引入第三方保险机构的电压暂降风险规避机制研究
2016-02-14马愿谦吴丹岳陈韵竹
张 逸，马愿谦，吴丹岳，林 芳，陈韵竹
(1.国家电网福建电力科学院，福建 福州 350003；2.四川大学 电气信息学院，四川 成都 610065)
引入第三方保险机构的电压暂降风险规避机制研究
张 逸1，马愿谦2，吴丹岳1，林 芳1，陈韵竹2
(1.国家电网福建电力科学院，福建 福州 350003；2.四川大学 电气信息学院，四川 成都 610065)
高新技术企业等敏感用户易受电压暂降影响，承担损失和风险大，最优电压暂降风险规避机制及其实施方案已成为研究热点。在分析电压暂降风险及其规避方式的基础上，提出引入第三方保险机构，通过分析损失风险事件利益相关方及其权利义务，建立利益相关方不同程度参与的3种损失风险规避机制，即双边参与保险、多方共同保险和多方参与链式再保险，并对这3种机制从保费、赔偿金额等多方面对比分析，提出最适于电压暂降风险的规避机制。最后，以某高新技术园区内3家高新技术企业实证分析，证明该文所提机制的正确性和合理性。
电压暂降；用户损失风险；第三方保险机构；规避机制
当今社会经济正快速发展，科学技术也日新月异，高新技术产业在各行各业中得到了普遍应用，广大电力用户开始不断利用创新科技提高生产效率，大量使用高压钠灯、氖灯等敏感设备，这些设备对主要由系统故障引起的电压暂降非常敏感[1-2]，容易因电压暂降事件给用户带来巨大的经济损失[3-6]和风险[7-8]。2013年，日本某晶圆企业因一次电压暂降事件导致产量减少1/5，损失上亿；2015年，中国某石化企业因电网短路故障引起的电压暂降，导致该厂发生黑烟事件，给社会造成了不良影响。因此，研究用户最优损失风险规避机制及其实施方案具有重要理论价值和现实意义。
国内外从经济损失[5-6]、风险管理[7-9]、技术方案[10-12]、缓解措施[13-15]等方面开展了大量的研究，部分国家的电力公司建立了一些电能质量合同机制[16-17]，如美国爱迪生公司、法国电力公司等，通过利用对用户经济补偿的手段降低了用户的损失风险。从现有研究和实践情况可以看出，应对电压暂降的措施主要从技术手段降低暂降发生的可能性及其损失后果的严重性，部分经济手段通过电能质量合同形式降低了暂降风险，但对电压暂降损失风险的利益相关主体，根据主体之间的权利、义务所建立的风险规避机制研究较少，对多种可能建立的损失风险规避机制及其实施方案的最优化和合理性研究还存在着不足。
在分析电压暂降风险及其规避方式的基础上，笔者引入第三方保险机构，通过分析损失风险利益相关方及其权利义务，建立用户、保险机构、供电机构和地方政府不同程度参与的3种损失风险规避机制，同时，对这3种机制从风险规避程度、主体承担能力等多角度进行对比分析，提出最适于电压暂降风险的规避机制。最后，以某高新技术园区内3家高新技术企业近8年经历的电压暂降实测数据进行实证分析，证明该文结论的正确性和合理性。
1 电压暂降风险及其规避方式
电压暂降不同于电压波动或欠电压，是电网故障或负荷发生大变化引起母线电压有效值快速下降且持续时间极短的突发事件，它的发生是不受人为控制的，具有很强的偶然性[18]和意外性[19]。因电压暂降引起的敏感设备失效事件受多方面因素的影响，同时具有随机性[20]、模糊性[21]等复杂不可预见性[22]，需采取一定途径和方法来规避电压暂降风险，尽可能减少敏感用户的经济损失。
规避风险[23]的方式有4种：完全规避风险、风险损失控制、转移风险和自留风险。完全规避风险是指通过不使用电能的方式来完全回避电压暂降的发生，因此，采取完全规避风险的方式来规避暂降风险是不现实的。风险损失控制是指通过安装补偿装备等技术手段达到降低暂降风险事件发生概率来减少用户损失的目的，虽然能规避一定程度的风险，但并不能将损失完全控制在用户能承受范围内。转移风险是指将自身承担的暂降损失风险转移给第三方，保险是利用转移风险进行风险规避中最普遍、最有效及最直接的方式。自留风险是指自己承担一部分承受范围内的风险，有计划地进行风险自留。在排除完全规避风险方法后，剩余3种方法各自单独运用都不能完全达到规避风险的目的，所以考虑将这3种方法结合起来对暂降风险进行规避，建立暂降风险规避机制。
