一种燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测方法及系统与流程

1.本发明涉及燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测技术领域，特别是涉及一种燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测方法及系统。


背景技术：

2.近年来，我国加快电力市场改革，逐步建成以年度 月度为主的中长期市场交易体系。根据最新的燃煤电厂上网电价市场化改革通知，要求原则上燃煤电厂发电量全部进入电力市场，即燃煤电厂发电量必须通过市场交易方式取得。与此同时，燃煤电厂生产上游的煤炭市场已建成较为成熟的市场交易体系，国家层面鼓励燃煤电厂与煤炭企业签订中长期电煤供应协议，以稳定供应关系。由此，产生了燃煤电厂在电力和煤炭两个中长期市场中如何开展市场交易组织的问题。
3.燃煤电厂中长期市场交易决策问题本质上是指燃煤电厂在电力中长期市场和煤炭中长期市场中根据市场交易价格对购煤、售电统筹决策的问题。目前的研究一般将燃煤电厂购买煤炭和销售电能作为两个相互独立的决策过程，在购煤环节中，根据预期售电量需求，以购煤成本最低作为决策目标，构建决策模型，确定购煤方案。在售电环节中，一般认为燃料购买能够满足发电要求，以售电收益最大作为决策目标，构建决策模型，确定售电方案。
4.上述方法的优势在于通过将购煤、售电两个环节解耦，降低问题复杂度，提高求解效率。但是实际上，电力市场和煤炭市场对燃煤电厂来说是一个高度耦合的市场。上述独立决策过程，难以全面考虑上述两个过程的风险规避问题，将给燃煤电厂经营生产产生较大的风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提出一种燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测方法及系统，解决现有方法难以全面考虑燃煤电厂的风险规避问题，将给燃煤电厂生产产生较大的风险的技术问题。
6.一方面，提供一种燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测方法，包括：
7.获取煤炭市场可交易标的数据；
8.根据所述煤炭市场可交易标的数据计算购煤预期费用和售电预期收入；
9.将所述售电预期收入与所述购煤预期费用之差输出为中长期市场交易预期收益；
10.通过预设的约束模型判断所述中长期市场交易预期收益是否满足预设的约束标准，若满足，则输出所述中长期市场交易预期收益为燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测结果。
11.优选地，所述煤炭市场可交易标的数据至少包括：实际执行过程中新增购煤费用期望、预期新增购煤量、煤炭交易价格场景下的煤炭价格、煤炭价格场景发生概率、年度交易购煤费用、年度交易阶段燃煤电厂可选的煤炭交易标的、交易标的购煤量、交易标的交易
价格、燃煤电厂是否选择该交易标的状态变量、全年购煤量、实际执行过程中新增售电收入期望、预期新增售电量、电力交易价格场景下的电力价格、电力价格场景发生概率、年度交易售电收入、年度交易阶段燃煤电厂可选的电力交易标的、交易标的售电量、交易标的交易价格、燃煤电厂是否选择该交易标的状态变量、全年售电量。
12.优选地，根据以下公式计算购煤预期费用：
13.cf＝c
f,y
c
f,m
[0014][0015][0016]
其中，cf表示购煤预期费用，c
f,m
表示实际执行过程中新增购煤费用期望，表示第m月预期新增购煤量，表示煤炭交易价格场景下第m月的煤炭价格，ρ
fs
表示煤炭价格场景发生概率，c
f,y
表示年度交易购煤费用，ns表示年度交易阶段燃煤电厂可选的煤炭交易标的，表示交易标的购煤量，表示交易标的交易价格，表示燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量，表示全年购煤量。
[0017]
优选地，根据以下公式计算售电预期收入：
[0018]
if＝i
e,y
i
e,m
[0019][0020][0021]
其中，if表示售电预期收入，i
e,m
表示实际执行过程中新增售电收入期望，表示第m月预期新增售电量，表示电力交易价格场景下第m月的电力价格，ρ
es
表示电力价格场景发生概率，i
e,y
