（技术经济及管理专业论文）发电商多市场投标组合策略研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本论文的研究内容主要包括两个部分：第一部分从机会成本损失最小化 的角度出发，确定发电商的理性出力范围，将次序统计量与无标底拍卖理论 相结合，得出发电厂商的最优报价策略模型；基于合同市场、投标市场的电 量和电价，利用古诺博弈模型得出发电厂商在旋转备用市场的报价函数。第 二部分在考虑风险的条件下，基于双边合同市场和日前市场f 包括日前能量市 场和旋转备用市场) 的交易结构，用条件风险价值( c v a r ) 作为风险计量指标及 目标函数，研究在一定置信水平和约束条件下的发电商多时段c v a r 组合市场 投标策略优化模型。 关键词：电力市场，投标组合，条件风险价值，优化模型 a b s t r a c t t h er e s e a r c hc o n t e n t so ft h i sp a p e ri n c l u d e st w op a r t s t h er a t i o n a lr a n g e o fv a r i a b l eo u t p u to ft h eb i d d e rf r o mt h ev i e w p o i n to fm i n i m i z a t i o no ft h el o s so f o p p o r t u n i t yc o s ti sa n a l y z e di nt h ef i r s tp a r t a n dt h e nw i t hc o m b m a f i o no fo r d e r s t a t i s t i c sa n db i d d i n gt h e o r y , c o n s i d e mo p t i m a l b i d d i n gs t r a t e g y u n d e r n o n - b a s ea u c t i o n c o n s i d e r i n gt h er i s k ，t h es e c o n dp a r tb a s e do nt h eb i l a t e r a lc o n t r a c tm a r k e ta n d d a y - a h e a dm a r k e t ( i n c l u d i n gd a y - a h e a de n e r g ym a r k e ta n ds p i n n i n gr e s e i e m a r k e t ) ，c o n s i d e r st h ec o n d i t i o n a lv a l u ea tr i s k ( c v a r ) a st h er i s km e a s u r ei n d e x a n dt h eo b j e f tf u n c t i o n ，c o n c l u d et h eo p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g yo fp o w e rs u p p l i e r s i nm u l t i p e r i o dc o m b i n a t i o nm a r k e ta tac e r t a i nc o n f i d e n tl e v e la n dt h er e s t r i c t i o n c o n d i t i o n s c h e nl i n g ( t e c h n i c a le c o n o m i c s m a n a g e m e n t ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f z h a n gx i n g p i n g k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t , c o m b i n a t i o nb i d d i n g c o n d i t i o n a lv a l u ea t r i s ko p t i m a ls t r a t e g y 2 华北电力大学 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文发电商多市场投标组合策略研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：盗查 日期：丝霉：么：丛： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：砾羚 日 导师签名 华北电力大学硕士学位论文 1 1 论文的研究背景 第一章引言 自2 0 世纪8 0 年代以来世界上有不少国家开始重建其电力工业打破垄断、引 入公平竞争和改善经济效率，最终目标是实现社会资源的合理分配和社会效益最 大化。