（电力系统及其自动化专业论文）基于wcvar风险度量的发电商电量分配模型.pdf

o p t i m i z a t i o np o r t f o l i o a l l o c a t i o nf o rg e n e r a t i o nc o m p a n i e s b a s e do nw o r s t - c a s e 蚵 刁珂7 j u a n i n 吐 g r a d u a t es c h o o l 0 f p r o f e s s o rj l 气n gh u i 砸l ，2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：厍妫 日期：2 - o t1 年5 月7 弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期：如1 1 年s 月) 拍 日期：山f 1 年歹月哆日塌圆 冒薹厨匿 基于w c v a r 风险度量的发电商电量分配模型 摘要 电力市场实行“厂网分开、竞价上网 的改革，电能将作为商品走进市场。 同时，电力市场改革使发电商等市场成员成为了市场主体。发电商能够在自由的 市场中进行自主交易，这样使电力交易呈多样化方式发展。电力市场中存在多个 子市场，它们的价格波动特性不同，收益率变化也不同。发电商如何将有限的电 量合理分配到各个子市场中成为一个热点问题。 逐步开放的电力市场在给发电商带来高额利润的同时也让其面临风险挑战。 发电商需要制定一个适合自己的竞价策略以最大化利润的同时实现风险最低。这 涉及到发电商的竞价投标决策和风险评估问题，这也是本文的重点与核心问题。 选择一个合理的风险度量因子是发电商成功参与市场竞争的必要条件。本文 选取的是最坏条件下风险价值风险分析方法，它避免了传统均值一方差分析方法以 及条件风险价值方法的不足。 本文基于最坏情况下风险价值，综合考虑了发电商的期望收益率和风险水平， 建立了w c v a r 风险值最小，期望收益率受约束的发电量分配模型，该模型使发 电商在保证一定的期望收益率下可实现风险最低。基于此模型，发电商将电量分 配在实时平衡市场、现货市场、中期合约市场和远期合约市场四个子市场中，将 模型转化为线性规划问题，对每个市场的分配比例和有效前沿进行了仿真。结果 表明，该模型合理有效，能较真实的反映发电商所面临的市场风险的本质特性， 从而为发电商的投标决策和风险评估提供了新思路。 关键词：电力市场；发电商；最坏情况下风险价值；电量分配；风险评估 硕士学位论文 a b s t r a c t e l e c t r i cp o w e rm a r k e tp r a c t i c e “p o w e rs t a t i o na n dg r i da p a r ta n db i d d i n gf o r a c c e s s ”r e f o r m ，e l e c t r i c i t y w i l ls e r v ea sc o m m o d i t yi n t o t h em a r k e t m e a n w h i l e ，p o w e rm a r k e tr e f o r mm a k et h em e m b e r ss u c h a sg e n e r a t i o n c o m p a n i e st ob e c o m et h em a i np a r to fm a r k e t t h eg e n e r a t i o nc o m p a n i e si n t h ef r e em a r k e tc a nt r a d ei n d e p e n d e n t l y ， s o p o w e r t r a n s a c t i o n sa r e d i v e r s i f i e dw a yd e v e l o p m e n t t h e r ea r em u l t i p l em a r k e t se x i s t i n gi nt h e p o w e rm a r k e tw i t hd i f f e r e n tp r i c ef l u c t u a t i o na n dy i e l d sr a n d o mv a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s h o wg e n e r a t i o nc o m p a n i e s w i l lb e l i m i t i n gp o w e r d i