基于熵值法和加權(quán)聚類(lèi)的電力零售市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

王 愷，盧幫明，于新鈺，錢(qián)寒晗

（1.國(guó)網(wǎng)安徽電網(wǎng)公司電力交易中心有限公司，安徽 合肥230061；2.安徽電力公司電力培訓(xùn)中心，安徽 合肥230022；3.合肥工業(yè)大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

引言

電力零售市場(chǎng)是用戶(hù)自由選擇電力供應(yīng)的交易模式[1]。電力零售市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)因素包括業(yè)務(wù)規(guī)模、資本、員工資質(zhì)、投訴情況等。業(yè)務(wù)規(guī)模反映市場(chǎng)份額和影響力[2]，資本通過(guò)流動(dòng)比率、資產(chǎn)負(fù)債率、不可撤銷(xiāo)備用信用證金額和有形資產(chǎn)凈值反映資金鏈流動(dòng)情況[3]，員工資質(zhì)表征操作熟練程度[4]，投訴的數(shù)量和嚴(yán)重程度反映服務(wù)質(zhì)量[5]。電力零售市場(chǎng)需評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)以進(jìn)行發(fā)展決策。

電力零售市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要在業(yè)務(wù)、資本、員工、服務(wù)等諸多方面衡量風(fēng)險(xiǎn)水平[6]。文獻(xiàn)[7]以售電公司交易成功的可能性來(lái)衡量風(fēng)險(xiǎn)，文獻(xiàn)[8]提出基于多代理服務(wù)構(gòu)架的售電公司日前小時(shí)電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)決策方法，文獻(xiàn)[9]考慮電力現(xiàn)貨價(jià)格波動(dòng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，上述文獻(xiàn)局限于交易風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)[10]采用條件風(fēng)險(xiǎn)值（CVAR）構(gòu)造風(fēng)險(xiǎn)模型，文獻(xiàn)[11]量化風(fēng)險(xiǎn)的概率和影響，得到風(fēng)險(xiǎn)的整體評(píng)估結(jié)果，但各售電公司對(duì)整個(gè)零售市場(chǎng)的影響不同，需要考慮售電公司權(quán)重。文獻(xiàn)[12]采用專(zhuān)家打分法確定權(quán)重因子，文獻(xiàn)[13]利用模糊層次分析法選取權(quán)重，但需要主觀經(jīng)驗(yàn)打分，對(duì)人為判斷依賴(lài)性強(qiáng)。文獻(xiàn)[14]利用靈敏度修正系數(shù)對(duì)K-means 算法進(jìn)行改進(jìn)計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，但無(wú)法兼顧售電公司重要程度的差異。

本文考慮售電公司的重要程度，采用熵值法得到售電公司權(quán)重，并采用加權(quán)聚類(lèi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。通過(guò)對(duì)某電力零售市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)提供決策依據(jù)。

圖1 電力零售市場(chǎng)時(shí)空雙維度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖

1 電力零售市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

電力零售市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)因素包括業(yè)務(wù)規(guī)模、資本、員工資質(zhì)、投訴情況等。為兼顧售電公司重要程度的差異，采用熵值法得售電公司權(quán)重，用加權(quán)聚類(lèi)進(jìn)行電力零售市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。計(jì)算流程如圖1 所示。

表1 售電公司權(quán)重

1.1 基于熵值法的售電公司權(quán)重

售電公司的權(quán)重需根據(jù)其風(fēng)險(xiǎn)因素所含信息量大小確定，風(fēng)險(xiǎn)因素離散程度越高，隨機(jī)性和無(wú)序程度越高，蘊(yùn)含的風(fēng)險(xiǎn)信息越多，因此本文選擇熵值法整定售電公司的權(quán)系數(shù)。

