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# 中国产品设计：新能源电力交易的预测与优化模型
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**工作设计文档 —— v0.1（2026年7月）**
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**配套文档：** `../pjm/design_models_zh.md`（PJM 设计，模型 A–C）与 `market_vendor_dd_zh.md`（市场与供应商背景，尤其 1.4–1.6 节）。
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范围：中国产品线。模型 A–C 以引用方式导入，其中国化调整在第一节汇总；模型 D——中长期头寸优化器，在 PJM 无对应物——在本文档中获得完整的一级规格说明，包括合同头寸问题的数学表述。
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## 〇、总体架构：四个模型、六个决策时间尺度
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┌──────────────────────────┐
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│ 模型 B：出力预测 │── 日度分位数 ────────────────┐
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│（为 D 新增月度尺度 │── 月度分布 ───────────────┐ │
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│ 出力分布） │ │ │
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└──────────────────────────┘ ▼ ▼
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┌──────────────────────┐ 市场状态 ┌──────────────┐ ┌──────────────┐
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│ 模型 A：现货价格 │───────────────────────────▶│ 模型 D： │ │ 日前申报优化器 │
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│ 水平/状态（分省， │── 月度分时段预测 ─────────▶│ 中长期头寸 │ │（报童模型 + │
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│ 日前与实时） │ │ 优化器 │ │ 协方差修正 + │
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└──────────────────────┘ │（年度/月度/ │ │ 两个细则项） │
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┌──────────────────────────┐ │ 滚动） │ └──────────────┘
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│ 模型 C：日前–实时偏差价差 │─▶└──────────────┘ ▲
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│（分省） │ │ 剩余现货敞口 Q_open │
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└──────────────────────────┘ └────────────────────┘
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决策时间尺度：（1）机制电价年度竞价 →（2）年度中长期窗口 →（3）月度调整 →（4）月内/多日滚动 →（5）日前申报（报量报价）→（6）实时。模型 D 负责（1）–（4）；日前优化器负责（5）–（6），其中模型 B/C 的用法与 PJM 设计完全一致。
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## 一、模型 A–C：中国化调整（引用导入）
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| 模型 | PJM 规格 | 中国增量 |
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| A——价格水平/状态 | `../pjm/design_models_zh.md` 第 1 节 | 分省现货预测（日前与实时）；负电价/触底与触顶分类器；供需格局。 **新任务：按合同分段的月度尺度加权现货预测（D 的关键输入）。** 轻量结构化特征相应调整：省级供给堆栈、煤价、省间来电、机制/中长期披露数据 |
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| B——出力分位数 | 第 2 节 | 两阶段管线与校准纪律不变。 **新要求：月度出力分布** （逐小时加总且保留月内相关性——优先采用集合/情景路线而非纯分位数回归）。双重变现：规避"两个细则"考核 + 竞价 |
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| C——日前–实时价差 | 第 3 节 | 在日前对实时的偏差结算上沿用"状态分类 × 条件分布 × 协方差"架构。阻塞层大体被省级供需与新能源过剩状态取代（分区/统一定价）；"两个细则"考核项与价差一同进入优化器（即"BORD 类"机制的对应物——见 PJM 设计文档 4.1 节的对照） |
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时点纪律（PJM 文档 5.1 节）原样适用，仅以各省申报截止时刻替代美东 10:30 的日前闭市；且比 PJM 更难的是，"以当时为准"的存档必须涵盖 **中长期窗口披露数据** （挂牌价格、成交电量）——各省交易中心发布不规律且事后修订。