这些努力导致了电力工业的市场化，促进了电力市场的形成。在我国，随 着社会主义市场经济体制改革的深入发展，电力工业以增强活力、提高效益、改 善服务为目的的市场化改革已经成为必然趋势。从1 9 9 8 年开始，我国在电力行业 实行“厂网分开、竞价上网”的改革，并确定山东、上海、浙江等省为首批“厂 网分开”的试点省市。2 0 0 2 年4 月，国家计委宣布国务院批准实施的电力体制改 革方案，1 0 月，明确了电力行业大规模重组的一系列内容，这是我国电力行业向 市场化迈进的标志n 】。 我国旧的电力企业生产模式是：企业根据地区调度下达的年度、月度和每日 负荷曲线，安排生产。售电价格是按电厂和供电部门签订的长期售电合同确立的 电价来执行的不变价格。而根据新的改革方案，将在发电侧进行竞价上网。也就 是说，区域电网内的各发电企业，在规定时间内申报本企业售电单价( 每周价格、 每日价格、每时价格) ，而供电企业根据各发电企业申报的电价来确定最优的负 荷分配方案。这种竞价上网的经营模式不仅对国内企业来说是一种新的挑战，在 西方国家亦是新生事物。英国是在1 9 9 0 年实行电力私营化改革后，其电力交易才 通过电力联营体( p 0 0 l ) 以竟价形式进行。 对我国电力企业来说，这种转变的核心是经营观念的巨大改变，由原来的生 产推动型变为营销拉动型。过去我们电力企业的经营者最关心的是生产，即能否 按调度的指令实现满发电、多发电。因为售电价格是固定的，调度电量只和地区 经济发展状况和企业总装机容量相关，而这两个因素在一个经营期内都是相对固 定的，且是经营者短期内无法改变的。这样只要企业完成了计划调度负荷就能完 成全年生产任务和赢利目标。而改革之后的情况却发生了巨大变化。经营者最关 心的售电市场，而在这个竞争性市场中最有力的武器就是价格。也就是说，较低 的价格就获得占有较高的售电量，就能更好的体现电力行业固有的规模经济性， 就能降低更多的成本，实现更高的经济效益，并为技术改造提供更强的资金支持， 最终在下一轮竞争中取得更大的价格优势。这也是我国进行电力体制改革，实现 可持续发展的一个基本出发点。 1 华北电力大学硕士学位论文 2 0 0 3 年3 月2 0 日经国务院批准国家电力监管委员会( 简称电监会) 正式挂 牌成立。2 0 0 4 年3 月，电监会开始修订 电网调度管理条例，旨在打破电力调 度中省域之间的壁垒。2 0 0 4 年4 月，电监会和国家发改委联合印发了电力用户 向发电企业直接购电试点暂行办法，开始积极推进大用户直购电试点。2 0 0 5 年 2 月1 5 日国务院总理温家宝签署第4 3 2 号国务院令，公布了电力监管条例， 并从2 0 0 5 年5 月1 日开始实施。 电监会是我国在国民经济重要基础产业领域中设立的第一家政府监管机构。 电力监管条例第1 7 条中明确规定：“电力监管机构对电力企业、电力调度交 易机构执行电力市场运行规则的情况及电力调度交易机构执行电力调度规则的情 况实施监管。”电监会的正式成立，表明我国电力工业体制向适应市场经济要求 的依法监管的方向转变，是电力工业市场化改革的必然结果，也是进一步转换政 府职能、构建适应市场经济要求的政府监管体制的重要步骤，将对促进我国电力 工业结构调整和优化发挥重要作用。 如上所述，电力工业市场化改革的基本目标是减少最终用户的用电成本，并 最终降低整个电力工业的生产成本，使电力工业变得更有竞争力，能够吸引新的 投资，使人们更方便地获得廉价的电力供应。其最终目的是实现社会资源的合理 分配和社会福利最大化。在一个理想的电力市场中，市场是完全竞争的，市场结 构和管理规则应无漏洞可钻，从而市场中不存在博弈行为。博弈行为可能危害市 场完全竞争或引起市场价格明显高于完全竞争水平，这是需要监管的。由于电力 工业的特殊性，如有限数日的发电厂商、大的投资规模( 市场进入壁垒) 、输电 约束( 在一定程度和范围上限制了某些大用户选择发电厂商) 和输电损耗( 打击 大用户远距离购电的积极性) 等，以上这些因素决定了电力市场不是完全竞争市 场而是更接近于寡头垄断市场，存在着博弈行为和一些未知的、不确定的因素， 给发电企业带来了风险和获取额外收益的机会，决定了发电厂商在挖掘潜力、降 低成本的同时还可以通过竞价投标策略来达到企业利润最大化。 对于发电厂商丽言，报价策略的优劣与自身利益直接相关，一个好的报价策 略将使发电厂商在竞争中处于优势地位，并且在某种情况下，通过策略性报价可 获得与自身经营状况无关的超额利润对于电力市场监管机构而言，考察策略性 报价行为的主要目的是检测滥用市场力的可能性，进而发现市场结构和管理规则 中存在的漏洞，以制定相应的政策来抑制发电厂商滥用市场力的可能性“1 。 ，本论文在借鉴国内外相关理论研究成果的基础上，主要从发电厂商的角度出 发，立足目前影响最大的统一出清价( u n i f o r mc l e a r i n gp r i c e ) 机制，基于合同 市场和日前市场( 包括日前能量市场和旋转备用市场) 的交易结构，研究发电厂商多 2 华北电力大学硕士学位论文 市场投标组合优化模型，并得出了一些有代表性的结论。