电力市场中的对冲者、投机者和套利者

随着电力现货试结算的持续开展，我国的电力体制改革逐步向深水区迈进，电力市场对交易技术和风险管理能力的要求不断提升。除了现货市场中的物理电量交易外，在广东省2019年10月的现货试结算中，还首次开展了电力差价合约交易，这标志着金融电量交易开始出现在我国的电力市场，在目前试点省份开展的长周期或连续结算的现货试运行模式中，金融电量交易将变得更加活跃和重要。电力交易员在这样一个全新的市场中，可以有怎样的作为和操作呢？

（来源：微信公众号“中国电力企业管理”ID：zgdlqygl 作者：张骥）

和其他存在现货与金融交易的大宗商品交易市场一样，电力市场将出现三类不同目的的交易者——对冲者、投机者和套利者。对冲者通过各类交易，减小市场价格变化给自身经营带来的风险；投机者对市场价格走势下赌，追求超级利润；套利者通过对相同或相近的标的，进行相互抵消的两个或多个交易来锁定盈利。

电力市场的对冲者

由于现货市场中的节点电价波动剧烈，售电公司从平稳经营、规避风险的角度，更希望能获得稳定的、可预期的利润，而不是任由现货市场的价格摆布，这就需要在多个市场中进行交易对冲操作，提前锁定部分电量的购电成本。在我国各省的试点中，大部分是“全电量现货+中长期合约”的集中式市场模式，现货市场一般包括日前市场和实时市场；中长期合约市场一般包括年度、月度和周的合约交易，可以买卖一年、多月和多周的合约电量。

现货市场价格波动的原因与对比

既然要对冲现货市场的风险，首先需要搞清日前市场和实时市场中哪个市场的价格波动最大、风险（不确定性）最高，以及原因是什么。由于受技术条件的限制，电能尚无法低成本、大规模储存，因此电力的生产、输配和使用是瞬时完成和实时平衡的。在现货试结算中，电网调度根据实时市场的交易结果，安排发电出力和电力输送，实现电力交易的物理交割，在交割过程中有可能遇到一些意外（例如：机组跳机、电网故障、负荷激增等），当意外出现时实时市场中就可能出现极端价格，这是因为电网调度必须紧急征调各类发电或负荷响应资源，保证电力系统的发用实时平衡，这类资源有可能价格高昂。

日前市场是根据对第二天机组、电网和负荷情况的预测，交易次日的电力，其价格由相对稳定的供需关系决定。日前市场一般只决定次日的机组启停，不涉及实际的电力交割，因此价格不受意外影响。但由于受到机组启停、机组爬坡和电网阻塞等一系列的物理限制和安全约束，即使供需关系可以基本准确预测，在不同的物理位置和负荷水平下，可供电网调度的资源充裕度也会出现很大的差别，因此日前市场的价格同样会有较大波动。总而言之，日前市场和实时市场的价格都会出现大幅波动，但实时市场的价格波动可能会更剧烈，不确定性也更高，多省的现货试结算已经证明了这一点，如图1所示。

电力市场中的两种风险对冲

基于上述分析，出于风险对冲目的，交易员在现货市场中应该通过日前市场交易，对冲风险更高的实时市场。不过根据现货结算规则，用户侧日前市场报量如果少于实际用电量，不足的部分将在实时市场进行结算；如果日前市场报量多于实际用电量，多出的部分将以实时市场的价格反卖回实时市场。总而言之，日前市场报量多于或少于实际用电量的部分，都将暴露在价格更加不确定的实时市场中。因此用电侧交易员在现货市场的对冲操作也十分简单——将负荷预测的电量不多不少地报价进入日前市场即可，负荷预测越准确，电量暴露在实时市场的风险也就越低。