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## 二、模型 D——中长期头寸优化器（完整规格）
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### 2.1 决策问题
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对省份 p 中的电站（或组合），在每个签约窗口 w（年度、月度、滚动）决策：
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- **x_s** ——各交割月 m、各时段 s（峰/平/谷或更细，依省定义）持有的合同电量；
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- **限价** ——各窗口双边/挂牌/竞价参与的价格上下限；
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- **时机** ——在强制性约束范围内选择在哪些窗口成交；
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已知：模型 B 的月度出力分布、模型 A 的分时段现货预测、当前合同账簿、机制电量，以及该省规则手册（签约比例要求、曲线颗粒度、调整权、头寸限制）。
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### 2.2 目标函数：结算恒等式
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对每个交割小时 t（省略电站下标），合同账簿给出逐小时合同电量 Q_c(t) = Σ_s x_s·1[t ∈ s]、电量加权合同价 P_c(t)，机制电量 Q_m(t)、机制价 P_m：
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R(t) = Q_da(t)·P_da(t) + [Q_rt(t) − Q_da(t)]·P_rt(t) （现货两层）
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+ [P_c(t) − P_ref(t)]·Q_c(t) （中长期差价；P_ref 通常=日前价）
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+ [P_m − P_ref_m(t)]·Q_m(t) （机制差价）
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− A(t) （"两个细则"考核）
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模型 D 针对现货相关量的分布优化 **合同条款** {x_s, P_c}；日前优化器随后在给定账簿下优化 Q_da。注意可分性：在 Q_c 固定时，日前/实时问题正是 PJM 的报童模型（外加考核项）。模型 D 的问题是外层的组合问题。
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月度聚合：设月份 m 的时段小时集为 H_s(m)。按时段定义：
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- **W_s** = Σ_{t∈H_s} P_ref(t) / |H_s| ——该时段的已实现加权现货（"时段指数"），在签约时点是随机变量；
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- **G_s** = Σ_{t∈H_s} Q_rt(t) ——电站在该时段的出力，随机，且与 W_s 相关（光伏在午间时段为负相关：全网出力高压低指数，恰逢自身出力也高）。
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于是中长期层的月度盈亏为 Σ_s x_s·(P_c,s − W_s)·|H_s|（按度电口径），电站未套保的市场收入为 Σ_s G_s·（时段平均获得电价）。合同头寸的经济学归结为一个 **时段级基差头寸的组合** ：在每个时段以规模 x_s 做多基差 (P_c,s − W_s)。
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### 2.3 核心优化
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风险调整表述（按月，可跨月扩展）：
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max_{x} Σ_s x_s·( P_c,s − E[W_s] )·|H_s| （基差期望盈亏）
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− λ · Risk( Σ_s [ G_s·Ŵ_s + x_s·(P_c,s − W_s)·|H_s| ] )
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s.t. L_p ≤ Σ_s x_s·|H_s| / E[Σ_s G_s] ≤ U_p （签约比例区间）
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x_s ≥ 0（或依省允许的分时段形式） （头寸/做空限制）
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x_s ≤ κ_s·（实物基数） （与实物规模挂钩的规则）
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其中 Risk(·) 为总收入的方差或 CVaR，λ 为客户风险厌恶系数，Ŵ_s 为电站在时段 s 的获得电价简记。在单时段的均值–方差情形下，得到两个经典结论：
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**最优套保比例。** 设出力 G（均值 μ_G）、时段指数 W（方差 σ_W²）、出力–指数协方差 σ_GW、合同价 P_c：
