基于数据挖掘的多场景互联电力运行指标体系研究

赵雯,黄恒孜,庞靖宇,王鑫,应雨龙,吴晶

(1.浙江省电力交易中心有限公司,杭州310000; 2.浙江华云信息科技有限公司,杭州310000;3.上海电力大学 能源与机械工程学院,上海200090)

0 引 言

平稳健康的电力市场发展是我国电力市场管理的重要基础与目标[1-4]。电力市场运行过程中,电力市场运行指标体系的建立会大大促进电力市场管理的完善,进一步对电力市场的安全、可靠的发展起着重要的影响,电力系统等相关部门应给予充分的重视[5-7]。

可再生能源一直是能源领域乃至整个经济体系的一个重要话题[8-9]。现在阶段,为了在电力市场中容纳更多可再生能源,原有电力市场运营体系重点关注电力生产计划,已不完全适用,需逐步加强和扩展能够反映电力市场运行情况的关键指标和分析维度,以促进现阶段电力市场的稳定健康发展[10-11]。

2015年3月,拉开了新一轮电力体制改革的序幕[12]。各省积极响应电改的号召,持续推进省级电力市场的建设,明确了各省级电力市场的发展模式。

随着电力市场建设步伐的加快和电力体制改革的深入,电力市场的参与主体越来越多、市场范围越来越广、市场规模越来越大,电力市场集聚的交易数据势必会越来越多,电力市场沉淀的数据信息为电力市场的大数据分析工作提供了海量的信息基础,面向不同的市场对象,这些信息数据可以提供多样化的辅助决策手段。通过对整个电力市场体系深入、细致、规范的进行梳理,建立起电力市场数据指标体系,可以监测电力市场的运行状态,管理电力市场的运作秩序,发现电力市场前行中的疑难杂症,为维护电力市场的规范运作,确保电力市场健康可持续发展提供思路和方法[13-15]。

此外,国外电力市场经过多年运营实践,已经形成了较为完善的电力市场指标体系,其在结构完备性、科学性、针对性、颗粒度、易操作性方面均有较强的借鉴意义,国内则处于起步阶段,电力市场运行指标体系不够完善,对于电力市场建设初级阶段,不需要追求一蹴而就地做成完美详细的电力系统运行指标,但应该重视指标框架的设计,结合电力市场数据互联场景复杂而又交叉的实际情况,遵循电力市场建设规律,统筹设计出适合的市场体系指标框架,而详细指标参数则需结合实际运行情况,用时间和数据累积不断修订、扩充和完善。

文章以交易中心的服务视角出发,基于数据挖掘,对其进行基于多场景互联的电力市场运行指标体系设计。研究结果不仅可以为市场主体提供系统的分析框架、多样化的分析工具和报告种类,协助市场主体制定交易方案以提升经济效益,助力政府监管决策,而且可以实现电力交易中心数据服务水平的提升,科学合理地支撑交易中心分析市场管理市场的职能。

1 服务于市场主体和利益相关方的电力市场运行指标体系

1.1 电力交易中心服务相关方的指标需求分析

电力交易中心作为电力市场交易组织和管理的枢纽部门,第一,担负着国家和省区电力体制改革政策落实执行的使命,需要根据国家政策和地方政府的能源战略制订和完善电力市场交易规则,研判电力市场的发展方向,管理电力市场的健康运营;第二,肩负着为市场主体提供电力交易服务的职责,交易中心汇集了各市场成员的数据,包括能源数据、经济运行数据、电网运行数据、电力市场交易数据等,交易中心如何了解各方需求,在保障电力市场健康运营的前提下,服务市场主体,是交易中心需要着重思考的问题。

首先按照输入场景来源分为政府部门、社会机构和市场主体等;其次按照输出场景来分主要包括发电企业数据需求、电力用户数据需求、监管机构数据需求等,最后按照交易中心内部管理需要分为市场管理分析、市场交易分析及市场结算分析等。因此,电力市场符合多样化互联场景。

从交易中心服务各市场成员的角度出发,分析各市场成员的电力市场指标需求,为电力市场指标体系设计奠定需求基础。电力市场的指标需求主要从政府、发电企业、电力用户、电网公司、第三方咨询机构五类市场主体角度出发进行分析。

经调研分析,各市场主体的指标需求见表1。

表1 市场主体指标需求分析

由表1及上述分析可以发现,从各市场主体的指标需求出发,电力市场指标体系设计的主要目标有四个,如图1所示。

图1 四个主要目标

(1)辅助市场主体的交易决策。为市场参与主体在交易前以及交易过程种提供充足的信息,如通过对市场主体结算执行情况、市场履约情况的分析评价,编制信用评价报告等,为市场主体选择交易对象提供参考,辅助其制定交易决策,完成整个交易过程,助力其实现最大的经济效益。