如上节所述，日前市场价格的波动虽小于实时市场但仍然比较剧烈，显然仅仅通过日前市场交易对冲实时市场，远不能达到平抑风险、锁定收益的目的，我们还需要通过中长期市场的合约交易来对冲日前市场。现货市场体系中的两种风险对冲：金融对冲和风险对冲，如图2所示。在集中式电力市场中，中长期合约的本质是金融性质的差价合约，合约电量将与日前市场价格进行差价结算，公式为：日前电费=日前中标量×日前上网节点价+合约量×（合约价-日前合约交割节点价）；有些省的交易规则中采用另一种表达方式：日前电费=合约量×合约价 +日前上网节点价×(日前中标量–合约量)+合约量×(日前上网节点价–日前合约交割节点价)。上述两种表达方式在数学上等价。根据第一种表达方式，我们可以这样理解差价合约的作用：合约双方针对合约电量进行了价格承诺，当日前市场价格高于合约价时，卖方向买方返回多出的差价电费；反之，当日前市场价格低于合约价时，买方向卖方支付不足的差价电费。换言之，被合约覆盖的电量价格不随现货市场波动，在双方订立合约时就被提前锁定了，而且根据目前的交易规则，所有合约均强制由交易中心居中结算，不存在违约风险。现货与中长期电量的结算关系如图3所示。

合约对冲的基本原理

显而易见，差价合约的上述特性可以起到提前锁定电量价格，对冲日前市场价格波动的作用。例如某售电公司想把1000兆瓦时电量价格提前锁定在350元的水平，只需在中长期市场中买入价格为350元/兆瓦时的1000兆瓦时合约电量即可。当然，在实际操作中事情要远远复杂得多。

首先要弄清楚什么时候应该卖出合约电量，什么时候该买入合约电量。与物理电量交易不同，只要不违反净合约量、累计合约量和履约保函等约束，不管是发电侧还是用电侧均可以卖出或买入合约电量。既然这是一种金融电量的交易，我们先普及一些基本的金融学原理，在金融术语中，买入合约电量可被称作“多头头寸”，卖出合约电量可被称作“空头头寸”。如果现货价格上升时会盈利，下降时会亏损，市场主体应选择空头头寸（卖出合约电量）对冲；反之，现货价格下降时会盈利，上升时会亏损，就选择多头头寸（买入合约电量）对冲。基于这样的原理，在一年的中长期市场开始时，毫无意外的发电企业应该用空头头寸（卖出合约电量）建立合约仓位；售电公司（或大用户）应该用多头头寸（买入合约电量）建立合约仓位。

对冲者的合约交易策略要点

随着现货市场的开启，现货价格及其预期在不断变化，合约价格与现货价格（包括合约交割周期内的现货价格预测值）的价差也在增加或者减少。合约价格减现货价格之差，在金融术语中被称为“基差”，如果基差过大就会产生“基差风险”。基差增大时，对持有空头头寸者有利，对持有多头头寸者不利；反之，基差减小时，对持有多头头寸者有利，对持有空头头寸者不利。而且对于售电公司而言，如果基差变化不利于自己时，可能还需要向交易中心补充履约保函。此外，由于电力特殊的物理属性，发电企业和售电公司事前并无法准确地知道在合约交割期间内，自己会生产或消费多少电力，因此在合约签订时也就无法准确地测算出对冲所需的最佳合约量，从而产生合约电量与现货中标电量间的“量差风险”。当交易员发现头寸的基差和量差趋势可能对自己不利时，就需要减仓：售电公司通过空头头寸（卖出合约电量）减仓。为了便于大家理解，下面我们用一组算例来印证上述原理。

假设某售电公司认为某月现货价格的均值将在0.35元/千瓦时上下波动，并要求交易人员通过对冲操作锁定该价格。为防止现货价格上升对购电成本造成影响，交易员在中长期市场交易中买入0.35元/千瓦时的全天平均曲线合约电量，表1为该头寸在某日的日前市场结算结果：

该算例为简化计算过程，将现货结算时段合并为峰、谷、平三个部分，通过比对现货电费（日前中标电量×用户侧统一结算点电价）和价差电费[合约量×（合约价-用户侧统一结算点电价）]，可以发现它们之间是反向相关的关系，现货价格上升时，多头头寸较好地对冲了现货电费的上升，保护了购电成本。

