（电力系统及其自动化专业论文）电力市场远期合同及其风险模型.pdf

华北电力大学硕士学位沦文 摘要 随着电力市场机制的引入，市场价格风险和其他风险必然会出现。长期来看市场会 带来价格的下跌，这是在理论和实践证明了的事实。电力市场建设初期规避市场电价 风险静电力交易主要还是市场各成员之间采取场外交易形式，也就是说希场成员之 间主要通过场外远期交易签订大部分电力合同，我国电力市场几个运行试点在建设前 期电链鲍交易还是主要采用的远期交易，因此为了蕊够联系国情，本文主要是针对电力 远期合约建立风险规避合同模型，以便通过理论研究达到能运行于实际的效果。 关键词：电力市场，远期合约，现货市场，风险规避，市场价格 a bs t r a c t a l o n gw i t ht h ep o w e rm a r k e tm e c h a n i s ml c a di n t o ，t h em a r k e tp r i c er i s ka n do t h e rr i s k sm u s t a p p e a r t h em a r k e tw i l lg e tt h ep r i c ed o w no v e ral o n gt i m e ，t h i si st h ef a c tt h a th a sb e e n p r o v e db yt h et h e o r i e sa n dp r a c t i c e s w h e np o w e rm a r k e tb u i l d sb e g i n n i n g ，t h et r a d e r s a l w a y su s ef o r w a r dc o n t r a c t st os o l v ep r i c er i s k ，t h a t 搬t os a yt h a tt h em o s tc o n t r a c t sa r em a d e b yu s i n gf o r w a r dc o n t r a c t si nt h eb e g i n n i n g s o m ep o w e rm a r k e t sa r em o s t l yu s i n gf o r w a r d c o n t r a c t si no u rc o u n t r y f o rc o n n e c t i n gw i t ho u rc o u n t r yr e a lc o n d i t i o n ，t h i sp a p e rm a i n st o m a k en e wc o n t r a c t st os o l v er i s ki np o w e rm a r k e t ，a n db em a k es u r et h a ti tc a nku s e di n p r a c t i c e z h a ol i a n g ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f a ix i n k e y w o r d s ：p o w e rm a r k e t , f o r w a r dc o n t r a c t s , 蹭呔m a r k e t , r i s ke v a s i o n , m a r k e t p r i c e 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力市场远期合同及其风险模型， 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己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：乏皇垫日 期：少口影岁，1 6期：少口班又 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： 日期：边丛日期：出、l 1 牮就溅力大学磺圭学位沦文 l 。l 背景及意义 第一章引言 2 0 0 2 年3 月，国务院批准电力体制改革方案【i 】，决定由原国家计委牵头， 成立电力体铡改革工作夺缀，囊责缀织逛力俸铡改革方案实施王捧。戴薏，鬻家逛 力公司拆分为两大电网公司和五大发电集团，随后国家电监会成立，开始履行电力 市场监管者的职燮，实现“政监分歼”。电力体铡改革是爨务院决定翦重大举措，它 对我国现行的电力体制做了重大调整，希望实现个公开，公正，高效运行的电力 一市场。 