引入保險機制的售電公司交易決策優(yōu)化

徐 瑤，楊成慧，包淑慧，王 輝，王騰飛

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 鹽城供電分公司，江蘇 鹽城 224000；2.上海電力大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，上海 200090；3.南瑞集團有限公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），南京 211106；4.國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

0 前言

國家發(fā)展和改革委員會于2019年6月發(fā)布《關(guān)于全面放開經(jīng)營性電力用戶發(fā)用電計劃的通知》［1］，標(biāo)志著新一輪電力體制改革進入了新的階段。在開放的電力市場中，由于市場競爭程度的加劇以及市場供需的頻繁變化，電力市場價格具有波動性大和難以預(yù)測的特點［2］。保險［3］機制為售電公司規(guī)避風(fēng)險、減少損失提供了一個有效的途徑。目前，已有相關(guān)學(xué)者針對售電公司規(guī)避風(fēng)險以及電力保險進行了大量研究。在偏差電量考核機制下，文獻［4］、文獻［5］對降低售電公司偏差電量考核進行了研究分析。隨著電力市場改革的深入，文獻［6］考慮需求響應(yīng)，建立了售電公司購售電決策雙層模型。文獻［7］梳理了日本、新加坡電力零售市場的改革歷程。以上研究未能將電價波動風(fēng)險進行有效的轉(zhuǎn)移和分散。隨著可再生能源配額制的實施與綠色證書制度的完善，文獻［8］建立多市場組合購電模型，但是售電公司仍承擔(dān)電價波動造成的損失。保險作為一種風(fēng)險分散和轉(zhuǎn)移的重要手段，國內(nèi)一些文獻對保險在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的應(yīng)用進行了研究。針對發(fā)電商的投資回報率不穩(wěn)定等收益損失風(fēng)險，設(shè)置容量保險［9］、發(fā)電商電量損失保險以及利潤損失保險［10］。此外，文獻［11］利用保險機制轉(zhuǎn)移風(fēng)電參與現(xiàn)貨市場時由于預(yù)測不準確導(dǎo)致的不平衡風(fēng)險。為提高供電公司供電可靠性及減少用戶停電損失，文獻［12］設(shè)立供電網(wǎng)絡(luò)可靠性保險。針對用戶用電中斷風(fēng)險，文獻［13］提出一種基于營業(yè)中斷的電壓暫降保險，降低用戶的用電風(fēng)險，但均未涉及售電公司如何規(guī)避電價波動風(fēng)險。

因此，本文在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下針對電價波動導(dǎo)致的售電公司巨大利潤損失風(fēng)險，提出了基于市場保險的電價波動保險機制。首先，搭建了電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下保險公司、售電公司與電力用戶參與電力市場的交易架構(gòu)；然后，闡述了市場保險的原理并說明了以售電公司投保，保險公司承保、出險理賠為主要環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)流程及實施細節(jié)，并在此基礎(chǔ)上建立了市場保險的保費、賠償金計算模型、售電公司與保險公司的利潤模型以及售電公司投保與保險公司設(shè)計保險的決策模型；最后，結(jié)合廣東省售電公司市場運營的具體案例，論證了保險機制轉(zhuǎn)移和分散售電公司經(jīng)營風(fēng)險的可行性及應(yīng)用價值。

1 電力市場交易架構(gòu)

電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，保險公司、售電公司與電力用戶參與電力市場的交易架構(gòu)如圖1所示。

售電公司通過電力物聯(lián)網(wǎng)平臺掌握政策、市場機制發(fā)展動向，優(yōu)化購電組合的同時設(shè)計具有激勵作用的電力套餐，提供不同管理周期下的負荷管理服務(wù)方案。保險公司可以制定有效的策略并動態(tài)調(diào)整自身行為來滿足售電公司需求及自身發(fā)展。

2 市場保險

2.1 市場保險的原理

本文引入一種市場保險，其基本原理就是保險公司以向投保的售電公司收取一定的保費并向其支付賠款的形式，將少數(shù)售電公司的巨額利潤損失分散給所有投保的售電公司。在市場保險支持下，售電公司參與市場保險的流程如圖2所示。

