學習筆記 | 虛擬投標（Virtual Bidding）

01

概念前導

虛擬投標（Virtual Bidding）：是電力現(xiàn)貨市場中的一種金融性質的產品，其核心功能在于允許市場參與者利用日前市場 (Day-Ahead Market, DA) 與實時市場 (Real-Time Market, RT) 價格之差進行套利，從而為無物理發(fā)電或負荷資產的非電力行業(yè)主體提供了直接參與現(xiàn)貨市場的途徑。虛擬投標直接參與日前現(xiàn)貨市場的出清，通過與物理投標同臺競價的方式促進競爭以發(fā)現(xiàn)真實的價格信號。該機制依托現(xiàn)貨全電量競價、統(tǒng)一出清的制度架構，是集中式電力市場特有的制度產物（PJM 市場在2000年初引入虛擬投標）。

虛擬投標的引入背景：2000-2001年加州電力危機是美國電力市場監(jiān)管思維的分水嶺事件。此危機的核心特征是：市場主體人為擴大DA-RT價差從而獲得無風險套利收益。而當DA-RT價差不收斂時，則會產生以下后果：

1）可靠性威脅：

? ? 日前承諾的總容量降低→用于覆蓋突發(fā)事件的備用容量也相應降低→實時面對負荷預測偏差或機組停運時缺乏緩沖。

2）經濟成本上升：

? ? 1??DA中機組承諾不足→RT不得不臨時啟動高價或低效機組→從而導致系統(tǒng)總成本上升；

? ? 2??DA中機組承諾過剩→需向實時未被調用的"柔性資源"支付機會損失成本 (LOC) 補償→從而導致系統(tǒng)總成本上升。

? ??虛擬交易在這個背景下被提出作為一種"價差消除工具"，讓金融交易者通過逐利行為代替缺失的物理套利。

三種虛擬交易產品

? ? 增量報價 (Increment Offer, INC) ：INC類似于發(fā)電報價，即虛擬供應。當報價低于日前出清價時即被接受，等同于"在DA賣出，在RT買回"（當交易者預期DA價格 > RT價格時使用）。

? ? 減量報價 (Decrement Bid, DEC)：?DEC 類似于負荷報價，即虛擬需求。當報價高于日前出清價時即被接受，等同于"在DA買入，在RT賣回"（當交易者預期 RT 價格 > DA 價格時使用）。

? ? 擁堵限價合約 (Up-to-Congestion, UTC) ：UTC是一對帶有連接約束的虛擬交易組合（在源點INC+ 在匯點DEC）。它對沖源點與匯點之間實時LMP的差額，覆蓋邊際擁堵成本和損耗成本。UTC的功能與FTR（金融輸電權：學習筆記 | 阻塞盈余與輸電權（硬核版））相似，但FTR對沖的是DA 擁堵價差（中長期），UTC 對沖的是 RT 擁堵價差（短期）。

關鍵交易規(guī)則

? ? 同節(jié)點交易：INC和DEC都是"單節(jié)點產品"——單筆INC或DEC必須發(fā)生在同一節(jié)點、同一小時。如果想做跨節(jié)點交易，有兩種方法：1）使用UTC（指定源點和匯點）；2）手動配對——在節(jié)點A提交INC，在節(jié)點B提交 DEC（但需要注意這是兩筆獨立交易，很有可能一筆成交、一筆不成交）。

? ? 報價位置：INC和DEC可在所有節(jié)點提交，但是UTC則有PJM維護的合格源/匯組合清單，并不是任意兩個節(jié)點都可以做UTC。

? ? 報價上限：

? ? 報價數(shù)量：當PJM判定虛擬投標量將引發(fā)系統(tǒng)性能問題時，可限制每個市場參與者：1）不超過3,000個虛擬報價段 (INC/DEC)；2）不超過3,000個UTC交易。

? ? 提交時間：所有虛擬交易僅在日前市場提交（每日11:00關閉）。實時市場不再接受新的虛擬報價。這意味著虛擬交易具有嚴格的"單日生命周期"，即不能跨日持有。

02

Uplift（補償支付）

Uplift （補償支付）：uplift費用是通過LMP（節(jié)點電價）之外的額外支付，向發(fā)電機組補足"按LMP結算時無法回收的成本"的款項。LMP是市場出清的邊際價格信號，理論上應當激勵所有參與者按照系統(tǒng)最優(yōu)方式行為。但現(xiàn)實中，LMP信號經常不足以保證發(fā)電機收回所有合理成本——此時uplift是LMP模型無法處理非凸成本的補丁。

虛擬投標的Uplift：LMP的出清是建立在假設連續(xù)、凸的成本曲線上的。但發(fā)電機有離散、非凸的成本（如上圖所示?），這個鴻溝必須用uplift彌補。