当蓠，实现裔监纯运黄、走囊书璐已成为我蓬电力工监改革瓣大趋势，其总体 目标是打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健伞电价机制，优化资源配置， 瑟避电力发震，搀建致府监瞽下籍政企分开、公平竞争、开放鸯謦、懿藤发震瓣惫 力市场体系。所有这些目标都和提高供电质量与可靠性紧密联系在一起，并且电力 郝门应内用户提供更多的选择，从丽健整个社会效益极大优。企业效益的改善可以 吸葶 更多豹投资者参与电力工监的建设，使之走向德康发震帮炱性循环黔道路辩l 。 我国电力体制改革以来，电力市场中电价的易变性【3 】使得各个市场参与者都面 褡巨大戆剥益攒失风险，如采不热戳鸯效翡貉燕，蒋会浮致灾难性鹃瑟采，这是翱 约电力市场健康有序发展的主要因素之一，而通过远期含同1 4 l ，电力可以被“虚拟” 地螓存，这说臻远期会蜀落场露提供类叛予其他可罐存商磊的某种事蘸保护，从露 有利于电力市场的健康发展。除了熊为各参与方提供机会来选择在价格和风险方噬 满足它们的特定要求，劳肖利于供需双方的交流外，电力远期合阏交易还能减少市 场参与者揉缴电谕鲶兴趣，迩藏少了供邀离霹虢操纵黪空溺毫力蔚数! 墓 ，从焉黧低 了它在现货市场中的份额，即降低了集权程度，有利于市场公平竞争，形成高效的 市场均衡毫徐。磷究翮考察电力市场中远期会麓瓣建模还毒助于魄力誊场豹益篝枫 构对发电公司滥用市场力的行为进行考察，从而识别市场结构和市场规则巾存在的 漏洞，健进电力市场政策法援的不断完善。 在我蘑电力王监燕在进行的市场纯改革进程孛，远麓合两交易不可缺少，并需 要相关的电力远期和期权合同的理论研究。现有的国内外有关研究主要集中在两个 方强，帮繁有麓毅豹电力逡期会露麴风险定价摸型霹究，骧及毫力合褥市场孛戆博 弈行为及其对现货市场的影响机制研究【5 】。远期交易是一种金融衍生交易，它可以 规避邀力赘场随枫价格风险。广义熬电力远朝会约可苏是一种匿定豹魏谈，要求在 合同交货时保证供电或接受供电；也可以是一种可选择的带有期校思想的协议；或 者是在电力工业市场化初期使用的远期差价合约。 华北电力大学碛士学位论文 1 2 国内外相关磅究综述 1 2 1 国外研究动态 竟标联运( b b p ，b i d b a s e d p 0 0 1 ) 的发电市场模式在世界范闹的电力工业市场 化改革中得到广泛采用，其中定价机制大多采用统一的市场出清价。在此环境下， 发电商有可能通过策略魏投标( s t r a t e g i cb i d d i n g ) 操纵市场，以获取高额翻澜。这 种市场力滥用( m a r k e tp o w e r a b u s e ) 的行为可能是目前电力市场设计和运行中最关 心的问题。作为规避市场竞争风险的手段之一，远期合同( f o r w a r dc o n t r a c t ) 交易 已广泛应用于许多国家的电力市场中，而且分析表明，远期合同交易影响发电商的 投标策略和市场力滥用行为。 文献一】提漱了寡头竞争市场中远期合剐交易的另一种激励机制，其中采用 c o u r n o t 现货市场竞争均衡模型，通过对风险中性( r i s k n e u t r a l ) 的对称双寡头 ( s y m m e t r i cd u o p o l y ) 竞争情况兹研究，表明魏采一个生产商进行远期合嗣交易蒸 其竞争对手没有进行合同交易则进行合同交易的生产商在现货市场竞争中会处于 更有利的地位，能获得比不进行合同交易时更多的利润。 在目前实际电力市场运行中，竟标联运( b i d b a s e d p o o l ，b b p ) 的发电现货市 场竞争模式得到了广泛采j i 3 ，其中发电商的投标给出了其愿意提供的不同电力与对 应报价，且可适梢予多个不同定价时段，这更类似予供应函数竞争。嚣诧，寡头市 场的供应函数竞争均衡模型【8 】在发电市场均衡分析中得到了较多应用，其中线性供 应函数( 1 i n e a rs u p p l yf u n c t i o n ，l s f ) 竞争均衡模型患予计算方便、易予解释等特 性而更受关注p 1 。虽然c o u m o t 竞争模型不太符合实际的发电市场竞争情况，但由 于模型易于求解，而且作为一种竞争性最弱的( 1 e a s tc o m p e t i t i v e ) 寡头市场模型， c o u m o t 竞争均衡结果提供了一般供应函数均衡结果的上限，因而在电力市场竞争 均衡分析中，c o u r n o t 模型也得到了较多应用 2 0 l 。 1 2 2 国内研究动态 銎定熬远期食缝虽然形式麓单，易于理解帮操作，僵不利于全面考虑各个交易 方所面临的不确定性，这些不确定性会直接影响参与者的利益。期权交易具有较好 的灵活性和多样性，结合期权交易思想的可选择远期含约不但熊使参与者回避不利 情况下的利益损失风险，而且可以保留在有利情况下的获和机会。