s t r i b u t i o nt oe a c hm a r k e ti sb e c o m i n gah o ti s s u e g r a d u a l l yo p e np o w e rm a r k e tw i l lb r i n gh i g hp r o f i t sb u ta l s oh i g hr i s k c h a l l e n g et og e n e r a t i o nc o m p a n i e s t h eg e n e r a t i o nc o m p a n i e s n e e dt o e s t a b l i s has u i t a b l eb i d d i n gs t r a t e g yt om a x i m i z ep r o f i ta tt h el o w e s tr i s k r e a l i z a t i o n t h i si n v o l v e st h eg e n e r a t i o nc o m p a n i e s b i d d i n gs t r a t e g ya n d r i s ka s s e s s m e n tp r o b l e m ，a n da l s oi st h ek e ya n dc e n t r a li s s u eo ft h i sp a p e r c h o o s ear e a s o n a b l er i s km e t r i cf a c t o ri st h ek e yf a c tf o rt h eg e n e r a t i o n c o m p a n i e st o b i ds u c c e s s f u l l y w o r s t c a s e c o n d i t i o n a lv a l u e a t - r i s k ( w c v a r )i ss e l e c t e di nt h i sp a p e r ，w h i c hi sb e t t e rt h a nt h et r a d i t i o n a l m e a n v a r i a n c ea n a l y s i sm e t h o da n dc o n d i t i o n a lv a l u e a t - r i s k b a s e do nw o r s t c a s ec o n d i t i o n a lv a l u e a t r i s k ，c o n s i d e r i n g t h e g e n e r a t i o nc o m p a n i e s e x p e c t e d r e t u r na n dr i s kl e v e l ，s e t t i n gu pt h e m i n i m u mw c v a re x p e c t e dy i e l d sc o n s t r i n e dm o d e l ，w h i c hc a nm a k et h e g e n e r a t i o nc o m p a n i e s m i n i m u mr i s k a sw h i l ea si n g u a r a n t e e o f e x p e c t a t i o n s b a s e do nt h i sm o d e l ，t h ee l e c t r i c i t yc a p a c i t i e sa r ed i s t r i b u t e d i nt i m eb a l a n c i n gm a r k e t ，s p o tm a r k e t ，m e d i u m t e r mc o n t r a c tm a r k e ta n d f o r w a r dc o n t r a c t sm a r k e t ， a n dm a k et h em o d e li n t ol i n e a rp r o g r a m m i n g p r o b l e m ，t h e ne v e r ym a r k e td i s t r i b u t i o n r a t i oa n de f f e c t i v ef r o n t i e ri s s i m u l a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em o d