电力期货市场条件下发电商售电行为研究分析

1、第1组数量经济学理论与方法（一）（计量经济学），文章字数5519。电力期货市场条件下发电商售电行为研究The research on electricity generators behavior under the conditions of electricity futures market巢剑雄巢剑雄（1956-）男，湖南大学工商管理学院教授，中国数量经济学会理事。研究方向：数量经济与技术经济；金融投资与风险评估 刘登高刘登高（1984-）男，湖南大学工商管理学院硕士研究生，研究方向：技术经济及管理感谢湖南电力公司项目（897216011）对本研究的资助 巢剑雄(湖南大学 工商管理学院

2、，湖南 长沙 410012)【摘要】摘要：本该文通过建立基于CVAR方法的发电商的效用模型，研究了引入电力期货前后发电商效用的变化以及发电同在双边合同市场以及现货市场的售电决策。研究的结果表明，电力期货市场的套期保值功能并不一定影响发电商的总效用；在发电商规模较小时，电力期货会加大其日效用的不确定性；但是随着其规模的增大，电力期货市场的“GARCH效应”平抑日效用风险的作用渐趋显著。在同样的风险厌恶程度下，电力期货市场的引入降低了发电商参与双边合同市场交易的意愿，从而更趋向于选择在现货市场进行交易。关键词： 电力期货 ；发电商 ；售电行为 ；CVAR ；效用中图分类号 F062.4 文献标识码

3、 A The research on electricity generators behavior under the conditions of electricity futures marketJianxiong Chao Denggao Liu(Hunan University Management School, Chang Sha 410012)Abstract: By designing generators utility model based on CVAR method, this paper studied how the electricity futures in

4、fluence the utility of generators and sales strategy between electricity contracts market and spot market after the introduction of electricity futures. The research shows that the electricity futures market for hedging function does not create any impact on generators utility, instead it increases

5、uncertainty to small-scale generators, With the increase of the scale, electricity futures market "GARCH effect" on the effectiveness of risk stabilize becoming significant. At the same level of risk aversion, the electricity futures market can reduced generators aspiration to trade in the

6、 contracts market, and they are more willing to deal in spot market.Key words: electricity market market；generators generators；sales strategy strategy；CVAR CVAR；utility导言随着电力市场化改革的深入，厂网分开、竞价上网已成为当今电力改革的主题，新的市场机制为发电公司提供了多种多样的市场形式。中国电监会的电力市场运营基本规则提出：我国“电能交易以合约交易为主、现货交易为辅，适时进行期货交易”。这一规则预示着将来电能有望成为我国的期货

7、交易品种，从而给期货市场带来了新的想象空间。各种电力市场有不同的特点，发电公司应在多个市场中进行有选择的交易以追求自身效用最大化和风险最小化。目前发电公司在各个市场的竞价策略已成为电力市场研究领域中的热点问题1-3，但是对于引入电力期货合约后对于发电商的售电决策的影响的研究文献很少。国外研究方面已有的文献主要集中于在日前市场与长期合约市场或单独某个市场的资产配置4-8。国内方面，已有文献主要从投资组合或罚函数等角度进行建模考察发电商的决策行为，主要研究发电商在远期合约市场与现货市场的发电策略与行为9-13。 在电力期货市场市场引入后对发电商的决策影响方面，胥德武，刘东（2006）年在电力期货交

8、易背景下，结合流域水电公司的特点，分析了发电商的价格风险，结合其收益模型探讨了流域水电公司在电力期货交易下的竞争策略，因为将发电商主体局限于流域水电公司，并且在研究方法上只是简单定性分析14。王访，周晓阳，周晨（2008）的研究将电力期货合约从投资组合的角度进行研究，考察在利润最大化的目标下，发电商如何在日前市场、无风险市场与期货市场进行最优投资组合，而不是从电力期货套期保值的角度进行考察15。我们可以看到，国内外对于电力市场环境下发电商的行为研究重在竞价策略以及在双边合同市场和现货市场的电量分配以及决策问题，而将电力期货交易引入发电商调度研究的论文非常罕有，仅有的文献也是仅从定性方面进行了分

9、析，或者将其作为一种投资组合工具，而从套期保值的角度去建模研究发电商的决策行为的文献几乎为空白。本文将通过模型和仿真以定性分析加定量分析相结合的方法探讨电力期货合约的套期保值效应下，发电商在无风险市场（合同市场）和日前市场的决策行为，以期对目前国内进行的电力市场化改革略尽绵薄之力。一 电力期货市场条件下建模随着电力改革的进行，在电力市场的环境下，电能已作为一种商品进行交易。但电能由于不能储存且其传输受到输电线路输送极限及电网稳定条件的限制，因此其价格波动较其他商品明显大得多,。以至于发电商面临巨大的价格波动风险，这使得各国的发电商纷纷进入电力合同市场来规避风险，也使得在合同市场中的电力资金的比

