投資組合理論及其在電力市場(chǎng)風(fēng)險管理的應用
投資組合理論及其在電力市場(chǎng)風(fēng)險管理的應用
【摘要】電力的市場(chǎng)化改革使得各個(gè)市場(chǎng)參與者都面臨巨大的市場(chǎng)風(fēng)險，如何權衡風(fēng)險和收益是他們需要解決的重要問(wèn)題之一。
在引入投資組合理論及相關(guān)知識的基礎上，重點(diǎn)介紹了在電力市場(chǎng)條件下，作為市場(chǎng)兩大主體的供電公司和發(fā)電公司，應用投資組合理論以規避在多市場(chǎng)間購(售)電風(fēng)險的研究現狀，并對其進(jìn)一步的應用研究做出了展望。
【關(guān)鍵詞】投資組合;風(fēng)險管理;電力市場(chǎng)
引言
電力市場(chǎng)化改革使得越來(lái)越多的市場(chǎng)參與者認識到風(fēng)險管理的重要性，并積極采用合適的風(fēng)險管理工具和方法來(lái)回避或控制風(fēng)險。
在電力市場(chǎng)中，由于運行模式不同，不同的電力市場(chǎng)有不同的市場(chǎng)結構，但一般都有長(cháng)期合同市場(chǎng)、日前市場(chǎng)、實(shí)時(shí)市場(chǎng)、平衡市場(chǎng)，有的還設置了期權和期貨等金融市場(chǎng)來(lái)抑制和對沖實(shí)物市場(chǎng)的交易風(fēng)險。
因此，市場(chǎng)參與者如何在各個(gè)市場(chǎng)投資，使自己收益最大的同時(shí)風(fēng)險最小就是他們特別關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。
投資組合理論正是解決如何分散投資以到達收益和風(fēng)險的均衡問(wèn)題，在電力市場(chǎng)中得到了很好的應用。
1.投資組合理論
投資組合理論也稱(chēng)投資分散理論，其思想簡(jiǎn)言之，就是把財富分配到不同的資產(chǎn)中，以達到分散風(fēng)險、確保收益的目的。
1952年，哈里.馬克維茨(HarryMarkowitz)提出均值-方差模型，標志著(zhù)現代投資組合理論的誕生。
馬克維茨認為，投資者的效用是關(guān)于證券投資組合的期望回報率和方差的函數。
一般而言，高的回報率往往伴隨著(zhù)高的風(fēng)險，理性的投資者追求在一定風(fēng)險承受范圍之內盡可能高的回報率，或者在保證一定回報率下風(fēng)險最小。
1.1投資組合模型
最優(yōu)組合要求收益最大化同時(shí)風(fēng)險最小，因此是一個(gè)兩目標優(yōu)化問(wèn)題，理性的投資者通過(guò)選擇有效的投資組合，以實(shí)現其期望效用最大化。
這一選擇過(guò)程可借助于兩目標最優(yōu)規劃實(shí)現，數學(xué)描述可以表示為：
(1)其中：E(π)為投資公司在各個(gè)市場(chǎng)的投資組合的期望收益，D(π)為投資組合所產(chǎn)生的風(fēng)險損失，在這里為投資組合收益的方差，xi為投資公司在各個(gè)市場(chǎng)的投資比例，k為組合的資產(chǎn)個(gè)數。
通�？梢岳闷湫в米畲蠡瘉�(lái)確定最優(yōu)的投資組合，也可在可容忍風(fēng)險范圍內最大化收益，或在某一確定收益下最小化風(fēng)險(或損失)，這樣就可以將多目標優(yōu)化轉化為單目標規劃問(wèn)題。
1.2風(fēng)險測量因子
(1)方差
馬克維茨投資組合模型中使用方差衡量風(fēng)險，簡(jiǎn)單方便，但方差表示雙側波動(dòng)，而風(fēng)險一般是對于收益低于預期值得情況，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準半方差模型來(lái)標示下方風(fēng)險。
(2)風(fēng)險價(jià)值
風(fēng)險險價(jià)值(Valueatrisk，VaR)是在金融領(lǐng)域中評價(jià)金融風(fēng)險的主流方法。
VaR的含義是“處于風(fēng)險中的價(jià)值”，是指(市場(chǎng)在正常波動(dòng)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(lái)特定的一段時(shí)間內的最大的可能損失。
