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投資組合理論及其在電力市場風(fēng)險(xiǎn)管理的應(yīng)用
投資組合理論及其在電力市場風(fēng)險(xiǎn)管理的應(yīng)用
【摘要】電力的市場化改革使得各個市場參與者都面臨巨大的市場風(fēng)險(xiǎn)，如何權(quán)衡風(fēng)險(xiǎn)和收益是他們需要解決的重要問題之一。
在引入投資組合理論及相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了在電力市場條件下，作為市場兩大主體的供電公司和發(fā)電公司，應(yīng)用投資組合理論以規(guī)避在多市場間購(售)電風(fēng)險(xiǎn)的研究現(xiàn)狀，并對其進(jìn)一步的應(yīng)用研究做出了展望。
【關(guān)鍵詞】投資組合;風(fēng)險(xiǎn)管理;電力市場
引言
電力市場化改革使得越來越多的市場參與者認(rèn)識到風(fēng)險(xiǎn)管理的重要性，并積極采用合適的風(fēng)險(xiǎn)管理工具和方法來回避或控制風(fēng)險(xiǎn)。
在電力市場中，由于運(yùn)行模式不同，不同的電力市場有不同的市場結(jié)構(gòu)，但一般都有長期合同市場、日前市場、實(shí)時市場、平衡市場，有的還設(shè)置了期權(quán)和期貨等金融市場來抑制和對沖實(shí)物市場的交易風(fēng)險(xiǎn)。
因此，市場參與者如何在各個市場投資，使自己收益最大的同時風(fēng)險(xiǎn)最小就是他們特別關(guān)注的重點(diǎn)問題。
投資組合理論正是解決如何分散投資以到達(dá)收益和風(fēng)險(xiǎn)的均衡問題，在電力市場中得到了很好的應(yīng)用。
1.投資組合理論
投資組合理論也稱投資分散理論，其思想簡言之，就是把財(cái)富分配到不同的資產(chǎn)中，以達(dá)到分散風(fēng)險(xiǎn)、確保收益的目的。
1952年，哈里.馬克維茨(HarryMarkowitz)提出均值-方差模型，標(biāo)志著現(xiàn)代投資組合理論的誕生。
馬克維茨認(rèn)為，投資者的效用是關(guān)于證券投資組合的期望回報(bào)率和方差的函數(shù)。
一般而言，高的回報(bào)率往往伴隨著高的風(fēng)險(xiǎn)，理性的投資者追求在一定風(fēng)險(xiǎn)承受范圍之內(nèi)盡可能高的回報(bào)率，或者在保證一定回報(bào)率下風(fēng)險(xiǎn)最小。
1.1投資組合模型
最優(yōu)組合要求收益最大化同時風(fēng)險(xiǎn)最小，因此是一個兩目標(biāo)優(yōu)化問題，理性的投資者通過選擇有效的投資組合，以實(shí)現(xiàn)其期望效用最大化。
這一選擇過程可借助于兩目標(biāo)最優(yōu)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)，數(shù)學(xué)描述可以表示為：
(1)其中：E(π)為投資公司在各個市場的投資組合的期望收益，D(π)為投資組合所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)損失，在這里為投資組合收益的方差，xi為投資公司在各個市場的投資比例，k為組合的資產(chǎn)個數(shù)。
通常可以利用其效用最大化來確定最優(yōu)的投資組合，也可在可容忍風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)最大化收益，或在某一確定收益下最小化風(fēng)險(xiǎn)(或損失)，這樣就可以將多目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)規(guī)劃問題。
1.2風(fēng)險(xiǎn)測量因子
(1)方差
馬克維茨投資組合模型中使用方差衡量風(fēng)險(xiǎn)，簡單方便，但方差表示雙側(cè)波動，而風(fēng)險(xiǎn)一般是對于收益低于預(yù)期值得情況，因此方差測量方法具有一定的局限性。
針對此，有人采用半方差或標(biāo)準(zhǔn)半方差模型來標(biāo)示下方風(fēng)險(xiǎn)。
(2)風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值
風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)價(jià)值(Valueatrisk，VaR)是在金融領(lǐng)域中評價(jià)金融風(fēng)險(xiǎn)的主流方法。
VaR的含義是“處于風(fēng)險(xiǎn)中的價(jià)值”，是指(市場在正常波動條件下)在一定的概率水平下(置信水平)下，某一金融資產(chǎn)在未來特定的一段時間內(nèi)的最大的可能損失。