取N 個(gè)售電公司T 個(gè)時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)，將風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)幺化，并進(jìn)行同向處理，便于風(fēng)險(xiǎn)因素的比較。X（t，n）為第n 個(gè)售電公司第t 時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)因素，其中t=1，2，…，T，n=1，2，…，N。第n 個(gè)售電公司第t 時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)因素占總時(shí)段的比重b 為式（1），第n 個(gè)售電公司的熵值e 為式（2），用式（3）計(jì)算信息熵冗余度d，進(jìn)而根據(jù)式（4）得到各個(gè)售電公司的權(quán)重k：

1.2 基于加權(quán)聚類(lèi)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

將T 時(shí)段分為Q 類(lèi)，若第t 時(shí)段風(fēng)險(xiǎn)因素劃入第q類(lèi)，則C（t，q）=1，否則為0，其中q=1，2，…，Q。按式（5）計(jì)算t 時(shí)段售電市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)因素X0，等步長(zhǎng)劃分進(jìn)行初始分類(lèi)。用式（6）計(jì)算第q 類(lèi)類(lèi)中心Lq，用式（7）計(jì)算第t 時(shí)段風(fēng)險(xiǎn)因素與第q 類(lèi)間的距離：

將樣本劃分到與其距離最近類(lèi)中去，直到誤差不再減小為止，誤差EΣ見(jiàn)式（8）。由此得到所有時(shí)段分類(lèi)情況，第q 類(lèi)概率p（q）見(jiàn)式（9）。

2 算例分析

將某省電力零售市場(chǎng)36 個(gè)售電公司58 個(gè)時(shí)段的業(yè)務(wù)規(guī)模、資本、員工資質(zhì)、投訴情況等風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行標(biāo)幺化和同向化處理。以投訴情況處理前后為例，如圖2 所示。

2.1 售電公司權(quán)重

圖3 各風(fēng)險(xiǎn)因素的各類(lèi)概率

圖4 各風(fēng)險(xiǎn)因素的各類(lèi)均值

將36 個(gè)售電公司58 個(gè)時(shí)段的各風(fēng)險(xiǎn)因素求和，利用熵值法計(jì)算各售電公司的權(quán)重，得到表1。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)估，分類(lèi)后的各類(lèi)概率和均值分別見(jiàn)圖3 和圖4。由圖可知：業(yè)務(wù)規(guī)模、資本、投訴情況等風(fēng)險(xiǎn)因素分為6 類(lèi)；售電公司間資本風(fēng)險(xiǎn)差異最小，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)最強(qiáng)；員工資質(zhì)的類(lèi)間差異小，隨時(shí)間變化平緩；投訴情況的類(lèi)間差異大，隨時(shí)間變化激烈；第6 類(lèi)時(shí)段（2-17 時(shí)段）第8、9、10、29、30、31 號(hào)售電公司的資本風(fēng)險(xiǎn)高，第2 類(lèi)時(shí)段（46-58 時(shí)段）第10、16、17、22、23、28 號(hào)售電公司的業(yè)務(wù)規(guī)模風(fēng)險(xiǎn)大，零售市場(chǎng)需要重點(diǎn)關(guān)注部分售電公司第2 類(lèi)時(shí)段業(yè)務(wù)規(guī)模和第6 類(lèi)時(shí)段資本風(fēng)險(xiǎn)高的原因并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)警示和業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)。

3 結(jié)論

本文用熵值法得到售電公司權(quán)重并用加權(quán)聚類(lèi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，通過(guò)對(duì)某電力零售市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)因素分析。結(jié)論如下：

（1）售電公司間資本的差異最小，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)最強(qiáng)。

（2）員工資質(zhì)的類(lèi)間差異小，隨時(shí)間變化平緩；投訴情況的類(lèi)間差異小，隨時(shí)間變化激烈。

（3）第6 類(lèi)時(shí)段（2-17 時(shí)段）第8、9、10、29、30、31 號(hào)售電公司的資本風(fēng)險(xiǎn)高，第2 類(lèi)時(shí)段（46-58 時(shí)段）第10、16、17、22、23、28 號(hào)售電公司的業(yè)務(wù)規(guī)模風(fēng)險(xiǎn)大，市場(chǎng)需重點(diǎn)關(guān)注并協(xié)調(diào)相關(guān)業(yè)務(wù)。