第一階段：保險公司制定并公布市場保險的保險條款，向售電公司說明保費及賠償厘定方法；第二階段：保險公司根據(jù)電力市場整體歷史運營情況以及售電公司的參與程度制定不同賠償期的保險費率；第三階段：售電公司根據(jù)自身情況以及保險公司提供的保險策略決定是否購買保險。在市場保險支持下，售電公司決定購買保險，就必須在電力市場中開展業(yè)務(wù)之前與保險公司簽訂保單；第四階段：在保險合同到期后，售電公司的利潤得以實現(xiàn)，當(dāng)售電公司實際利潤高于保險公司擔(dān)保利潤時，保險公司不需要向售電公司支付賠付金額，保單失效。當(dāng)售電公司實際利潤小于擔(dān)保利潤時，保險公司根據(jù)約定，賠付售電公司不超過賠償期的經(jīng)濟損失。

2.2 賠償金厘定與模型

針對售電公司面臨的購售電價波動風(fēng)險，保險公司與售電公司簽訂保險協(xié)議，擔(dān)保售電公司的預(yù)期總利潤（單位電量利潤×購售電量），并將1 kWh電量的預(yù)期利潤作為一份標(biāo)準的保單。市場保險一般包含3個基本要素：支付給保險公司的保險購買費I，免賠額d和賠付限額μ［13］。

保險的補償機制為：在投保期內(nèi)，如果單位電量電價波動引發(fā)的經(jīng)濟損失psli低于免賠額d，售電公司不會從保險公司獲得補償；如果單位電量電價經(jīng)濟損失psli高于免賠額d，售電公司可以從保險公司獲得最高補償額度不超過μ的補償。

根據(jù)中國現(xiàn)行的交易模式，售電公司l第i年的單位電量損失為

式中：psli為售電公司l第i年的單位電量利潤損失；πl(wèi)id為售電公司l第i年單位電量的擔(dān)保利潤；πl(wèi)i為售電公司l第i年單位電量的利潤；pliz、pliy分別為售電公司l第i年實際購電側(cè)綜合價差和實際售電側(cè)用戶統(tǒng)一價差；plit、plic、plix分別為售電公司l第i年參與的雙邊自主協(xié)商、集中撮合交易與現(xiàn)貨市場交易的平均價差；qlit、qlic、qlix分別為售電公司l第i年的雙邊自主協(xié)商、集中撮合交易電量與現(xiàn)貨市場交易電量；Qli為售電公司l第i年的購售電量。

保險有效性要求d和μ滿足

售電公司l第i年購售電量Qli總的損失為

保險公司給售電公司的實際賠償款為

式中：Rsli為售電公司l第i年收到的實際賠償款。

2.3 保費模型

保險公司為售電公司提供市場保險，并收取相應(yīng)的保費。純保費是保險公司為了支付保單在保險期間的期望賠付成本而收取的保險費，保險公司的期望賠付成本如下

式中：Rpli為保險公司期望賠付成本；p(Rli)為售電公司l第i年的利潤損失Rli出現(xiàn)的概率；Rli為損失發(fā)生時保險公司第i年向售電公司l需要賠付的實際金額。

在電力市場中，由于很難準確確定電價波動的概率分布［2］，保險公司通常收集足夠多的歷史數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計方法來確定歷史年度的平均賠付成本。假設(shè)電力市場中有N個售電公司投保，將所有售電公司按照利潤損失從大到小進行排列，其中前Mb個售電公司的利潤損失超過最高賠付款，可以從保險公司獲得最高補償額度，最后Kb個售電公司實際利潤超過擔(dān)保利潤，不會從保險公司獲得補償，其余售電公司的損失都在正常賠付范圍內(nèi)。因此，I個歷史年度單位電量的純保費為

式中：Tli為純保費。

保險公司除了收取純保費外，還要收取一定的附加保費，包括保險公司的營運費用、代理人傭金、稅收以及附加利潤，保險公司收取的單位電量保費為

式中：Tlib為保險公司收取的單位電量保費；?=?g+?c+?t+?p，β=βg+βc+βt+βp，Tlif=?Tli+β

為保險公司收取的單位電量附加保費，即由營運費用g，代理人傭金c，稅收t以及附加利潤p累計構(gòu)成，其中，?Tli是由所有的投保人平均分擔(dān)的一部分附加費用；β是按照被保險人的風(fēng)險大小，根據(jù)其風(fēng)險保費的一定比例收取的另一部分附加費用。

售電公司l第i年向保險公司交納的保費總額為

3 售電公司與保險公司決策模型

3.1 保險公司利潤

保險公司向售電公司提供保險，收取一定的保費，當(dāng)售電公司實際利潤低于擔(dān)保利潤時，給與相應(yīng)的賠付金額，保險公司作為營利性機構(gòu)，其利潤函數(shù)為