(2)辅助监管部门进行电力市场管理。首先是规范电力现货市场监管业务,实现电力现货市场监管由定性监管和非实时监管逐步过渡到定量监管和实时监管。其次是对电力现货市场的运营以及市场成员进行监测、分析和评估,识别市场成员是否有滥用市场力、操纵市场、串谋等反竞争行为,维护电力现货市场运营公平、公正、公开的原则,保障电力现货市场有序健康的发展,提高市场效率和社会效益。

(3)辅助电力交易中心和电网公司管理电力交易业务。通过对交易中心内部业务体系指标的建立,厘清交易中心内部各个职能部门的职责权限和业务体系,构建交易中心内部业务评价指标体系,加强内部业务部门之间的协同和整合,完善内部管理机制。

(4)辅助交易中心优化电力市场运营。首先是通过对电力市场各类交易品种的各种交易模式的数据指标体系的构建,帮助分析现行电力市场不同交易品种的运行状态,评价各类交易品种的市场参与活跃性,以优化交易模式或者创新交易品种。通过对发电、用电市场参与程度的分析,评价市场的集中程度,研究电力市场的垄断性,以优化电力交易规则,完善现货市场的交易机制;其次是寻找当前电力市场存在的问题,评判电力市场建设的漏洞,进而优化电力市场的运行模式,助力电力市场的健康可持续发展。

1.2 电力市场运行指标体系目标设定

为达成目标,提出电力市场指标体系的“四全”设计原则,如图2所示。

图2 “四全”设计原则

即：

(1)需求全方位满足：从市场主体的指标需求出发,设计符合浙江电力市场运行的指标体系;

(2)交易全周期服务：为市场主体提供交易全周期的服务,包括中长期到现货市场的市场参与、市场申报、市场出清、调度执行等各个环节;

(3)数据全维度管理：对于服务市场主体所需的数据进行全维度管理,包括数据的自动采集、集中存储、高效率计算等;

(4)市场全角度评估：从市场供需、市场结构、市场行为等角度对电力市场运行进行评估,有效服务市场主体,支撑政府监管决策及市场主体交易决策,持续提升服务体验和服务质量。

1.3 整体框架设计

电力市场指标整体框架设计主要包括能源指标、经济指标、电力系统运行指标、电力交易指标、电力市场管理指标、交易中心管理指标六大类,如图3所示。

图3 电力市场指标体系

能源类指标。将各类能源相关数据汇总至能源数据指标体系中,通过对原始数据进行加工,形成二次、三次等数据类型,形成分析报告帮助政府研判能源供需形势,制定相关产业政策,形成图表发布给市场主体帮助其判断电力成本价格走势,以制定交易策略。

经济类指标。将反映市场整体运行状态的经济类指标和与市场主体财务运行相关的各类数据归类至经济指标体系,输出至各类分析报告,帮助监管部门掌握市场运行状态,评估市场运行效率,帮助电力交易中心对市场主体进行信用评级和信用风险评估,防范中央对手方财务风险。

电力系统运行指标。包含三大类;(1)发电企业指标;(2)需求侧指标;(3)电网运行指标。

电力交易指标。根据交易过程,可分为交易公告、交易过程、交易结果、交易结算类指标;根据交易品种,分为中长期合约、现货与辅助服务市场指标。

电力市场管理指标。包含市场活跃度、市场主体的交易行为、市场力情况、市场风险分析、市场可持续性、信用及违约情况等。

交易中心管理指标。交易中心作为电力市场的服务和管理部门,面向内部业务同样需要建立相应的指标体系体现业务能力和服务质量。包含交易大厅服务指标、交易合同管理指标、交易组织管理指标、信息披露指标、市场培训管理指标等。

此外,文中系统建设基于调控云平台,遵循云平台服务化交互方式、应用部署及发布规定,充分发挥云平台丰富的存储资源、网络资源、运算资源。

系统使用调控云操作票专用库,数据库使用DM8(达梦8)双活集群库;系统使用电网用户模型、设备台账、运行管理数据及和外部交互的数据服务;操作票业务数据存入专用库;在业务操作交互时需调用云平台的调度日志、申请单、风险单、短信/电话语音、潮流计算、置牌、实时数据等服务。