2 暂降风险规避机制
通过实际调查分析，由于用户设备不满足SEMI 47标准导致的损失占总损失的绝大部分，因此应作为用户自留风险，由用户自己承担，该文建立的风险规避机制只对用户自留风险以外的风险进行规避。供电部门为了确保电网安全运行，保障广大用户的电能质量水平，不断在设备运用和技术革新方面做了很多努力和大量资金投入，但电网中用户负荷存在多样性，各自对电能质量的需求不一样，因而无法满足所有用户对电能质量不同的需求。地方政府作为电力能源的行政主管部门，对电力能源的使用履行监管责任，同时为了提高就业率，带动地方经济快速发展，积极鼓励投资开办企业，以此来增加财政收入，从而才能保障人民安居乐业，因此，地方政府需要承担因管理不善等社会原因导致企业的损失。引入第三方保险机构，通过收取保费获得利润，承担着用户转移过来的暂降损失风险。
基于上述分析，可建立3种风险规避机制：
1)双边参与保险机制。用户直接与第三方保险机构参与的双边保险风险规避机制。电压暂降损失风险，在扣除用户承担的自留损失，供电机构和地方政府各自的主观责任损失后的部分，由保险机构承担。
2)多方共同参与保险机制。用户、第三方保险机构、供电机构和地方政府多方共同参与保险的风险规避机制。除了用户自留风险以外的损失风险由保险机构、供电机构和地方政府按比例共同承担。
3)多方链式参与再保险机制。用户承担自留风险，其余风险通过缴纳保费转移给保险机构承担，保险机构则向供电机构和地方政府进行再保险，转移出自己承受范围以外的损失风险，政府做最后保险人，构成链式再保险形式的风险规避机制。
3 风险规避机制保险方案比较
3.1 保险(机制1)
假设N个用户参与投保，每个用户支付保费A1向保险机构转移最大损失M1范围的责任，保险机构的赔偿金由保险合同规定界限内的损失确定，根据期望效益原理[24]求保费：
(1)
式中β表示保险机构在保险合同时间范围内理赔频次的期望值；正常运营期间，保险机构会产生日常开销或管理费用等，c为调整系数起调整保费，确保保险机构正常运营的作用；x为用户损失金额；f(x)为用户损失概率密度函数。
由于暂降风险的特殊性，发生频次少，单次损失巨大，并且投保群体(敏感用户)所占比例低，所具有的市场规模小等特点不满足大数定理，此风险规避机制建立的保险方案会导致保险公司承担的损失风险过于巨大，出现收不抵支的情况。其次，从投保人的角度，由于保险机构承担的风险巨大，为了保证盈利，会出现高费率的现象，若投保人支付的保费超出了一定范围，投保人将会选择不投保而独自承担损失风险。综上，根据此种风险规避机制设计的保险方案并不能顺利实施。
3.2 共同保险(机制2)
机制2与机制1的不同在于，机制1中保险机构独自承担的损失风险在机制2中划分为由保险机构、供电机构和政府按比例共同承担。从用户的角度来说，机制1与机制2并无差异，因此保费计算原理、方式与结果一样，依然会出现高费率，导致用户不愿参保的现象。从保险机构的角度来说，机制2将风险分散的更细化，保险机构承担的损失风险减少了很多，提高了损失风险的可保性，增加了运营的可行性。保险机构、供电机构和政府按照各自承担的风险比例将用户支付的保费进行比例分配，若用户发生损失，则按此比例各自进行赔偿，风险承担比例由各自实际情况、效用和对风险喜好厌恶程度进行博弈后所决定。由于机制2这种共保模式每个个体所占份额不一样，在损失赔偿，保费收入等方面容易发生冲突和出入，导致赔偿不到位或者“散伙”的现象，所以对监管的要求较高，并且各共保个体之间还需要长期的磨合与改善。