本论文的研究为发电厂商 在市场化进程中寻求自身利益最大化有一定的借鉴意义。 1 2 国内外研究动态 报价策略问题主要针对p o o l 结构的电力市场。在多个买主和卖主的同种且同 质商品市场中，通常采用统一价格拍卖，以鼓励买卖双方按其边际获利或边际成 本投标，取得最大的社会效益”1 。几乎世晃上所有的以电力联营体为基础的电力 市场都采用了统一价格暗标拍卖。发电厂商向市场操作员提交下一个交易时段 能提供的电力及其要求的价格，市场操作员根据负荷预测和所有发电厂商的报价， 按照报价从低到高的原则确定发电调度计划和市场出清价。一般情况下，市场出 清电价由边际机组的报价决定，即统一出清价机制在不允许用户参与投标的电 力市场中，电力联营体应采取使用户支付的电价最低的方法来确定市场出清价。 以保护消费者的利益，因为用户在这种市场中是被动的。当用户可以参与投标时， 电力联营体应采用使社会效益最大的方法来确定市场出清价，因为在这样的市场 中发电厂商和用户的角色都是主动的。尽管有些电力市场中允许用户参与报价， 但由于目前电力市场的竞争主要是在发电侧，输电系统大多仍处于垄断，因而报 价策略的研究主要针对发电厂商。 不同于垄断体制，发电厂商作为电力市场竞争的主体，将采用某种竟价策略， 通过调整报价参数，来实现其自身利益最大化的目的。通常认为在理想的完全竞 争的电力市场中，发电厂商的最优竞价策略是按边际成本报价。然而，实际的电 力市场往往是一个不完全竞争的市场，这样发电厂商就可以利用市场结构的不完 全性，通过策略性报价获取超额利润。如果一个发电厂商没有以边际成本作为报 价策略，而试图通过利用市场结构的不完全来增加利润，这种行为就是策略性报 价嘲。 最近几年，国内外在研究发电厂商最优报价策略方面做了相当多的工作，发 表了不少研究论文。文献 6 首次针对英格兰和威尔士电力市场提出了竞争性发电 企业投标策略的问题，构造了一个概念化的投标模型，提出了以动态规划为基础 的方法，采用概率方法来模拟其他发电厂商的投标行为，并计及负荷变化、机组 启停成本等因素。文献 7 针对英国初期电力市场，首次研究了在双寡头情况下， 发电公司使用市场力的情况。 从大的方面来讲，构造发电厂商最优报价策略的方法有5 种：第1 种是基于 成本分析的报价策略。如文献 8 以实时成本为基础制定发电厂商的报价策略，其 报价为在实时成本的基础上加上利润和税金作为其报价，并考虑在不同负荷时段 3 华北电力大学硕士学位论文 设置不同的利润率文献 9 将发电厂商的成本分为固定成本和变动成本两部分， 指出只要上网电价高于变动成本，就要尽可能多的争取上网容量，并给出能快速 制定报价的利润曲线图；第2 种是基于电价预测的报价策略。如文献 1 0 研究了 电力市场中作为价格接受者的发电厂商的报价策略，其核心思想是根据预测的市 场出清价，合理安排机组的运行计划，以获得最大利润；第3 种是基于最优化方 法的报价策略。如文献 1 1 假设其他发电厂商的报价服从连续正态分布，然后通 过m o t e c a r l o 模拟的方法求解自身的最优报价策略。文献 1 2 将该方法扩展为考 虑用户最大报价、同时考虑主市场和辅助服务市场竟价和发电厂商分段报价的竞 价策略；第4 种是基于人工智能的报价策略。这方面的研究已有不少论文发表， 其中应用较多的是神经网络预测电价“3 1 和遗传算法“”；第5 种是基于博弈论的报 价策略；此外，市场仿真和经验分析也可以用于构造最优报价策略 有很多文献研究了博弈论在发电厂商投标策略中的应用文献 1 5 基于矩阵 博弈模型，将候选的投标策略表示为离散量当投标策略为几个离散点时，可以 构造各个发电厂商采用不同的策略组合时的收益矩阵，进而找到一个平衡的投标 策略组合，该平衡点对应于最优的投标策略。文献 1 6 建立了多发电厂商参与投 标的收益矩阵，并得到一个混合策略均衡解。文献 1 7 将在电力联营体中各竞争 者的竞争描述成一个非合作博弈问题。每个参与者均只具有不完全的信息，只知 道自己的运行成本，却不知道其他对手的运行成本信息。问题的解决是通过应用 纳什均衡思想，将其转化为完全但不完美的信息的博弈，最优价格选择来源于纳 什均衡点文献 1 8 在电力联营体市场下，考虑输电约束建立了不完全和非对称 信息下的贝叶斯均衡模型，然后通过m o t e c a r l o 模拟的方法求解自身的最优报价 策略。文献 1 9 提出了发电厂商投标策略的不确定性模型，在考虑市场信息不完 全的条件下，通过估计竞争对手的最低投标建立发电厂商的收益矩阵。该模型采 用最大最小决策准则从收益矩阵中直接选取单时段优化的投标策略，减少了状态 数。文献 2 0 提出了一种包含了三个步骤的方法来求解发电厂商投标的纳什均衡 解。文献 2 1 提出了电厂优化报价问题的数学模型，并给出了基于博弈论和概率 论的求解方法。该解法通过引入虚拟对手的概念和参数估计的方法解决了通常难 以处理的多人博弈和不完全信息问题。