확률과정을 이용한 전력시장가격 모델링 및 파생상품 설계에 관한 연구

Abstract

전력산업이 수직통합체제에서 시장체제로 진화함에 따라, 전력산업을 운영하기 위한 패러다임 역시 바뀌고 있다. 수직통합체제에서는 전력시스템을 운영하는 단일의사결정주체로서의 독점회사만이 존재했으나, 경쟁적 시장 환경에서는 시장운영자, 발전사업자, 송전사업자, 배전사업자 등 다양한 의사결정주체들이 등장하게 되었다. 수직통합체제에서 전력산업이 비용최소화라는 목적함수에 근거하여 운영되는 반면, 시장가격은 경쟁적 시장 환경에서 산업을 움직이는 가장 중요한 신호 중의 하나이다. 시장가격은 가격을 구성하는 많은 인자들과 시장참여자들 간의 상호작용을 통해 형성되는데, 이는 모든 발전회사들의 설비계획과 운전계획을 수립하는데 필요한 가장 기본적 정보이다. 전력시장가격을 예측하는 현재의 방법은 상기에서 언급한 바와 같이 수직통합체제에서의 비용최소화 기반 최적화 모델에 근거하고 있다. 최적화 모델은 복잡한 수학적 정식화와 많은 데이터 집합을 필요로 하는 모델로서 전력시스템에 대한 충분한 정보가 획득가능한 수직통합회사나 시장운영자에게 적합한 모델이라고 볼 수 있다. 발전회사는 이들과는 다른 입장을 가지고 있는데 타 발전회사의 상업적 정보에 대한 접근이 불가하며, 그러므로 시장가격을 예측하기 위한 다른 차원의 접근법이 필요하다. 본 논문은 분석적 방법과 실험적 방법을 모두 활용하여 전력시장에서 시장가격을 예측하기 위한 새로운 방법을 제안한다. 본 논문을 통해 제안되는 방법은 불완전한 정보를 가지고 시장가격을 예측해야 하는 발전회사에 매우 적합할 것으로 판단된다. 시장가격 모델은 금융시장에서 주가가격을 예측하는데 사용되는 블랙-숄즈 모양을 기본으로 하며 이를 개량하여 전력시장에 맞는 모델로 구현하고자 하였다. |As the electric power industry has evolved from a vertically integrated scheme into a deregulated electricity market, the operation paradigm of the industry is also changing. The vertically integrated company was only one decision maker to operate the power system, but there comes up many decision makers such as the market operator, generation companies, transmission companies, distribution companies, etc. in the market environment. The market price is the main signal to move the industry in the competitive market while the industry used to be operated based on the objective function of cost minimization in the vertically integrated scheme. The market price is determined by many factors affecting the price and many interactions between market participants, which is the basic information for the generation companies to build their capacity expansion plans and operation schedules. The current method to forecast the electricity market price is based on optimization models widely used for the cost minimized operation of the power system as stated above. The optimization model is made with a very complex mathematical formulation requiring lots of data sets, which is suitable for the integrated company or the market operator having the full information over the power system. The generation company has a different position because they are not allowed to access the commercial information of other companies. Therefore it is required to take a different approach for forecasting the market price in the market. This thesis proposes a method of price forecast in a competitive electricity market using both analytic and empirical methods, which is useful for the generation companies having imperfect information of the power system and market. The market price is formulated with the stochastic process model named as Black-Scholes formular having been applied to the formulation of stock prices in the finance field.