3.3 链式再保险(机制3)
用户要将最大损失M1范围的损失转移给第三方保险机构，就必须向保险机构支付投保费用P1；保险机构为降低电压暂降损失风险发生机率，再向供电机构支付投保费用购买再保险，保险机构转移的损失M2范围的责任将由供电机构承担；供电机构作为经营企业，承担风险能力是有限的，为规避经营风险，需再向地方政府部门再投保并支付保费P3，同时将损失M3范围的责任转移给地方政府承担。；各主体的自留风险由各自效用函数根据Borch定理[25]相互博弈所决定，达到链式关系下最优再保险[26]。
根据期望效益原理，采用倒推法求每个用户支付的保费P1，供电机构与政府收取的再保费P2，P3：
(2)
(3)
(4)
1{d3
机制3将基础保险与再保险结合起来，形成链式关系的保险与再保险结构，对比机制1，2其优势体现为以下几点。
首先，由于机制3是链式再保险的原因，其特点是：保险机构承担的风险特点是发生频率高，单次造成的损失低；电力部门承担的风险特点是发生频率较低，单次损失偏高；政府作为链式再保险的最后保险人，承担的风险具有发生频率近乎于0，但若发生一次便会造成巨大损失。综合发生频率与损失，各主体分担的风险比较均匀，且均不会很巨大，因此不会出现高费率现象，可以解决机制1与机制2中均存在的用户高费率不愿参保问题。
其次，机制3能够解决机制1中存在的保险机构独自承担高损失风险问题，降低了暂降风险特殊性导致的大数定理不满足程度，保证保险机构的利益，增加保险方案的可实施性。
再次，机制2中各共保个体所占份额有差距，容易出现界限不清、赔偿不到位等现象，而机制3中各主体是形成链式关系，环环相扣，界限清晰明了，不会出现赔偿分歧等现象。
最后，机制3不仅可以弥补机制1与机制2的缺陷，并能达到有效规避暂降损失风险的目的，可实施性远大于前2种机制，因此，综合多方面考虑与对比，针对电压暂降风险规避问题，机制3更为合理可行。
4 实证分析
4.1 实证数据调查统计与计算
对某高新技术园区内3家高新技术企业用户L1—L3近8年10 kV母线监测的电压暂降进行实地调查统计，调查的暂降频次与损失如图1，2所示。
图1 不同企业用户电压暂降频次曲线
图2 不同企业用户经济损失曲线
根据实际情况，结合调查数据，统计计算得λ1=1，λ2=2.75，λ3=β=4.5，N=3，M1=360万元，d2=80万元，d3=200万元。
以调查统计与计算的数据为基础，为直观明了地进行对比，设定c=b1=b2=b3=0.2，代入式(1)～(4)可得：A1=324万元，P1=172.67万元，P2=170万元，P3=16万元。
4.2 保费对比分析
由于机制1，2的区别在于承保主体，用户层面并无差异，因此，机制1，2中单个用户每年支付的保费相同，均为324万元。机制3采用链式再保险计算模型，每个用户每年支付保费为172.67万元。可见，机制1，2都使用户面临了高保费现象，导致用户宁愿独自承担损失而不进行风险规避。以L1为例，用户损失分别与机制1,2,3的保费对比如图3所示。
在我国规划体系中规划一般分为“三级”，即国家级、省级、市县级。不同层次级别的规划因所覆盖的区域范围大小存在很大差异，即规划的尺度和精度不同，水资源论证的深度不同；不同管理部门的职能不同，所涉及的规划主题不同，则规划功能、规划方法与规划表现形式都有很大不同，这直接关系规划水资源论证的重点，必须加以区别对待。目前水利部开展规划水资源论证的重点范围主要有：①国民经济和社会发展规划及其专项规划，②城市总体规划及其专项规划，③重大建设项目布局规划，④区域经济发展战略规划，⑤行业专项规划。
图3 L1损失与3种保费对比