文献 2 2 利用博弈论方法在比较宽泛的假 设条件下建立了发电厂商的竞价策略模型研究结果表明，当电量市场需求小于 等于每个发电厂商的申报上网电量时，发电厂商的最优报价将围绕其单位发电成 本与电力市场最高限价之间的平均值小幅波动。文 2 3 在假定电力市场中每个发 电厂商的报价电量相同且都为统一单位的基础上，运用拍卖原理分析了发电厂商 的竞价博弈模型，所构造的模型和结论在理论上具有重要的意义。但是在实际的 电力市场中，由于机组容量等因素，各发电厂商的报价电量并不相同且远大于一 4 华北电力大学硕士学位论文 单位。同时，在竞价博弈过程中发电厂商对竞争对手成本的信息并不完全知道， 因而发电厂商最优竞价策略的制定更为复杂。文献 2 4 在文献 2 5 的基础上。运用 博弈论中的第一价格暗标拍卖原理，针对浙江电力市场的模型和规则，研究当各发 电厂商的报价电量不同以及考虑到合约市场时，发电厂商的不完全信息竞价策略 模型。该模型考虑了发电厂商的单位成本、竞价成功的两种可能性的概率、差价 合约电量、合约价格以及预期的市场出清价等因素。文献 2 6 分析了机组利润、 出清电量与报价策略系数之间的相互关系，从而得出了单机机组的最优报价策略 和在报价越界时的优化调整方法；并提出了同一电厂不同机组问的策略组合报价 模型。该文采用博弈论的方法来求解机组的报价策略系数。 上述文献大多数研究单一交易形式下发电厂商竞价决策问题，但是随着电力 工业的发展，电力市场已经发展成日前市场、合约市场、辅助服务市场等并存的 多市场交易模式如何在多个交易市场中优化分配发电量，提高发电厂商的期望 利润并回避市场风险是发电厂商面临的现实问题。文献 2 7 讨论了作为价格跟随 者的发电商，如何在2 种形式的市场交易中合理分配交易电量，从而达到收益最 大化的目的，但文中风险因子的选取具有一定的主观性。文献 2 8 用资本资产定 价模型，引入风险效用的概念来体现收益与风险的均衡关系，从而给出最优的发 电厂商交易策略。文献 2 9 引入合约组合和有效前沿的概念，以售电收益的方差 计量风险，讨论了发电厂商在实时市场售电与发电投标时，如何在期货市场购买 一定量期货合约以使总收益的风险最小。文献 3 0 】考虑了现货市场和备用市场的 报价模型，利用期望电价的均方差估量风险。该类方法以均值和方差分别计量收 益和风险，进而利用效用函数进行协调。但该类方法有两个假设，一是关于发电 厂商风险态度始终一致的假设，二是主要变量都要服从正态分布，这两个假设都 具有一定的局限性。近几年来，风险价值( v a r ) 是国际金融机构所倡导的测度和 控制金融风险的国际主流技术，这种技术被应用在电力市场中。如文献 3 1 - 3 4 利用期货、期权等风险管理工具的v a r 风险评估方法来分析发电厂商报价过程中 的风险。这种方法克服了第二类方法的缺陷，是目前较新的研究方法。但p a r 在 投资组合损益服从非正态分布的情形时，不满足一致性风险的度量，出现尾部损 失测量的非充分性。 1 3 论文研究的主要思路 借鉴国内外电力市场以及发电侧报价策略研究成果，结合我国电力市场发展 现状，本文的主要思路是： ( 1 ) 首先从机会成本损失最小化的角度出发，确定发电厂商的理性出力范 围，将次序统计量与无标底拍卖理论相结合，通过蒙特卡罗模拟方式得到发电厂 5 华北电力大学硕士学位论文 商中标的概率，最终依据中标概率和最大化利润值来确定发电厂商投标市场的报 价，得出发电厂商的最优报价策略模型；接着基于考虑合同市场、投标市场的电 量和电价，利用古诺博弈模型得出发电厂商在旋转备用市场的报价函数。 ( 2 ) 文献 a t 借鉴金融领域风险管理的理论，以条件风险价值( c v a r ) 为风险 计量指标，综合考虑风险和期望收益率，建立了新的发电厂商均值- c v a r 投标组 合优化模型。应用该模型，对发电厂商在年度合约市场、月度合约市场、日前市 场和实时市场4 个市场总电量的分配比例和有效前沿进行了计算。计算结果表明， 所提出的模型能较真实地反映发电厂商所面临的市场风险的本质特征，可使发电 厂商在保证一定期望收益率的前提下承担最小的c v a r 风险，从而为发电厂商的 投标决策与风险评估提供了新的思路。然而v a r 和c v a r 模型一般用于研究单期资 产的变化情况，即只考虑某一时间段的资产组合，是基于固定投资期限的风险度 量然而风险管理实质上是一种最优化问题，它不断调整影响风险的因数，从而 控制风险，如果这种最优化问题是动态的，那计量风险的度量也应该是动态的。 虽然用单期连续度量的方法也可以处理多期投资的问题，但在许多情况下常常导 致一些错误的结论。发电厂商在竞价决策的过程中常常呈现多期风险，即动态风 险，基于此，本部分基于双边合同市场和日前市场( 包括目前能量市场和旋转备用 市场) 的交易结构，采用加权多时段c v a r ，研究在一定置信水平和约束条件下兼 顾收益和风险的发电厂商多时段组合市场投标策略优化模型。 