表示年度交易售电收入，nefs表示年度交易阶段燃煤电厂可选的电力交易标的，表示交易标的售电量，表示交易标的交易价格，表示燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量，表示全年售电量。
[0022]
优选地，所述预设的约束模型具体包括：
[0023]
max ni
[0024][0025]
其中，max表示该模型为最大化规划，s.t.表示约束条件，a表示交易风险项优化变量，β表示给定置信水平，ni
set
表示交易预期收益目标，r
set
表示最大损失限值，表示第mm月燃煤电厂发电耗煤量，q
fmax
表示燃煤电厂电煤库存上限值，q
fmin
表示燃煤电厂电煤库存下限值，表示初始存煤，表示年底存煤目标值，q
fmax
表示燃煤电厂月度发电量上限值，q
emin
表示燃煤电厂月度发电量下限值，λ
ef
表示单位电煤发电系数。
[0026]
另一方面，还提供一种燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测系统，用以实现如所述的燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测方法，包括：
[0027]
数据获取模块，用以获取煤炭市场可交易标的数据；
[0028]
计算模块，用以根据所述煤炭市场可交易标的数据计算购煤预期费用和售电预期收入；还将所述售电预期收入与所述购煤预期费用之差输出为中长期市场交易预期收益；
[0029]
约束模块，用以通过预设的约束模型判断所述中长期市场交易预期收益是否满足预设的约束标准，若满足，则输出所述中长期市场交易预期收益为燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测结果。
[0030]
优选地，所述数据获取模块获取的所述煤炭市场可交易标的数据至少包括：实际执行过程中新增购煤费用期望、预期新增购煤量、煤炭交易价格场景下的煤炭价格、煤炭价格场景发生概率、年度交易购煤费用、年度交易阶段燃煤电厂可选的煤炭交易标的、交易标的购煤量、交易标的交易价格、燃煤电厂是否选择该交易标的状态变量、全年购煤量、实际执行过程中新增售电收入期望、预期新增售电量、电力交易价格场景下的电力价格、电力价格场景发生概率、年度交易售电收入、年度交易阶段燃煤电厂可选的电力交易标的、交易标的售电量、交易标的交易价格、燃煤电厂是否选择该交易标的状态变量、全年售电量。
[0031]
优选地，所述计算模块还用于根据以下公式计算购煤预期费用：
[0032]cf
＝c
f,y
c
f,m
[0033][0034][0035]
其中，cf表示购煤预期费用，c
f,m
表示实际执行过程中新增购煤费用期望，表示第m月预期新增购煤量，表示煤炭交易价格场景下第m月的煤炭价格，ρ
fs
表示煤炭价格场景发生概率，c
f,y
表示年度交易购煤费用，ns表示年度交易阶段燃煤电厂可选的煤炭交易标的，表示交易标的购煤量，表示交易标的交易价格，表示燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量，表示全年购煤量。
[0036]
优选地，所述计算模块还用于根据以下公式计算售电预期收入：
[0037]
if＝i
e,y
i
e,m
[0038][0039][0040]
其中，if表示售电预期收入，i
e,m
表示实际执行过程中新增售电收入期望，表示第m月预期新增售电量，表示电力交易价格场景下第m月的电力价格，ρ
es
表示电力价格场景发生概率，i
e,y
表示年度交易售电收入，nefs表示年度交易阶段燃煤电厂可选的电力交易标的，表示交易标的售电量，表示交易标的交易价格，表示燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量，表示全年售电量。
[0041]
优选地，所述预设的约束模型具体包括：
[0042]
max ni
[0043][0044]
其中，max表示该模型为最大化规划，s.t.表示约束条件，a表示交易风险项优化变量，β表示给定置信水平，ni
set
表示交易预期收益目标，r
set
表示最大损失限值，表示第mm月燃煤电厂发电耗煤量，q
fmax
表示燃煤电厂电煤库存上限值，q
fmin
表示燃煤电厂电煤库存下限值，表示初始存煤，表示年底存煤目标值，q
fmax
表示燃煤电厂月度发电量上限值，q
emin
表示燃煤电厂月度发电量下限值，λ
ef
表示单位电煤发电系数。
[0045]