e li sr e a s o n a b l ea n de f f e c t i v e ，a n d c a nr e f l e c tt h eg e n e r a t i o nc o m p a n i e s e s s e n t i a lc h a r a c t e rf a c i n gi nt h e m a r k e tr i s k ，s oi tc a np r o v i d eb i d d i n gd e c i s i o n m a k i n ga n dr i s ka s s e s s m e n t f o rg e n e r a t i o nc o m p a n i e s 基于w c v a r 风险度量的发电商电量分配模型 k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ；g e n e r a t i o nc o m p a n i e s ；w o r s t - c a s ec o n d i t i o n a l v a l u e a t - r i s k ( w c v a r ) ；e l e c t r i c i t y c a p a c i t i e s d i s t r i b u t i o n ； r i s k a s s e s s m e n t i v 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目勇乏v 第1 章绪论1 1 1 课题的背景及意义1 1 2 国内外发展与研究现状4 1 3 本文所作的工作6 第2 章电力市场风险管理8 2 1 电力市场的分类8 2 2 电力市场交易模式8 2 2 1 联营体模式8 2 2 2 联营体+ 双边交易模式8 2 2 3 双边+ 多边交易模式9 2 3 电力市场的交易类型一9 2 3 1 现货交易_ 9 2 3 2 实时交易1 0 2 3 3 合约交易1 0 2 3 4 辅助服务交易1 1 2 4 风险及风险管理l l 2 4 1 风险的定义1 1 2 4 2 风险的产生过程1 2 2 4 3 风险的分类12 2 4 4 风险管理2 1 2 2 5 电力市场风险管理1 3 2 5 1 电力市场风险管理的分类1 3 2 5 2 电力市场风险管理的程序1 3 2 5 3 电力市场风险管理的办法1 3 2 5 4 电力市场风险管理的意义1 4 2 6 本章小结一1 4 第3 章风险度量的方法1 6 v 基于w c v a r 风险度量的发电商电量分配模型 3 1m a r k o w i t z 投资组合理论1 6 3 1 1m a r k o w i t z 均值一方差模型18 3 1 2m a r k o w i t z 半方差模型1 8 3 2 风险价值( v a r ) 方法1 9 3 2 1v a r 定义1 9 3 2 2v a r 计算方法2 0 3 2 3v a r 优缺点2 l 3 3 条件风险价值( c v a r ) 方法2 l 3 3 1c v a r 的定义2 2 3 3 2c v a r 的计算方法2 2 3 3 3c v a r 的性质2 3 3 3 4c v a r 优缺点2 3 3 4 相对鲁棒风险价值( r c v a r ) 方法2 4 3 5 本章小结- 一2 5 第4 章w c v a r 风险度量方法2 6 4 1w c v a r 简介2 6 4 1 1w c v a r 基本概念2 6 4 1 2 简单正态分布下w c v a r 的计算2 6 4 1 3 混合分布下w c v a r 的计算一2 7 4 1 4 离散分布下w c v a r 的计算2 9 4 2 基于w c v a r 风险度量组合模型及其优化3 0 4 2 1 混合分布下w c v a r 风险组合模型及其简化3 0 4 2 2 离散分布下w c v a r 风险组合模型及其简化3 2 4 3 本章小结3 3 第5 章基于w c v a r 风险度量的发电商电量分配3 4 5 1 基于w c v a r 风险度量的发电商电量分配3 4 5 2 算例分析3 6 5 2 1 基本数据3 6 5 2 2 收益率w c v a r 有效前沿分析3 7 5 2 3 发电商最优电量分配效用分析3 8 5 2 4w c v a r 与c v a r 有效前沿比较分析3 9 5 3 本章小结4 0 结论与展望4 1 结 仑4 l 展望4 2 v i 硕上学位论文 参考文献4 3 致谢4 7 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录4 8 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的背景及意义 电能是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的重要物质基础。