10、例大幅度提高9，在众多电力合同中，差价合同有着其良好的特性倍受各国青睐，双向差价合同因为合同的执行不受将来电价风险的影响， 因此它属于无风险的合同。与此同时，日前市场仍然作为电价确定和电力市场平衡运行的基石，相当一部分电量交易在其中完成。随着电力市场的充分改革，电力市场将成为最大的商品市场之一，电力金融衍生交易将在电力交易中扮演重要角色。各国使用电力期货交易或套期保值的比例越来越大，电力期货交易的风险主要来自期货的基差风险，因此期货合同属于有风险的合同。大量的研究表明，电力期货市场与现货市场之间存在着强烈的共振和GARCH效应8，两者之间这种关系是实现电力期货风险归避的功能的一个重要原因。本文

11、探讨存在电力期货市场的套期保值效应下，为寻求利润最大化，发电商在日前市场和无风险长期合同市场的决策行为，主要考察的问题包括：（1）引入电力期货合约对于发电商收益波动风险的影响。；（2）引入电力期货合约发电商在日前市场与长期合同市场电量分配的倾向（意愿）。；（3）不同风险偏好的发电商在电力期货市场合约下的交易策略。1.1 发电商的期望收益模型我们可以将发电商在日前市场和无风险长期合同市场的电量分配视作一种投资组合，用效用最大化模型来确定在电力期货市场条件下发电商在两个市场的决策行为，所以我们将发电商在日前市场与无风险长期合同市场的效用函数表示为: （1）其中，和分别表示发电商在合同市场和日前市场

12、的投资组合的期望收益，（01）为风险归避系数，表示发电商对风险的厌恶程度，越大，表示发电商越害怕风险。为成本函数，为日前市场的风险计量因子。引入电力期货市场后，对发电商的效用函数修正为：ST ( （2）上式中，为套期保值率，为长期合同期限内发电商规划总电量，为期货市场的预期收益，为电力期货的风险计量因子。其中： （3）其中，N表示发电商所有的机组数量，和分别为发电商长期双边合同的起止时间；表示双边合同电价，为合同交易电量，s与分别表示合同期内某天某个时段的电价、第n台机组在第t天第i时段的实时交易电量。1.2 计量因子的选取及算法风险大小可以用多种指标来计量，例如方差和风险价值(value a

13、t risk，)及条件风险价值(condition value at risk，)，对于电力行业而言，方差和风险价值都具有一定的缺陷15，所以我们拟采用条件风险价值来衡量风险。是对方法的一种修正，指损失额超过部分的平均值。在本文中，为了求现货价格的CVaR，我们设定一个小概率(取5%)，则VaR可以表示为:，其中表示发电商在现货市场的收益量，则可表示为: （4）其中，为发电商在现场市场的收益函数，为收益率的概率函数。在为发电商作为电力提供者，文章假设其全为空头套期保值者，发电商在电力期货市场的需要对上式进行修正。对于这种一对一套期保值，设套期保值在时开始，此时期货和现货市场的价格分别是，到时刻

14、时，期货的价格为，现货市场的价格仍为，设为套期保值比，为套期保值时一个单位期货所需要的费用。经过空头套期保值后，套期者在时刻卖出现货资产所获得的价格实际为： (5)卖出资产的价格损失额为:： (65)对给定一个小概率，可以得到，经过积分运算就得到空头套期保值的为： （76）其中，是的概率密度函数。二 求解方法该优化问题为一个带线性约束的二次规划问题，运算题较大。模型中所用数据为北欧电力交易所（）的真实交易数据。为了考察我们需要研究的问题，按如下步骤求解：1、用历史数据求得现货市场（主要指日前市场）和期货市场的。2、期货交易的费用设为0，套期保值率可用风险方差最小方法求得16，为，其中为期货与现

15、货的相关系数，我们对历史数据进行相关系数分析可以得到，通过数据分析（如图一）我们可以看到电力价格的季节性特征非常显著，因此，我们将长期合同的期限为季度为单位，考察某发电商一年的售电行为，与此相对应，求出季度的套期保值比。图一 电力现货价格(EUR/MWh)05101520253035404550年度第一季度第二季度第三季度第四季度标准差平均值3发电商成本只考虑发电商的燃料成本和机组启停成本，并假设其为平均成本下的一次线性方程。另外，假设发电商的各台机组满足的约束相同：运行功率约束满足机组运行在最大、最小技术出力约束，机组最小开/停机时间约束和机组爬坡率约束。为求得公式（3）。4、初始化发电商年

