融合真实参与者与计算机代理的碳市场交易行为建模方法技术

本发明专利技术公开了一种融合真实参与者与计算机代理的碳市场交易行为建模方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明专利技术根据参与者在双边集中碳交易过程中的驱动变量和决策变量构建计算机代理的决策概率模型，然后开展计算机代理和真实参与者共存的混合仿真，基于对大量样本的统计计算来更新计算机代理的决策模型，进而进行多轮次的迭代仿真，通过校核多轮次仿真过程参与者决策模型的收敛性来判定仿真是否终止，并以收敛后的决策模型来代替这一组真实参与者的决策行为。本发明专利技术能够有效支撑关键碳市场参数的灵敏度分析，为碳市场参与者提供沙盘推演工具，并可推广到其他双边市场的模拟分析上。

Modeling method of carbon market trading behavior integrating real participants and computer agents

The invention discloses a carbon market transaction modeling method integrating real participants and computer agents, belonging to the electric power system and the automation technical field. According to the invention participants build decision probability model of computer agent driving variables and decision variables in the process of bilateral concentrated carbon trading, and then carry out computer agent and real participants mixed simulation, to renew the decision model of computer calculation of the agency statistics on a large number of samples based on iterative simulation and multi round, through the convergence check many rounds of simulation process participants to determine whether the simulation model and decision model to terminate after convergence to replace the real participants' decision-making behavior. The invention can effectively support the sensitivity analysis of key carbon market parameters and provide a sand table deduction tool for carbon market participants, and can be extended to other bilateral market simulation analysis.