同時，虛擬交易可以套利的恰恰是這個鴻溝。于是MMU（PJM的獨立市場監(jiān)督方）認為，既然兩者同源，那么虛擬投標盈利的合理處置就是用uplift機制收回（讓虛擬交易者付uplift）。于是便如下圖所示，2025年虛擬投標約半數(shù)收益，均被uplift回收。

UTC的Uplift：目前UTC僅匯點端（sink）被視為等同于DEC分攤uplift。而MMU則認為源點端（source）實際等價于一筆INC，應該同樣分攤。即MMU認為針對UTC的的回收還不夠充分，應該繼續(xù)回收，但此建議暫時未被采納。如果采納，UTC的總uplift成本將翻倍。從歷史看，UTC承擔的uplift費用已經經歷了幾次顯著擴張：

? ? 1）2020年11月1日之前，UTC完全豁免日前運營備用和平衡運營備用偏離費用； ? ?2）2020年11月1日之后，UTC匯點端被視為等同于一筆DEC，開始分攤日前運營備用費用和提取偏離計算。

03

Fast Start Pricing（FSP）

快啟動機組：在系統(tǒng)中扮演應急/調峰角色——平時不開，但在負荷尖峰、其他機組故障、突發(fā)事件時被快速啟用。

? ? 范圍：燃氣輪機，部分柴油發(fā)電機，部分水電機組（抽蓄）

? ? 特點：啟動時間極短（10分鐘到1小時）；啟動成本相對高；最小運行時間長（通常1-4小時不等）；最小出力高（出力的下限可能是裝機容量的50-80%）；邊際能源成本高（度電的燃料成本遠高于燃煤、核電）。

原LMP模型對快啟動機組的"歧視"：之前介紹uplift時提到的“LMP是連續(xù)凸優(yōu)化的邊際價格，但快啟動機組的成本結構是離散非凸的”。在快啟動機組上，因為啟動成本高（下圖為例）

且導致LMP低估真實成本（下圖為例），導致這種不匹配特別嚴重。

這是FSP改革的官方動機——通過讓LMP反映CT的真實成本，減少對uplift的依賴。

Fast Start Pricing (FSP) ：FSP是PJM在2021年9月1日實施的一項深度改變LMP（節(jié)點電價）形成機制的制度。FSP改革核心是一個反直覺但精巧的算法操作，即通過引入"調度運行" (dispatch run) 與"定價運行" (pricing run) 之間的人為差異，結構性地將啟動成本和無負荷成本注入實時價格而不注入日前價格在定價計算時，將快啟動機組的整數(shù)約束（最小出力、最小運行時間）人為松弛，即把離散變量當作連續(xù)變量處理。

FSP具體機制：在調度運行中，一臺快速啟動機組（CT、柴油、水電、儲能等）要么完全啟動（運行至少在最小負荷以上），要么完全停機。但在定價運行中，PJM "假裝"這臺機組可以部分運行（比如 30%），從而讓它能夠成為邊際機組并參與設定 LMP。

? ??調度運行（Dispatch Run）：保持原樣，即按機組的整數(shù)約束嚴格執(zhí)行。即一臺CT機組要么以最小技術出力（如80MW）運行，要么不運行；且啟動后必須運行至最小連續(xù)運營時長（如1小時）。

? ??定價運行（Pricing Run）：機組被允許"虛擬運行"在0-100MW之間且連續(xù)運營時長可小于1小時，即可以在邊際意義上設定 LMP。更關鍵的是，定價運行不只是松弛了整數(shù)約束，還將啟動成本和無負荷成本"攤銷"到能源價格中。這意味著FSP下的CT報價不是簡單的$50/MWh（邊際能源成本），而是$155/MWh 或更高（包含成本攤銷）。

? ? FSP 的資格條件：不是所有機組都能享受 FSP 的"特殊待遇"。PJM 規(guī)定的 FSP 資格條件如下

在FPS下的兩種出清：1）DLMP（Dispatch LMP）：基于實際調度結果，但不用于結算；2）PLMP（Pricing LMP）：基于松弛后的定價運行，用于實際結算。

04

偽套利?(False arbitrage)

PJM現(xiàn)貨出清模型：DA和RT兩個模型不是同一個問題的兩次運行，而是兩個不同的優(yōu)化問題。

DA市場出清：目標是回答"明天 24 小時，應該承諾哪些機組、各發(fā)多少電、對應價格是什么？"其出清是一個24 小時聯(lián)合優(yōu)化問題。這一任務受到三重約束：計算時間約束（約2.5小時內必須算完）、參與者預期穩(wěn)定性約束（機組安排不能頻繁變動）、FERC監(jiān)管阻力。這使得DA出清的目標函數(shù)和約束在過去20年基本不變，針對DA算法的修改都是在現(xiàn)有算法外加層。