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
[0046]
本发明提供的燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测方法及系统，将购煤、售电两个决策问题统筹为一个决策问题，在此基础上重点考虑了燃煤及电能价格波动可能造成的交易风险，构建了燃煤电厂中长期市场交易决策模型。全面考虑风险规避问题，降低燃煤电厂经营生产的风险。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
[0048]
图1为本发明实施例中一种燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测方法的主流程示意图。
[0049]
图2为本发明实施例中一种燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测系统的示意图。
具体实施方式
[0050]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
[0051]
如图1所示，为本发明提供的一种燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测方法的一个实施例的示意图。在该实施例中，所述方法包括以下步骤：
[0052]
获取煤炭市场可交易标的数据；也就是，将煤炭市场可交易标的数据作为后续计算的数据基础。具体地，所述煤炭市场可交易标的数据至少包括：实际执行过程中新增购煤费用期望、预期新增购煤量、煤炭交易价格场景下的煤炭价格、煤炭价格场景发生概率、年度交易购煤费用、年度交易阶段燃煤电厂可选的煤炭交易标的、交易标的购煤量、交易标的交易价格、燃煤电厂是否选择该交易标的状态变量、全年购煤量、实际执行过程中新增售电收入期望、预期新增售电量、电力交易价格场景下的电力价格、电力价格场景发生概率、年度交易售电收入、年度交易阶段燃煤电厂可选的电力交易标的、交易标的售电量、交易标的交易价格、燃煤电厂是否选择该交易标的状态变量、全年售电量。
[0053]
进一步的，根据所述煤炭市场可交易标的数据计算购煤预期费用和售电预期收入；也就是，根据煤炭市场可交易标的，计算购煤预期费用。需要注意的是，购煤预期费用计算中既需要考虑年度交易所产生的购煤费用，也需要考虑逐月执行过程中可能产生的新增购煤费用。之所以会产生新增购煤费用，原因在于燃煤电厂电煤库存有限，购煤与发电之间可能存在不匹配，当存煤偏低且当月进煤不足时为满足电力市场交易结果就需要新增临时月度购煤需求。根据电力市场可交易标的，计算售电预期收入。需要注意的是，售电预期收入计算中既需要考虑年度交易所产生的售电收入，也需要考虑逐月执行过程中可能产生的新增售电收入。之所以会产生新增售电收入，原因在于燃煤电厂电煤库存有限，购煤与发电之间可能存在不匹配，当存煤偏高且当月进煤充足时为满足煤炭市场交易结果就需要新增临时月度售电需求。
[0054]
具体实施例中，根据以下公式计算购煤预期费用：
[0055]cf
＝c
f,y
c
f,m
[0056][0057][0058]
其中，cf表示购煤预期费用，c
f,m
表示实际执行过程中新增购煤费用期望，表示第m月预期新增购煤量，表示煤炭交易价格场景下第m月的煤炭价格，ρ
fs
表示煤炭价格场景发生概率，c
f,y
表示年度交易购煤费用，ns表示年度交易阶段燃煤电厂可选的煤炭交易标的，表示交易标的购煤量，表示交易标的交易价格，表示燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量，表示全年购煤量。
[0059]
其中，年度交易阶段购煤费用为各交易标的购煤量与交易价格乘积之和，可表示
为：
[0060][0061]
式中，c
f,y
为年度交易购煤费用，ns为年度交易阶段燃煤电厂可选的煤炭交易标的，分别为交易标的购煤量和交易价格，为燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量。为全年购煤量，在年度交易环节需要明确该交易标的下的逐月购煤量，规定第s个煤炭交易标的的逐月购煤量为则应满足：
[0062][0063]
式中，为第s个煤炭交易标的第m月的购煤量。
[0064]
实际执行过程中可能产生的新增购煤费用为逐月预期新增购煤量与预期月度煤炭交易价格乘积之和，可表示为：
[0065][0066]
式中，c
f,m