在上述算例中合约的基差和量差不大，假设一种不利的情况，该交易员在中长期交易中买入的是0.35元/千瓦时的谷时合约电量，表2为该头寸在某日的日前市场结算结果：

可以看出，由于是谷时段合约，基差和量差仅与谷时段有关，其绝对值比上个算例明显增大且对多头头寸不利，提升了持有者的购电成本。因此对于交易员而言，如能提前预测到大致准确的基差和量差趋势，应该在此合约交割（结算）之前用空头头寸将其平仓。

以上就是以平抑风险为目的的对冲者，在电力市场中的典型操作和交易策略中要考虑的要点。实际上对冲者并不追求必须让合约电量产生正的效益，而是通过交易空头或多头头寸，使整体的购电成本稳定在可以接受的范围内。

电力市场的投机者

与对冲者追求四平八稳不同，投机者对现货与中长期合约的价格走势下赌，利用“基差”（合约价格减现货价格之差）和“量差”（合约电量减现货电量之差）获取额外利润。其基本原理并不复杂，基差增大时，对持有空头头寸者有利，对持有多头头寸者不利；反之，基差减小时，对持有多头头寸者有利，对持有空头头寸者不利。而当头寸的基差对投机者有利时，其与现货之间的量差（合约量-现货量）越大越好。下面通过算例来说明。

投机者的合约交易策略

假设我国某省现货试结算中，一家名为“爱拼”的售电公司在X日预计用电量为10万千瓦时，其中峰时段（6个小时）用电量占50%，即5万千瓦时。经过推算，爱拼售电公司预计峰时段现货平均电价将在0.45元/千瓦时以上，但目前市场上峰段曲线合约价格为0.4元/千瓦时，因此爱拼售电公司满仓购入峰段合约，X日分解电量10万千瓦时。表3显示了爱拼售电公司在 X日峰段平均现货价格处在不同水平时的日前市场电费和合约盈利情况。

通过表3可以发现，因为爱拼售电公司购入的是峰段电量合约，因此全部合约电量均分解到峰时段，合约电量超出峰时段预计用电量的一倍。从目前的交易规则来看，净合约量上限约束的是整月合约电量的总数，并不限制某天、某时段合约量超出某天、某时段的用电量。当售电公司的合约电量超出日前申报电量的部分，将自动以日前市场的价格反卖回日前市场。这些合约电量起到了两个作用：①提前锁定了峰时段5万千瓦时用电量的购电价格，如果日前价格超过合约价格，显然可以起到降低购电成本的作用；②将多出的5万千瓦时合约电量反卖回日前市场，如果日前价格超过合约价格，这笔买卖就是盈利的。因此我们看到当日前电价高过0.8元/千瓦时后，电费出现了负数，也就是说爱拼售电公司在这个电价水平下买电不仅没有花钱，还挣了钱，如图4所示，在不同的日前电价水平下，合约的度电盈亏情况。

基差对于投机操作的价值

当现货电价高企也就是基差较小（出现较大的负值）时，大多数售电公司将面临亏损，而爱拼售电公司由于重仓持有多头头寸，反而更加盈利。但我们必须明白盈亏同源的道理，如果价格走势的判断失误，基差较大（出现较大的正数）时，爱拼售电公司将面临大额亏损。假设爱拼售电公司的零售电价为0.4元/千瓦时，并暂时忽略实时市场与日前市场的电量偏差，其持有多头头寸和不持有时的利润对比如表4：

在表4中会看到一个有意思的现象，当现货电价为0.3元/千瓦时，没有合约可盈利5000元，持有合约时不仅使售电利润归零（没有批零差），还造成了5000元的亏损。这是因为多头头寸存在量差的原因，合约电量比日前申报电量正好多出一倍，而多出的合约电量要反卖回现货市场，这给多头头寸的盈亏效果加了一倍的杠杆。当基差不利时，不仅提高了物理电量的购电成本，还造成了合约电量的高买低卖。通过图5我们可以更加清晰地看到量差的杠杆效果。