而电力差价合约 由于形式简单，易于理解，便于操作，在许多同家的电力市场中得到广泛应用】。 电力远期合弱，包括结合期权交易思想的霹选择远麓合同，作为宥效的风险管 理工具和交易手段，在竞争的电力市场中得到了广泛的应用。文献【l 刁介绍了供电侧 开放后电力交易的方式和电力远期合同的般指定方法。荠建立了结合期权思想的 华北电力大学硕士学位论文 供电公司与用于之间可选择的远期合同模型，同时给出了考虑提前通知的供电公司 违约金的计算方法。 电力市场中的合约市场是为了防范风险，保证电力市场运营的有序性( 防止电 网潮流运行方式随机性影响系统安全、电力供应和电价的稳定性) ，保持燃料供应 的长期稳定。文献f 1 3 】从合约的标准化、数据申报的过程、合约市场分组竞价、需求 预报和发布、合约市场数据申报与审核、竟价规则、合约电量的履行、交易机制、 市场出清与清算、合约的变更、合同违约及处理等方面详细地介绍了中长期合约交 易市场的运作机制。该机制适合中国当前的形势。 由于持续时间不同的电力段，其生产成本以及对电力系统的贡献均不同，文献 0 4 将电力分段交易方式引入到双边合同中，包括电力远期合同和电力期货合同。电 力按照其持续时间的长短分为连续的几段，各段以不同的价格分别交易，发电商及 用户可根据不同情况选择适当的电力段进行交易。 文献【i5 】指出发电商的远期合同交易会影响发电现货市场的竞争，这种策略影响 关系可能会激励发电商参与远期合同交易( 策略性远期合同交易) 。文中针对不同 的发电现货市场竞争模式，研究了多个非对称发电商的策略性远期合同交易问题。 通过均衡分析表明，如果每个发电商进行其合同决策时认为其他所有发电商的合同 交易量给定不变，则在发电现货市场c o u r n o t 竞争模式下，每个理性发电商都会进 行一定数量的策略性合同交易；而当发电现货市场采用线性供应函数竞争时，发电 商将失去策略性合同交易的激励。 1 3 论文的主要研究内容 由于不同于一般商品，电力不能大规模有效储存，并且供求关系要求瞬时平衡， 因而现有的大多数电力合同采用远期合同( 或与有关期权合同结合) 的形式，丽非 标准化的期货合同。电力市场中电价的变化存在显著的随机特性，价格的高低起伏 直接影响各市场参与者的自身利益，建立有效规避电力市场风险的方法是各市场参 与者十分关注的问题。 论文主要研究的是电力市场远期合同风险模型，远期作为金融衍生工具的一 种，具有规避电力市场价格风险的作用。文中将着手于电力市场建设初期，建立适 合电力市场初期运营的远期合同风险规避模型。 华北电力大学硕士学位论文 2 1 电力市场概述 第二章电力市场远期交易溉述 电力市场是电力的买主和卖主的相瓦作用，已决定其电价和电量的过程。更具 体缝说，也就是指采瘸法律、法靓、经济等手段，本着公平竞争、巍愿互利豹原刚， 对电力系统中发电、输电、配电、用户等各成员进行协调运行的管理机制和执行系 统的总帮。电力市场主要采用市场的手段进行管理，扶藤达到资源优化配置的基的， 所以，电力市场的基本原则是公平竞争、自愿互利。同时，电力市场还是体现这种 管理机制的执行系统，包括交易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。 电力市场的基本特征是：开放性、计划性和协调性。与传统的垄断电力相比， 电力市场具有开放性和竞争性。与普通商品市场相比，电力市场其有计划性和协调 性。电力系统各成员之阅翥要紧密联系，都对魄力系统产生影响，医姥要求电力市 场中的电力生产、电力使用等具有计划性。电力系统要求随时做到供需平衡，所以 电力市场中的供应者之间、供应者与焉户之间要相互协调。 电力市场的基本原则毽含以下夕乙个方面：公平竞争原则；用户平等原则；公开 性原则；扩大参与者囱由选择权利的原则：法规保障原则。 我蚕是在现行调度体制酶基础土有计划的建立和发震电力市场，因此，各级电 力市场之问应该是一种层次结构，并且开始可能是树状的，其后层次之间会出现交 叉现象，如隧2 1 所承。 毒 辫潮交换 网级镪厂闷缀电力市场+ j 麓警t 嚣黼交换 4 i 琢窖攥 审l 缱管馋啦”铲r 隧 钉缀瞧厂= 苎。煮警魄力前场川- - ) d t p 镬缎瞧a ，l 发幽r 蠢臻突羧；商瑰k 镌魄 辫地隧级釜焉一火餍户 氐争mm | 垂疆室羧 毒 祭瑟级办蝴_ 太用户 隧2 - 1 各级电力市场关系 以上这种树状结构受限于技术和设备条件，对于售电翮购电两方容易如现垄断 现象，导致公平竞争原则，这样就需要建立一套完善的价格与结算监督体制。随着 华北电力大学硕士学位论文 电力建设的发展，可能会出现跨层间交易，而且售电和购电双方会有更大的选择余 地，电力市场将会越来越开放【1 6 1 。 