CN111523703A - 一种电力系统碳排放风险控制优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力系统碳排放风险控制优化方法，本发明采用条件风险价值CVaR的风险计量指标，分别构建一定的组合收益期望水平约束下基于风险最小化的风险控制优化模型，以及在一定的CVaR风险水平约束下基于收益最大化建立的风险控制优化模型，并设置相应的置信度参数和风险水平参数，获得两种模型下的风险计量值，并根据风险计量值选取最优的碳排放风险防控措施，从而实现电力系统碳排放的风险最小化，降低电力公司的碳排放风险，提高收益率。

Description

一种电力系统碳排放风险控制优化方法

技术领域

本发明涉及电力风险控制技术领域，特别是一种电力系统碳排放风险控制优化方法。

背景技术

随着电力市场改革的不断深入，和外部环境的变化，政策的调整等，电力系统排放风险系统中内外部因素必然面临调整和变化，各种风险之间的关系也具有动态性，这就意味着国网公司风险系统模型本身也是动态的，应随着环境的变化而不断调整。对于输电投资风险的计量与控制模型研究也应该考虑时间性和动态性，即在各种市场化和非市场化的因素变动条件下考虑风险的计量与控制问题，这需要进一步对模型进行扩展和深入分析。

风险控制方法通常分为定性和定量两类，其中风险控制的定量化方法的前提是对风险进行有效的计量。而VaR方法就是风险计量方法中应用最为广泛的，但VaR方法在实际应用中仍然存在缺陷，例如缺乏次可加性以及不满足一致性公理，和当且仅当投资组合的收益服从正太分布时，才能将其用于投资组合优化问题。为了克服VaR方法所存在的缺陷，Roekafeller和uryasev基于条件风险价值CVaR提出了新的风险计量方法，而CVaR比之于VaR则更能体现出投资组合的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力系统碳排放风险控制优化方法，旨在解决现有技术中采用VaR方法在电力系统实际应用中缺乏可次加性以及不满足一致性的问题，实现降低电力公司的碳排放风险，提高收益率。

为达到上述技术目的，本发明提供了一种电力系统碳排放风险控制优化方法，所述方法包括以下操作：

以CVaR作为风险计量指标，构建在一定的组合收益期望水平约束下基于风险最小化的风险控制优化模型；

以CVaR作为风险计量指标，构建在一定的CVaR风险水平约束下基于收益最大化建立的风险控制优化模型；

通过所需置信度以及风险水平参数的设置，分别对两种模型进行计算，根据风险计量值CVaR值选取最优的碳排放风险防控措施。

优选地，所述基于风险最小化的风险控制优化模型具体为：

其中，z_k(k＝1,2,...J)为虚拟变量，β为置信度，a1,a2,…,aJ为a的J组样本值；b1,b2,…,bJ为b的J组样本值；H1,H2,…,HJ为H的J组样本值；α为一定置信水平和风险水平下的VaR值。

优选地，所述基于收益最大化建立的风险控制优化模型具体为：

其中，z_k(k＝1,2,...J)为虚拟变量，ω为风险水平，β为置信度，a1,a2,…,aJ为a的J组样本值；b1,b2,…,bJ为b的J组样本值；H1,H2,…,HJ为H的J组样本值；α为一定置信水平和风险水平下的VaR值。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

与现有技术相比，本发明采用条件风险价值CVaR的风险计量指标，分别构建一定的组合收益期望水平约束下基于风险最小化的风险控制优化模型，以及在一定的CVaR风险水平约束下基于收益最大化建立的风险控制优化模型，并设置相应的置信度参数和风险水平参数，获得两种模型下的风险计量值，并根据风险计量值选取最优的碳排放风险防控措施，从而实现电力系统碳排放的风险最小化，降低电力公司的碳排放风险，提高收益率。

附图说明

图1为本发明实施例中所提供的一种电力系统碳排放风险控制优化方法流程图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

下面结合附图对本发明实施例所提供的一种电力系统碳排放风险控制优化方法进行详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种电力系统碳排放风险控制优化方法，所述方法包括以下操作：

以CVaR作为风险计量指标，构建在一定的组合收益期望水平约束下基于风险最小化的风险控制优化模型；

以CVaR作为风险计量指标，构建在一定的CVaR风险水平约束下基于收益最大化建立的风险控制优化模型；

通过所需置信度以及风险水平参数的设置，分别对两种模型进行计算，根据风险计量值选取最优的碳排放风险防控措施。

设电力系统碳排放面临M类风险因素，每类风险又由N个子风险因素，各子风险的分配比例可描述为：

单位投资组合成本函数可表示为：

单位投资组合收益函数可表示为：

单位投资组合损失函数可表示为：

以CVaR作为风险计量指标，其所面临的风险大小可以通过计算电网企业不同投资组合的VaR和CvaR值来度量和刻画。利用CVaR的等价函数F_β(x,α)表示的风险值CVaR的计算公式为：

式中，a1,a2,…,aJ为a的J组样本值；b1,b2,…,bJ为b的J组样本值；H1,H2,…,HJ为H的J组样本值；α为一定置信水平和风险水平下的VaR值。

在以技术风险、经济风险、环境风险以及信用风险作为风险因素条件下，对其所带来的综合风险进行计算，并且分别以风险最小化以及收益最大化作为决策准则，建立电力系统碳排放风险控制优化模型。