16、度规划期总电量、风险规避系数、长期合同价格、长期合同电量，观察公式（1）和（2）下发电商效用差异；。5、基于公式（1）、（2）分别进行随机目标优化，观测长期合同电量变化；。6、观察风险规避系数变化对于售电决策的影响。三 算例及分析采用北欧电力市场2006、2007年真实数据，计算日前市场与期货市场的收益波动率及,如表一。表一 日前市场与期货市场收益率及数据日前市场期货市场风险标准差2.932.52/（MW·h）6.396.89同时假设发电商年度规划期总电量为1022，平均成本为18/（MW·h）,季度合同电量（基于历史数据按规划电量的60%的比例测算）与对应季度因素的电价分

17、别如表一所示。表二 季度合同电量及电价表第一季度第二季度第三季度第三季度季度合同电量（MW）149950153350153680154170季度合同电价/（MW·h）26.6822.4819.7442.73季度套期比1.011.141.030.773.1电力期货对发电商收益的影响将初始值应用于模型，得到未引入电力期货后发电商的总效用为4149164（对应模型（1），运行模型（2）得到一系列随机总效用值如图二，可以看出引入电力期货后，在套期保值功能下对于发电商总效用（总收益）并没有正面或负面影响，即套期保值行为不一定为发电商带来正的收益。图二 引入电力期货后发电商对发电商总效用的影响

18、另外，我们可以得到发电商的日效用波动曲线,如图三所示：可以得出，引入电力期货后，在初始赋值假设下，发电商日效用波动标准差为391330.7，相对于引入电力期货前的21195.69，风险反而变大，当我们发电商初始值规划期总电量以一定的倍数放大，得出的引入电力期货后的日效用标准差与引入电力期货前的比（）逐渐变小，表示电力期货对于发电商平抑日效用风险逐渐显著（如图四），结果表明，对于发电商而言，如果只是作单向的套期保值，若发电商规模较小，则电力期货市场本身的风险与电价波动的风险共同作用会加剧其收益的不确定性，而发电商规模越大，由于电力期货市场与现货市场存在着共振与GARCH效应的原因，电力期货在一定

19、程度上具有稳定发电商收益的功能，套期保值的功能能够得到更充分的体现。图三 基于初始赋值的电力期货下发电商日效用曲线(单位)图四 随发电商规划期总电量增大发电商引入电力期货后日效用波动比变化3.2 电力期货下考虑风险归避系数的发电商售电决策风险归避系数代表发电商对于风险的喜好程度，越大，发电商对于风险越是厌恶并尽力归避，从引入电力期货前的发电商合同交易电量随风险归避系数变化曲线可以看到，发电商会将更多电量通过合同市场交易。引入电力期货市场后，这样的趋势并没有变化，只是因为电力期货风险归避的作用，随着的增大，发电商在合同市场上交易的意愿不及以前，合同电量在发电商可交易电能的比下降。图五 引入电力期

20、货前后风险归避系数对发电商售电策略的影响四 结论本文对于引入电力期货后对于发电商的中长期电力交易结果和行为进行了尝试性的研究，模型中提出的电力期货套期保值比率、季节因数、以及效用函数对于发电商具有实际的操作意义。本文研究的结果表明：（1）对于发电商而言，引入电力期货市场后，在单向的套期保值行为下，对于发电商总收益的增长并没有确定的正向或负向的意义，即没有确定的结论表明套期保值行为会带来总收益的增加或减少。另外，当发电商的规模较小时，现货市场与期货市场的两重风险反而会加重发电商收益的不确定性，但是随着发电商规模的变大，因为电力期货市场与现货市场之间共振与GARCH效应作用，电力期货市场套期保值作

21、用表现出的风险归避作用逐渐显现。（2）我们发现对于风险厌恶的发电商，将更多地采用双边合同交易方式，而且风险厌恶程度越高，在双边合同交易交易的意愿越强烈。但当引入电力期货后，在同样的风险厌恶条件下，发电商选择在双边合同市场交易的意愿整体呈下降趋势，表明了电力期货具有风险归避的作用，对于平抑现货市场风险的不确定性具有正面的意义。本文的研究对于指导发电商合理的电力交易具有重要意义，也希望对于我国电力市场的设计与监管尽微薄之力。参考文献:1D.J.Wu et.al: Optimal bidding and contracting strategies in the deregulated electr

22、ic power market：Part1A.Proceedings of the 33rd Annual Havaii International Conference on System SciencesC，2000，pp：1235-12442Yang He: The studies of bidding strategies of generators in electricity markets，Ph D Dissertation.Department of Electronic and Computer Engineering.Bunel University，West London