2 2 电力市场远期交易 电力市场建设初期电力交易主要还是市场各成员之间采取场外交易形式，也就 是说市场成员之间主要通过场外远期交易( f o r w a r d s ) 1 1 7 。1 9 1 签订大部分电力合同。 随着电力市场步伐的不断深化，电力合同也不仅仅是依靠远期合约来签订，也会发 展到电力期货、电力期权等其他电力交易形式。但是考虑到电力商品的特殊性，在 电力市场建设前期，想要顺利地实施电力期货和电力期权交易还是有一定困难的。 国际t - 对于衍生交易的种类有很多，其中也包括很多通过衍生工具的相互结合而产 生的新的交易形式，而对于电力市场远期交易，国内外学者也提出要将远期与期权 相结合，建立一种带有期权性质的可选择远期合约。1 3 前我国电力市场仍处于探索 起步阶段，国内区域电力市场试点电力交易也是主要考虑远期交易，发电侧近9 0 的电量是通过远期合约实现，这些远期合约的应用主要是为了保障发电安全，规 避现货市场电价风险。 远期合约( f o r w a r dc o n t r a c t ) ，或简称远期，是一种特别简单的衍生证券。它是 个在确定的将来时刻按确定的价格购买或出售某项资产的协议。 远期合约能够为电力用户提供稳定的电力供应，同时为发电商带来长期稳定的 需求，而且能够锁定电力价格规避市场价格波动风险 2 0 1 。英国在电力市场建设初期， 超过8 0 的电力交易是采用远期差价合同来实现的，而且其双边交易量的不断扩大 已经提前发展到远期和期货市场，英国电力市场在实施n e t a 2 1 1 模式后，9 5 的电 力依靠双边合同交易完成。在澳大利亚的电力市场发展中 2 2 1 ，远期合同也占据重要 的地位，2 0 0 0 年电力合同的交易量已经是1 9 9 9 年的两倍。而美国加州电力市场的 失败【2 3 1 使市场参与者更加重视远期合同交易。挪威是北欧最先引入电力市场的围 家，并于1 9 9 2 年秋季开始运行一个挪威电力远期交易市场【2 4 1 。由此可见，在电力 市场发展中，远期合约占据着重要的地位，我国正处于电力市场化初期，国外的市 场化道路对我国电力市场的发展有着重要的借鉴意义。 2 3 微观经济学基础 电力市场是一个新兴的、有显著自身特点的市场，它既遵从一般商品市场的规 律，又受到电力系统实时运行的各种约束。其经济特性是一项值得研究的工作。 华北电力大学硕士学位论文 2 3 1 需求与供给 1 需求曲线 在经济学意义上，需求是指人们在一定时期内原凶并能够购买的某种商品的数 量。影响需求的因素也是非常复杂的。当我们主要考察需求与价格之闯的关系，而 把其他因素都当作给定条件时，需求函数可表述为： 奶= i o , ) ( 2 - 1 ) 式中：伤为需求量；p 为价格。 根据这一函数，还可以用图形表示需求与价格之间的关系，得出需求曲线d ， 如图2 2 所示。 dq 图2 - 2 产品需求曲线 由图2 2 可以看出：在其他因素不变的条件下，需求量与商品价格是一个下降 函数，也就是说价格要是上升，需求就会下降；价格要是下降，需求就会上升。该 曲线描述了需求的规律，与人们日常生活经验相一致。 2 供给曲线 在经济学意义上，供给一般是指生产者或销售者在一定时期内愿意并能够提供 给市场的商品数量。与需求会受到支付能力的约束不同，供给的约束主要来自于一 定时期内可用于生产的各种资源。 如果假定其他因素不变或已知，只考虑供给与价格的关系，则供给函数可以表 示为： q = f 如) ( 2 2 ) 供求函数可以用供求曲线s 表示，如图2 3 所示。 华北电力大学硕士学位论文 。1 3 i p 表2 - 3 产品供给曲线 由图2 3 可以看出：在其他条件不变的情况下，商品的供给量与其价格是上升 的函数关系。也就是说随着生产的扩大，其成本也会呈递增上升趋势，这就是供给 规律。 3 供需均衡与价格的确定 仍然假定决定供求的因素除商品自身的价格外其余均为已知或不变，因而供求 状况确定。如图2 4 所示。 图中曲线s 和d 在e 点相交，与点p 对应的价格见就是市场均衡价格，或者也 可以称其为市场出清价格。因为在此价格水平上，买方愿意并能够购买的数量与卖 方愿意并能够供给的数量恰好相等。所谓的市场机制就是指在一个自由市场里能使 价格得以变化一直达到出清的趋势。 在市场经济中，均衡是一种必然的趋势。所谓的市场机制正是指通过市场价格 的变化使供给与需求达到均衡的一种去死，它就像一只“看不见的手”指挥着人们的 经济生活。均衡价格就是供求一致时的市场价格，此时的交易量就叫均衡产量或销 售量，即图2 4 中的q 。 p e o 图2 , 4 供求均衡与价格的确定 q 华北电力大学硕士学位论文 2 3 2 短期边际发电成本 2 0 世纪9 0 年代以来，电力工业的市场化改革已经成为世界性潮流。发电上网 定价问题已经越来越受关注，作为电力市场的核心因素，电力定价闯题一直是该领 域的研究热点。