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x* = [ β·μ_G ] + [ (P_c − E[W]) / (2λ·σ_W²·|H|) ]
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最小方差 投机倾斜
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套保项 （基差观点）
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其中 β = −Cov(G·W 收入, W)/Var(W)·(1/|H|) ≈ μ_G + Cov(G,W)/σ_W²
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解读——以及使其超越教科书套保的三个中国特有修正：
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1. **最小方差套保并非预期出力的 100%。** 修正项 Cov(G,W)/σ_W² 在光伏的午间时段为 *负* （自身出力高 ⇔ 指数低），将纯套保头寸压到预期出力 *之下* ——由于电量集中在指数偏低的实现路径上，电站经由收入敞口"做空指数"的程度低于朴素假设。这是模型 C 协方差修正在合同市场的镜像；忽略它会系统性地对光伏过度套保。
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2. **投机倾斜项正是模型 A 基差预测的入口。** 在 PJM 我们将该项置零（远期 ≈ 有效）。在中国，依尽调报告 1.5 节，(P_c − E[W]) 持续非零且可预测——该倾斜是合法、有界的头寸，实践中由比例区间 [L_p, U_p] 与头寸规则而非优化器本身封顶。
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3. **电站无法出力的时段是纯粹的基差赌注。** 对 G_s ≈ 0 的时段（光伏之于晚高峰），x_s 完全没有套保功能——最小方差项消失，x* 只剩倾斜项。默认姿态：除非基差观点强烈，x_s ≈ 0；在谈判中为"补全曲线"而接受此类时段，应显式按"做空指数头寸"定价，并计入 W_s 的全部尾部风险（晚高峰飙升敞口）。
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**多月、多窗口扩展。** 将各月叠成账簿；在每个窗口 w，用（a）模型 A/B 更新后的 E[W_s] 与分布、（b）以现有账簿为初始头寸、（c）各窗口的交易成本与流动性限制重新求解。滚动问题即标准的随机规划 / 模型预测控制（MPC）循环：求解、执行第一阶段、向前滚动。窗口择时（在哪个窗口成交）通过比较当前窗口可成交价格与模型对后续窗口价格的预测（扣除流动性/执行折价）完成——尽调报告 1.5 节的日历资金流规律（年度窗口压力、月末效应）作为该预测的特征进入。
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### 2.4 阶段结构
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- **D1——时段基差预测器。** 目标：分省、交割月、时段、各窗口时点（12 个月前至 D-2）的 E[W_s] 与分位数。特征：模型 A 的状态预测；省级供给堆栈演化（装机投退产管线）；煤价与区间政策；新能源装机增速对需求增速；已披露的中长期窗口价格与成交量（现有意义上的"远期曲线"）；日历/窗口虚拟变量；政策事件标志。须战胜的基线："W_s = 当前中长期价格水平"（市场正确论）与"W_s = 去年实现值"（朴素外推）。
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- **D2——形状风险量化器。** 各时段 (G_s, W_s) 的联合分布：分状态估计相关性，用模型 B 的集合情景穿过模型 A 的价格情景生成场景。输出：任意候选账簿的协方差输入与收入分布。
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- **D3——组合优化器。** 2.3 节的规划问题，内置省级规则手册（比例区间、时段定义、调整权、头寸限制）。输出：各月/时段目标账簿、各窗口交易清单、限价。
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- **D4——窗口择时与谈判支持。** 分时段公允价值标尺（来自 D1）、离场价格、对手方报价评估（"这条曲线在这个价格 = 隐含基差 X，对照我们的预测 Y"）、日历压力择时信号。
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- **D5——机制电价竞价器。** 年度机制电价竞价：报价须低到能入选、高到胜过市场化替代。决策规则：报价 ≈ 市场收入分布（来自 D1–D3 的未套保 + 最优套保预测）的确定性等值，再加机制覆盖之期权价值的边际；出清价预测基于往届结果、省级上限与竞争对手成本曲线。
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### 2.5 评估协议
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- **D1：** 按时段/时点的 pinball loss 对照上述两条基线；校准检验集中于下行尾部（伤害卖方的基差变动）。
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- **D2/D3 经济回测：** 对照已实现现货模拟完整滚动循环，比较（i）满足最低比例的平直曲线朴素策略、（ii）按预期出力 100% 比例套保、（iii）优化器。指标：风险调整后的 元/MWh 提升与最差实现月份的回撤——该市场的客户高度厌恶损失；销售指标与其说是平均提升，不如说是"避免 2021 式爆仓"。
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- **分状态切片：** 分别对买方市场与紧张市场时期打分；在 2024–26 买方市场数据上调优的模型会在下一个紧张周期中错误定价（无论数据工作多么痛苦，都要显式编码 2021–23 那段历史）。