? ? 虛擬競標和DA市場：INC和DEC直接進入日前MCE的目標函數(shù)，因此直接影響日前階段的機組組合：1）DEC出清：增加日前總需求 → 觸發(fā)更多機組承諾 → 提高 DA LMP；2）INC出清：增加日前總供應 → 減少需要承諾的物理機組 → 降低 DA LMP。

RT市場出清：目標是回答"未來 5-10 分鐘，已開機的機組應該如何調整出力來匹配實際負荷？"關鍵差異在于RT通常不重新做機組承諾的決策，即RT接受DA的承諾結果，只在DA調度的基礎上做微調。RT可以啟動快啟動機組（CT等），但不能在5分鐘內啟動需要數(shù)小時啟動的機組。

? ? DA-RT市場出清區(qū)別：因為現(xiàn)實世界永遠比模型復雜，所以RT面對的問題比DA 復雜得多（突發(fā)停運，天氣突變，阻塞變化，頻率波動等）。為了應對上述不可預測的物理現(xiàn)實，PJM在RT出清中保留了大量人工實時調整的空間。同時，過去幾年RT出清規(guī)則的修改頻度遠高于DA，這反映了RT必須不斷適應變化的物理現(xiàn)實的"響應式"特點。由此，F(xiàn)ERC對DA和RT的監(jiān)管態(tài)度也不同：1）DA：關系到機組承諾和大額支付義務，監(jiān)管者著重關注DA的"算法穩(wěn)定性"和"程序透明度"；2）RT：關系到電網(wǎng)可靠性，監(jiān)管者更關注RT的"操作員裁量權"和"應急能力"。

FSP為什么使得RT端扭曲遠大于DA端？

• 快速啟動機組在RT邊際頻率更高：PJM 固定需求競價系統(tǒng)性少于真實負荷（約 95%），實時階段需要更多快速啟動機組彌補缺口，使其更頻繁成為實時邊際，從而通過定價運行注入更多承諾成本溢價。

• DA階段更多由基荷機組主導邊際：核電、煤電、CCGT等類型機組不享受整數(shù)松弛待遇，因此 DA PLMP 接近 DA DLMP。

• PJM 在RT還有額外的"價格上限" 僅在定價運行中實施：這進一步在 RT 端制造了 DLMP 和 PLMP 的偏離。

偽套利 (False arbitrage)：DA是一個"覆蓋所有可能性"的優(yōu)化問題，RT是一個"針對當前實際狀況"的優(yōu)化問題。而偽套利 (False arbitrage)就是基于PJM的DA和RT出清模型之間的算法差異而盈利。這種套利無法被虛擬交易糾正，讓Virtual Bidding的參與者可以持續(xù)從中盈利而不必為此提供任何價格收斂或市場效率改善。與之相對應的是真套利 (True arbitrage)，即基于真實市場信息差異（如負荷預測偏差、機組停運、天氣變化）而盈利。這種套利改善價格收斂，對市場效率有貢獻。

FSP & 偽套利：FSP的出現(xiàn)不僅沒有減少DA-RT之間的不對稱建模，反而在已有的不對稱建模之上疊加了一層全新的不對稱定價機制，從根本上改變了偽套利的產生頻率、規(guī)模和方向性。PJM 市場監(jiān)督單位 (MMU) 在2025市場總結中給出了非常直接的判斷：虛擬投標的收益中，偽套利占大頭。

? ??FSP之前的偽套利特征：在2021年9月之前，偽套利完全來自建模差異，這些差異創(chuàng)造的偽套利有幾個共同特征：1）分散性：不同節(jié)點、不同時段的偽套利方向不同。整體上，偽套利的方向是分散和隨機的；2）間歇性：建模差異只在特定條件下顯現(xiàn)，比如某條DA未建模的線在RT出現(xiàn)阻塞時，偽套利才會出現(xiàn)；3）雙向性：平均下來，DEC和INC的盈利大致是平衡的，沒有系統(tǒng)性的方向偏向。

? ? FSP出現(xiàn)之后的偽套利特征：偽套利的來源從單層變成了雙層。第一層為原有的建模差異，即FSP沒有解決任何原有的建模差異問題，所有FSP之前的偽套利源（約束建模、控制限值、人為約束、損耗系數(shù)）都繼續(xù)存在。第二層為FSP通過其整數(shù)松弛+攤銷啟動成本的算法，創(chuàng)造了一類全新的偽套利，其特征為：1）永久性：只要FSP規(guī)則存在，這種差異就存在，與具體的傳輸線、節(jié)點、時段無關；2）方向性：由于RT攤銷時間（5分鐘）遠短于DA攤銷時間（1小時），定價運行對RT的推高效應遠大于對DA的推高效應。這種結構性不對稱給DEC創(chuàng)造了系統(tǒng)性優(yōu)勢，INC創(chuàng)造了系統(tǒng)性劣勢；3）系統(tǒng)覆蓋：FSP的差異不局限于某些特殊節(jié)點或時段，而是覆蓋整個市場，即任何在邊際的快速啟動機組都會觸發(fā)這種差異。