6 华北电力大学硕士学位论文 第二章发电厂商多市场竞价策略研究 电力市场化进程中，先开放发电市场，发电厂商参与实时电力市场竞价，配 电公司和大用户不能直接选择供电商，只能从一个卖主( 电力公司) 那里买电，配 电公司和大用户也不能参与实时电力市场竞价。同时为了保证市场的稳定性，电 力公司与发电厂商签订差价合同替代原有的购电协议，既使发电市场有一定的竞 争程度，又能保证发电公司的一定收益，即采用“单一购买者+ 差价合约”的电力 市场模式。在这种普遍应用的市场模式中，采用了博弈理论中拍卖原理，研究单 一交易形式下的发电厂商竞价决策问题，然而现时电力市场中存在着多种交易模 式，如合约交易、日前交易、实时交易和辅助服务交易等，其中辅助服务交易是 电力市场的一个重要特色，对电力系统运行的安全，质量和经济性有直接影响。一 个好的辅助服务市场，除了可以保证电力系统运行可靠性及较高的市场效率，还可 以给出明确的市场信号并便于操作。因此发电厂商如何在多个市场中分配交易量， 达到自身利益最大化是一个值得关注和研究的问题。 本部分基于其他学者的研究基础，研究发电厂商的多市场竞价策略。首先从 机会成本损失最小化的角度出发，确定发电厂商的理性出力范围：将次序统计量 与无标底拍卖理论相结合，通过蒙特卡罗模拟方式得到发电厂商中标的概率，最 终依据中标概率和最大化利润值来确定发电厂商投标市场的报价，得出发电厂商 的最优报价策略模型；接着基于考虑合同市场、投标市场的电量和电价，利用古 诺博弈模型得出发电厂商在旋转备用市场的报价函数。 2 1 无标底投标拍卖机制口钉 2 1 1 无标底投标机制的假设条件 在无标底投标方式下，各个投标商的提出自己的报价，在给定的规则下各个 报价决定了最终的中标者。 在正式的模型分析之前，给出如下四个假设： 假设1 假设投标商都是风险中性的； 假设2 假设所有投标商的成本是独立的随机变量，并共同服从某一确定的分 布： 假设3 假设不存在两个或以上的投标商报价相等； 假设4 假设投标商继续如同过去一样的报价，不响应其他竞争者所做变化。 7 华北电力大学硕士学位论文 假设1 意味着不同投标商都以最大化其期望利润为目标，而不考虑风险规避 对其决策造成的影响；假设2 保证了不同投标商报价的不相关，每个投标商都可 以独立决策，其决策依赖于对其他投标商成本分布的信息；假设3 避免了不同投 标商报价相同时的处理，这在连续报价的情形下自动成立；假设4 意味着所有投 标商仅仅是一阶理性的，避免了考虑共同知识等因素使模型过于复杂化。 2 1 2 无标底投标机制的博弈结构 首先描述一下无标底方式下的基本博弈结构，假设以表示第i 个投标商的报 价，计算可得基准价格为6 。荟玩万按照无标底投标经济评审规则，高于基准 价格6 的( 1 + 七) 倍或者低于平均价格6 的0 一七) 倍为无效标，有效标中最低的报价 获得标的物，有如下公式表示成交价格 n 硫 6 l h 汹站郴 对于投标商f 而言，其获得利润巩可表示如下 吒。弦矿搿 ( 2 - 1 ) ( 2 - 2 ) 其中吨表示投标商对于标的物的开发成本的估值，注意估值叶与报价以是不 一致的，估值表示第f 个投标商根据先验信息的估算值，与其他投标商的报价和 估值是独立的；报价趣表示第f 个投标商的最终报价，这就要考虑到其他投标商 的报价，用虬表示，即 b 4 一b b ，饥。，b i 。，吒j 这样均值计算表示如下 b 一 + 虬) h ( 2 3 ) 由( 2 1 ) 、( 2 2 ) 、( 2 - 3 ) 式，有如下引理。 引理2 1 投标商的报价6 j 不低于其估值u 。 r 华北电力大学硕士学位论文 引理2 2 报价最高者获得标的物的概率为0 。 引理2 1 、2 2 表明投标商报价仍然遵循一定范围，不可能低于其估值，也不 可能过高，再根据假设2 ，我们就可以对投标商报价的分布做出一定的估计，并 基于这一估计来计算投标商获得标的物的概率。 2 1 3 无标底投标机制的报价分布估计 假设投标项目的估值近似服从正态分布，这有两方面的原因：一方面项目估 值受到许多微小、独立的因素影响，每一因素影响不大，这是符合正态分布的基 本要求；另一方面大部分项目可分解为不同的组成部分或者不同环节，这可以认 为是有限个具有有限均值和方差的分布的独立变量组合，在大数定理意义下其总 和或均值渐近服从于正态分布。由引理2 1 、2 2 ，投标商的报价必然是其估值的 函数，一般认为报价函数为一个线性变换，而正态分布的性质保证了线性变换之 后仍然保持正态分布。因此假定其他投标商报价虬服从 。，仃三) ，以下对“和盯 进行估计。 由正态分布性质将b 的分布标准化为服从( o m 分布的随机变量z ，即令 z 生兰。根据实践中的经验，通常可以确定最大可能值，以之作为均值“的估 盯 计值，在大样本情形下这是真实均值的一个无偏估计，对于标准差盯的估计可以 通过6 在某一区间的概率来估计，假定6 处于区间 b l ，b ：1 的概率为可，那么有 p r ( 皇l 二与一p f ( 皇。三与。妒o ：) 一妒o 。) 。毋 ( 2 4 ) o r盯 代入均值“的估计值，由此可以计算出相应仃值。 2 1 4 无标底投标机制的中标概率计算 基于以上的概率分布，可以计算投标商每个可能的报价水平所对应的中标概 率。