式中：Fbi為保險公司第i年的利潤。

3.2 售電公司利潤

售電公司未購買利潤保險時的利潤為

式中：Fli為售電公司l第i年的利潤。

在利潤保險下，售電公司的利潤函數(shù)為

式中：Fbli為售電公司l第i年購買市場保險時的利潤。

3.3 市場保險購售決策

售電公司的期望利潤為

式中：Fqli為售電公司l第i年的期望利潤；πqli為售電公司l第i年單位電量的期望利潤；wliz、wliy分別為期望購電側(cè)綜合價差、期望售電側(cè)用戶統(tǒng)一價差；wlit、wlic、wlix分別為售電公司l第i年的購電側(cè)期望雙邊自主協(xié)商、集中撮合交易和現(xiàn)貨市場交易價差。

售電公司是否購買保險取決于售電公司不購買保險時的期望利潤，售電公司購買保險的條件如下

4 算例分析

本文假定整個電力市場用戶統(tǒng)一價差均為-0.02元/kWh，保險公司為售電公司提供的單位電量擔(dān)保利潤為0.045 7元/kWh，電力交易情況平均值如表1所示。為了便于研究，本文假定各個售電公司的購售電量以及售電價差如表2所示。為了簡化計算采用單一費率形式，參考文獻［2］并借鑒其他風(fēng)險保險定價，令d=0，μ=0.01。

類型雙邊協(xié)商平均價差集中交易平均價差雙邊協(xié)商與集中競價加權(quán)價差用戶側(cè)平均價差平均利潤擔(dān)保利潤價格-0.064 5-0.068 9-0.065 7-0.020 0-0.045 7-0.045 7

售電公司1234567雙邊協(xié)商交易電量/MWh 1 141 409 843 190 573 500 363 550 220 556 206 392 539 512集中競爭交易電量/MWh 296 594.830 427 554.030 220 680.890 91 757.251 135 194.970 156 137.410 329 408.800用戶側(cè)價差/（元·kWh-1）-0.010-0.015-0.020-0.025-0.025-0.030-0.030

4.1 售電公司購買保險后的賠付情況

售電公司與保險公司達成購買利潤保險協(xié)議，其保費為0.003元/kWh時，保險公司盈利950 501.318元，售電公司購買市場保險利潤后的賠付情況如表3所示。

從表3可以看出售電公司1—3實際利潤大于擔(dān)保利潤，保險公司無需向其支付賠償金。售電公司4—7實際利潤小于擔(dān)保利潤，保險公司需要支付相應(yīng)的賠償金，雖然單位電量賠付金額較小，但售電公司購售電量較大，總的賠付金額還是比較大的，如果售電公司沒有投保，不能得到保險公司的擔(dān)保，電價的波動將給售電公司帶來巨大的利潤損失，降低售電公司的盈利能力。

4.2 保險對售電公司與保險公司的價值

圖3為售電有市場保險時不同保費下售電公司的利潤以及無市場保險時售電公司的利潤。

從圖3可以看出當(dāng)保費較低時（如保費為0.001元/kWh時）售電公司1—3在無保險時利潤高于有保險時利潤，而售電公司4—7在無保險時利潤低于有保險時利潤。這是因為售電公司1—3實際利潤高于擔(dān)保利潤，保險公司不需要向售電公司1—3支付賠付金額，但是售電公司1—3要向保險公司支付保費。而售電公司4—7實際利潤小于擔(dān)保利潤，保險公司需要向售電公司4—7支付相應(yīng)的賠付金額，并且售電公司4—7收到的賠付金額大于向保險公司交納的保費。此外，隨著保費的增加，越來越多的售電公司在無保險時利潤高于有保險時利潤，當(dāng)保費為0.01元/kWh時，7個售電公司無保險時的利潤均大于有保險時利潤，這是因為售電公司1—3實際利潤高于擔(dān)保利潤，保險公司不需要向售電公司1—3支付賠付金額，但是售電公司1—3要向保險公司支付保費。而售電公司4—7實際利潤小于擔(dān)保利潤，保險公司需要向售電公司4—7支付相應(yīng)的賠付金額，并且隨著保費的增加，售電公司4—7收到的賠付金額小于向保險公司交納的保費。

