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)對(duì)市場力的防范機(jī)制越完善，則市場對(duì)發(fā)電企業(yè)申報(bào)行為造成的風(fēng)險(xiǎn)越有抵御能力，這2類預(yù)警閾值也可設(shè)計(jì)得越高。

2.3.2 價(jià)格波動(dòng)預(yù)警

電力價(jià)格的波動(dòng)主要受一次能源價(jià)格、電力負(fù)荷、線路阻塞情況、發(fā)電商報(bào)價(jià)策略的影響[20]。而各因素對(duì)電力價(jià)格的影響反映到能源電力產(chǎn)業(yè)鏈終端電力價(jià)格上需要時(shí)間，可挖掘電力價(jià)格波動(dòng)特征提前發(fā)現(xiàn)電力市場風(fēng)險(xiǎn)。電力價(jià)格波動(dòng)在市場上最直觀的表現(xiàn)就是電力價(jià)格波動(dòng)的上漲幅度、時(shí)間和空間3個(gè)方面，其中上漲幅度是比較敏感的指標(biāo)。從短期預(yù)警來看，價(jià)格波動(dòng)監(jiān)測主要包括電價(jià)上漲幅度、電價(jià)波動(dòng)范圍和電價(jià)上漲持續(xù)時(shí)間3個(gè)指標(biāo)。

2.3.2.1 電價(jià)上漲幅度

電價(jià)上漲幅度反映電價(jià)上漲波動(dòng)的程度，上漲幅度越大，則越容易且越快造成市場風(fēng)險(xiǎn)。從短期預(yù)警的角度出發(fā)，定義電價(jià)上漲幅度

(23)

2.3.2.2 電價(jià)波動(dòng)范圍

電價(jià)波動(dòng)范圍反映電力供需緊張、電力阻塞程度等影響的用戶范圍，影響范圍越大，可能造成的市場風(fēng)險(xiǎn)也越大。目前，國內(nèi)多數(shù)電力市場用戶側(cè)采用分區(qū)電價(jià)機(jī)制或節(jié)點(diǎn)電價(jià)機(jī)制，但電價(jià)波動(dòng)范圍的監(jiān)測在未來電力現(xiàn)貨市場預(yù)警中有十分重要的意義。定義電價(jià)波動(dòng)范圍指標(biāo)

(24)

式中：awarning為發(fā)生電價(jià)上漲預(yù)警的監(jiān)測區(qū)域/節(jié)點(diǎn)數(shù)量；aall為所有監(jiān)測區(qū)域/節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

2.3.2.3 電價(jià)上漲持續(xù)時(shí)間

電價(jià)上漲持續(xù)時(shí)間在時(shí)間維度反映電價(jià)上漲的程度，長時(shí)間的電價(jià)上漲意味著電力產(chǎn)業(yè)鏈中其他環(huán)節(jié)的供需與運(yùn)行狀況出現(xiàn)了問題。從短期預(yù)警的角度看，可根據(jù)大數(shù)據(jù)分析，確定電價(jià)上漲幅度在某個(gè)范圍f的持續(xù)時(shí)間Tf的預(yù)警閾值，如規(guī)定夏季空調(diào)負(fù)荷或冬季取暖負(fù)荷的持續(xù)增長等帶來的電價(jià)上漲幅度為5%，持續(xù)時(shí)間在3日之內(nèi)屬于正常范圍；在3日至1周屬于短時(shí)間波動(dòng)，觸發(fā)白色預(yù)警；1～3周以內(nèi)為中時(shí)間波動(dòng)，觸發(fā)黃色預(yù)警；超過3周屬于長時(shí)間波動(dòng)，觸發(fā)紅色預(yù)警。

綜合考慮電價(jià)上漲幅度、電價(jià)波動(dòng)范圍和波動(dòng)時(shí)間，設(shè)置價(jià)格波動(dòng)預(yù)警值Wp，簡單構(gòu)建預(yù)警示例，三級(jí)警度劃分見表4。當(dāng)Wp=3，警度為紅色預(yù)警；當(dāng)Wp=2，警度為黃色預(yù)警；當(dāng)Wp=1，警度為白色預(yù)警。每個(gè)預(yù)警級(jí)別下的判斷條件為“或”關(guān)系，即只需滿足其中一個(gè)條件即可預(yù)警。

