现货与期货交易并存的电力市场理论建模与实证研究

摘要

近年来在世界许多国家，传统认为具有自然垄断性的电力行业纷纷掀起了解除管制，引入竞争的市场化改革浪潮，以期降低垄断行业的成本和价格，促进社会经济效益的进一步提高。随着市场化改革和运营的深入，电力市场的交易形式和市场类型逐渐丰富。在电力现货交易普遍存在的前提下，纷纷开展或即将推出电力期货交易。因而，如何有效研究现货与期货交易并存的电力市场经济和技术问题是电力市场运营的重要任务，尤其对刚刚进行改革，且不成熟和完善的我国电力市场而言显得更为紧迫和必要。 本文结合理论建模和实证分析两种研究手段，借助经济学的博弈、最优化和计量经济学等理论的最新成果，全面系统地开展了现货与期货交易并存的电力市场静态和动态问题的研究，开展的主要研究内容如下： 引入非劣Nash均衡的概念，有效刻画发电集团之间的合作和竞争的双重关系，并结合电力系统输电网络固有的物理特性，提出了基于Cournot博弈的电力现货市场非劣Nash均衡优化模型。借助非线性互补方法，实现了电力现货市场非劣Nash均衡简单、快速的求解。在此基础上，探讨了在输电网阻塞和不阻塞情况下，电力现货非劣Nash均衡点的特性，显示出电力系统在不同的运行状态下，发电集团具有不一样的生产策略。 在电力现货和期货共存的市场环境下，研究发电集团在策略性期货合约市场和现货市场中的合作和竞争问题，提出了电力期货和现货市场的联合非劣Nash均衡模型。针对输电网阻塞和不阻塞情况，分析了电力现货和期货市场联合非劣Nash均衡的特性，显示出在期货和现货交易并存的电力市场中，发电集团都将自愿参与期货交易，从而起到降低电力价格和抑制发电集团市场力的作用。 考虑到电力期货和现货电价的非平稳性，借助协整理论，对电力现货与期货市场之间的动态关系进行了实证研究，深入揭示出现货电价与期货电价之间具有的长期均衡的协整关系。基于误差修正模型，提出了期货电价的预测模型，实现了电价时间序列中长期关系和短期动态的结合，获得了较高的预测精度。 引入面板数据分析方法，以北欧四国电力市场和美国PJM电力市场的面板数据为例，对期货电价和现货电价之间的协整关系及因果关系开展了实证研究，再次验证了期货市场和现货市场之间的强相关关系。 从电力期货市场的有效性、价格发现功能效率和套期保值功能效率三个方面，借助协整技术、方差比检验、Granger因果检验等，系统地研究了电力期货市场的效率问题。提出基于方差比的电力期货市场有效性检验方法、基于协整理论的电力期货市场价格发现功能效率分析方法、基于广义自回归条件异方差的电力期货套期保值比率估算方法。 通过对北欧电力期货市场的实证研究，发现其运行基本上是有效率的，并且2000-2003年间的运行效率要比1996-1999年间的运行效率高。虽然还存在一些无效因素，但北欧电力期货市场正逐步走向成熟。 本文结合理论建模和实证研究方法，研究了期货和现货交易共存的电力市场的特性，以期为电力工业的监管和运营机构提供有益的定量决策依据及措施建议。研究结果对我国刚刚起步的电力市场化运营的健康发展具有一定的理论价值和实际借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章 前言

1.1问题的提出

1.2电力市场的发展历程

1.2.1世界电力市场的发展脉络

1.2.2中国电力市场的发展

1.3电力市场的基本概念

1.3.1电力市场的目标模式

1.3.2电力市场的主体

1.3.3电力市场的交易形式

1.4电力市场研究的现状分析

1.4.1基于理论建模的市场均衡研究

1.4.2基于实证分析的市场动态研究

1.5本文的主要工作及章节安排

第2章 电力现货市场的非劣Nash均衡分析

2.1引言

2.2非劣Nash均衡

2.2.1 Nash均衡

2.2.2非劣Nash均衡

2.3电力现货市场的非劣Nash均衡分析

2.3.1电力现货市场的团队Cournot博弈模型

2.3.2基于非线性互补方法的非劣Nash均衡点求解

2.3.3算例分析

2.4基于主从双层优化的非劣Nash均衡分析

2.4.1发电集团决策的双层优化模型

2.4.2基于非线性互补方法的非劣Nash均衡求解

2.4.3算例分析

2.5考虑输电网约束的电力现货市场非劣Nash均衡分析

2.5.1考虑输电网约束的电价函数

2.5.2考虑输电网约束的团队Cournot博弈模型

2.5.3基于非线性互补方法的非劣Nash均衡求解

2.5.4算例分析

2.6小结

第3章电力期货和现货市场的联合非劣Nash均衡分析

3.1引言

3.2电力期货和现货市场的联合非劣Nash均衡模型

3.2.1模型假设

3.2.2现货市场的非劣Nash均衡模型

3.2.3期货合约市场的非劣Nash均衡模型

3.3基于非线性互补函数的联合非劣Nash均衡求解

3.3.1现货市场非劣Nash均衡模型的KKT条件

3.3.2期货合约市场非劣Nash均衡模型的KKT条件

3.4算例分析

3.4.1输电网无阻塞情况下的联合非劣Nash均衡

3.4.2输电网阻塞情况下的联合非劣Nash均衡

3.5小结

第4章 电力现货和期货市场的协整关系研究

4.1引言

4.2协整理论

4.2.1协整的概念

4.2.2单位根检验

4.2.3协整检验

4.2.4误差修正模型

4.3现货与期货电价的协整与误差修正模型

4.3.1数据的选取

4.3.2非平稳性检验

4.3.3协整方程

4.3.4误差修正模型

4.3.5结果分析

4.4现货与期货电价的格兰杰因果关系分析

4.4.1基于误差修正模型的格兰杰因果检验

4.4.2现货与期货电价的格兰杰因果检验

4.4.3现货与期货电价的脉冲响应分析

4.5期货电价预测

4.6小结

第5章电力现货和期货市场的面板数据协整关系研究

5.1引言

5.2基于面板数据的协整计量分析方法

5.2.1面板数据

5.2.2面板数据模型

5.2.3面板数据单位根检验

5.2.4面板数据协整检验

5.3数据

5.4现货与期货电价面板数据的协整关系分析

5.4.1面板数据单位根检验

5.4.2面板数据协整检验

5.4.3面板数据误差修正模型及因果关系检验

5.5小结

第6章 电力期货市场的效率研究

6.1引言

6.2电力期货市场的有效性研究

6.2.1期货市场的有效性

6.2.2数据的选取

6.2.3单位根检验

6.2.4方差比检验

6.3电力期货市场的价格发现效率研究

6.3.1价格发现的“简单效率”分析

6.3.2领先-滞后关系分析

6.3.3 Hasbrouck方差分解

6.4电力期货市场的套期保值效率研究

6.4.1套期保值比率计算

6.4.2套期保值效绩分析

6.5小结

第7章全文总结

7.1总结

7.1.1电力市场的理论建模研究

7.1.2电力市场的实证研究

7.2有待进一步开展的工作

参考文献

致 谢

附录A攻读博士学位期间所发表的论文及参与的课题研究