调控云DNS服务器实现域名动态切换,如图4所示,做好调控云A、B节点自动切换,当A节点出现故障时,域名自动生效B节点,反之一样;默认情况以A节点对外提供服务。

图4 DNS动态切换

从电力交易中心服务各类市场主体以及辅助政府决策的角度出发,对各利益相关方的指标需求进行了深入分析,并基于此搭建电力市场指标体系。该指标体系既可以全方位服务于市场主体,帮助发电企业和售电公司做好市场研判,也可以服务于相关监管部门,监控电力市场运行,还可以服务于电力交易中心自身及电网公司,辅助其进行电力市场管理,促进电力市场良好运作健康发展。

2 评价指标的量化

为实现电力市场评价指标的科学合理性,针对提出的电力市场指标体系,进一步提出基于灰色理论的客观评价方法。具体实现如下：

(1)确定指标数据

设最优化指标数列如式(1)所示。

Y={Y(k)|k=1,2,…,n}

(1)

待评价指标数列如式(2)所示：

Xi={Xi(k)|k=1,2,…,n,i=1,2,…,m}

(2)

(2)指标无量纲化处理

由于各指标数据因量纲不同,不便于比较而无法得到正确的结论。因此在进行指标量化评价时,须对初始数据进行无量纲化处理。处理方法如式(3)所示：

(3)

(3)待评价指标与最优化指标关联系数计算

最优化指标Y(k)与待评价指标xi(k)的关联系数计算如式(4)所示：

ξi(k)=

(4)

记Δi(k)=|Y(k)-xi(k)|,则：

(5)

其中ρ∈(0,∞)。一般ρ取值为(0,1),当ρ≤0.546 3时,分辨力最好,取ρ=0.5。ξi(k)是指标矩阵xi的第k个元素与最优化指标矩阵Y的第k个元素之间的关联系数。

(4)指标评价量化值计算

待评价指标与最优化指标关联系数是其在各个时刻或条件下的关联程度值,数值不止一个,因此信息过于分散不便于进行整体性比较。作为待评价指标与最优化指标关联程度的数量表示,以求平均值为例,其量化值ri计算式如式(6)所示：

(6)

3 算例分析

以所提出的指标体系框架下的财务类指标(图3中的B2)进行算例分析。财务指标对于企业运营的评价依然至关重要,是企业经济效益的判别标准之一。本算例对11家售电公司(Q1～Q11)的16项财务类指标(Z1～Z16)进行测算,最优化指标也在表2中给出。Z1～Z16分别表示：流动比率(%)、速动比率(%)、现金比率(%)、资产负债率(%)、主营业务收入增长率(%)、净利润增长率(%)、净资产增长率(%)、主营业务利润率(%)、总资产净利润率(%)、销售净利率(%)、净资产收益率(%)、资产报酬率(%)、应收账款周转率(次)、存货周转率(次)、总资产周转率(次)、流动资产周转率(次)。原始数据如表2所示。

表2 电力公司16项财务类指标

根据上述式(1)～式(6),对11家公司的财务指标进行分析。下面对计算步骤进行描述。

(1)用式(3)对各家公司的指标进行无量纲处理;

(2)其次根据式(4)求得最优化指标与11家公司的财务数据之间的关联系数;

(3)计算各个公司的关联系数的算数平均值,作为11家公司财务类指标量化值[0.754 3, 0.812 7, 0.803 6, 0.696 3, 0.776 5, 0.733 8, 0.699 6, 0.753 8, 0.809 9, 0.780 5, 0.765 5]。

各个公司的指标量化值实际反映该公司财务类指标与最优化指标之间的偏移程度,其数值越接近于1,表明该公司与理想的最优化情况越接近,该公司整体财务类水平较高。即可依据量化值对相关公司进行排序评价,并进一步地对各个公司进行信用评级和信用风险评估,从而达到防范中央对手方财务风险的目的。

4 结束语

以电力市场为研究对象,从交易中心的服务视角出发,对其进行基于多场景互联的电力市场运行指标体系设计。首先,从结构完备性,科学性,针对性,颗粒度以及易操作性分析了国外电力市场运行指标体系的借鉴意义。其次,调研分析了电力交易中心相关方指标需求,得到电力市场指标体系设计的四个主要目标继而为达成目标,提出电力市场指标体系的设计步骤。

最后根据已经细化的数据指标体系建立包括能源、经济、电力系统运行、电力交易、电力市场管理、交易中心管理六大类指标的整体框架。此外,针对提出的电力市场指标体系,进一步提出基于灰色理论的客观评价方法。

文章研究结果不仅可以为市场主体提供多样化的分析工具和报告种类,协助其制定交易方案提升经济效益,而且可以实现交易中心数据服务水平,科学合理地支撑交易中心分析市场管理市场的职能。