由VaR的定義可知，它是用來衡量風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)在某一概率水平下的風(fēng)險(xiǎn)值是多少的一個有用的工具。
它概念簡單，易于理解，能直接比較面臨不同風(fēng)險(xiǎn)的金融工具之間的相對風(fēng)險(xiǎn)度等。
然而，當(dāng)投資回報(bào)不滿足正態(tài)分布時，VaR在數(shù)學(xué)上具有一定的局限性，如：
①缺乏次可加性，即投資組合的風(fēng)險(xiǎn)不一定小于各單獨(dú)投資風(fēng)險(xiǎn)之和;
②VaR尾部損失測量不充分。
這一點(diǎn)使人們忽略小概率發(fā)生的巨額損失事件(如股市崩盤，電價(jià)飛升等)，而這又恰恰正是監(jiān)管部門和投資商所重點(diǎn)關(guān)注的。
(3)條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值
由于方差和VaR的一些缺陷，Rockafeller和Uryasev等學(xué)者提出了條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值(ConditionalValueatrisk，CVaR)這一概念，CVaR是指損失超過VaR的條件均值。
從定義可以看出，CVaR是以VaR為基礎(chǔ)，代表超額損失的條件期望值，比VaR包含更多的尾部信息，可以反映出投資組合的潛在損失。
另外，CVaR是個一致性的風(fēng)險(xiǎn)度量，并且不依賴于投資回報(bào)符合正態(tài)分布的假設(shè)，在數(shù)學(xué)上也容易處理，因此受到越來越多的關(guān)注。
2.投資組合在電力市場風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用
2.1供電公司決策
市場條件下，特別是輸配電市場不分離的情況下，供電公司面對變化的購電市場、不變的零售電價(jià)和瞬時變化的電力負(fù)荷，如何合理購電以滿足負(fù)荷需求，同時使自己的收益最大化，是供電公司迫切解決的重要問題。
對于供電公司如何利用投資組合方法在各個市場購電，以最小化購電費(fèi)用為目標(biāo)給出了購電商在時前市場、日前市場和獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商ISO市場的購電方案，但沒有考慮風(fēng)險(xiǎn)約束;根據(jù)投資風(fēng)險(xiǎn)理論中的Markowitz理論建立了供電公司收益最大和風(fēng)險(xiǎn)最小的雙目標(biāo)數(shù)學(xué)模型，通過解析方法求得了在現(xiàn)貨市場和遠(yuǎn)期合同市場的購電分配方案.
以風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值(VaR—valueatrisk)作為計(jì)量工具，以包含風(fēng)險(xiǎn)和收益的效用函數(shù)最大為目標(biāo)，分別建立了峰荷和谷荷時供電商在遠(yuǎn)期合同和現(xiàn)貨市場的購電方案;以方差和風(fēng)險(xiǎn)容忍系數(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)造了供電公司在現(xiàn)貨市場、遠(yuǎn)期合同市場、備用市場和自備電廠之間購買費(fèi)用最小的折衷方案。
以半方差作為風(fēng)險(xiǎn)測量工具，討論了供電公司在包括日前現(xiàn)貨市場、掉期、期權(quán)以及自有電廠等多市場間的中期購電組合問題。
以條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值(CVaR)作為風(fēng)險(xiǎn)量測，以對數(shù)正態(tài)分布模擬未來市場電價(jià)，使用實(shí)際購電數(shù)據(jù)，為購電商(地方配電公司)建立一種新型的均值-CVaR模型。
對其在3個市場的購電作優(yōu)化組合和風(fēng)險(xiǎn)評估，并與均值-方差模型所得結(jié)果作比較。
結(jié)果表明，所建立模型能在保證一定的成本約束下使配電商承擔(dān)的CVaR風(fēng)險(xiǎn)最小，較均值-方差模型提供更能反映實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)果。
在假設(shè)用電需求為隨機(jī)變量的基礎(chǔ)上，利用條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值(CVaR)為風(fēng)險(xiǎn)計(jì)量指標(biāo)，以供電公司利潤的CVaR值最大化為目標(biāo)，構(gòu)建了供電公司在現(xiàn)貨市場的購電優(yōu)化決策模型，并給出了模型的解析解;同時，分析了供電公司因?yàn)橘忞姴蛔愣鴮?dǎo)致給用戶的賠償額度以及供電公司風(fēng)險(xiǎn)厭惡程度對最優(yōu)購電量的影響。