【技术实现步骤摘要】
融合真实参与者与计算机代理的碳市场交易行为建模方法
本专利技术属于电力系统自动化
，具体而言，本专利技术涉及一种融合真实参与者与计算机代理的碳市场交易行为建模方法。
技术介绍
2015年12月12日，巴黎气候变化大会通过全球气候变化新协定，与会各方将加强对气候变化威胁的全球应对，把全球平均气温较工业化前水平的升高控制在2摄氏度之内，并为把温升控制在1.5摄氏度之内而努力。全球将尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶实现温室气体净零排放。“2摄氏度”目标的达成需要数以万亿计的资金投入到全球低碳转型当中，碳定价机制(CarbonPricing)对促进资金投入的重要性也越来越得到认可，约40个国家以及20多个城市和地区(覆盖了全球12％碳排放量)已经和即将实施碳定价机制。碳税和碳交易是目前应用最为广泛的碳定价机制，碳交易直接控制碳排放总量，并提供了弹性的履约机制，在国内外得到了更多的应用，当前面临的主要问题是碳价波动风险。碳价的剧烈波动尤其是暴跌风险是减排机制运行过程中的一个重要问题。低碳技术投资规模大、周期长，碳价格的剧烈波动导致投资者推迟投资决策。基于欧盟碳市场(EUETS)中碳价多次暴跌的经验教训，监管机构考虑将市场稳定机制引入碳市场。如英国计划以征税的方式将最低限价机制引入碳市场，美国计划通过配额拍卖的方式将最低限价和最高限价机制纳入其中。我国即将在2017年建成全国碳市场，由于各国各地区在国情、能源结构、技术发展阶段的显著差异，国外碳市场历史运行经验的决策支撑效果十分有限。如何对机制设计进行事前校核，保证减排效果，防控各类潜在扰动对碳市场的不利影响，是碳排放风险防控的关键之一。与传统数值仿真相比，市场仿真需要考虑参与者的复杂决策行为，为实现对碳市场的逼真模拟，首先需要解决对参与者决策行为的建模。已有对市场决策行为的建模方法可分为基于优化模型、基于博弈均衡模型和基于仿真模型三类。基于优化模型的方法将单个独立经济体的决策行为建模为一个利润最大化的优化问题。基于博弈均衡模型的方法是研究多个参与者决策互动的博弈均衡问题。常用的博弈均衡模型包括Bertrand，Cournot，Stackelberg以及SFE模型等。这两种研究方法都需要严格的数学推演，故不得不对模型做出大量简化假设以求取解析解。此外，这两种方法关注市场断面或均衡态，局限于短期的局部静态研究，不能支持动态过程的研究。相较于优化模型和博弈均衡模型，仿真模型能够处理复杂的数学问题，同时也可研究大规模仿真主体互动的“涌现”现象。近些年，基于代理的计算经济学方法已经被广泛应用到发电企业的电力交易和碳交易行为研究当中。通过将发电企业建模为具有自适应强化学习能力的计算机代理，来研究系统的整体的行为，但是这些代理并不能完全体现真实实验人的决策偏好。实验经济学的诞生和发展为经济问题研究提供了新的方法论。若由经济活动中能用数学模型表达的环节构成实验环境，将市场参与者的具体博弈作为实验环境的外部输入，则人的主观行为就可与反映客观规律和市场规则的模型互动仿真。这样，就可以根据仿真结果探究在一定社会环境中支配人的经济行为的内在规律。实验经济学的工程应用仍存在桎梏，首先，聚集足够数目符合资质要求的参与者并不容易；其次，在进行大规模重复性的长期仿真时，若完全由参与者实施所有小时步频繁决策，仿真耗时将难以控制；最后，如果保证仿真结果的可重复性和有效性也是一个难题。在双边集中交易碳市场中，买卖双方都需要申报交易量与交易价，在对买单和卖单进行撮合出清时，需要一定规模的买单和卖单才能有效形成市场价格，否则可能会出现大量无交易日，影响仿真结果的有效性。中国试点碳市场中至少有数百个市场参与主体，然而传统实验经济学实验难以达到此规模。
技术实现思路
本专利技术的目的是：为实现对双边集中碳交易市场中参与者决策行为的有效模拟，并克服传统实验经济学方法在实验规模和可重复性方面的局限性，提出一种融合真实参与者与计算机代理的碳市场双边集中交易行为建模方法。具体地说，本专利技术是采用以下技术方案实现的，包括下列步骤：1)将碳交易过程中影响参与者决策行为的驱动因素分为与参与者自身相关的内生决策驱动状态变量Sen以及与市场相关的外生决策驱动状态变量Sex，其中Sen基于碳市场参与者估计碳排放不平衡量计算，Sex基于碳市场价格轨迹计算；并确定参与者的碳交易决策变量，所述参与者的碳交易决策变量包括申报交易量决策变量Aq以及申报交易价决策变量Ap；上述所有变量确定后进行离散化处理；2)对碳交易决策行为进行数学形式化，以多维联合条件概率分布的形式，根据与参与者自身相关的内生决策驱动状态变量Sen、与市场相关的外生决策驱动状态变量Sex以及申报交易量决策变量Aq和申报交易价决策变量Ap，分别构建参与者申报交易量决策概率模型和参与者申报交易价决策概率模型；参与者申报交易量决策概率模型和参与者申报交易价决策概率模型统称为参与者决策模型；3)采用离散均匀分布对参与者决策模型参数进行初始化处理，其中，对于参与者申报交易量决策概率模型而言其参与者决策模型参数为每个候选交易量的决策概率，对于参与者申报交易价决策概率模型而言其参与者决策模型参数为每个候选交易价的决策概率；4)进行当前轮次的融合真实参与者与计算机代理的碳市场集中竞价混合仿真，所述融合真实参与者与计算机代理的碳市场集中竞价混合仿真是由大量计算机代理使用参与者决策模型构成具有一定规模的碳交易市场并由少数真实参与者进行的人机交互仿真；仿真结束后，收集并记录真实参与者的所有决策样本并在此基础上计算当前轮次仿真后的参与者决策模型参数；5)若当前轮次为首轮，则转至步骤6)，否则：根据当前轮次仿真后的参与者决策模型参数，对参与者决策模型的收敛性进行校核，若收敛，则转至步骤7)，否则进入步骤6)；6)以当前轮次仿真后的参与者决策模型参数作为新的参与者决策模型参数，返回步骤4)进行下一轮仿真；7)结束仿真建模，记录收敛的参与者决策模型参数。进一步而言，所述与参与者自身相关的内生决策驱动状态变量Sen在每轮仿真中各个时步的计算方式如下：其中，为参与者的期望碳排放总量，Qea为参与者在当前时步所持有的碳排放配额总量，Qe为当前时步参与者的累计碳排放总量；所述与市场相关的外生决策驱动状态变量Sex在每轮仿真中各个时步的计算方式如下：其中，pe为当前时步的碳市场价格，为截止到当前时步的平均碳市场价格。进一步而言，在步骤1)中，将Sen离散化后的取值区间记为I个，将Sex离散化后的取值区间记为J个；将Aq离散化后的取值区间记为K个，将Ap离散化后的取值区间记为L个。进一步而言，所述步骤2)中，将Sen和Sex的所有取值区间组合成I×J的状态矩阵，以此为基础，以多维联合条件概率分布形式，分别构建参与者申报交易量决策概率模型和参与者申报交易价决策概率模型，参与者申报交易量决策概率模型和参与者申报交易价决策概率模型均为矩阵形式，其中，参与者申报交易量决策概率模型矩阵第i行第j列存储的是Sen∈Sen,i及Sex∈Sex,j时申报交易量决策变量Aq的概率密度函数P(Aq|Sen∈Sen,i,Sex∈Sex,j)，用Pi,j(Aq)来表示；参与者申报交易价决策概率模型矩阵第i行第j列存储的是Se本文档来自技高网...