电力工业 直接关系到国民经济发展、社会稳定和人民群众的生活质量。构建一个经济、高 效、安全并能服务于电力生产、输送和销售的良好环境是全世界电力行业共同追 求的目标。在传统的电力体制下，发电、输电、变电、配电的一体化，产权关系 单一，电价由国家制定，发展电能所需资金也由国家负担，发电商之间无竞争， 供电公司更无压力，能轻松赢取高额利润。传统的电力模式给国民经济的发展带 来一定的消极影响，导致电力生产与市场需求脱节；使电力工业缺乏竞争，不会 面临产业利润不足的情况，因而就不存在提高效益的产业发展刺激。随着社会经 济的发展、电力需求的增长，传统电力体制激励不足、经济效率低下的弊端就逐 渐暴露出来，为了消除电力工业发展的这一障碍，打破垄断、引入竞争机制，进 行电力市场改革就呼之欲出。 竞争和选择是电力市场两个重要的特征，根据这两个特征可以把电力市场的 发展分成四个阶段，如图1 1 所示： l垄断经营阶段 发电环节引入竞争，输、配 和用电垄断经营 i发电竞争阶段 发电环节和售电环节引入竞争，配电和j 电垄断经营 批发竞争阶段 荧电、输电、配电、和用电全部参与市 场竞争 零售竞争阶段 图1 1 电力市场的发展 电力市场的发展给传统的电力工业带来了很大的冲击，表现为宏观和微观两 个方面。宏观方面，电力市场要求放松管制、打破垄断，建立一个现代企业制度， 基于w c v a r 风险度量的发电商电量分配模型 而传统的垄断体制讲究绝对拥有；电力市场要求电力系统有完善的技术支持和监 管体系，而传统垄断体制的体系都比较单一和落后；电力市场要求建立一个公平 的分配和电价机制及全新的交易模式，而传统的垄断体制无法实现真正意义上的 公平竞价。总之，从宏观方面来说，电力市场要求相对较高的硬件系统，而传统 的垄断体制无法满足其要求。微观方面，电力市场要求解决发电、输电、变电、 配电及用电各个环节的软硬件技术问题，涉及到以下方面：潮流优化技术、竞争 力与市场力、信息管理与电子商务、能量管理系统扩展、电力市场的交易模式与 调度模式、配电侧电力市场实旌方案、电力市场技术支持系统、电力市场经济性 能与风险管理、输电服务与辅助服务定价、电价预测与灾变预警、可中断负荷管 理及综合资源规划、电力市场的经济补偿等。 2 0 世纪9 0 年代以来，世界各国掀起了电力市场改革的浪潮。改革的基本思 想是：对垂直一体化经营的电力系统，不同程度地放松或者解除管制，引入竞争 机制，提高效率【n j 。 在实践中，每个国家都根据自身国情和改革目标会选择不同的改革方式。一、 美国的电力市场改革：美国电力市场是以引入竞争和降低电价放松管制进行改革 的。美国进行电力工业重构时产生很多新的非赢利的实体，如：提供电能交易场 所的电力交易所( p o w e re x c h a n g e ，p x ) 和负责系统安全运行和调度的独立系统 操作员( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ，i s o ) 。美国的电力市场改革出现了三种典 型的模式：( 1 ) p j m ( p e n n s y l v a n i a n e wj e r s e y m a r y l a n d ) 电力市场模式：整合 p x 和i s o 为一个实体，采用区域边际电价法提供优化的日前中央调度。( 2 ) 加 州模式：分别设立两个独立的实体p x 和i s o 。其中，p x 的作用是提供电能拍卖， i s o 的作用是提供电网稳定运行与控制以及辅助服务。另外，加州率先在全国同 时开放电力零售和批发市场，在各个环节均引入竞争【3 】。二、英国的电力市场改 革：英国的电网公司由英格兰和威尔士、苏格兰、北爱尔兰三个独立电网组成。 其电力市场的改革大体可以划分为四个阶段：( 1 ) 1 9 8 9 年以前的垄断阶段：那时， 电力归属于国家高度垄断，设立中央发电局，全面管理全国电网的发、输和配电。 ( 2 ) 第一次改革阶段：此次改革的时间是1 9 8 9 到2 0 0 0 年，以1 9 9 0 年成立的国 家电网公司为依据，实行强制性的电力库模式。( 3 ) 第二次改革阶段：此次改革 的时间是2 0 0 0 年到2 0 0 5 年，以引入新的市场机制和n e t a ( n e we l e c t r i c i t yt r a d i n g a r r a n g e m e n t s ) 交易模式为标志。