FSP后DA-RT的不對稱傳導：RT?端的扭曲程度全年都顯著大于 DA 端

把以上不對稱代入虛擬交易盈利公式：

• DEC 盈利 = (RT 結算價 ? DA 結算價) × Q = (RT PLMP ? DA PLMP) × Q

• INC 盈利 = (DA 結算價 ? RT 結算價) × Q = (DA PLMP ? RT PLMP) × Q

• RT PLMP ? DA PLMP ≈ (RT DLMP × 1.084) ? (DA DLMP × 1.002) > RT DLMP ? DA DLMP

也就是說，定價運行使用的"結算價差"系統(tǒng)性大于調度運行使用的"真實經濟價差"，而這個差額完全有利于DEC、不利于INC。

05

FTR與UTC的接力機制

FTR（金融輸電權）與UTC的接力機制：為了對RT擁堵成本中的位置差異進行全面的遠期對沖，市場參與者必須擁有FTR，并將其轉化為一種日前的金融合約，以便能夠在實時進行結算。數(shù)學表達——設源點A到匯點B：

• FTR收益：FTR = DA_擁堵_B? DA_擁堵_A；

• UTC收益：UTC= （RT_LMP_B ? RT_LMP_A）?（DA_LMP_B ? DA_LMP_A）

• 物理實際成本：物理成本= RT_LMP_B ? RT_LMP_A

如果同時持有FTR和UTC各 Q MWh，且二者覆蓋相同源匯，F(xiàn)TR + UTC的組合可以將實時跨節(jié)點價格風險完全鎖定。

FTR & UTC對沖關鍵細節(jié)：首先，需要注意UTC的±$50/MWh限制意味著在極端擁堵時段（RT擁堵價差可達 $100+/MWh），UTC 的報價價格仍受限。其次，需要考慮對沖組合收益曲線的非線性，即：

?義務型FTR收益?= DA 擁堵價差，可以為正、零或負（義務式 FTR 在反向擁堵時虧錢）學習筆記 | 阻塞盈余與輸電權（硬核版）

?期權型FTR收益?= max(DA 擁堵價差, 0)，永遠不為負（但購買價格更高）

?UTC收益?= RT 擁堵價差 ? DA 擁堵價差，可以為正、零或負

以下是三種常見對沖策略：

06

新能源對虛擬競標的影響

PJM裝機機構：PJM的風電單年增長 21.6%，主要集中在伊利諾伊和印第安納的平原，太陽單年增長 64.4%，近期增長主要在北卡和弗吉尼亞，這種地理集中創(chuàng)造了季節(jié)性擁堵轉向。

新能源對虛擬競標的影響：新能源的裝機增長也導致傳統(tǒng)套利（基于負荷預測、機組停運）逐步被新型套利（基于可再生能源預

總結

? ? PJM的虛擬競標市場是電力金融衍生品設計的典范，它將物理市場的不確定性、金融工具的靈活性、以及監(jiān)管設計的巧妙結合。但它也充滿矛盾：

1）功能上既是套利工具又是對沖工具；

2）法律上既是金融衍生品又影響物理調度；

3）監(jiān)管上既需要鼓勵參與又需要防止濫用。

? ? 其實這個交易品種我們還真可以摸著鷹醬的屁股過河，即：

1）先放開物理主體：使Virtual Bidding成為現(xiàn)貨市場中對沖短期價格風險的防控手段。相比于純金融主體，物理參與者具有一定的電力市場經驗，可以在初期為市場規(guī)則的完善以及純金融主體的交易策略提供實踐經驗；

2）引入純金融參與者：在全面實行RUC和日前市場全面分離后（學習筆記 | 可靠性機組組合&日前市場的協(xié)同與分離），在純經濟性日前市場把金融主體放進來（反正我們的RUC實際調度也不是按日前經濟性申報來的，金融主體進來也不會影響RT）。然后跟他們說“既然沒有實體發(fā)電或消納能力，那就在DA和RT市場全部全額繳納偏差費用（uplift）吧”。最后結算部門再琢磨個算法，目標是讓金融主體在現(xiàn)貨市場里做近似零和博弈，以確保物理主體整體利益不受損。

? ? 鷹醬確實有點東西，不過相關金融衍生品在進行本土化改造的時候仍需注意秉承以下原則：