Message passing for distributed optimisation of power allocation with renewable resources

The increase in renewable energy generators introduced into the electricity grid is putting pressure on its stability and management as predictions of renewable energy sources cannot be accurate or fully controlled. This, with the additional pressure of fluctuations in demand, presents a problem more complex than the current methods of controlling electricity distribution were designed for. A global approximate and distributed optimisation method for power allocation that accommodates uncertainties and volatility is suggested and analysed. It is based on a probabilistic method known as message passing [1], which has deep links to statistical physics methodology. This principled method of optimisation is based on local calculations and inherently accommodates uncertainties; it is of modest computational complexity and provides good approximate solutions.We consider uncertainty and fluctuations drawn from a Gaussian distribution and incorporate them into the message-passing algorithm. We see the effect that increasing uncertainty has on the transmission cost and how the placement of volatile nodes within a grid, such as renewable generators or consumers, effects it.

Predicting practical benefits of dynamic asset ratings of 33kv distribution transformers

This paper reports potential benefits around dynamic thermal rating prediction of primary transformers within Western Power Distribution (WPD) managed Project FALCON (Flexible Approaches to Low Carbon Optimised Networks). Details of the thermal modelling, parameter optimisation and results validation are presented with asset and environmental data (measured and day/week-ahead forecast) which are used for determining dynamic ampacity. Detailed analysis of ratings and benefits and confidence in ability to accurately predict dynamic ratings are presented. Investigating the effect of sustained ONAN rating compared to a dynamic rating shows that there is scope to increase sustained ratings under ONAN operating conditions by up to 10% higher between December and March with a high degree of confidence. However, under high ambient temperature conditions this dynamic rating may also reduce in the summer months.

Weather forecasting to predict practical dynamic asset rating of overhead lines

This paper describes the potential of pre-setting 11kV overhead line ratings over a time period of sufficient length to be useful to the real-time management of overhead lines. This forecast is based on short and long term freely available weather forecasts and is used to help investigate the potential for realising dynamic rating benefits on the electricity network. A comparison between the realisable benefits in ratings using this forecast data, over the period of a year has been undertaken.

A multi-organisational approach for disaster preparedness and response:the use of optimisation and GIS for facility location, stock pre-positioning, resource allocation and relief distribution

From 1992 to 2012 4.4 billion people were affected by disasters with almost 2 trillion USD in damages and 1.3 million people killed worldwide. The increasing threat of disasters stresses the need to provide solutions for the challenges faced by disaster managers, such as the logistical deployment of resources required to provide relief to victims. The location of emergency facilities, stock prepositioning, evacuation, inventory management, resource allocation, and relief distribution have been identified to directly impact the relief provided to victims during the disaster. Managing appropriately these factors is critical to reduce suffering. Disaster management commonly attracts several organisations working alongside each other and sharing resources to cope with the emergency. Coordinating these agencies is a complex task but there is little research considering multiple organisations, and none actually optimising the number of actors required to avoid shortages and convergence. The aim of the this research is to develop a system for disaster management based on a combination of optimisation techniques and geographical information systems (GIS) to aid multi-organisational decision-making. An integrated decision system was created comprising a cartographic model implemented in GIS to discard floodable facilities, combined with two models focused on optimising the decisions regarding location of emergency facilities, stock prepositioning, the allocation of resources and relief distribution, along with the number of actors required to perform these activities. Three in-depth case studies in Mexico were studied gathering information from different organisations. The cartographic model proved to reduce the risk to select unsuitable facilities. The preparedness and response models showed the capacity to optimise the decisions and the number of organisations required for logistical activities, pointing towards an excess of actors involved in all cases. The system as a whole demonstrated its capacity to provide integrated support for disaster preparedness and response, along with the existence of room for improvement for Mexican organisations in flood management.

Aid Allocation of the Emerging Central and Eastern European Donors

The paper examines the main characteristics of the (re)emerging foreign aid policies of the Visegrád countries (the Czech Republic, Hungary, Poland, Slovakia), concentrating on the allocation of their aid resources. We adopt an econometric approach, similar to the ones used in the literature for analyzing the aid allocation of the OECD DAC donors. Using this approach, we examine the various factors that influence aid allocation of the Visegrád countries, using data for the years between 2001 and 2008. Our most important conclusion is that the amount of aid a partner county gets from the four emerging donors is not influenced by the level of poverty or the previous performance (measured by the level of economic growth or the quality of institutions) of the recipients. The main determining factor seems to be geographic proximity, as countries in the Western-Balkans and the Post-Soviet region receive much more aid from the Visegrád countries than other recipients. Historical ties (pre-1989 development relations) and international obligations in the case of Afghanistan and Iraq are also found to be significant explanatory factors. This allocation is in line with the foreign political and economic interests of these new donors. While there are clear similarities between the four donors, the paper also identifies some individual country characteristics.

