考慮期權(quán)交易的電力市場納什均衡及發(fā)電競爭策略研究

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1、上海大學(xué)博士學(xué)位論文摘要摘要全球性電力工業(yè)結(jié)構(gòu)重組和解除管制的市場化改革,帶來了電力系統(tǒng)運行方式的深刻變革,其目的在于通過引入公平競爭的市場機制,達到改善經(jīng)濟效率,實現(xiàn)電力資源的合理分配和社會效益的最大化。然而,由于電力工業(yè)存在進入壁壘高、需求彈性小、輸電約束、輸電損耗、電能不能大規(guī)模有效存儲等特殊屬性,決定了在電力市場中的一個供電區(qū)域只能有少數(shù)發(fā)電廠商提供電力,使得電力市場表現(xiàn)出明顯的寡頭壟斷態(tài)勢。在寡頭競爭的電力市場環(huán)境下,市場參與者需要密切關(guān)注自己的決策行為及其產(chǎn)生的后果,而市場監(jiān)管機構(gòu)更需要研

2、究不同市場模式下的市場特性和效率,因此科學(xué)合理的電力市場決策分析模型和方法的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。而基于博弈論的各種寡頭均衡模型是用來定量預(yù)測和研究各市場參與者的策略行為以及其對整個市場產(chǎn)生的影響的重要工具。本論文應(yīng)用金融工程理論和非合作博弈理論結(jié)合電力工業(yè)的特點,研究電力期權(quán)對電力市場均衡和發(fā)電廠商競爭策略行為的影響,具體包括以下幾個方面:第一,對金融工程理論在電力市場中的應(yīng)用進行了概述,對電力市場中存在的風險進行了分類,提出了電力金融合約市場的框架和電力市場風險管理的基本步驟,同時運用金融

3、工程的相關(guān)理論研究了電力遠期合約、電力期貨合約和電力期權(quán)合約的特點、應(yīng)用及定價問題,最后介紹了我國的電力資本和電力金融衍生產(chǎn)品市場,提出了我國電力金融市場的組成結(jié)構(gòu)和發(fā)展過程中應(yīng)注意的問題。第二,電力金融期權(quán)是指標的物為電力、按照現(xiàn)金方式結(jié)算的期權(quán)合約。本文采用古諾模型描述發(fā)電廠商在金融看漲期權(quán)市場和現(xiàn)貨市場中的競爭行為,首次建立了考慮負荷波動、目標函數(shù)連續(xù)可微的金融看漲期權(quán)市場與現(xiàn)貨市場兩階段聯(lián)合博弈模型,利用后向推導(dǎo)方法對模型進行了求解,分析了發(fā)電廠商參與策略性金融看漲期權(quán)交易的激勵以及策略性金融

4、看漲期權(quán)交易對發(fā)電廠商競爭行為的影響。結(jié)果表明:金融看漲期權(quán)交易可有效地抑制發(fā)電廠商的市場力濫用,降低現(xiàn)貨市場電價,并且金融看漲期權(quán)對電力市場的作用要強于遠期合約。第三,電力物理期權(quán)的執(zhí)行涉及到電能的實際交割,物理期權(quán)合約的持有者相當于擁有了一個虛擬的發(fā)電廠。根據(jù)物理期權(quán)的執(zhí)行特點,本文首次建立了考慮發(fā)電廠商參與策略性物理看漲期權(quán)交易的兩階段古諾博弈模型,研究了策略性上海大學(xué)博士學(xué)位論文摘要物理看漲期權(quán)交易對發(fā)電廠商現(xiàn)貨市場競爭行為的影響。通過一個雙寡頭算例驗證了模型的合理性和算法的有效性,分析了期權(quán)

5、敲定價格、負荷波動率、生產(chǎn)成本等因素對發(fā)電廠商物理看漲期權(quán)交易策略的影響。結(jié)果表明:現(xiàn)貨市場電價的高波動性會削弱發(fā)電廠商參與物理看漲期權(quán)交易的積極性,物理看漲期權(quán)對電力市場的作用要弱于遠期合約。第四,針對期權(quán)合約市場按雙邊/多邊模式運作、現(xiàn)貨市場按聯(lián)營體模式運作的電力市場,建立了考慮金融看漲期權(quán)合約的期權(quán)市場與現(xiàn)貨市場兩階段聯(lián)合古諾博弈模型。該模型首次考慮了風險厭惡的購電商(用戶)在金融看漲期權(quán)市場交易中的策略行為,分析了購電商(用戶)的策略行為和風險厭惡心理對電力市場均衡和發(fā)電廠商競價策略的影響。結(jié)

6、果表明:發(fā)電廠商會利用購電商(用戶)的風險厭惡心理在期權(quán)交易中行使市場力,抬高期權(quán)價格,以期從期權(quán)交易中獲利,而且現(xiàn)貨市場電價的高波動性進一步強化了發(fā)電廠商的市場力濫用行為。第五,電力市場與其它商品市場最重要的區(qū)別是電力交易必須通過一個滿足基爾霍夫定律的電力網(wǎng)絡(luò)實時進行,因此要更全面地反映電力市場的實際情況,就必須考慮輸電網(wǎng)絡(luò)約束的影響。本文首次建立了一個考慮輸電網(wǎng)絡(luò)約束的電力金融看漲期權(quán)市場與現(xiàn)貨市場聯(lián)合古諾博弈模型,利用非線性互補方法及改進的Levenberg.Marquardt算法對模型進行了求

7、解,分析了輸電線路容量約束和環(huán)路潮流約束對發(fā)電廠商金融看漲期權(quán)交易行為的影響,考察了發(fā)電廠商在輸電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)阻塞時行使市場力的行為模式,對于電力監(jiān)管機構(gòu)制定有效的市場規(guī)則和獨立系統(tǒng)運行人(IndependentSystemOperator,ISO)合理調(diào)度電力減少網(wǎng)絡(luò)阻塞均具有重要的現(xiàn)實意義。最后,實際電力市場中參與者之間的信息并不完全,這為市場參與者制定合理的競爭策略帶來了很大的困難,也是研究電力市場競價問題的難點。考慮到各國電力市場已運行多年,積累了一定的歷史數(shù)據(jù),可利用各種預(yù)測方法得到市場狀態(tài)的概

8、率分布,本文首次建立了一個基于預(yù)測等值競爭對手的投標行為概率分布的電力金融看漲期權(quán)市場與現(xiàn)貨市場聯(lián)合博弈模型,分析了不完全信息對發(fā)電廠商競爭行為的影響,為發(fā)電廠商制定合理的投標策略提供了相應(yīng)的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:電力市場;電力期權(quán);古諾模型;納什均衡;需求側(cè);輸電約束;后向推導(dǎo)方法;非線性互補方法;不完全信息;非合作博弈IIABSTRACT乃eworldwiderestructuringandderegulationofelectricpowerindus

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