使用條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值作為風(fēng)險(xiǎn)度量工具，建立了同時考慮低電價(jià)可中斷負(fù)荷合同和高補(bǔ)償可中斷負(fù)荷合同的供電商負(fù)荷削減決策模型，使用基于蒙特卡洛隨機(jī)模擬的遺傳算法對模型進(jìn)行了求解，分析了不同負(fù)荷需求水平下供電商的負(fù)荷削減策略。
2.2發(fā)電公司決策
在電力市場化改革的過程中，最先分離出去的就是發(fā)電公司，廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)。
對于發(fā)電公司來講，面對的電力市場價(jià)格和燃料或來水量都是變化的。
目前對發(fā)電公司如何在各市場間進(jìn)行分配調(diào)度發(fā)電量的研究受到學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。
以方差作為風(fēng)險(xiǎn)測量因子，同時考慮發(fā)電商在日前市場和備用市場間自調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)和收益權(quán)衡問題，由于考慮了開停機(jī)計(jì)劃，采用的模型是一個混合整數(shù)二次規(guī)劃問題，并用拉格朗日松弛算法來求解。
采用資本資產(chǎn)定價(jià)模型，引入風(fēng)險(xiǎn)效用的概念，考慮了發(fā)電商電量在年度合約市場和月度合約市場間的分配策略，以投資組合中的效用函數(shù)為目標(biāo)，以收益的方差作為風(fēng)險(xiǎn)，討論了發(fā)電商在能量市場和合同市場的分配方案，有人則以類似的效用函數(shù)模型，討論了能量市場和備用市場的分配問題。
在電力市場中，發(fā)電機(jī)組由于故障而強(qiáng)迫停運(yùn)常常是引起市場價(jià)格上升重要原因之一，也是發(fā)電商需要規(guī)避的風(fēng)險(xiǎn)之一。
特別是在日前市場投標(biāo)后機(jī)組故障，發(fā)電商不得不在實(shí)時市場購電然后再賣給獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商，當(dāng)實(shí)時市場價(jià)格高于日前市場價(jià)格時就會虧損。
將報(bào)價(jià)函數(shù)分為高、中、低三種，以發(fā)電商可以接受的最大VaR為約束條件，討論了發(fā)電商在投標(biāo)策略中如何最小化強(qiáng)迫停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)的問題。
引入VaR方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，結(jié)合實(shí)物期權(quán)的思想，建立了考慮旋轉(zhuǎn)備用和現(xiàn)貨市場的發(fā)電商運(yùn)行資產(chǎn)價(jià)值模型，得出了一些有益的結(jié)論。
采用一致性風(fēng)險(xiǎn)因子CVaR度量風(fēng)險(xiǎn)，克服了方差和VaR的局限性，但(有的)沒有考慮電力系統(tǒng)的技術(shù)約束;(有的)也只考慮了發(fā)電約束而沒有考慮網(wǎng)絡(luò)約束，使得計(jì)算結(jié)果過于樂觀。
3.結(jié)論與展望
投資組合理論在電力市場風(fēng)險(xiǎn)管理中應(yīng)用得到越來越多專家學(xué)者的關(guān)注和研究，本文重點(diǎn)總結(jié)了作為市場兩大主體的供電公司和發(fā)電公司，應(yīng)用投資組合理論以規(guī)避在多市場間購(售)電風(fēng)險(xiǎn)的研究現(xiàn)狀。
隨著電力市場改革的深入，該方法必將被更多的市場參與者接受和應(yīng)用。
其應(yīng)用還可以在以下幾個方面做進(jìn)一步的探討：
(1)考慮電力系統(tǒng)本身約束：目前的研究主要基于金融市場的理論，考慮電力系統(tǒng)本身約束的較少，比如網(wǎng)絡(luò)約束、發(fā)電機(jī)爬坡、啟停約束等，而這才是電力市場區(qū)別與其它市場的關(guān)鍵。
(2)多階段多市場投資：目前研究主要是單階段多市場投資，而電力市場的投資往往是多階段的，有時候需要一小時甚至15分鐘投標(biāo)一次，研究多市場多階段投資才更符合電力市場投資實(shí)際。
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