( 4 ) 第三次改革阶段：此次改革的时间是2 0 0 5 年至今，以实施“英国电力交易和输电协议b e t t a ( b r i t i s he l e c t r i c i t y t r a d i n ga n d t r a n s m i s s i o na r r a n g e m e n t s ) 为标志h j 。三、澳大利亚的电力市场改革：1 9 8 9 年 以前，澳大利亚的电力市场实行垄断经营，1 9 9 3 年开始模拟市场运行，1 9 9 7 年正 式启动第一期国家电力市场。与英国电力市场类似，澳大利亚的电力市场也采用 p o w e rp o o l 模式，其市场主体由发电商、配电商、用户以及电网公司组成。用户 硕士学位论文 有零售贸易和批发贸易两种选择权利。但是，零售贸易只能在用户和零售商之间 进行。零售商可购买一定数量的批发电力，然后支付输电费用j 最后将所有的费 用都计入到用户电价中。批发贸易有长期双边合同和短期提前市场两种表现形式。 四、日本的电力市场改革：2 0 实际9 0 年代，日本国内的电价水平普遍高于欧美 主要国家，由此引发了一场关于电力市场改革的讨论，改革从此拉开序幕。日本 的电力市场改革包括两个主要方面：从零售侧放开用户选择和供电侧引入竞争机 制。尽管如此，声势浩大的改革并没从根本上触动到电力的垄断体制，日本仍然 保持1 0 大电力公司在各自的区域内垂直一体化的格局，只是成立了电力交易所 f 5 】 o 下表是对世界主要国家电力市场运营及改革基本情况的总结： 表1 1 世界主要国家电力市场运营及改革基本情况 中国的电力市场改革：我国自1 9 9 6 年下半年开始，电力供需矛盾有一定缓解， 基本满足了国民经济发展和提高人民生活水平对电力的需求。但是，随着时间的 发展，电力垄断体制的弊端暴露无遗，电力改革迫在眉睫。我国的电力市场化改 革可以分为三个阶段：第一阶段：2 0 世纪8 0 年代开始，以1 9 9 5 年中国出台第一 部电力法为标志。第二阶段：2 0 世纪9 0 年代后期：1 9 9 7 年组建依法经营国有电 力资产的国家电力公司【6 】。经过三年多的实践，电力体制改革取得了不错的效果， 主要表现在：首先，电力发展促进了经济发展，促进了人民生活水平的提高，更 为欣喜的是并没有因为电力的体制改革影响整个国家经济的发展和国家的安定； 其次，全国电力生产运行部门共同努力，确保了电力系统的安全稳定运行，没有 因为体制改革影响到电力的安全生产；第三，改革中出现了一些新情况、新问题， 但通过进一步总结，可以为继续推进体制改革提供更加成熟的经验。第三阶段： 2 0 0 2 年至今：以国务院5 号文件形式颁发的电力体制改革方案出台i ”。 基于w c v a r 风险度量的发电商电量分配模型 电力市场改革中出现了诸如现货市场、联合交易、双边交易与多边交易和期 货市场等多种市场形式。众多的市场形式导致电力成为了一种极其特殊的商品， 其价格直接影响市场的兴衰。在竞争的市场条件下，由于竞争等因素的联合作用， 电价波动频繁，这使得市场参与者承受相应的风险【8 1 。因此，在电力工业市场化 的同时，我们必须重视系统中的风险因素，并加以识别和防范，以减少损失。故 本文讨论电力市场中重要参与者发电商的电量分配及风险评估问题，具有一定的 意义。 1 2 国内外发展与研究现状 电力工业体制的改革，打破了传统的发电、输电、配电一体的垂直机构，使 得发电商、供电公司和电力用户等市场参与者成为电力市场主体的同时也面临着 前所未有的巨大风险。新的市场机制为发电商提供了多种多样的子市场。发电商 如何最大化自己利润水平的同时最小化承担的风险水平，这牵涉到发电商的竞价 策略和风险评估问题。采取合理的竞价策略是发电商在激烈的市场竞争中处于不 败之地的关键。发电商的竞价策略及其投标组合问题成为电力市场领域的热点问 题。文献 9 】描述了在电力市场环境下发电企业所面临的风险及其应对措施。文献 【1 0 1 运用博弈论原理，建立了电网与发电商之间的双方叫价拍卖模型，推导出了 一种可使发电商的期望收益最大的竞价策略。文献 1 l 】基于发电机组的成本特性 和系统边际电价的预测，建立了考虑启停成本的单个机组的报价模型。文献【l2 】 概括了电力交易中的风险评估方法，运用了一个简单的电力系统实例，说明电力 风险评估步骤和方法以及如何运用资产组合分析和风险规避技术。 目前，对单市场单时段计及风险的电力市场成员竞价策略问题，国内外已经 做了大量的研究。如：文献【1 3 1 针对在电力资源短缺的情况下无法有效抑制电价 急剧上升，提出了单一卖方竞价模式，并讨论了其市场规则和交易机制，采用分 段报价规则模型，构建了一个基于蒙特卡罗方法的购电商最优竞价策略。