Monetáris politikai tendenciák I. Eszköztárak (Tendencies in monetary policy I. - Asset prices)

A közgazdaságtan, szűkebben a monetáris politika előtt két elméleti és gyakorlati kihívást látok: a globális egyensúlytalanságoknak nevezett jelenséget és az eszközár problematikát. Előbbi a világgazdaságban koncentráltan fölhalmozódó adósságokat és követelésállományokat jelenti, utóbbi a banki és nem banki pénzügyi piacok folyamatainak lehetséges pénzügypolitikai vonatkozásaira utal. Mondandómat két cikkben fogalmazom meg. Ez az írás először a monetáris stabilitás és instabilitás kérdéskörét mutatja be történeti keretben, ami tekinthető mindkét aktuális témakör földolgozásához szükséges elméleti fölvezetőnek is. Ezt követi a monetáris politika és az eszközárak kapcsolatának vizsgálata. A következő cikk foglalkozik a globális egyensúlytalanságokkal. Azért választottam e sorrendet, mert a két téma szorosan összefügg, az itt leírt magyarázatok segíthetik a későbbiek megértését. Az írásban többször megfogalmazok saját véleményt, a hangsúly mégis a szakirodalom bemutatásán van. / === / Global imbalances and asset price booms and busts are the two main practical and theoretical challenges in economics, especially in monetary policy. The first of them concerns the accumulative tendencies of debts and claims in the world economy, the second challenge deals with the processes of bank and non bank money markets. These topics are dealt with in two articles. The first one presents the issue of monetary stability and instability from a historical perspective. With that the connections between monetary policy and asset prices will be studied. The next article will deal with global imbalances. The topics are closely related and this order helps better understanding. The articles are mainly based on the current literature although I insert my own views as well.

Tőkeallokációs módszerek és tulajdonságaik a gyakorlatban (Methods of capital allocation and their characteristics in practice)

A pénzügyekben mind elméletileg, mind az alkalmazások szempontjából fontos kérdés a tőkeallokáció. Hogyan osszuk szét egy adott portfólió kockázatát annak alportfóliói között? Miként tartalékoljunk tőkét a fennálló kockázatok fedezetére, és a tartalékokat hogyan rendeljük az üzleti egységekhez? A tőkeallokáció vizsgálatára axiomatikus megközelítést alkalmazunk, tehát alapvető tulajdonságok megkövetelésével dolgozunk. Cikkünk kiindulópontja Csóka-Pintér [2010] azon eredménye, hogy a koherens kockázati mértékek axiómái, valamint a tőkeallokációra vonatkozó méltányossági, ösztönzési és stabilitási követelmények nincsenek összhangban egymással. Ebben a cikkben analitikus és szimulációs eszközökkel vizsgáljuk ezeket a követelményeket. A gyakorlati alkalmazások során használt, illetve az elméleti szempontból érdekes tőkeallokációs módszereket is elemezzük. A cikk fő következtetése, hogy a Csóka-Pintér [2010] által felvetett probléma gyakorlati szempontból is releváns, tehát az nemcsak az elméleti vizsgálatok során merül fel, hanem igen sokszor előforduló és gyakorlati probléma. A cikk további eredménye, hogy a vizsgált tőkeallokációs módszerek jellemzésével segítséget nyújt az alkalmazóknak a különböző módszerek közötti választáshoz. / === / Risk capital allocation in finance is important theoretically and also in practical applications. How can the risk of a portfolio be shared among its sub-portfolios? How should the capital reserves be set to cover risks, and how should the reserves be assigned to the business units? The study uses an axiomatic approach to analyse risk capital allocation, by working with requiring basic properties. The starting point is a 2010 study by Csoka and Pinter (2010), who showed that the axioms of coherent measures of risk are not compatible with some fairness, incentive compatibility and stability requirements of risk allocation. This paper discusses these requirements using analytical and simulation tools. It analyses methods used in practical applications that have theoretically interesting properties. The main conclusion is that the problems identified in Csoka and Pinter (2010) remain relevant in practical applications, so that it is not just a theoretical issue, it is a common practical problem. A further contribution is made because analysis of risk allocation methods helps practitioners choose among the different methods available.