边际成本定价理论作为一个传统的定价方法，在电力市场中已得到 较广的应用，其中较适合电力市场运行机制的当属实时定价理论，即基于电力系统 短期边际成本的定价理论，并已发展到基于市场参与者报价机制的边际报价定价理 论。按照实时定价或报价理论，某时刻的发电价格应等于该时刻系统的短期发电边 际成本或边际撤价。 系统短期发电边际成本在原理上由边际运行成本和边际缺电成本两部分组成， 其中边际运行成本通常定义为负荷增加一单位后所需的发电运行成本( 主要是燃料 费用) 的增量，边际缺电成本定义为负荷增加一单位后用户缺电成本的增量。考虑 到发电机组的随机强迫停运和负荷预测的不确定性，任何时刻的发电边际成本是一 个随机变量，需要用概率学的方法来精确估计，包括其均值和方差，以及概率分布 函数，后者还可用于电力市场远期合同定价的风险建模研究【2 5 1 。 电力短期边际发电成本计算方法如下： 设某一系统( 或电力联营体p 0 0 1 ) 中有，个发电单元， f = 1 , 2 9o * 0 9 1 为最优加载 次序。每个发电单元用二状态概率模型表示，其随机强迫停运率为栅，。用发电 系统随机生产模拟技术的z 变换法，可获得前i 个发电单元加载后，系统的有效容 量概率分布函数尸暖g ) 的离散表示 聊g ) = 艺只 - k 一置 ) 】 f = 1 ，2 ，i )( 2 3 ) k = l 其中，五 ) 和只 ) 分别为前f 个发电单元加载后，第k 个有效容量状态【肘形】及 其概率，且满足墨 ) 完全垄断市场 完全垄断型市场是指市场处子完全毒家厂商所控制趋状态。这种市场也分为 两类：完全政府垄断或完全私人垄断。它具备以下三个基本条件： l 买者众多，卖者只有一家企q k ； 2 由手经济上秘政治上的各种条 牛的限涮，新的企业不可麓进入该商晶麓生产 领域； 3 没有替代品或者说买者不可能购买到替代品。 完全垄断市场形成的缀因有三： l 企业的一次性投资巨大，固定成本远远高予可变戏本，这样一旦形成生产规 模就应允分利用其生产能力，出现多个企业则不经济； 2 资源的稀缺性，单个企业可能通过专利权或国家授予的经营权进行独占； 3 对关系壁计民生的行业，在一定时阅内，国家进行夔点扶持和控制，以剩于 促进经济的发展。 ( 3 ) 不完全竞争市场。 不完全竞争市场又嘲垄甑竞争型市场，是介予完全竞争型泰场穰完全垄断型市 场之间的市场结构。它区别于完全竞争型市场的关键因素是企业提供的产品存在差 异，区别于完全垄断型市场的主要特征是市场上存在大量的替代品和竞争者f 2 6 1 。 2 3 4 风险偏好 风险偏好分3 种类型，即风险回避、风险中立和风险进取。 公式描述如下： 移= 确一囝秘) ( 2 。i i ) 其中：砖) ，d o ) 为h 的期望值和方差，厂为风险回避系数，r o 为风险回避 者；r = o 为风险中立者；r 买入看涨期权 c a l l ) 。这种合约可称为单囱封颈差价含约 c a pc o n t r a c t ) 。 第二种是当合同到期时的市场价格低于敲定价时，发电商仍以市场价与p o o l 进行结算，但配电公司 k 时，供电公司可以履行会嗣赋予的拒绝 供电权利，可从现货市场获得单位电量收益妇r - k ) - 当0 k 时，供电公司拒绝供电给磁户，焉户获得单位电量的 报酬为( x 一材一p 。) ；当0 ，在合同交货时用户单位电量的期 望收益e b b 可表示为： e b b 2 r y 一或) 厶菇) 威+ 爱m 一或) 茗) 教 ( 3 6 ) = ( v - p 。) ( k ) + ( k m - p ( 3 8 ) ( 1 ) 长期合约电力市场戆竞价模型3 霹 这种竟价模型是应用博弈论套用s t a c k e l b e r g 策略对合同市场建模求解。它假设 了在搏弈模型巾主要参与者有电网，独立发电厂，电力公司。这里独立发电厂指设 华j l ：电力大学硕士学位沦文 备新，技术好，规模较大的发电厂。这种发电厂般都由国家或者省投资建立，基 本没有还贷义务，不隶属予任侮电力公司。电力公司楚由不同豹薪老电，一组成的 个整体，在一个地区一般有多家。电网可从独立发电厂或发电公司购电，而独立发 电厂由于没有还贷负担，技术期设备都比较先进，因此电价低予电力公嗣。由于在 该系统中电网是唯一的电能购买者，虽然有多个电网，但在某区域内它是唯一的， 因此电网在本博弈过程中所处的地位就高予电力公司翱独立发电厂，这样就可以把 模型的求解问题转化为s t a c k e l b e r g 对策中多级最优化求解问题。只要模型有解，电 阏的电价，负荷分配等问题就迎刃丽解。 ( 2 ) 分段交易方式 电力的分段交易要求将电力按其持续时间的长短分为着干段，各段以不同的价 格分别交鬓。采蹦分段交易的电力远期合同与分时交易的不固在于，电力被分为连 续的几段，并分别以各自的价格交易。