表4 價(jià)格波動(dòng)預(yù)警三級(jí)警度劃分

基于歷史電價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，得到這3個(gè)指標(biāo)在不同風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的波動(dòng)范圍，并計(jì)算其在同一風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別下的平均值，以此為參考設(shè)計(jì)電價(jià)上漲幅度、電價(jià)波動(dòng)范圍和波動(dòng)時(shí)間的預(yù)警閾值。

3 能源電力產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險(xiǎn)防控措施與建議

根據(jù)上述能源電力產(chǎn)業(yè)鏈短期全環(huán)節(jié)監(jiān)測與預(yù)警結(jié)果，各環(huán)節(jié)主體應(yīng)積極采取措施防微杜漸，防范、化解或控制相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

a)全面整合數(shù)據(jù)渠道。能源電力產(chǎn)業(yè)鏈全環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與預(yù)警的關(guān)鍵在于能否打通主體、行業(yè)、區(qū)域間的信息壁壘，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈上下游不同行業(yè)、不同區(qū)域、不同層次之間的信息數(shù)據(jù)融合交互機(jī)制，需要能源主管部門出臺(tái)相關(guān)政策，建立政府、能源企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、用戶協(xié)調(diào)參與的能源電力產(chǎn)業(yè)鏈安全防范和協(xié)調(diào)體系，加強(qiáng)政府、電力調(diào)度、電力交易等不同機(jī)構(gòu)間在關(guān)鍵環(huán)節(jié)監(jiān)測、預(yù)警與防控方面的合作。

b)制訂不同時(shí)間尺度的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法。本文主要從短期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的角度提出能源產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法。短期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)感知的靈敏度較高，但一般發(fā)生短期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警即說明風(fēng)險(xiǎn)已傳導(dǎo)至電力終端，情況比較緊急，要求采取快速響應(yīng)措施。而中長期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警可提早較長時(shí)間發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，為風(fēng)險(xiǎn)防范提供預(yù)留更多的時(shí)間。因此，需有效結(jié)合中長期、短期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法，保證風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警靈敏度、準(zhǔn)確性的同時(shí)，提供更多的風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)時(shí)間。

c)各環(huán)節(jié)根據(jù)不同程度的警情制訂不同情況下的預(yù)警處理方案。如電煤供應(yīng)出現(xiàn)問題，應(yīng)敦促、協(xié)調(diào)火電廠煤炭采購、運(yùn)輸；如天然氣供應(yīng)出現(xiàn)問題，應(yīng)增大各氣源進(jìn)氣量、管輸量，調(diào)動(dòng)儲(chǔ)備氣源；如出現(xiàn)電網(wǎng)供需失衡和偏緊狀態(tài)，應(yīng)積極尋求外網(wǎng)電力支援并實(shí)施大用戶需求側(cè)管理；如出現(xiàn)市場操縱等違規(guī)行為，監(jiān)管部門應(yīng)采取措施及時(shí)進(jìn)行調(diào)控和處罰，確保市場有效競爭。

d)利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行能源電力產(chǎn)業(yè)鏈全環(huán)節(jié)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素的辨識(shí)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警關(guān)聯(lián)分析，快速鎖定警源，并根據(jù)警源執(zhí)行排警措施。例如，引發(fā)電力供需平衡預(yù)警的原因有很多，如網(wǎng)絡(luò)阻塞、電力負(fù)荷陡增或發(fā)電供應(yīng)不足，若部分燃煤電廠或燃?xì)怆姀S同時(shí)發(fā)生供應(yīng)不足預(yù)警，則能夠鎖定警情的來源，及時(shí)排警。

4 結(jié)束語

本文提出一種能源電力產(chǎn)業(yè)鏈短期預(yù)警方法，能夠監(jiān)測并預(yù)警包括一次能源供應(yīng)、電力系統(tǒng)供需平衡和電力市場風(fēng)險(xiǎn)等產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)。所建立的全環(huán)節(jié)預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)成一張多層次的預(yù)警網(wǎng)絡(luò)：一方面，自下而上地監(jiān)測與層層預(yù)警，防止能源電力產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最后發(fā)展為災(zāi)害；另一方面，自上而下地通過各環(huán)節(jié)指標(biāo)關(guān)聯(lián)分析快速鎖定警源，排除警情。