可见，机制1，2的保费在2011年均只稍高于当年损失，在后3年却呈现出损失远远不足保费高的现象，综合4年情况，得到的赔偿远小于付出的保费，用户权衡考虑之后，会做出独自承担损失而不进行投保的决定。而机制3的费率大大降低，前2年用户损失远大于支付的保费，因此得到的赔偿也大于付出的保费，后2年用户损失只是稍低于付出的保费，用户通过支付少量的保费，得到一种风险保障，综合4年情况，从长远角度看待，得到的赔偿高于付出的保费，对用户来说是有益的。因此,用户愿意支付少量的保费来进行损失风险的规避，证明了针对暂降风险规避问题，机制3比机制1,2更具可行性和合理性，与理论分析相符。
4.3 风险分摊对比分析
以L1在2011年为例，投保前，用户独自承担损失；机制1，损失转移给保险机构承担；机制2，损失转移给保险机构、供电机构和地方政府按比例共同承担，为说明原理，采用1∶1∶1均匀分摊；机制3，损失按链式分节转移给保险机构、供电机构和地方政府分摊，结果如图4所示。
图4 L1规避前和3种机制规避后的风险分摊对比
可见，机制1，保险机构承担了过多的风险，超出了自己的承担能力，可能会出现收不抵支的现象；机制2虽将风险进行了平均分摊，但保费也出现了平均分配，从本质上没有变化，仍有可能出现收不抵支的现象；机制3，保险机构承担的风险概率比机制2有一定增加，但应在其所承担的范围内，因其分摊的均是发生频率高，损失小的风险。未进行规避前，用户承担的风险百分比为100%；采取任何一种机制进行规避，用户承担的百分比都为12.71%。综上，证明了机制3比机制1,2在规避风险的问题上更具有效性和合理性，与理论相符。
4.4 盈余对比
表1 不同机制的保险方案模拟运营盈利对比
结合图3与表1可见，机制1与机制2必须由用户支付高额保费才能保证各主体盈利，否则会出现“收不抵支”亏损的现象；而用户面对高额保费会做出独自承担损失的决定，导致机制无法正常实施运行。表1可见，机制3下，用户保费在其经济能力承受范围之内，各主体累积收入基本为整数，2014年政府呈现亏损是因为L2与L3都发生了严重暂降，均造成了较大损失，应采取措施提高设备免疫力水平或安装补偿装置；综上，证明了针对暂降风险规避问题，机制3比机制1,2更具可行性和合理性，与理论分析相符。
5 结语
1)由于电压暂降的发生具有不可预见性，会导致用户面临巨大的损失和风险，若不建立风险规避机制，用户所面临的损失与风险均需自己独自承担，导致用户对供电质量的满意度不高，因此建立风险规避机制是很有必要的。
2)在分析损失风险事件的利益相关主体的基础上，若不考虑引入第三方保险机构，用户作为唯一的直接利益相关方，难以建立风险规避机制。因此，引入第三方保险机构，建立利益相关各方不同程度参与的3种风险规避机制。
3)由于暂降风险具有市场规模小、发生概率不具有统计规律，同时收供用电双方因素的影响，不完全具有可保性，导致机制1与机制2实施起来的可行性不高，而机制3采用链式再保险的方式和原理，既能解决机制1，2中存在的不足，又能达到有效规避风险的目的，因此，采用机制3更具可行性和有效性。
4)通过对实地调研的3家敏感用户进行实证分析，结果表明，针对电压暂降损失风险规避问题，采用机制3的链式再保险方式更具合理性、可实施性和有效性。
笔者从理论上证明了多方链式参与再保险规避机制的可行性和有效性，但在实际推广运用时，还需要更大的样本量进行分析，不断完善风险规避机制和保险实施方案，政府还需制定政策和法律来进行严格监管和把控市场。
[1]陈海涛，钟庆，张尧．敏感设备电压暂降免疫度的仿真和分析[J]．电力科学与技术学报，2013，28(3)：65-70． CHEN Hai-tao，ZHONG Qing，ZHANG Yao．Simulation and analysis on the immunity degree of voltage sag for sensitive equipment[J]．Journal of Electric Power Science and Technology，2013，28(3)：65-70.