由VaR的定義可知，它是用來(lái)衡量風(fēng)險資產(chǎn)在某一概率水平下的風(fēng)險值是多少的一個(gè)有用的工具。
它概念簡(jiǎn)單，易于理解，能直接比較面臨不同風(fēng)險的金融工具之間的相對風(fēng)險度等。
然而，當投資回報不滿(mǎn)足正態(tài)分布時(shí)，VaR在數學(xué)上具有一定的局限性，如：
�、偃狈Υ慰杉有�，即投資組合的風(fēng)險不一定小于各單獨投資風(fēng)險之和;
�、赩aR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(pán)，電價(jià)飛升等)，而這又恰恰正是監管部門(mén)和投資商所重點(diǎn)關(guān)注的。
(3)條件風(fēng)險價(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)險價(jià)值(ConditionalValueatrisk，CVaR)這一概念，CVaR是指損失超過(guò)VaR的條件均值。
從定義可以看出，CVaR是以VaR為基礎，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(gè)一致性的風(fēng)險度量，并且不依賴(lài)于投資回報符合正態(tài)分布的假設，在數學(xué)上也容易處理，因此受到越來(lái)越多的關(guān)注。
2.投資組合在電力市場(chǎng)風(fēng)險管理中的應用
2.1供電公司決策
市場(chǎng)條件下，特別是輸配電市場(chǎng)不分離的情況下，供電公司面對變化的購電市場(chǎng)、不變的零售電價(jià)和瞬時(shí)變化的電力負荷，如何合理購電以滿(mǎn)足負荷需求，同時(shí)使自己的收益最大化，是供電公司迫切解決的重要問(wèn)題。
對于供電公司如何利用投資組合方法在各個(gè)市場(chǎng)購電，以最小化購電費用為目標給出了購電商在時(shí)前市場(chǎng)、日前市場(chǎng)和獨立系統運營(yíng)商ISO市場(chǎng)的購電方案，但沒(méi)有考慮風(fēng)險約束;根據投資風(fēng)險理論中的Markowitz理論建立了供電公司收益最大和風(fēng)險最小的雙目標數學(xué)模型，通過(guò)解析方法求得了在現貨市場(chǎng)和遠期合同市場(chǎng)的購電分配方案.
以風(fēng)險價(jià)值(VaR—valueatrisk)作為計量工具，以包含風(fēng)險和收益的效用函數最大為目標，分別建立了峰荷和谷荷時(shí)供電商在遠期合同和現貨市場(chǎng)的購電方案;以方差和風(fēng)險容忍系數為基礎，構造了供電公司在現貨市場(chǎng)、遠期合同市場(chǎng)、備用市場(chǎng)和自備電廠(chǎng)之間購買(mǎi)費用最小的折衷方案。
以半方差作為風(fēng)險測量工具，討論了供電公司在包括日前現貨市場(chǎng)、掉期、期權以及自有電廠(chǎng)等多市場(chǎng)間的中期購電組合問(wèn)題。
以條件風(fēng)險價(jià)值(CVaR)作為風(fēng)險量測，以對數正態(tài)分布模擬未來(lái)市場(chǎng)電價(jià)，使用實(shí)際購電數據，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(gè)市場(chǎng)的購電作優(yōu)化組合和風(fēng)險評估，并與均值-方差模型所得結果作比較。
結果表明，所建立模型能在保證一定的成本約束下使配電商承擔的CVaR風(fēng)險最小，較均值-方差模型提供更能反映實(shí)際風(fēng)險的結果。
在假設用電需求為隨機變量的基礎上，利用條件風(fēng)險價(jià)值(CVaR)為風(fēng)險計量指標，以供電公司利潤的CVaR值最大化為目標，構建了供電公司在現貨市場(chǎng)的購電優(yōu)化決策模型，并給出了模型的解析解;同時(shí)，分析了供電公司因為購電不足而導致給用戶(hù)的賠償額度以及供電公司風(fēng)險厭惡程度對最優(yōu)購電量的影響。