文献 1 4 】 详细描述了一种在完全开放的单一能量市场中的发电容量问题。但是，对于发电 商在多个子市场的电量分配及风险评估分析课题，目前相关的研究工作并不多见。 传统的电力市场领域中都是借鉴金融学中的m a r k o w i t z 的均值一方差理论进 行风险分析。m a r k o w i t z 的均值一方差理论的风险定价思想和模型具有开创意义， 奠定了现代金融学、投资学乃至财务管理学的理论基础。文献 1 5 】通过对不同决 策方案的效益水平进行评价、选择，最终得到了最优的风险决策方案。文献 1 6 】 比较了传统的m a r k o w i t z 均值一方差( m v ) 模型和y o u n g ( 1 9 8 8 ) 提出的极大极 小( m a x m i n i ) 模型各自的优缺点及应用背景。文献【1 7 基于一般风险测度，引入 三角函数构造风险感受曲线，进一步描述了更加复杂的非线性风险感受。文献 18 】 讨论了不允许卖空下的均值一方差及均值一v a r 投资组合模型，运用旋转算法和二 - 4 - 硕士学位论文 次规划算法求解，得出了置信度越低，投资者就会越倾向于收益风险均较大的投 资的结论。均值一方差理论在被理论界和实际投资者广泛接受的同时，也引起了一 些争议。因为在其模型中，方差是关于均值对称的，高于均值的部分不能当作风 险来处理，而收益的损失才是风险，因此应用均值一方差理论度量风险具有一定的 局限性。 针对均值一方差风险分析方法的不足，近年来金融领域提出了计量收益损失程 度的下方风险测量方法，风险价值( v a l u e a t r i s k ，v a r ) 和条件风险价值 ( c o n d i t i o n a lv a l u e a t r i s k ，c v a r ) ，其是一种理论上优于均值方差计量方法。风 险价值( v a r ) 方法，最早运用在金融市场风险，是一种基于统计分析的风险度 量方法，是由j pm o r g a n 公司率先提出的，文献 1 9 对其进行了详细的介绍。文 献 2 0 】解释了历史模拟法在电力市场金融风险计算中的基本原理，利用历史数据 对次日的短期金融风险进行了预测，指导了供电公司进行短期金融风险分析。文 献【2 1 】基于v a r 方法讨论了将差价合约应用于电力市场初期的优势及特点，仿真 基于浙江省电力市场的历史数据，得出了差价合约可以减少因电价波动带来的金 融风险，能指导发电商进行合理的竟价。 虽然v a r 风险度量方法曾经一度盛行，但是，并不意味着它就是一种完美合 理的风险度量方法。实践经验和研究结果表明，v a r 方法过于单纯，存在严重的 缺陷，如：不是一致性风险测量；不满足凸性；只依赖于单一损失函数的分位数 等。此种情况下，只能另辟佳径来弥补v a r 的缺陷。此时，r o c k a f e l l e r 和u r y a s e v 提出了条件风险价值c v a r 的概念，并被学术界肯定为是一种优子v a r 的风险管 理技术。文献【2 2 】具体介绍了c v a r 的概念及其应用，是后续研究c v a r 的理论基 础工作。文献 2 3 】初步探讨了以c v a r 作为目标函数下的资产组合优化问题，并 得到了有关有效前沿的三种等价定义，但是并没有从根本上解释有效前沿的本质。 文献 2 4 】综合论述了c v a r 的优化算法和应用。文献 2 5 - 2 8 都将c v a r 方法应用 于电力市场中，讨论了发电商及购电商的投标策略。文献 2 5 】以c v a r 为风险度 量指标，综合考虑风险和期望收益水平，建立了发电商均值- c v a r 投标组合优化 模型，并进行了有效的仿真测试。文献【2 6 基于c v a r 对供电公司的收益和风险 进行量化，建立收益最大化的多市场购电组合优化模型，并利用线性规划问题进 行求解，对供电公司的购电决策及风险评估提供了思路。文献【2 7 构建了一个供 电公司均值一c v a r 模型，根据期望收益模型理论将供电公司电能分配问题利用确 定规划问题求解。文献 2 8 】计算供电公司在多个时段多个市场的购电分配，并利 用该模型分析不同置信水平和期望收益对购电分配决策的影响；引入转移影响率， 将上一时段的风险转移到下一时段，从而降低整体风险。 传统的均值一方差理论和v a r 、c v a r 风险分析方法都是基于概率论基础上的 投资组合选择模型，且要求建立在随机变量分布已知的情况下。但是，实际应用 - 5 基二fw c v a r 风险度量的发电商电量分配模型 中存在随机变量分布信息不已知的情况，如只知道变量的分布属于某集合等情况。 这时，以上方法变得不再合理有效。基于此，文献 2 9 】提出最坏情景分析，将最一 坏情况下风险价值w c v a r 的概念引入到投资组合理念中。