为实际执行过程中新增购煤费用期望，为第m月预期新增购煤量，煤炭交易价格采用多场景预测方式，为煤炭交易价格场景下第m月的煤炭价格，ρ
fs
为该煤炭价格场景发生概率。
[0067]
购煤预期费用为年度交易阶段购煤费用、实际执行过程中可能产生的新增购煤费用之和，可表示为：
[0068]cf
＝c
f,y
c
f,m
[0069]
式中，cf为购煤预期费用。
[0070]
再具体地，根据以下公式计算售电预期收入：
[0071]
if＝i
e,y
i
e,m
[0072][0073][0074]
其中，if表示售电预期收入，i
e,m
表示实际执行过程中新增售电收入期望，表示第m月预期新增售电量，表示电力交易价格场景下第m月的电力价格，ρ
es
表示电力价格场景发生概率，i
e,y
表示年度交易售电收入，nefs表示年度交易阶段燃煤电厂可选的电力
交易标的，表示交易标的售电量，表示交易标的交易价格，表示燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量，表示全年售电量。
[0075]
其中，年度交易阶段售电收入为各交易标的售电量与交易价格乘积之和，可表示为：
[0076][0077]
式中，i
e,y
为年度交易售电收入，nefs为年度交易阶段燃煤电厂可选的电力交易标的，分别为交易标的售电量和交易价格，为燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量。为全年售电量，在年度交易环节需要明确该交易标的下的逐月售电量，规定第efs个电力交易标的的逐月售电量为则应满足：
[0078][0079]
式中，为第s个电力交易标的第m月的售电量。
[0080]
实际执行过程中可能产生的新增售电收入为逐月预期新增售电量与预期月度电力交易价格乘积之和，可表示为：
[0081][0082]
式中，i
e,m
为实际执行过程中新增售电收入期望，为第m月预期新增售电量，电力交易价格采用多场景预测方式，为电力交易价格场景下第m月的电力价格，ρ
es
为该电力价格场景发生概率。
[0083]
售电预期收入为年度交易阶段售电收入、实际执行过程中可能产生的新增售电收入之和，可表示为：
[0084]
if＝i
e,y
i
e,m
[0085]
式中，if为售电预期收入。
[0086]
进一步的，将所述售电预期收入与所述购煤预期费用之差输出为中长期市场交易预期收益；也就是，根据购煤预期费用和售电预期收入，构建中长期市场交易预期收益目标函数。中长期市场交易预期收益为售电预期收入与购煤预期费用之差，可表示为：
[0087]
ni＝i
f-cf[0088]
式中，ni为中长期市场交易预期收益。
[0089]
进一步的，通过预设的约束模型判断所述中长期市场交易预期收益是否满足预设的约束标准，若满足，则输出所述中长期市场交易预期收益为燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测结果。也就是，根据燃煤和电能价格不确定性，构建交易风险约束。
[0090]
具体实施例中，所述预设的约束模型以中长期市场交易预期收益为优化目标，综合考虑燃煤与电能价格波动的交易风险约束、电煤库存约束、电能供应约束，具体包括：
[0091]
max ni
[0092][0093]
其中，max表示该模型为最大化规划，s.t.表示约束条件，a表示交易风险项优化变量，β表示给定置信水平，ni
set
表示交易预期收益目标，r
set
表示最大损失限值，表示第mm月燃煤电厂发电耗煤量，q
fmax
表示燃煤电厂电煤库存上限值，q
fmin
表示燃煤电厂电煤库存下限值，表示初始存煤，表示年底存煤目标值，q
fmax
表示燃煤电厂月度发电量上限值，q
emin
表示燃煤电厂月度发电量下限值，λ
ef
表示单位电煤发电系数。
[0094]
其中，采用条件价值风险构建交易风险约束，该约束可保证在一定置信水平下燃煤电厂最大损失不超过给定限值，可表示为：
[0095][0096]
式中，a为交易风险项优化变量，β为给定置信水平，一般为95％，ni
set
为交易预期收益目标，r
set
为最大损失限值。
[0097]
构建电煤库存约束，以保证存煤处于合理范围。所需要考虑的电煤库存约束包括存煤范围约束、年底存煤目标约束，可表示为：
[0098]
[0099][0100]
式中，为第mm月燃煤电厂发电耗煤量，q
fmax
、q
fmin
分别为燃煤电厂电煤库存上、下限值，为初始存煤，为年底存煤目标值。
[0101]