基于风险最小化建立的电力系统碳排放风险控制优化模型如下：

通过使用虚拟变量z_k(k＝1,2,...J)，将风险值CVaR的计算公式转为以下形式：

在此基础上，对发电企业在一定的组合收益期望水平约束下，基于风险最小化的发电企业风险控制优化模型进行计算，结果如下：

式中，发电项目单位投资组合的收益函数，是投资者期望的投资组合的收益水平。

基于收益最大化建立的电力系统碳排放风险控制优化模型如下：

根据单位投资组合收益函数可得到企业单位投资组合收益期望函数为：

根据该函数可计算在一定的CVaR风险水平约束下，基于收益最大化建立的发电企业风险控制优化模型为：

式中，ω表示允许的风险水平。

根据电力系统碳排放风险控制优化模型进行优化计算，给出置信度β，允许的风险水平ω，可供选择的资产数M以及样本情景数J。针对目前我国碳交易市场发展水平，不同的碳减排方式以及碳交易产品往往具有不同的收益率随机变化特性。基于当前的政策环境和市场状况，假设持有期、交易期、交易价格为确定数，假设碳减排成本、交易成本为随机数，在估算各个参数的方差和均值的基础上，通过excel表格按照正太分布随机产生100个样本值，作为模型输入。

假设电网预计未来一年碳排放量为50000吨，履约碳减排量为5000吨，为实现履约，可通过投资碳减排项目和市场交易购买碳排放权两种途径，如表1所示：

表1

情景分析	情景内容
		情形一	全部通过市场交易购买履约，购买5000吨，成交单价取历史均价。
情形二	全部通过投资项目履约，直接履约5000吨碳减排量。

在情形一中，通过市场交易购买的资产为碳配额或CCER项目，情形二中通过CCER项目履约。以某地过去一年的交易数据作为参数取值依据，如表2：

表2

采用上述数据，基于收益最大化和风险最小化的两个电力系统碳排放风险控制优化模型，应用Lingo软件对两个模型进行计算得到两种情形下碳减排投资成本分配比例以及VaR、CVaR值，表3为风险水平下的投资分配比例及VaR和CVaR值，表4为一定收益水平下的投资分配比例及VaR和CVaR值。

表3

对计算结果进行分析，风险水平ω反应了发电公司所期望控制的最大损失额度，当ω取值较低以及风险约束水平较低时，电网公司应以市场交易为主进行碳排放风险控制，气候随着风险水平增加，应通过投资碳减排项目，以使碳减排组合收益最大。β是投资者风险厌恶程度的指标，在其他条件不变的情况下，如果β增高则碳减排项目投资比例将增加，说明电网公司风险厌恶程度增大，其选择区域收益低但风险也低的投资决策。

表4：

对计算结果进行分析，随着收入约束水平的增加，发电企业逐渐增加高收益、高风险项目投资，投资组合风险水平也随之上升。置信水平β会使投资比例、整体投资风险水平产生变化，但是变化程度很小，提高置信水平，投资者会相应减少低风险低收益项目投资，增加高风险高收益项目投资。因此，在基于收益最大化的电力系统碳排放风险控制优化模型中，置信水平β提高之后，投资者会倾向于收益更高的投资项目。

本发明实施例采用条件风险价值CVaR的风险计量指标，分别构建一定的组合收益期望水平约束下基于风险最小化的风险控制优化模型，以及在一定的CVaR风险水平约束下基于收益最大化建立的风险控制优化模型，并设置相应的置信度参数和风险水平参数，获得两种模型下的风险计量值，并根据风险计量值选取最优的碳排放风险防控措施，从而实现电力系统碳排放的风险最小化，降低电力公司的碳排放风险，提高收益率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电力系统碳排放风险控制优化方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：

以CVaR作为风险计量指标，构建在一定的组合收益期望水平约束下基于风险最小化的风险控制优化模型；

以CVaR作为风险计量指标，构建在一定的CVaR风险水平约束下基于收益最大化建立的风险控制优化模型；

通过所需置信度以及风险水平参数的设置，分别对两种模型进行计算，根据风险计量值CVaR值选取最优的碳排放风险防控措施。

2.根据权利要求1所述的一种电力系统碳排放风险控制优化方法，其特征在于，所述基于风险最小化的风险控制优化模型具体为：

其中，z_k(k＝1,2,...J)为虚拟变量，β为置信度，a1,a2,…,aJ为a的J组样本值；b1,b2,…,bJ为b的J组样本值；H1,H2,…,HJ为H的J组样本值；α为一定置信水平和风险水平下的VaR值。

3.根据权利要求1所述的一种电力系统碳排放风险控制优化方法，其特征在于，所述基于收益最大化建立的风险控制优化模型具体为：

其中，z_k(k＝1,2,...J)为虚拟变量，ω为风险水平，β为置信度，a1,a2,…,aJ为a的J组样本值；b1,b2,…,bJ为b的J组样本值；H1,H2,…,HJ为H的J组样本值；α为一定置信水平和风险水平下的VaR值。

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