[2]肖先勇，陈武，杨洪耕．敏感设备电压暂降故障水平的多不确定性评估[J]．中国电机工程学报，2010，30(10)：36-42． XIAO Xian-yong，CHEN Wu，YANG Hong-geng．Multi-uncertainty assessment for failure level of sensitive equipment caused by voltage sag[J]．Proceedings of the CSEE，2010，30(10)：36-42.
[3]肖先勇，王希宝，薛丽丽，等．敏感负荷电压凹陷敏感度的随机估计方法[J]．电网技术，2007，31(22)：30-33． XIAO Xian-yong，WANG Xi-bao，XUE Li-li，et al．A method to stochastically estimate voltage sag sensitivity of sensitive equipments[J]．Power System Technology，2007，31(22)：30-33.
[4]肖先勇，马超，杨洪耕，等．用电压暂降严重程度和最大熵评估负荷电压暂降敏感度[J]．中国电机工程学报，2009，29(31)：115-121． XIAO Xian-yong，MA Chao，YANG Hong-geng，et al．Stochastic estimation of equipment sensitivity to voltage sag based on voltage sag severity index and maximum entropy principle[J]．Proceeding of the CSEE，2009，29(31)：115-121.
[5]Cebrian J C，Kagan N．Distribution expansion planning considering financial losses due to interruptions and voltage sags using genetic algorithms[C]．International Youth Conference on Energy，Siófok,Somogy，2013.
[6]Nasrolahpour E，Ghasemi H，Monsef H，Khoub E．DG placement considering voltage sag and losses[C]．International Conference on Environment and Electrical Engineering，IEEE，Venice，Italy,2012.
[7]徐育福，蔡金锭，李天友．基于正弦函数模型的电压暂降检测算法[J]．电力科学与技术学报，2008，23(2)：36-40． XU Yu-fu，CAI Jing-ding，LI Tian-you．Detection algorithm of voltage sag based on sinusoidal model[J]．Journal of Electric Power Science and Technology，2008，23(2)：36-40.
[8]han J Y，Milanovic J V，Delahunty A．Risk-based assessment of financial losses due to voltage sags[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2011，26(2)：492-500.
[9]金广厚，李庚银，周明．基于质量保险的多质量等级电能定价方法[J]．中国电机工程学报，2006，26(9)：113-119． JIN Guang-hou，LI Geng-yin，ZHOU Ming．Quality insurance based electric energy pricing with Multi-quality grades[J]．Proceeding of the CSEE，2006，26(9)：113-119.
[10]Hertem D V，Didden M，Driesen J，et al．Choosing the correct mitigation method against voltage dips and interruptions： A customer-based approach[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2007，22(1)：331-339.
[11]Hertem D V，Didden M， Driesen J，et al．Optimal mitigation of voltage dips and interruptions[C]．IEEE Young Researchers Symposium Electrical Power Engineering，Delft，The Netherlands， 2004.
[12]Milanovic J V，Zhang Y．Global minimization of financial losses due to voltage sags with FACTS[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2010，25(1)：298-306.
[13]Ansal V，Ravikumar K，Parthiban P．Transformerless dynamic voltage restorer for voltage sag mitigation[C]．2016 Biennial International Conference on Power and Energy Systems：Towards Sustainable Energy (PESTSE)，Bangalore，India,2016.
[14]Chan J Y，Milanovic J V．Assessment of the economic value of voltage sag mitigation devices to sensitive industrial plants[J]．IEEE Transactions on Power Delivery， 2015，30(6)：2 374-2 382.
[15]Cavalcanti M C，Limongi L R，Gomes M D B，et al．Eight-switch power conditioner for current harmonic compensation and voltage sag mitigation[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，2015，62(8)：4 655-4 664.