因此，远期合同的交易双方需要根据自己的 生产计划或需求情况选择某种或几种电力段，以及这嫂段的交易量和交易时间短。 分段灵活电力合露是基于分段交易的灵活电力合瑟，该合溺要求合溺的买卖双 方制定他们的需求计划或供电计划，也就是制定他们的策略，包括各时段的交易量 翻电力段麴选择。这种决策方法取决予市场信息，特别是市场中最为重要的电价信 息。与灵活电力含同相比，分段灵活电力合同的重要参数除了合同电量和合同价格 以外，还有电力段的选择。总的合同电量为各电力段的电量总和，必须在合同起始 时间和终止时间所确定的有效期内完成交割，且应满足各时段最大和最小交易电量 的约束。 ( 3 ) 分组竟价电力含约交易模式鲤 现行交易模式中，所有机组都是同等竞争的，这事实上是种理想的情况。在 罄蘸我篱电力市场状况下，让所有机组处于同等竞争的地位，势必导致许多竞争能 力不强的电厂过早地濒临破产，反而阻碍了电力市场健康、有序地发艉。分组竟价 是解决我国电力工业走向市场竞争的一种过渡方案。该模式考虑了各发电公司由于 历史原因造成的在市场上竞争能力的差异，从历史豹角度，保证对各发电公司的公 正和公平性。避免了采用由政府处理搁浅成本的计划经济的手段。随着电力市场改 革静不断深入_ 窝历史遥警阏题得到解，可以调整各组盼竞争电蹙，使得各缱的结算 电价趋于致，并最终可以将各组合并，达到更大程度上的公平竞争。 在发电侧单边开放、不开放供电侧市场的情况下，采取单买主的交易模式。 在该模式下，由电力交易中心根据负荷预测的结果以及电网安全运行的需要，确定 每年、每月的合约电量，同时确定各分组的电量比例，并向电厂发布，在年前和月 前组缓亳厂进行合约电量豹竞争，各电厂根据交易中心发布麓信息和盘身豹竞价策 略，在合约市场上进行电照一电价曲线的申报( 发电商的电量电价曲线反映在不 麓价位土发电商愿意提供的电量) ；电力交易中心掇据各电厂熟申报，本着“三公” 1 9 ， 华就电力大学琰圭学位沦文 的原则购买所需的合约电量，并将合约电量分解到每天的各个时段，同时将交易结 果下发各电厂。在这种交易模式下，交荔总购电量以及各分组豹比铡是由交易中心 指定的，它不受电厂申报的影响，因此可以保证一定的电量交易量，降低电力市场 运营麴风险。在电力市场运营的初级阶段将采雳这秘运营模式，保证整今电力运营 体制的平稳过渡。 在单一买主交易模式下，各分组需要购买的总电量已经确定，问题实际上等价 子寻找一个能够购买到既定电量的最低价格，一旦价格确定了，各发电商的发电量 也就确定了，这个成交价格也就是市场出清价。分组竟价电力交易合约市场的交易 算法孛采焉一维搜索的方法优化交荔价格，对于价格轨迹上的每个点，算法都对该 分组内所有机组的报价曲线进行一次扫描，以确定当前电价可购买的锌机组电量， 然后可以确定在当前价格下的分组贿电量。实际上，这个价格寻找的过程也就是进 行该分组电量电价曲线合成的过程。 ( 4 ) 不同竞争模式下的策略性模型【4 0 】 这种策略性模型采用均衡分析方法，首先研究发电现货市场c o u m o t 竞争模式 下，多个非对称发电商的策略性远期合同交易问题。表明如果每个发电商进行其合 同决策对认为其他所有发电裔的合丽交易量给定不变，翼| j 每个理性发电齑都会进行 定数量电力的策略性合同交易。为了区别于其它远期合同激励，在分析发电商的 策略性远期合同激励机制时，通常不但需要假设所有发电商是风险中性的，丽且假 设至少一个远期合同的购炎者也是风险中性翰，通过其套利行为使得所有策略性远 期合同的价格等于期望的朱来现货市场价格，并给出了策略性合同交易竞争的均衡 模型。 ( 5 ) 一种双边可选择远期合同模型【4 1 】 这种可选择远期合圊模型不但给予卖电方在现货电价较赢时中断供电给买电 方的权利，而且给予买电方在现货电价较低时拒绝接受卖电方的供电的权利。这种 理性选择使得当买电方的单位电量效益小于现货电价时将被中断用电，当卖电方的 单位电量成本大予现货电价时也将被中断供电，从而有利予电力资源的最优分配与 调度。对于合同买电方来说，不但可回避高市场价格的风险，而且在低市场价格时 还有进一步获剩的可能。阕时，对予合同卖电方来说，不但可豳避低市场价格的风 险，而且在高市场价格时还有进一步获利的机会。 作为电力市场风险管理的一种有效手段，电力远期合同交易因其灵活性和多样 性而具有良好的应用前景。这种双边可选择电力远斓合同模型，结合有关期权定价 思想和均衡原理，能够建立有关合同价格的确定方法。分析表明，这种双边可选择 电力远麓合圈模塑具有良好的特性，更具可操俸性。 3 5 本章小结 华北电力大学硕士学位论文 本章主要介绍了电力远期合同风险定价模型的现状，目前电力远期合同定价方 法主要有二种，即将风险调整价格作为合同价格的模型、基于实时电价定价模型以 及发电边际成本预测定价模型。