文献 3 0 】放宽了随机变 量服从特定分布的假设条件，通过鲁棒性分析得到投资策略，但其忽略了资产收 益的动态变化过程。文献 3 1 】详细介绍了在混合分布和离散分布下w c v a r 的计算 和模型的化简优化，最后利用美国p j m 数据仿真了均值- w c v a r 有效前沿并与均 值一c v a r 模型进行了比较。文献【3 2 】将基于w c v a r 风险控制的投资组合问题转 化为一个最d , - 最大一最小的组合问题，建立一个对整个投资过程进行风险评估的 动态投资组合优化模型，并采用蒙特卡罗模拟方法给出了具体的计算步骤。文献 3 3 基于w c v a r 风险度量方法，建立了利润一风险的3 个鲁棒组合模型，利用数 学研究思想应用在电力资产的分配中。文献 3 4 】采用最坏情况下条件风险作为市 场风险因子，建立了多置信水平下的极小化w c v a r 优化模型。在随机变量为离散 界约束分布的前提下，运用多目标决策方法和最优化对偶理论将具有m i n m a x 结 构的复杂模型转化为常规的简单的单目标线性规划问题，并应用该模型建立发电 商电能分配策略，采用蒙特卡罗方法模拟方法仿真测试了模型的有效性。文献 3 5 】 建立了基于w c v a r 理论的新的三个最优组合模型，并且在随机变量混合分布的 条件下将模型进一步简化、推广，建立了三个相应的发电资产组合分配的模型。 w c v a r 风险度量方法放宽了对分布的要求，可计算仅已知部分概率分布信 息的情况，能更真实地反映市场风险的本质特性。本文建立了基于w c v a r 理论 的最优组合模型，并将其应用到发电商电量分配的研究中，通过算例分析表明了 理论的正确性和模型的有效性，对发电商的投标决策和风险评估具有一定的指导 性。 1 3 本文所作的工作 在相对开放的电力市场中，发电商关心的是如何在获取高的利润的同时尽量 降低风险水平。本文在文献 3 1 】w c v a r 理论基础知识的基础上，成功建立了基于 w c v a r 风险度量的发电商电量分配模型，将其转化为相对简单的线性规划模型， 并进行了仿真测试。 本文所作的工作如下： ( 1 ) 详细介绍了世界各国电力市场的改革和发展的情况，分析了目前电力市 场的三种典型交易模式：联营体交易模式、联营体+ 双边交易模式和双边+ 多边交 易模式；介绍了发电商4 个不同的交易类型：现货市场、实时平衡市场、合约市 场和辅助服务市场，讨论了各个市场的特点和应用。 ( 2 ) 详细分析了目前电力市场常用的风险度量方法：m a r k o w i t z 的投资组合 理论、风险价值v a r 方法、条件风险价值c v a r 方法和相对鲁棒风险价值r c v a r 硕士学位论文 式除了有p x 负责管理的联营体市场外，还包括由计划协调者( s c h e d u l i n g c o o r d i n a t o r ，s c ) 负责的双边合同市场( b i l a t e r a lc o n t a c t ) 因此，当前实际应用 的双边交易模式应该称为“p + b 模式，即“联营体+ 双边交易模式”，且该模式 中双边交易市场所占的市场份额更大。该模式主要是在发电公司和用户之间直接 进行交易，各卖方必须找到其买方签订双边协议递交给交易中心。双边交易模式 如图2 3 所示： 图2 3 联菅体电力市场结构 2 2 3 双边+ 多边交易模式 双边+ 多边交易模式结合了联营体模式和双边交易模式的特点，该模式的电 力市场是联营市场、双边合同市场和多边合同市场的组合体。双边和多边合同市 场由市场经济人( s c 或b r o k e r ) 进行协调，在发电厂和多个用户之间实现电力交 易，其中的一笔电能交易可能会涉及到多个发电厂和多个用户。i s o 每过一段时 间公布输电网的运行信息，帮助经济人确定哪些交易可以实现；然后经济人将需 要进行交易的信息提交给i s o 审核，并由i s o 进行可行的电力交易【3 7 1 。 该模式的优点是能为用户提供更多的选择权，体现如下：第一，该模式要求 配售电分开，允许更多的用户，其中包括一些电力零售商参与经济人系统的报价 和竞争。第二，用户可以保持远期合约为主的双边交易方式，而现货市场则采用 经济人系统的多边交易。第三，多边交易的方式可用于电力期货和远期交易，而 这些交易可直接由多个交易谈判得到，也可以通过经济人撮合成交，因此交易的 形式非常自由。但是，该模式也存在其固有的弊端，体现如下：该模式下发电、 输电、配电和售电完全解捆，则需要复杂的协调机制解决系统的安全稳定运行问 题。 2 3 电力市场的交易类型 在电力市场中，电能的交易可分为现货交易、实时交易、合同交易和辅助服 基于w c v a r 风险度量的发电商电量分配模型 务交易【3 8 1 。