【技术保护点】
融合真实参与者与计算机代理的碳市场交易行为建模方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将碳交易过程中影响参与者决策行为的驱动因素分为与参与者自身相关的内生决策驱动状态变量S

【技术特征摘要】
1.融合真实参与者与计算机代理的碳市场交易行为建模方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将碳交易过程中影响参与者决策行为的驱动因素分为与参与者自身相关的内生决策驱动状态变量Sen以及与市场相关的外生决策驱动状态变量Sex，其中Sen基于碳市场参与者估计碳排放不平衡量计算，Sex基于碳市场价格轨迹计算；并确定参与者的碳交易决策变量，所述参与者的碳交易决策变量包括申报交易量决策变量Aq以及申报交易价决策变量Ap；上述所有变量确定后进行离散化处理；2)对碳交易决策行为进行数学形式化，以多维联合条件概率分布的形式，根据与参与者自身相关的内生决策驱动状态变量Sen、与市场相关的外生决策驱动状态变量Sex以及申报交易量决策变量Aq和申报交易价决策变量Ap，分别构建参与者申报交易量决策概率模型和参与者申报交易价决策概率模型；参与者申报交易量决策概率模型和参与者申报交易价决策概率模型统称为参与者决策模型；3)采用离散均匀分布对参与者决策模型参数进行初始化处理，其中，对于参与者申报交易量决策概率模型而言其参与者决策模型参数为每个候选交易量的决策概率，对于参与者申报交易价决策概率模型而言其参与者决策模型参数为每个候选交易价的决策概率；4)进行当前轮次的融合真实参与者与计算机代理的碳市场集中竞价混合仿真，所述融合真实参与者与计算机代理的碳市场集中竞价混合仿真是由大量计算机代理使用参与者决策模型构成具有一定规模的碳交易市场并由少数真实参与者进行的人机交互仿真；仿真结束后，收集并记录真实参与者的所有决策样本并在此基础上计算当前轮次仿真后的参与者决策模型参数；5)若当前轮次为首轮，则转至步骤6)，否则：根据当前轮次仿真后的参与者决策模型参数，对参与者决策模型的收敛性进行校核，若收敛，则转至步骤7)，否则进入步骤6)；6)以当前轮次仿真后的参与者决策模型参数作为新的参与者决策模型参数，返回步骤4)进行下一轮仿真；7)结束仿真建模，记录收敛的参与者决策模型参数。2.根据权利要求1所述的融合真实参与者与计算机代理的碳市场交易行为建模方法，其特征在于，所述与参与者自身相关的内生决策驱动状态变量Sen在每轮仿真中各个时步的计算方式如下：其中，为参与者的期望碳排放总量，Qea为参与者在当前时步所持有的碳排放配额总量，Qe为当前时步参与者的累计碳排放总量；所述与市场相关的外生决策驱动状态变量Sex在每轮仿真中各个时步的计算方式如下：其中，pe为当前时步的碳市场价格，为截止到当前时步的平均碳市场价格。3.根据权利要求1所述的融合真实参与者与计算机代理的碳市场交易行为建模方法，其特征在于，在步骤1)中，将Sen离散化后的取值区间记为I个，将Sex离散化后的取值区间记为J个；将Aq离散化后的取值区间记为K个，将Ap离散化后的取值区间记为L个。4.根据权利要求2所述的融合真实参与者与计算机代理的碳市场交易行为建模方法，其特征在于，所述步骤2)中，将S...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛禹胜，黄杰，谢东亮，蔡斌，薛峰，宋晓芳，蒋超，金榜，
申请(专利权)人：南京南瑞集团公司，国网电力科学研究院，国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32