23、，UK，20023F.S .Wen ,and A.K:David.Optimally co-coordinated biddings strategies in energy and ancillary service marketsA.IEEE Proc-Gener.Transm.DistribC.Vol.149，No.3，May 2002.pp.331-3384E.Elia.A.Maiorano，Y.H.Song，M.Trovato: Novel methodology for simulation studies of strategic behavior of electricity

24、producersA. Proceedings of Power Engineering SOCIETY Summer MeetingC. IEEE，vol.4，2000 pp:2235-22415Robert Dahlgren，Hen-China Liu，and Jacques Lawarree: Risk assessment in energy tradingA.IEEE Transactions on Power SystemsC，Vol18，pp. 503-511，May 20036 Thor Bjorkvoll，et.al: Power generation planning an

25、d risk management in a liberalized marketA.Proceedings of IEEE Porto Power Tech ConferenceC.Vol.1.20017R.A.Campo: Probabilistic optimality in long-term energy salesJ.IEEE Transactions on Power Systems.2002.17(2)pp：237-2428Guan，XH (Guan，Xiaohong)，Wu，J (Wu，Jiang)，Gao，F (Gao，Feng)，Sun，GJ (Sun，Guoji): O

26、ptimal generation portfolio management for futures and spot market.General Meeting of the Power-Engineering-Society Montreal，CANADA，JUN 18-22，20069蔚娜，王世杰:面向期货交易的发电策略J.东北电力学院学报.2002，22(1)：18-2210杨根，周杰娜:期货交易量和现货交易量在发电公司计划中的经济分配J.贵州工业大学学报（自然科学版）.2005，34(3)：49-5211张显，王锡凡:发电商长期售电策略研究A.见：2003年全国高等学校电力系统及其

27、自动化专业第十九届学术年会论文集下册C.成都：西安交通大学，2003.1922-192612杨根，李琳，邱瑛:基于保证期货电量原则下罚函数的模型分析J.电力系统及其自动化学报.2007，19(4)：121-12413王雁凌，张粒子，舒隽，杨以涵:合同交易量和竞价交易量在日计划中的经济分配J.电力系统自动化.2002，09：45-4814胥德武，刘东:流域水电公司在电力期货交易下的竞争策略J.华东电力.2006，34(10)：1-415王访，周晓阳，周晨:发电公司投资组合流程J.电力系统及自动化学报.2008，20（2）:33-3716林孝贵:期货套期保值的统计分析M.江苏：中国矿业大学出版社.

28、2004附言：论文作者介绍巢剑雄，男，1956-，湖南大学工商管理学院教授。研究方向：数量经济与技术经济；金融投资与风险评估；英文翻译。参加的科研工作有：电力期货交易研究；股份制改造的理论与实证研究；中部地区工业结构调整金融支持产业研究；期望违约率和判别分析的财务困境预警方法及应用研究；数据挖掘技术在金融风险管理与防范中的应用研究；行为金融的整体风险管理理论与应用研究。 社会兼职: 中国数量经济学会理事 湖南大学学报英文审译企业合作：美国3DBT企业管理软件公司顾问刘登高，男，1984-，湖南大学工商管理学院技术经济及管理硕士，论文研究方向：电力期货。论文来源论文选题源于导师湖南电力公司项目，

29、项目编号：897216011。参考文献:1D.J.Wu et.al. Optimal bidding and contracting strategies in the deregulated electric power market：Part1A.Proceedings of the 33rd Annual Havaii International Conference on System SciencesC，2000，pp：1235-12442Yang He，The studies of bidding strategies of generators in electricity ma

30、rkets，Ph D Dissertation.Department of Electronic and Computer Engineering.Bunel University，West London，UK，20023F.S .Wen，and A.K.David.Optimally co-coordinated biddings strategies in energy and ancillary service marketsA.IEEE Proc-Gener.Transm.DistribC.Vol.149，No.3，May 2002.pp.331-3384E.Elia.A.Maiora

31、no，Y.H.Song，M.Trovato.Novel methodology for simulation studies of strategic behavior of electricity producersA. Proceedings of Power Engineering SOCIETY Summer MeetingC. IEEE，vol.4，2000 pp:2235-22415Robert Dahlgren，Hen-China Liu，and Jacques Lawarree.Risk assessment in energy tradingA.IEEE Transactions on Power SystemsC，Vol18，pp. 503-511，May 20036 Thor Bjorkvoll，et.al.Power generation planning and risk management in a liberalized marketA.Proceedings of IEEE Porto Power