对于发电商而言，这几类市场都是其参与竞争的舞台，其可通过合理 分配在各个交易市场的发电量或出力分散风险，提高总利润。发电商的交易类型 如图2 4 所示： 厂 、 现货交易市场 配电公司 斗电力小用户 实时交易市场 发电商 合同交易市场 电力大用户 辅助交易市场 图2 4 发电商的交易选择 2 3 1 现货交易 现货交易主要指的是现货市场的电能交易，是根据发电机组的报价，提前一 天确定的第二天每个交易时段的发电计划并计算在每个区域参与节点和发电机组 上网点的现货价格。发电侧的电力市场运行部为了满足电力供需平衡，应当建立 和运行现货交易市场。而电力市场运行规则部则应当划分交易时段。发电商在现 货交易市场的竞价投标策略就是确定下一个交易日的最优报价曲线。文献 3 9 1 对 近年来提出的各种独立发电商在现货市场中的竞价模型和算法进行了综合的分 析，并指出了各类方法各自的特点。 2 3 2 实时交易 实时交易是指在交易日当天确定的发电计划并由此计算每个区域参与节点上 的实时发电价格。电能是一种特殊的商品，电力行业具有特殊性，这就要求发电 与负荷时时平衡。同前交易计划和电网的实际运行情况往往存在差别，而实时市 场是平衡这种差别的有效方法。近年来，越来越多的国家更加重视实时交易，采 取市场的手段平衡电网运行中形成的电量供需不平衡，以提高电力市场的安全性， 使电网的调度遵循市场规律。实践证明，实时交易市场能提高市场环境下电网的 可靠性和电网调度的自动化水平，这样电网调度能在市场环境下公平、公正的发 展以保证电力市场良好地运行。随着电力市场的发展，实时交易已经成为现代电 力市场中不可或缺的一部分1 4 0 1 。 2 3 3 合约交易 硕一l 学位论文 方法。 ( 3 ) 对最坏情况下风险价值w c v a r 进行了系统的介绍，讨论了在简单正态 分布、混合分布和离散分布下的计算方法和优化模型。 ( 4 ) 对电力市场中发电商的电量分配进行分析，分别建立了以期望收益率最 大，w c v a r 风险值受约束、w c v a r 风险值最小，期望收益率受约束和期望收益 率和w c v a r 风险值的组合优化的三种模型。 ( 5 ) 选取现货市场、实时平衡市场、中期合约市场和远期合约市场作为发电 商交易的子市场，基于w c v a r 风险值最小，期望收益受约束模型，对发电商在 这4 个市场的发电量分配进行仿真测试。模拟美国p j m 市场数据，通过蒙特卡罗 方法获得关于每个市场的5 0 0 个样本，利用数学方法对其求均值和方差。利用线 性规划的l i n d o 程序和m a t l a b 对模型分别进行计算，仿真测试了发电商的最优 发电量分配比例，比较了不同期望收益率和置信水平下w c v a r 有效前沿，并与 c v a r 模型进行了比较。 图2 2 联营体电力市场结构 2 2 2 联营体+ 双边交易模式 双边交易模式也叫非管制型电力联营体模式或净量市场化模型。双边交易模 - 8 - 硕：七学位论文 为了保证市场正常供电，稳定上网发电价格，市场运行部门需要与发电公司 签订购电合同。发电商通过合约可规避风险，但将面临合约电量和合约价格如何 确定才能使风险最小、利润最大的问题，这也是发电商在合约市场的竞价投标问 题。合同交易可通过竞价产生，也可双边签订。期货交易中交易的双方都被允许 在缴纳了一定的保证金和违约金后退出期货市场，或是进入现货交易市场，或是 与其他另外市场成员以双边交易的方式再买或卖或到期对冲。 合约交易作为一种有效的风险管理工具，在电力市场中的作用逐步增大，相 应地发电商在合约交易市场中的竟价投标策略也越来越受重视。 2 3 4 辅助服务交易 辅助服务交易是电力市场中的重要交易方式之一，包括有功频率控制 ( a u t o m a t i cg c n a r a t i o nc o n t r o l ，a g c ) 、替代备用、旋转备用、无功及电压支持、 非旋转备用忽然系统恢复及黑启动( 调频、调峰、调压、黑启动) 。a g c 市场和 旋转备用市场都是在中长期合同交易市场后与日前有功市场同时申报。辅助服务 市场主要决定了在系统的实际负荷与短期负荷预测出现偏差时各项辅助服务的购 买，但是具体的调整是由实时交易决定的。现在，辅助服务成本的计算及付费， 辅助服务指标的量化等都比较复杂，各个国家的做法也不一致【引】。 发电商在辅助服务交易中，可通过策略性的投标来获取高额利润。其如何构 造在辅助服务市场的投标策略及如何实现与其他市场之间的协调是一个值得关心 的问题。 2 4 风险及风险管理 2 4 1 风险的定义 风险的定义：“风险作为人们对自然或人为事件给自身可能带来危害的主观反 映，来源于对未来结果的不可知