本部分的思路是先构造出报价序列，对应于每个可能报价，预先确定其排序， 并由次序统计量确定该排序的概率，相应的给出剩余的其他投标商报价，再在这 一基础上，同时验证本报价的有效性和最优性，有效性由报价与基准价格的区间 来确定，最优性要求低于这一报价的所有其他报价都是无效的。对于个投标商 参与的无标底投标过程，分别考虑报价b 处于第1 ，第2 直至第低的价位，在 每一价位水平上，计算其中标概率，再乘以这一价位捧位的概率得到在某一排序 下的中标概率，最后从1 到累加即可得到总的中标概率。下面分析每种情形下 概率的计算。 9 华北电力大学硕士学位论文 情形1 当投标商的报价b 处于第1 低的价位，将其他投标商的报价以次序统 计量的形式由低到高表现为6 l ，b ：，b s 。，此报价低于任何其他报价可以表示为 b c 以，i * 1 ，2 ，n 一1 ，但这只是一个条件，在这一基础上还需满足此报价是有效的， 即0 - k ) b s 6 s 0 + k ) b ，最优性由其是最低报价而自动满足，那么此情形下的中 标概率为 j i i p ) - p r ( ( 1 一七弦) ，( 1 + 七) 6 p c 以) ( 2 5 ) i 。1 ，2 ，n - 1 尽管可以计算出虬的分布，以计算无条件情形下有效性的概率，也可以 遵循f r i e d m a n 的方式获得b c6 j ，f 一1 ，2 ，n 一1 的联合概率，但注意到前者是以后 者为条件的，两者并非独立事件，因此较为可行的方式是以数值模拟来求出这一 概率。 由次序统计量的性质，可以得到投标商的报价b 处于第1 低的概率，为 g t p ) 一砉c ： 1 - f ( b ) l “ ( 2 6 ) l 注意通常的次序统计量是表明某一子样落于某一特定位置的概率，这里除以 c 二是因为这里相当于从个投标商中选定一个投标商，再考虑其报价处于第1 低的问题。 情形2 当投标商的报价b 处于第2 低的价位，由于其他投标商的报价以次序 统计量的形式由低到高表现为，b ：，6 1 ，此报价可以表示为b ，6 l ， b t 包，f 。2 ，n 一1 ，在这一基础上需满足此报价是有效的，即 ( 1 一k ) b 6 0 + k ) b ，最优性问题则要求第一低报价是无效的，即b 1 c ( 1 一k ) b ， 此情形下的中标概率为 | i i ：( 6 ) lp r ( o k ) b s 6 ( 1 + 七) 6 ，b l o ，所以w m c ，0 ， 故口。 0 即 d m c d q 0 故q 。t q 。，由上所得，发电厂商的理性出力范围为 q o q 2 ( 2 1 4 ) 由于发电厂商理机组最大出力q l 。和最小出力q i 。的限制，最终可得到发 电厂商i 的理性出力范围为m a x ( q j 女，口i o ) q q m i n ( q l 。，q i 2 ) 2 2 3 不完全信息下发电厂商竞价成功的概率计算 发电厂商参加统一市场出清价的竞价，结果有以下三种： a ，发电厂商i 竟价成功，其报价低于市场出清价，即抚t ，； b ，发电厂商i 竞价成功，其报价等于市场出清价，即抚一w 。在这种情况下 有两种发生：一种是报价电量完全被采用，即上网电量等于报价电量；另一 种是报价电量只有一部分被采用，即上网电量小于报价电量； 1 3 华北电力大学硕士学位论文 c ， 发电厂商i 竞价失败，其报价高于市场出清价，即b i ，； 1 ) 发电厂商i 竞价失败的概率 如果发电厂商i 竞价失败，且有m 个发电厂商竞标成功，那么至少有m 个发 电厂商的报价低于发电厂商i 的报价 。因为各发电厂商的报价电量和该时段的需 求是已知的，m 是可以计算出来的。 用厶 ) 表示发电厂商i 竞价失败的概率，根据式( 2 - 1 1 ) 厶 ) 一二 j ) g j ) 坞一+ 荟”q ( 2 - 1 5 ) s s ( 2 6 ) 一( 2 - 1 2 ) 其中r ( o tr 1 ) 表示第m 个发电厂商的上网电量占报价电量的比重。如果肼 不唯一，将各个m 所求的概率相加即可。 2 ) 发电厂商i 竞价成功的概率 a b i = ， 此时发电厂商i 的上网电量可能不等于上报电量，且上网电量有多种可能值。 用，7 j ( j - 1 ，m ) 表示上网电量占上报电量的比重，即- t i q l ，此时有个发电 厂商竞价成功，那么有工j 1 个发电厂商的报价低于发电厂商f 的报价岛，即发电 厂商f 处于第工j 低的价位，市场清除价为发电厂商f 的报价，用日， ) 表示上网电 量和占上报电量的比重为巩的概率 雕 ) 一 ， ) g ， ) 卵，吼+ 薯口。