本章3 2 节介绍了中长期远期合约及其应用模式， 3 3 节介绍了一种单边可选择远期合约，它是建立在供电公司和用户基础上的供电 公司可选择远期合约，它的合同定价方法类似于发电边际成本预测定价模型，区别 是该模型是基于现货市场价格的不确定性。本章3 3 节概述性的介绍一些其他合同 模型。 华北电力大学硕士学位论文 第四章适合电力市场起步阶段的简易远期合同模型 4 1 模型实用前提条件 4 1 1 电力市场建设初期 在电力市场建设初期，易于操作的市场模式是单一买方模式，在这种模式下， 发电厂产权多元化，允许在垄断经营的电网企业之外存在独立的发电企业，由其独 立承担建设和运行的风险。市场机制初步引入到发电领域，创造了发电平等竞争的 环境。但在这种模式的电力市场中，输、配电和售电系统仍为垄断经营，拥有输配 电网的电网公司是市场中唯一的电能购买者，称为单一买方；单一买方具有选择发 电商的权利，但发电商和用户并无选择交易对象的权利。我国厂网分开之前开展的 内部模拟电力市场属于这种单一买方模式，单一买方模式的示意图如图4 1 。 图4 1 单一买方模式结构图 这种模式没有复杂的生产结构，在对电能成本影响最大的发电领域引入竞争机 制，有助于提高发电环节的投资效益和运行效益，无疑有益于降低总的电能成本。 应该认识到，这种单一买方模式是一种较为初级的模式，还很不完善，只是在一些 国家电力市场改革的初期采用。目前英国电力市场已经逐步跨越这种初级模式，进 入较为完善的批发竞争市场模式；而北欧电力市场和美国p j m 电力市场，已经直接 进入到批发竞争市场模式。 我国电力体制改革仍然处于初级阶段，国内各电力市场试点的运营还要经历不 断的探索思考，单一制上网电价有利于区域电力市场的初步发展。 华北电力大学硕士学位论文 4 1 2 单一制上网电价 单一制上网电价是仅按上网电量计价的电价。它是根据发电总成本( 包括固定 成本和变动成本) 形成的一个综合上网电量电价。因此，发电成本全部通过按上网 电量和上网电价结算的电费来回收。 单- s t 上网电价的最大优势是简便易行，便于不同地区、甚至不同国家间的电 力交易。也正是由于这种优势，目前世界上大多数国家的电力市场普遍采用单一制 上网电价。在我国，处于发展初期的区域电力市场，如果采取单- n 上网电价，现 货市场交易电量的上网电价应采取市场竞价的形式确定，中标价格为边际价格；而 远期合同电量的上网电价，则应由买卖双方以原来政府原来批复的一卜网电价水平为 基础协商确定。随着电力市场的进一步发展，输、配电网的资产和运营分开后，远 期合同电量的电价将不再以政府原米批复的上网电价水平作参考，而是完全以买卖 双方充分协商的方式确定。 4 1 3 其他条件 远期合同中包含一个价格：合同电价所( 元肛觋) ， 应用此模型必须满足以下条件： ( 1 ) 合同交割时刻t 发电商的短期边际发电成本为s ，i 元k 黝) ； ( 2 ) 交易双方基于市场发布的远期公开信息，对将来时刻t 的的概率分布函数 c g ) 和概率密度函数厶g ) 有相同的估计； ( 3 ) 暂不考虑用户需求的不确定性。 其中，s ，( 元k 厮) 和概率分布函数f ( x ) 可见2 3 2 节。o 4 2 合同电价的计算 发电商为了未来某一时刻r 的发电而与供电公司签订远期合同，合同电价p 。在 原理上可有如下分析：若不发生供电公司拒绝接受发电商供电的情况，那么合同电 价应等于时刻，的墨的期望值哥，即n = e g ，且) = 曲( h ，为合同签订时刻，所能利 用的全部信息) 。 考虑风险中立情况的期望值定价原理，合同电价可表示为： p 产e b h t 、= 要珂p d ) c ( 4 - 1 ) 华北电力大学硕士学位论文 4 3 本章小结 本章从引入电力市场建设初期着手，在电力现货市场还未成型时，交易双方只 有发电商和供电公司，在这种条件下建立适合电力市场起步阶段的简易远期合同模 型，有利于区域电力市场的逐步开展。该模型是实施单一买方模式，考虑单- - n 上 网电价，在考虑风险中立的情况下建立起来的。 华北电力大学硕士学位论文 第五章发电商与供电公司可选择远期合同模型 5 1 前提条件 该模型是建立在发电商与供电公司之间的，基于现货市场价格的远期合同模 型，也是考虑供电公司具有选择权，合同中同样包含两部分价格：合同电价 p 。( 元k 腧) 和中断电价k ( 元k 腑) 。合同交割时刻t 的市场价格为p k ( 元k 臃) ，若 p 。 k ，则理性的供电公司将拒绝接受发电公司供电，并要求发电公司支付中断电 价k ；当合同交割时刻丁的市场价格p 。k 时，供电公司与发电公司履行合同，以 合同价格p 。接受发电公司供电。这种合同是供电公司即回避了市场价格上涨的风 险，又保留了在市场价格下跌时获利的机会。