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CVaR在电力市场风险管理中的应用研究

作　者: 王金凤
导　师: 李渝曾
学　校: 上海大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电力市场风险管理可中断负荷供电公司条件风险价值机会约束规划期权交易现代投资组合理论
分类号: F407.61
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

电能不同于一般商品,不能大规模有效地储存,并且要求供需双方瞬时平衡,由于供需双方的突变不能通过储量来平衡,因而电力市场均衡价格呈现强烈的易变性。电力市场中电价的易变性使得各个市场参与者都面临巨大的利益损失风险,因此越来越多的市场参与者认识到电力市场中风险管理的重要性,并积极采用合适的风险管理工具和方法来回避或控制风险。本文重点介绍了新的风险测量因子——条件风险价值(Conditional Value-at–Risk,CVaR),并分别采用现代投资组合方法和机会约束规划方法,探讨了供电公司的风险测量与管理问题。基于pool交易模式,本文的主要研究工作及创新点包括以下五个方面:第一:引入新的风险测量和管理工具。CVaR是近期发展起来的一个新的风险测量工具,具有一致性测量和不依赖于投资回报符合正态分布的假设等良好的数学特性。由于电价具有均值回复、波动性、跳跃特性以及周期性等特点,将CVaR应用于电力市场风险评估与管理,具有重要的现实意义。第二:基于投资组合方法和CVaR,建立了供电公司在实时市场、日前市场和长期合同市场间购电决策模型,可以为供电公司在多个市场间购电比例优化分配和风险评估提供决策方法和依据。重点分析了各种风险条件下,各市场的购电份额、供电公司的收益以及相应的风险大小。该模型可以转化为线性规划求解,避免了其他模型复杂的求解过程以及可能不收敛的情况。算例的计算结果表明了模型的有效性:供电公司可以利用长期合同规避市场风险,同时期望收益也会下降;CVaR能较为真实地反映供电企业面临的风险大小,供电公司针对风险的态度(即置信水平)不同,收益也不同。第三:考虑期权交易,建立了供电公司的购电模型。电力期权合约比远期合同和电力期货交易具有更高的灵活性,但由于期权的购买费用关于日前现货价格是不连续的,因此用解析的方法求解最大化组合收益有一定的困难;引入风险测量因子CVaR可以将该非线性问题转化为线性规划问题求解。基于此,本文建立了供电公司在合同市场、现货市场和期权市场间的购电组合模型,重点分析了有无期权、期权价格、期权敲定价格等因素对购电组合收益和风险的影响。算例结果证明了电力期权的参与可以有效地降低购电组合的风险,并且期权价格和敲定价格对购电组合也有比较明显的影响。对期权的合理使用可以使供电公司在避免高电价风险的同时也能从低电价中获益。第四:机会约束规划主要针对约束条件中含有随机变量,且必须在观测到随机变量的实现之前做出决策的情况。与此相似,供电公司与用户签订可中断负荷合同时也无法观测到未来某一时刻负荷和电价的变化情况。本文首次利用机会约束规划方法,建立了供电公司实施可中断负荷时的风险分析定价模型,模型以期望收益最大为目标,考虑了风险约束、中断量约束、中断费用约束等,采用基于随机模拟的遗传算法求解。算例结果表明:随着回避风险程度的增加,供电公司从可中断负荷中的得到的收益也就越小,这与现实中高风险高回报的原则一致;同时用户的收益由于中断费用和中断量不同所得收益有很大的差别,但中断量越大收益越大。第五:可中断负荷在削峰填谷、备用市场以及阻塞管理等方面发挥越来越重要的作用。本文把不同类型的用户看作具有不同风险和收益特征的子市场,采用投资组合的方法建立了供电公司实施可中断负荷时的风险分析定价模型,该模型可以帮助供电公司进行可中断负荷方案的决策。与机会约束规划模型相比,本模型不但可以考虑市场条件下的多种不确定因素以及供电公司对风险的偏好程度,而且风险也能用VaR和CVaR明确表示出来,便于供电公司更加直观地比较风险的大小。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-16
第一章绪论  16-30
  1.1 课题背景  16-17
  1.2 国内外在电力市场风险管理方面的成果综述  17-25
    1.2.1 电力市场中常用风险度量工具  17-20
    1.2.2 风险管理方法  20-25
  1.3 论文的主要研究内容  25-30
    1.3.1 投资组合理论及条件风险价值CVaR  26
    1.3.2 基于CVaR 的供电公司购电组合策略  26-27
    1.3.3 期权交易对供电公司购电策略的影响研究  27-28
    1.3.4 供电公司实施可中断负荷风险分析模型——机会约束规划模型  28-29
    1.3.5 供电公司实施可中断负荷风险分析模型——投资组合模型  29-30
第二章投资组合及条件风险价值方法  30-42
  2.1 引言  30-31
  2.2 马克维茨投资组合理论  31-36
    2.2.1 资产组合的无差异曲线和有效前沿  32-35
    2.2.2 Markowitz 均值-方差模型  35-36
  2.3 CVAR 的数学描述  36-40
    2.3.1 CVaR 的定义  36-37
    2.3.2 CVaR 的计算方法  37-38
    2.3.3 CVaR 的应用范围  38-40
  2.4 投资组合方法和CVAR 在电力市场中的应用情况  40-41
  2.5 本章小结  41-42
第三章基于CVAR 的供电公司购电决策模型  42-50
  3.1 引言  42-43
  3.2 基本假设  43-44
  3.3 基于CVAR 的供电公司购电决策模型  44-45
    3.3.1 总体模型  44-45
    3.3.2 求解方法  45
  3.4 算例分析  45-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章期权交易对供电公司购电策略影响研究  50-59
  4.1 引言  50
  4.2 期权及其收益特征  50-52
  4.3 市场假设  52-53
    4.3.1 现货价格模拟  52
    4.3.2 合同市场  52-53
    4.3.3 期权市场  53
  4.4 考虑期权交易的供电公司购电组合模型  53-55
    4.4.1 总体模型  53-54
    4.4.2 求解方法  54-55
  4.5 算例分析  55-57
    4.5.1 有无期权时供电公司的损失  55-56
    4.5.2 期权价格和敲定价格的影响  56-57
    4.5.3 最小收益的影响  57
  4.6 本章小结  57-59
第五章供电公司实施可中断负荷风险分析模型——机会约束规划模型  59-68
  5.1 引言  59-60
  5.2 机会约束规划简介  60-62
    5.2.1 机会约束的检验  61
    5.2.2 目标函数的计算  61-62
  5.3 机会约束下的可中断负荷模型  62-64
    5.3.1 基本假设  62-63
    5.3.2 总体模型  63-64
  5.4 模型求解  64-65
  5.5 算例仿真  65-67
  5.6 本章小结  67-68
第六章供电公司实施可中断负荷风险分析模型——投资组合模型  68-73
  6.1 引言  68
  6.2 基本假设  68
  6.3 供电公司实施可中断负荷风险分析模型  68-70
    6.3.1 总体模型  68-70
    6.3.2 求解方法  70
  6.4 算例仿真  70-71
  6.5 本章小结  71-73
第七章结论与展望  73-76
  7.1 结论  73-74
  7.2 展望  74-76
参考文献  76-86
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文  86-87
致谢  87-88

CVaR在电力市场风险管理中的应用研究

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