构建电能供应约束，以保证电力生产处于合理范围。所需要考虑的电能供应约束包括电能范围约束、电煤关系约束，可表示为：
[0102][0103][0104]
式中，q
fmax
、q
emin
分别为燃煤电厂月度发电量上、下限值，λ
ef
为单位电煤发电系数。
[0105]
如图2所示，为本发明提供的一种燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测系统的一个实施例的示意图。在该实施例中，包括：
[0106]
数据获取模块，用以获取煤炭市场可交易标的数据。具体地，所述数据获取模块获取的所述煤炭市场可交易标的数据至少包括：实际执行过程中新增购煤费用期望、预期新增购煤量、煤炭交易价格场景下的煤炭价格、煤炭价格场景发生概率、年度交易购煤费用、年度交易阶段燃煤电厂可选的煤炭交易标的、交易标的购煤量、交易标的交易价格、燃煤电厂是否选择该交易标的状态变量、全年购煤量、实际执行过程中新增售电收入期望、预期新增售电量、电力交易价格场景下的电力价格、电力价格场景发生概率、年度交易售电收入、年度交易阶段燃煤电厂可选的电力交易标的、交易标的售电量、交易标的交易价格、燃煤电厂是否选择该交易标的状态变量、全年售电量。
[0107]
计算模块，用以根据所述煤炭市场可交易标的数据计算购煤预期费用和售电预期收入；还将所述售电预期收入与所述购煤预期费用之差输出为中长期市场交易预期收益。具体地，所述计算模块还用于根据以下公式计算购煤预期费用：
[0108]cf
＝c
f,y
c
f,m
[0109][0110][0111]
其中，cf表示购煤预期费用，c
f,m
表示实际执行过程中新增购煤费用期望，表
示第m月预期新增购煤量，表示煤炭交易价格场景下第m月的煤炭价格，ρ
fs
表示煤炭价格场景发生概率，c
f,y
表示年度交易购煤费用，ns表示年度交易阶段燃煤电厂可选的煤炭交易标的，表示交易标的购煤量，表示交易标的交易价格，表示燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量，表示全年购煤量。
[0112]
所述计算模块还用于根据以下公式计算售电预期收入：
[0113]
if＝i
e,y
i
e,m
[0114][0115][0116]
其中，if表示售电预期收入，i
e,m
表示实际执行过程中新增售电收入期望，表示第m月预期新增售电量，表示电力交易价格场景下第m月的电力价格，ρ
es
表示电力价格场景发生概率，i
e,y
表示年度交易售电收入，nefs表示年度交易阶段燃煤电厂可选的电力交易标的，表示交易标的售电量，表示交易标的交易价格，表示燃煤电厂是否选择该交易标的的状态变量，表示全年售电量。
[0117]
约束模块，用以通过预设的约束模型判断所述中长期市场交易预期收益是否满足预设的约束标准，若满足，则输出所述中长期市场交易预期收益为燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测结果。具体地，所述预设的约束模型具体包括：
[0118]
max ni
[0119][0120]
其中，max表示该模型为最大化规划，s.t.表示约束条件，a表示交易风险项优化变量，β表示给定置信水平，ni
set
表示交易预期收益目标，r
set
表示最大损失限值，表示第mm月燃煤电厂发电耗煤量，q
fmax
表示燃煤电厂电煤库存上限值，q
fmin
表示燃煤电厂电煤库存下限值，表示初始存煤，表示年底存煤目标值，q
fmax
表示燃煤电厂月度发电量上限值，q
emin
表示燃煤电厂月度发电量下限值，λ
ef
表示单位电煤发电系数。
[0121]
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0122]
需说明的是，上述实施例所述系统与上述实施例所述方法对应，因此，上述实施例所述系统未详述部分可以参阅上述实施例所述方法的内容得到，此处不再赘述。
[0123]
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
[0124]
本发明提供的燃煤电厂中长期市场的交易收益的预测方法及系统，将购煤、售电两个决策问题统筹为一个决策问题，在此基础上重点考虑了燃煤及电能价格波动可能造成的交易风险，构建了燃煤电厂中长期市场交易决策模型。全面考虑风险规避问题，降低燃煤电厂经营生产的风险。
[0125]
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。