售電公司1234567擔(dān)保利潤/千元65 716 775.190 58 073 002.180 36 294 066.620 20 807 541.380 16 257 819.150 16 567 594.000 39 709 680.620實際利潤/千元79 676 226.190 64 783 067.230 36 312 045.460 18 388 368.330 14 647 021.010 13 194 269.220 31 427 166.370單位賠償金額/（元·kWh-1）000 0.005 313 276 0.004 527 881 0.009 304 969 0.009 531 955賠付金額/千元000 2 419 173.052 1 610 798.139 3 373 324.783 8 282 514.250保費/千元4 314 011.501 3 812 232.091 2 382 542.666 1 365 921.754 1 067 252.898 1 087 588.228 2 606 762.404

圖4為不同保費下保險公司利潤。從圖4可以看出，在售電公司購買市場保險的情況下，隨著保費的增加，保險公司利潤不斷增加。這是因為售電公司在既定的經(jīng)營狀況下，按照利潤保險約定條款，保險公司支付給售電公司的賠付金額固定，而保費逐漸增加。

綜合圖3與圖4可知，保費對于售電公司與保險公司都產(chǎn)生了重要影響。因此，在制定次年保費時要綜合考慮保險公司與售電公司，保費過高，將降低售電公司的經(jīng)營利潤；保費過低，將降低保險公司的利潤，增加保險公司的經(jīng)營風(fēng)險。

4.3 市場保險投保及設(shè)計決策

由于每年電力市場狀況不同，保險公司需要合理制定次年的保費。在計算保費時，基于2017年電力市場經(jīng)營狀況，令d=0，μ=0.01，則2018年純保費為0.002 828 598元/kWh，由于市場保險在我國沒有實施經(jīng)驗，售電公司認識不足且我國保險業(yè)為買方市場，因此，保險公司將純保費作為最低保費標(biāo)準。此外，根據(jù)歷史市場狀況以及自身特性，售電公司參與電力市場的期望利潤也不同，由此導(dǎo)致售電公司投保愿意支付的保費不同。

保險公司針對不同售電公司制定的最低保費即純保費相同，這是因為最低保費是維持保險公司持續(xù)經(jīng)營的最低水平，當(dāng)售電公司支付的保費再減少，保險公司將虧損，對保險公司的持續(xù)經(jīng)營產(chǎn)生壓力。不同售電公司愿意支付的最高保費不同，最高保費是售電公司根據(jù)歷史投保情況以及次年不投保情況下期望利潤的大小，選擇繼續(xù)投保愿意支付的最大值。如果保費再增加，售電公司購買保險時的利潤將低于不購買保險時的期望利潤，這將嚴重影響售電公司的投保積極性，進而降低保險的風(fēng)險分散與轉(zhuǎn)移作用。此外，售電公司期望利潤越大，愿意支付的保費越小，這是因為售電公司是否購買保險受售電公司不購買市場保險時期望利潤的影響，如果購買市場保險時的利潤不低于不購買市場保險的期望利潤，則售電公司購買保險，否則售電公司不購買保險。售電公司期望利潤較大時，只有保費較小的情況下，才能保證售電公司購買保險時利潤大于不購買市場保險時的期望利潤。

5 結(jié)束語

針對電力市場中，電價的高度波動特性給售電公司帶來了巨大利潤損失風(fēng)險，本文提出市場保險以規(guī)避售電公司風(fēng)險，提高售電公司競爭力。在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，首先對引入保險的電力市場架構(gòu)及市場參與主體關(guān)系進行介紹，然后闡述了市場保險的原理與實施流程，并建立了售電公司與保險公司的利潤及決策模型，通過算例分析市場保險對售電公司與保險公司的影響，研究結(jié)果表明。

（1）由于目前國內(nèi)售電公司還沒有比較系統(tǒng)的風(fēng)險規(guī)避機制，售電公司必須獨自承擔(dān)市場風(fēng)險。市場保險的引入、合理的保費設(shè)置能有效幫助售電公司規(guī)避市場風(fēng)險，減少經(jīng)濟損失，增加利潤，提高自身競爭力。

（2）在電力市場中引入市場保險能有效降低售電公司經(jīng)營風(fēng)險，同時通過設(shè)置合理保費，保險公司在承擔(dān)一定風(fēng)險的同時，能夠獲得相當(dāng)可觀的利潤，這為保險公司拓展業(yè)務(wù)，開辟新的市場帶來了新的機遇。

（3）保費對于售電公司與保險公司都有很大的影響。保費過高或過低都不利于保險發(fā)揮作用。保險公司在進行保費厘定時要充分考慮自身風(fēng)險承受能力與經(jīng)營目標(biāo)以及售電公司參與電力市場時的經(jīng)營狀況與特點。D