[16]Dettloff A，Sabin D．Power quality performance component of the special manufacturing contracts between power provider and customer[C].9th International Conference on Harmonics and Quality of Power，Orlando,USA，2000.
[17]McGranaghan M，Kennedy B W，Samotyj M．Power quality contracts in a competitive electric utility industry[C].8th International Conference on Harmonics and Quality of Power，Athens(Greece)，1998.
[18]刘旭娜，肖先勇，汪颖．电压暂降严重程度及其测度、不确定性评估方法[J]．中国电机工程学报，2014，34(4)：644-658． LIU Xu-na，XIAO Xian-yong，WANG Ying．Voltage sag severity and its measure and uncertainty evaluation[J]．Proceeding of the CSEE，2014，34(4)：644-658.
[19]Liao H，Abdelrahman S，Guo Y，et al．Identification of weak areas of network based on exposure to voltage sags—Part II：Assessment of network performance using sag severity index[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2014，30(6)：2 401-2 409.
[20]肖先勇，杨洪耕，陈武，等． 敏感设备电压暂降敏感度的模糊随机评估[J]． 中国电机工程学报，2009，29(34)：90-95． XIAO Xian-yong，YANG Hong-geng，CHEN Wu，et al．Fuzzy-random assessment method of equipment sensitivity to voltage sags[J]．Proceeding of the CSEE，2009，29(34)：90-95.
[21]杨达，肖先勇，汪颖． 计及失效事件和严重程度不确定性的设备电压暂降失效率评估[J]． 电力自动化设备，2013，33(10)：107-111，117． YANG Da，XIAO Xian-yong，WANG Ying．Assessment of equipment invalidation due to voltage sags considering uncertainties of failure and severity[J]．Electric Power Automation Equipment，2013，33(10)：107-111，117.
[22]Lotfifard S，Kezunovic M，Mousavi M J．A systematic approach for ranking distribution systems fault location algorithms and eliminating false estimates[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2013，28(1)：285-293.
[23]丁元竹．中国2010年风险与规避[M]．北京：中国大百科全书出版社，2005.
[24]龚日朝，颜元，刘玲．巨灾保险模式及保费厘定方法研究[J]．南华大学学报：自然科学版，2011，25(2)：37-44． GONG Ri-zhao，YAN Yuan，LIU Ling．Catastrophe insurance model and its method of determining premiums[J]．Journal of University of South China：Science and Technology，2011，25(2)：37-44.
[25]Borch K．Equilibrium in a reinsurance market[J]．Econometrica，1962，30(3)：424-444.
[26]钟明．最优再保险理论与实证研究[M]．上海：上海财经大学出版社，2014．
Study on risk aversion mechanism of voltage sag introduced in a third party insurance institution
ZHANG Yi1, MA Yuan-qian2, WU Dan-yue1, LIN Fang1, CHEN Yun-zhu2
(1. Fujian Electrical Power Research Institute, Fuzhou 350003,China; 2. College of Electrical Engineering and Information Technology, Sichuan University, Chengdu 610065, China)
High-tech enterprises and other sensitive customers are influenced to voltage sags easily, which afford huge losses and face high risk, but the optimal risk aversion mechanism of voltage sag and its implementation scheme have been a hotspot recently. Based on the analysis of voltage sag risk and aversion methods, the third party insurance institution was introduced in this paper. According to the risk of loss events and stakeholders rights obligations, three loss risk aversion mechanisms were established, such as bilateral participant insurance, multi-participant insurance and multi-participant chaining insurance, and then the premium and compensation of the three mechanisms were compared to determine the most suitable method avoiding the risk of voltage sag. Finally, taking three high-tech enterprises as examples, the results verifies the correctness and rationality of the proposed mechanism.
voltage sag; customer loss risk; third party insurance institution; aversion mechanism
2016-10-30
国家电网总部科技项目(SGRI-DL-71-15-006)
马愿谦(1991—)，女，博士研究生，主要从事优质电力价值理论及其应用等研究；E-mail:1536498520@qq.com
TM71
A
1673-9140(2016)04-0011-07