而对于发电公司来说，要么卖电给供 电公司，要么支付给供电公司中断电价( 其最优选择是发电公司的单位发电成本) ， 也无利益损失风险，同时还获得相当于权利金的收入( 一般合同电价大于中断电 价) 。 以上应用合成期权思想可解释为供电公司买入一个远期合同，同时买入一个看 跌期权。 应用此模型必须满足以下条件： ( 1 ) 交易双方基于现货市场发布的远期公开信息，对将来时刻r 的市场价格p 。 ( 随机变量) 的概率分布函数c g ) 和概率密度函数厶g ) 有相同的估计； ( 2 ) 供电公司的单位卖电价格为r ( 元x w h ) ，发电公司的单位发电成本为 n 沅| k 呐； ( 3 ) 暂不考虑用户需求的不确定性。 5 2 合同电价的计算 发电商为了未来某一时刻r 的发电而与电力公司签订远期合同，合同电价p ，在 原理上可有如下分析：假若不发生供电公司拒绝接受发电商供电的情况，那么合同 电价应等于时刻r 的现货市场价格p 。的期望值p r ，即办= e 0 t 日，) = p r ( h 。为合 同签订时刻t 所能利用的伞部信息) 。但由于供电公司有拒绝接受发电商供电的权 利，因此应该考虑与该权利相对应的那部分价格。当0 p 。 k 时，理性的供电公 司将履行合同中所给予的拒绝接受发电商供电的权利，要求发电商支付中断电价， 并且转而向市场买电，那么供电公司从现货市场中获得单位电量收益伍一p 。) 。当 p 。k 时，供电公司履行合同义务，那么拒绝供电权力未产生实际意义。因此供电 公司所拥有的拒绝供电权力产生的单位电量价值为m a x 一p k ，0 ) 的期望值。由于供 华= l 艺邀力大学硕士学位论文 电公司在拒绝接受发电商供电时受益，故该褥跌期权价格的期望值应该计算加入到 合两电价孛。综上所述，供奄公司可选择远期合同电价为? 时刻现货拳场价格黪期 望值加上看跌期权价格的期望值。 本耄考虑风险中立情况的期望值定价原理，合同电价可表示为： p c = e l p k h t ) + e ( m a x k - p k ，跳 h 、 一f 坼o ) 出f 体一弗) 出 = k + e ( 1 一乞( x ) ) 出 壶艺式对鬈求导可得： 象= p , ( k ) - - 1 。 2 ) 貉= 霉) 3 ) 由式( 5 1 ) 有，假设r 时刻现货市场份格p k 为一确定值时，当0 p k k 时， 供电公司拒绝接受发电商供电，p c = k ；当p k k 时，发电髓向供电公司供电， p c = p k 。通常仇总会是一个随机变量，因此见k 。 5 3 中断电价的计算 在远期合同中发电裔是以合同价格卖浅了一个远期合同，同时以中断电价卖出 一个看跌期权。獭0 p 。k 时，供电公司拒绝接受发电商供电，发电商获得单位 电量妻每报酬为 藏一鬈) ；当致k 对，供电公司接受发电巍供电，发电商获褥的 单位电壁报酬为( p 。一n ) 。结合条件( 2 ) ，在合同交货时发电商单位电量的期望 收益e b b 可表示为： e b b = r ( p c 一尺珑( 工) 出+ e ( 玖n ) f p ( x ) 出 4 ) = ( 救一k ) 鬈( 鬈) + 繇一) ( 1 0 ( 爱) ) 将式子( 5 1 ) 带入上式可得： e b b ；( 一k ) 伍) + k 一+ r ( 1 一g 嬷 ( 5 5 ) 含丽裂鞲交货时，若0 p ； k ，供电公司挺绝接受发电窝供电，烈供电公司 可得到的单位电凝收益为积- p 。- p 。+ n 若p 。k ，供电公司履行合约接受发电 商供电，则供电公司此时研得到的单位电量收益为够p c ) 。综上可得供电公司单位 华北电力大学硕士学位论文 电量收益的期望值肋。符合下列公式： 磁= r 伍- - x - - p 。+ y k g 协+ e 一p 。耽g 皿 ( 5 - 6 ) 将式( 5 1 ) 代入上式可得： e b , = y - f 以g 协= y 一瓦 ( 5 - 7 ) 由式子( 5 7 ) 可知，当合同电价由式( 5 1 ) 确定时，供电公司单位电量期望 报酬与中断电价k 无关，发电商在确定中断电价k 时的均衡选择应满足t 豢= ( 一砒伍) = o ( 5 - 8 ) 通常情况下兀伍) 0 ，故均衡解应为： k = n( 5 9 ) 即k 由发电商的理性选择来定，此时发电商单位电量的期望收益达到一个极值 点。因为： 以下给出一个假设现货市场价格服从一已知分布的算例分析，用于说明上述合 同模型的合理性。对于模型条件( 1 ) ，假设交易双方基于现货市场颁布的远期公开信 息估计丁时刻现货价格服从b e t a 分布，其概均值e 0 t ) 为o 5 ( 元k 砌) ，方差v a r ( p i ) 取0 ，0 0 1 ，0 0 4 三种情况。利用本章公式( 5 1 ) 可求得在这三种情况下发