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- **时点纪律：** 逐窗口的信息集；中长期披露数据以各窗口当时版本为准，而非事后修订版。
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### 2.6 模型间交互与组合风险
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- **B → D 的规格变更：** 模型 B 必须交付保留月内相关性的月度分布（情景/集合形式），而不只是日度分位数。
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- **D → 日前优化器：** 账簿 {Q_c(t), P_c(t)} 是每日申报问题的输入；反向地，已实现的日前/实时结算回馈 D 的下一窗口重求解。
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- **跨客户相关性（与模型 C 同样是生存级问题）：** 各客户的最优倾斜方向一致（同为新能源卖方、同一省级基差观点）。分省的合计倾斜敞口——客户账簿中偏离最小方差头寸的总 MWh——是一级风险指标，并须针对"政策重置情景"（区间调整一夜之间重定价整条曲线）做压力测试。
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- **合规：** 谈判支持类输出（公允价值、离场价格）属咨询性质、风险较低；任何形似在同一省份跨客户协同建仓的行为须经法务审查（尽调报告 4.5 节的算法合谋关切同样适用于合同市场）。
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## 三、数据需求（模型 D 专属）
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按优先省份：中长期窗口结果（分时段的挂牌/成交价格与电量——交易中心披露、会员端口）、时段定义及其修订史、签约比例要求文件、燃煤基准价与区间文件、机制电价竞价规则与历届结果、装机/需求管线（省能源局规划、项目投产数据），以及——最难的——上述全部数据的"以当时为准"存档。尽调报告后续行动第 4 项（数据供给测绘）是 D1 的前置条件。
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## 四、建设顺序
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| 阶段 | 交付物 | 依赖 |
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| D-1 | 2–3 个优先省份的规则手册编码（窗口、时段、比例要求、限制） | 尽调后续行动 #7 |
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| D-2 | 时段基差图谱：历史 W_s 对照同期中长期价格水平，分省/月/时段——"基差持续且有方向"的经验证明 | 数据测绘 |
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| D-3 | D1 预测器 v1（基于图谱特征的回归/GBM）+ 评估框架 | D-2 |
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| D-4 | 使用模型 B 月度情景的 D2 形状风险量化器 | 模型 B 升级 |
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| D-5 | D3 优化器 + D4 谈判支持包（可售卖的楔子：年度窗口咨询） | D-3、D-4 |
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| D-6 | D5 机制电价竞价器（季节性产品，对齐各省竞价日历） | D-3 |
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| D-7 | 滚动 MPC 循环 + 组合倾斜风险看板 | D-5 |
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注意商业化排序：D-2（图谱）几乎立即可作为分析产品售卖——与 PJM 价差图谱"先出经验图谱"的模式一致——而 D-5 的年度窗口咨询在任何实时基础设施建成之前，就直接命中尽调报告识别出的董事会级痛点。
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## 五、开放问题
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1. 时段颗粒度套利：优先省份的时段定义有多细？逐小时现货形状在哪些地方系统性地逃出时段定义？（决定 D1 的分辨率。）
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2. 调整权估值：月度/滚动窗口赋予账簿期权价值——D3 是否应将含灵活性条款的合同按互换期权（期权调整基差）而非远期定价？成熟期大概率应当；暂缓至 v2。
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3. 绿电通道：对特定客户，何时捆绑绿证（绿电交易）优于普通中长期？D3 是否需要"绿电/普通"的配置维度？
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4. 零售侧镜像：同一套机器可为售电公司买方估值合同——买方侧是否构成模型 D 的第二个市场（并对冲卖方侧的周期性头寸）？
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5. 省间层：随着省间现货与中长期扩容，D 是否需要为多省组合客户提供跨省套利/配置模块？
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6. 2021–23 数据集问题：如何编码紧张周期（不同区间、不同规则、合同重谈）而不污染买方市场模型——状态虚拟变量还是分立模型？
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