一q i 时( 2 - 6 ) ( 2 - 1 2 ) ( 2 - 1 6 ) 那么发电厂商f 竞价成功，其报价等于市场出清价的概率用e ) 表示 h i ( 6 j ) 一z s ( b , ) ， b i 印 1 4 华北电力大学硕士学位论文 用b ) 表示发电厂商竞价成功且6 j w 发电厂商i 的最优竞价策略就是使其期望支付( 利润) 最大化，即 m a x 嘎 ) q l 【他一c j + 吨q , o 一叩2 ) 2 】h ) + 吼( w c 。) r ) ( 2 1 9 ) m 觚( 口 _ ，q i o ) q _ m j n ( q f m ，口j 2 ) 发电厂商f 期望收益最大化的条件是尘娶! 立o ，将式( 2 1 9 ) 两边关于岛求 导，并令其等于零，整理得 叩日j ) + 一c j + d ，吼( 1 一叩：) 2 】雩盟+ 一q ) 掣。o ( 2 2 0 ) 曲t 用日，表示氅掣，用r ，表示塑攀坠，那么式( 2 - 2 0 ) 转化为 4 抚a o ； 租+ r l b h = c ( h + r ，) 一d q 0 - r t 2 ) h ，一妇t ( 2 2 1 ) 将式( 2 2 1 ) 两边从b 到b 2 对b 积分得 r 等篡t 栅r m 亿：2 ， 一幽萼丝阻p ：) 一日刚一郴p ：) 一r 例 。 因为b - b ：时中标的可能性为零，所以h ； 一6 ：) 一r j - b ：) o 。通过简化式 ( 2 2 2 ) 得到包的表达式为 6 。尘垡二翌1 + w r ( b ) 一! l 丝鱼2 墨生卫 ( 2 2 3 ) 为了维护电网的稳定运行，要求系统有充足的旋转备用。备用市场交易决策 方法主要有优先级排序决策法、顺序交易决策法、联合交易决策法、混合交易决 策法和“0 ；xs 1 ”型交易决策法等几类】。本文假定旋转备用市场的运营模式 为联营模式，市场分为投标市场、合同市场和旋转备用市场。交易决策方法采用 优先级排序决策法。发电厂商i 在确定了在竞标市场和合约市场的最优出力以后， 可以确定自己可以提供的旋转备用。在传统的备用调度中，备用容量的百分比是 1 6 华北电力大学硕士学位论文 根据调度规程事前给定的，假设调度比例为掣假定发电厂商f 的合约电量为鼋， 合约电价为p ，投标市场电量为q j ，电价为p 。，由2 2 可事前求出q j 和p j 此 时，假设备用市场中电力逆需求函数为线性函数，记为 p - j 一小( 罗q j ) ( 2 2 4 ) 筒 其中p 。为旋转备用市场中的市场电价；x 、m 为旋转备用市场逆需求函数的截距 和斜率；q 为旋转备用市场中发电厂商i 的备用容量：为发电厂商个数。 则当考虑投标市场和合同市场对旋转备用市场电价的影响时，发电厂商珀q 利润最大化问题为： m a x g g l 。q s p f + q l p t + q j p 直一c j 咄+ q r + v q ) ( 2 2 5 ) j j q j 岫墨q j + q l 吼眦一姥 发电厂商珀q 利润最大化条件为 要。要q j + 几一 硷。吆o c i ( q _ s + r q ! + 掣q f ) 一。( 2 - 2 6 )蚣 s f 口j 加hs q 。+ q l 吼叫一q 根据成本函数q q ；) 一q + d ，q ；2 ，并将式( 2 2 4 ) 代入式( 2 2 6 ) 得到 一m q + p s 一掣0 j + d ，( 口# + 窜，+ v q ) ) ；0 “q i 幽q | + q l q t m q 则旋转备用市场中的市场电价为 p - m q , + q j + 反q g + 口，+ v q ) ) ( 2 2 7 ) 2 4 本章小结 本部分主要工作是提出发电厂商不完全信息竞价模型和旋转备用市场的报价 模型，来计算发电厂商在日前投标市场和旋转备用市场的电价，为下一部分计算发 电厂商多市场优化组合模型中的收益率奠定基础。发电厂商也可以通过这种方法确 定在竟标市场和备用市场的电量和价格，以获得更多的利润；同时在发电备用市场 上由于竞标方法保证了为了系统安全提供备用的那部分备用容量的合理的利润率， 刺激了发电厂商提供旋转备用的积极性，对于保证系统安全可靠运行具有实际意 义。 1 7 华北电力大学硕士学位论文 第三章基于加权c v a r 的发电厂商多时段投标组合优化模型 电力市场的建立，改变了发电厂商被动地接受系统调度指令进行发电安排的 局面，发电厂商通过投标竟价获得发电的机会，成为真正的市场参与者。新的市 场机制为发电厂商提供了多种市场方式。 在电力市场中，发电厂商的产量和市场决策依赖于一个不确定的电价。为了 规避价格风险，发电厂商可以和购电机构签订购电合同，以事先约定的价格( 我 们称之为合约电价) 卖出一定数量的电能，这样发电厂商在失去将来电价上升所 带来收益的同时，也避免了因电价降低带来的风险。对于一些随机性比较强的电 力需求，可以在实时市场中得到满足。此外，为了应付突发事故，提供紧急功率 支援，还应该建立备用市场。 发电厂商为了获得较多的利润或降低市场风险，通常需要在多个市场下投标 发电，并合理地决定在各个市场中的投标发电量发电厂商可以在利润较高、电 价波动水平也较高的现货( 实时) 市场销售电力产品，也可以选择电价波动风险 较低、利润较少的合同市场，或者其它类型的市场。我们把发电厂商在多个市场 中进行投标发电的策略成为组合报价策略。 