使用條件風(fēng)險價(jià)值作為風(fēng)險度量工具，建立了同時(shí)考慮低電價(jià)可中斷負荷合同和高補償可中斷負荷合同的供電商負荷削減決策模型，使用基于蒙特卡洛隨機模擬的遺傳算法對模型進(jìn)行了求解，分析了不同負荷需求水平下供電商的負荷削減策略。
2.2發(fā)電公司決策
在電力市場(chǎng)化改革的過(guò)程中，最先分離出去的就是發(fā)電公司，廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)，競價(jià)上網(wǎng)。
對于發(fā)電公司來(lái)講，面對的電力市場(chǎng)價(jià)格和燃料或來(lái)水量都是變化的。
目前對發(fā)電公司如何在各市場(chǎng)間進(jìn)行分配調度發(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)險測量因子，同時(shí)考慮發(fā)電商在日前市場(chǎng)和備用市場(chǎng)間自調度風(fēng)險和收益權衡問(wèn)題，由于考慮了開(kāi)停機計劃，采用的模型是一個(gè)混合整數二次規劃問(wèn)題，并用拉格朗日松弛算法來(lái)求解。
采用資本資產(chǎn)定價(jià)模型，引入風(fēng)險效用的概念，考慮了發(fā)電商電量在年度合約市場(chǎng)和月度合約市場(chǎng)間的分配策略，以投資組合中的效用函數為目標，以收益的方差作為風(fēng)險，討論了發(fā)電商在能量市場(chǎng)和合同市場(chǎng)的分配方案，有人則以類(lèi)似的效用函數模型，討論了能量市場(chǎng)和備用市場(chǎng)的分配問(wèn)題。
在電力市場(chǎng)中，發(fā)電機組由于故障而強迫停運常常是引起市場(chǎng)價(jià)格上升重要原因之一，也是發(fā)電商需要規避的風(fēng)險之一。
特別是在日前市場(chǎng)投標后機組故障，發(fā)電商不得不在實(shí)時(shí)市場(chǎng)購電然后再賣(mài)給獨立系統運營(yíng)商，當實(shí)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格高于日前市場(chǎng)價(jià)格時(shí)就會(huì )虧損。
將報價(jià)函數分為高、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)電商在投標策略中如何最小化強迫停運風(fēng)險的問(wèn)題。
引入VaR方法進(jìn)行風(fēng)險評估，結合實(shí)物期權的思想，建立了考慮旋轉備用和現貨市場(chǎng)的發(fā)電商運行資產(chǎn)價(jià)值模型，得出了一些有益的結論。
采用一致性風(fēng)險因子CVaR度量風(fēng)險，克服了方差和VaR的局限性，但(有的)沒(méi)有考慮電力系統的技術(shù)約束;(有的)也只考慮了發(fā)電約束而沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò )約束，使得計算結果過(guò)于樂(lè )觀(guān)。
3.結論與展望
投資組合理論在電力市場(chǎng)風(fēng)險管理中應用得到越來(lái)越多專(zhuān)家學(xué)者的關(guān)注和研究，本文重點(diǎn)總結了作為市場(chǎng)兩大主體的供電公司和發(fā)電公司，應用投資組合理論以規避在多市場(chǎng)間購(售)電風(fēng)險的研究現狀。
隨著(zhù)電力市場(chǎng)改革的深入，該方法必將被更多的市場(chǎng)參與者接受和應用。
其應用還可以在以下幾個(gè)方面做進(jìn)一步的探討：
(1)考慮電力系統本身約束：目前的研究主要基于金融市場(chǎng)的理論，考慮電力系統本身約束的較少，比如網(wǎng)絡(luò )約束、發(fā)電機爬坡、啟停約束等，而這才是電力市場(chǎng)區別與其它市場(chǎng)的關(guān)鍵。
(2)多階段多市場(chǎng)投資：目前研究主要是單階段多市場(chǎng)投資，而電力市場(chǎng)的投資往往是多階段的，有時(shí)候需要一小時(shí)甚至15分鐘投標一次，研究多市場(chǎng)多階段投資才更符合電力市場(chǎng)投資實(shí)際。
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