投机操作的风险考虑

通过上述分析，我们可以明白利用头寸的基差和量差进行投机的风险是很大的——潜在的盈利和亏损数额均较大。当投机者下赌时，必须考虑两个关键问题：①赢面，即赌赢的可能性，对于多头头寸而言是指基差＜0，对于空头头寸而言是指基差＞0；②能接受的亏损数额，即赌输后亏损额可在自己承受的范围内，这不仅与基差相关，也与量差相关。具体到电力现货市场而言，赢面是通过长期的对现货电价进行观察和概率统计推算出的；可能的亏损数额是基于赢面和量差推算出来的，售电公司是对用户负荷进行预测，然后基于市场上的合约价格行情，结合风险价值模型，计算出合理头寸的数量。

总之，投机者与对冲者最大的不同在于：对冲者是通过头寸稳定购电成本，因此并不追求合约与现货之间产生很大的基差或量差，即使是这样做可能有利可图；而投机者则要通过头寸获取收益，因此会对基差趋势下赌，并人为地扩大量差获得头寸的投机效果扩大利润，但风险随之也将上升。

电力市场中套利者通过对相同或相近标的，进行相互抵消的两个或多个交易来锁定盈利。对冲、投机和套利这三类操作之间，并没有泾渭分明的界限，尤其是套利和投机操作都是为了扩大收益，区别在于套利操作并不长期持有购入标的，一般在24小时之内就会进行相反的操作将其平仓、完成套利（例如在日前市场多购入的电量会在第二天的实时市场自动卖出）。因此收益和风险都比投机操作低。

电力市场的套利者

现货市场日前-实时套利原理

我们将用广东2021年5月现货结算试运行的实际电价数据，介绍一下套利者的典型操作——日前-实时市场价差套利，即用电侧的交易员基于对日前市场和实时市场的节点电价大小的判断，预测日前电价高时，通过少报电量让更多实际用电量在相对便宜的实时市场结算；或预测实时电价高时，进行相反操作，来达到利用日前-实时电价进行套利、降低购电成本的目的。

但在我国广东省的现货试结算中，由于用电侧的报量数据并不参与日前市场出清（被替换为调度负荷预测数据），机组组合和日前市场也并未分开，这会导致日前市场价格被电网调度人为控制，从而与实时市场价格产生较大偏离（在没有极端天气、机组跳机和电网故障等意外时，正常情况应该是日前市场和实时市场价格相差不远），使套利者面临较大的风险（当然潜在收益也会提升），这让日前-实时价差套利操作看起来更接近于投机。但笔者希望、也相信此规则会改善，因此仍将其归入套利操作。下面本文以广东2021年5月份现货试结算为背景，来详细介绍一下这个操作该如何进行。

用于套利的数据模型

由于日前市场的出清、交易结果仅用于结算、无须实际执行，其本质就是电网调度基于对第二天负荷等市场边界条件的预测，运行市场仿真程序，算出出清电量和价格，用于提前锁定第二天市场中的大部分电费。如果有市场主体发现电网调度公布的市场边界预测数据在某些时刻出现较大偏差，这将大概率使日前和实时价格出现令套利者满意的价差空间，从而引发套利操作。

如果读者分析过广东现货试结算的市场边界数据，不难发现这样的时刻屡见不鲜，笔者进一步推论由于日前市场出清和机组组合没有分开，电网调度很可能故意调整预测后的数据以影响日前市场价格和机组组合。这客观上为套利者提供了便利，但要求其具备较强的负荷预测、电价预测等能力，而具备这种能力需要拥有大数据技术和平台。

目前，广东市场中绝大部分市场主体并不拥有这样的能力，对于独立售电公司而言更是如此，这是否意味着这种套利操作与独立售电公司无缘呢？在这里我给大家介绍一下赌场中普遍使用的凯利公式。凯利公式（也称 “凯利方程式”）是一个在期望净收益为正的独立重复赌局中，使本金的长期增长率最大化的投注策略。该公式于 1956 年由约翰·拉里·凯利（John Larry Kelly）在《贝尔系统技术期刊》中发表，可以用来计算每次游戏中应投注的资金比例。由于这个公式是基于统计学中的概率理论，即使没有大数据平台来预测负荷和电价，也一样可以使用。下来我来结合广东现货试结算的实际情况，讲解一下如何将这个公式用于日前-实时市场价差套利。