近几年来，风险价值( v a r ) 是国际金融机构所倡导的测度和控制金融风险的 国际主流技术，这种技术被应用在电力市场中，是目前较新的研究方法。但l i a r 在 投资组合损益服从非正态分布的情形时，不满足一致性风险的度量，出现尾部损 失测量的非充分性。 本部分基于双边合同市场和日前市场( 包括日前能量市场和旋转备用市场) 的 交易结构，用条件风险价值( c v a r ) 作为风险计量指标及目标函数，研究在一定置 信水平和权重等约束条件下的发电厂商多时段组合市场投标策略优化模型。该方 法克服了风险价值法( v a r ) 在投标组合损益服从非正态分布时，不满足一致性 风险度量以及出现尾部损失测量非充分性的缺陷；同时克服了以均值方差模型度 量风险时发电厂商风险态度始终一致的缺陷，也克服了该方法对收益高于或低于 均值不加区分一律作风险因素处理的缺陷。 3 1c v a r 模型与投资组合优化 3 1 1c v a r 的概念与基本思想 p a r 方法自产生以来迅速普及，在西方发达国家的金融风险管理中被广为使 用，人们对v a r 的认识也逐步深刻。但是如前文所述，v a r 计算的是资产组合损 1 8 华北电力大学硕士学位论文 失分布的一种百分数，它没有考虑当v a r 值被超过时损失究竟是多少的问题，所 以当真实损失超过了v a r 的度量时，无法进一步识别风险是可以忍受的还是灾难 性的。1 9 9 9 年后逐渐发展起来的新的v a r 方法c 玩只应运而生，在一定程度 上解决了上述问题。 c v a r ( c o n d i t i o n a lv a l u e a t r i s k ) ，一般译为条件在险价值、条件风险价 值。c v a r 是指损失超出v a r 的条件均值，也称平均超值损失，平均短缺和尾部 v a r 。c v a r 是指超过v a r 的损失的期望值，即它是最高的百分之( 1 0 0 ( 1 一卢) ) 的损 失的平均值。例如，口一9 9 ，则c v a r 是那1 的最大损失的平均值。 v a r 回答了在一定期间内一定概率下的最大损失，但没有给出关于超过该概 率下的损失，c v a r 很好地解决了这个问题。不仅如此，c v a r 具有良好的数学特 性，这首先反映在c v a r 具有次可加性上，这意味着多样化投资可以有效的降低 风险，但对v a r 却未必如此。即投资组合多样化能够降低c v a r 值，却不能降低v a r 值。其次，c v a r 是投资组合权重的凸函数，可以用凸规划完成计算，这大大简 化了风险的控制与组合的优化计算。此外，根据文献憎1 中给出的计算方法，我们 在得到c v a r 最优值的同时也能得到相应的v a r 值，对线性或分段线性的损失函 数，优化过程能简化为线性规划问题，从而简化了计算。最后，v a r 没有提供任 何有关超过v a r 的损失的信息。c v a r 量化了超过v a r 的损失，即解释了v a r 水平 之外的损失，因此是一种比v a r 更合理全面的风险度量。v a r 与c v a r 作为风险度 量的基本区别是：v a r 是尾部损失的下边界，而c v a r 给出了尾部的期望损失值。 可以说，c v a r 满足了风险管理日趋严格化的趋势，是一种比v a r 更加保守的风险 测度手段。 3 1 2c v a r 模型及投资组合优化 设，0 ，y ) 是损失函数，x 为决策向量代表金融资产投标组合方案，) ，是随机 变量，代表对损失有影响的市场因素，如市场价格或收益率。 对每一z ，由y 引起的损失， ，) ，) 是r 上服从某一分布的随机变量，p ( y ) 是 y 的密度函数，其损失不超出临界值a 的概率为 妒0 ，a ) =r p o 坳 ( 3 - 1 ) ，( 易b m 以p 表示置信水平，a 。表示当投标组合为z 时损失f ( x ，y ) 所对应的v a r 值，其计算公式为 o ) - m i n ae r ；自o ( x , a ) 芦 ( 3 - 2 ) 华北电力大学硕士学位论文 又以靠o ) 表示投标组合损失函数，g ，y ) 不小于口，( x ) 的c 玩r 值为 似k y 帆小啪) 】j 南脚f 附f ( x ，) ，) p ( y ) a y ( 3 - 3 ) 由于式( 3 3 ) 中含有啪函数口， ) 项，而o ) 的解析表达式难以求出，所 以引人一个相对简单的函数f ，o ，口) 代替九o ) 计算c p 勰。我们从密度函数p ( ) ，) 中抽取一组样本y j ( ，t 1 ，2 ，) 。在实际中，我们可以根据历史数据观察、回归得 到投资组合的各资产价格，也可以采用m o n t ec a r l o 模拟法获得。由于资产数 目已定，巴 ，口) 变为： 易似小南乒) 川r p ( y 彷 _ 4 式中：驴o ，y ) 一口r 表示m 瓤 o ，) ，) 一口) 。 由数学知识我们可知，若? ，) ，) 是x 的凸函数，那么( 3 4 ) 式必为o ，回的凸 函数，且是分段线性函数。 t