凯利公式本身十分简洁：投注比例=(获胜概率×赔率-失败概率)/赔率，其证明过程十分复杂，本文不进行介绍。如果将其应用于日前-实时套利，实际上就是用这个公式算出用于套利的电量。如何根据日前和实时市场的情况，得到这个公式所需的已知条件呢？我们既然知道这个公式的原理是统计学里面的概率理论，所以首先要设置一段时间的观察期，用于产生足够的样本进行统计、分析。由于目前现货试点阶段，价格走势并不稳定，所以观察期不要太长，个人经验以3到5天为宜。如果你参加或者关注了广东5月的现货试结算，相信你应该同意这样的说法：无法用5月第一周的电价情况去推断5月最后一周的电价情况，而且日前和实时价格的高低胜率很可能5、6天后就会开始反转。本文以3天作为观察期。

日前-实时套利实例

为了让案例尽量真实，本文模拟出了一家售电公司的5月电量情况，姑且称其为“慧套利”售电公司。由于有3天的观察期，5月1日至3日的日前市场和实时市场电价观察、统计情况如表5所示：

根据上述观察，可以统计出每个时刻日前价格高或者实时价格高的胜率及败率，如表6所示。

获胜和失败概率统计出了以后，下面开始估算赔率（也叫盈亏比），这个就是期望盈利和可能亏损的比例。在一场赌局中期望盈利一般是规定好的，比如押10元赔20元，这个20元就是我们的期望盈利。在日前-实时套利中，每押一度电的盈利是日前和实时之间的价差，那么可以将观察期中每时刻日前或实时套利的均值近似地认为是期望盈利，而可能亏损也可以近似地认为是观察期中每时段套利损失的最大值。有了赔率、胜率和败率这些条件以后就可以利用凯利公式计算投注的资金比例了。除此之外，还要根据胜率和赔率估算出期望值（获胜概率*赔率-失败概率），也被称为“赢面”，如果某个时段赢面太小（负值），则不值得下注，如表7所示：

这时我们已经知道了每次下注的资金比例，但是仍面临一个问题——用来下注的是电量不是现金，所以还需要一个转换：由于广东现货试结算中的日前-实时套利电量偏差容忍比例是50%，也就是说最多将日前预测电量的50%用于押注（为简化算例，先忽略预测和实际电量的偏差），再根据观察期内的每时刻日前或实时均价就可以将电量和资金进行互相转换。

观察期结束后就要开始下注了，这里需要注意的是，慧套利售电公司无法在观察期结束后的第二天就下注，实时市场的电价一般在D+2日公布，为了产生3天的统计样本，实际上需要等待5天时间。也就是说慧套利售电公司要用5月1日到3日的统计结果指导5月6日日前申报，用5月2日到4日的统计结果指导5月7日的日前申报……以此类推。

慧套利售电公司代理用户的5月用电量为480万千瓦时左右，由于篇幅所限，本文不可能将其5月6日至31日所有时刻的套利结果贴在文章中（读者可通过文章尾部的二维码下载Excel表格），在这里仅公布最终结果：26天中慧套利售电公司下注电量为1202.31兆瓦时，套利总额为38084.24元，其中最大单笔套利为3451.13元，最大单笔亏损为2100.98元，加权平均度电套利为3.17分。

需要进一步说明的是通过观察每天的套利结果，会发现慧套利售电公司并不是每天都套利成功，甚至有连续几天套利亏损的情况。这给我们两个启示：第一，基于统计概率的凯利公式需要有足够长的时间才能显现出威力；第二，如果想提高套利成功的机率仍需要大数据模型的参与。

（本文系华北电力大学国家能源发展战略研究院配售电与实务课题组研究成果）

本文刊载于《中国电力企业管理》2021年08期，作者单位：中嘉能（北京）能源有限公司

原标题：电力市场中的对冲者、投机者和套利者