Aid Allocation of the Emerging Central and Eastern European Donors

The paper examines the main characteristics of the (re)emerging foreign aid policies of the Visegrád countries (the Czech Republic, Hungary, Poland, Slovakia), concentrating on the allocation of their aid resources. We adopt an econometric approach, similar to the ones used in the literature for analyzing the aid allocation of the OECD DAC donors. Using this approach, we examine the various factors that influence aid allocation of the Visegrád countries, using data for the years between 2001 and 2008. Our most important conclusion is that the amount of aid a partner county gets from the four emerging donors is not influenced by the level of poverty or the previous performance (measured by the level of economic growth or the quality of institutions) of the recipients. The main determining factor seems to be geographic proximity, as countries in the Western-Balkans and the Post-Soviet region receive much more aid from the Visegrád countries than other recipients. Historical ties (pre-1989 development relations) and international obligations in the case of Afghanistan and Iraq are also found to be significant explanatory factors. This allocation is in line with the foreign political and economic interests of these new donors. While there are clear similarities between the four donors, the paper also identifies some individual country characteristics.

On the impossibility of fair risk allocation

Measuring and allocating risk properly are crucial for performance evaluation and internal capital allocation of portfolios held by banks, insurance companies, investment funds and other entities subject to financial risk. We show that by using a coherent measure of risk it is impossible to allocate risk satisfying the natural requirements of (Solution) Core Compatibility, Equal Treatment Property and Strong Monotonicity. To obtain the result we characterize the Shapley value on the class of totally balanced games and also on the class of exact games.

Tőkeallokáció nem likvid portfóliók esetén (Risk capital allocation in case of illiquid portfolios)

A kockázat jó mérése és elosztása elengedhetetlen a bankok, biztosítók, befektetési alapok és egyéb pénzügyi vállalkozások belső tőkeallokációjához vagy teljesítményértékeléséhez. A cikkben bemutatjuk, hogy a koherens kockázati mértékek axiómáit nem likvid portfóliók esetén is el lehet várni. Így mérve a kockázatot, ismertetünk a kockázatelosztásra vonatkozó két kooperatív játékelméleti cikket. Az első optimista, eszerint mindig létezik stabil, az alegységek minden koalíciója által elfogadható, általános módszer a kockázat (tőke) elosztására. A második cikk pesszimista, mert azt mondja ki, hogy ha a stabilitás mellett igazságosak is szeretnénk lenni, akkor egy lehetetlenségi tételbe ütközünk. / === / Measuring and allocating risk properly are crucial for performance evaluation and internal capital allocation of portfolios held by banks, insurance companies, investment funds and other entities subject to fi nancial risk. We argue that the axioms of coherent measures of risk are valid for illiquid portfolios as well. Then, we present the results of two papers on allocating risk measured by a coherent measure of risk. Assume a bank has some divisions. According to the fi rst paper there is always a stable allocation of risk capital, which is not blocked by any coalition of the divisions, that is there is a core compatible allocation rule (we present some examples for risk allocation rules). The second paper considers two more natural requirements, Equal Treatment Property and Strong Monotonicity. Equal Treatment Property makes sure that similar divisions are treated symmetrically, that is if two divisions make the same marginal risk contribution to all the coalition of divisions not containing them, then the rule should allocate them the very same risk capital. Strong Monotonicity requires that if the risk environment changes in such a way that the marginal contribution of a division is not decreasing, then its allocated risk capital should not decrease either. However, if risk is evaluated by any coherent measure of risk, then there is no risk allocation rule satisfying Core Compatibility, Equal Treatment Property and Strong Monotonicity, we encounter an impossibility result.

Koherens kockázatmérés és tőkeallokáció = Coherent risk measurement and capital allocation

Bármennyire szeretne is egy bank (vállalat, biztosító) csak az üzletre koncentrálni, nem térhet ki a pénzügyi (hitel-, piaci, operációs, egyéb) kockázatok elől, amelyeket mérnie és fedeznie kell. A teljes fedezés vagy nagyon költséges, vagy nem is lehetséges, így a csőd elkerülésre minden gazdálkodó egységnek tartania kell valamennyi kockázatmentes, likvid tőkét. Koherens kockázatmérésre van szükség: az allokált tőkének tükröznie kell a kockázatokat - azonban még akkor is felmerül elosztási probléma, ha jól tudjuk mérni azokat. A diverzifikációs hatásoknak köszönhetően egy portfólió teljes kockázata általában kisebb, mint a portfóliót alkotó alportfóliók kockázatának összege. A koherens tőkeallokáció során azzal a kérdéssel kell foglalkoznunk, hogy mennyi tőkét osszunk az alportfóliókra, vagyis hogyan osszuk el „kor­rekt” módon a diverzifikáció előnyeit. Így megkapjuk az eszközök kockázathoz való hozzájárulását. A tanulmányban játékelmélet alkalmazásával, összetett opciós példákon keresztül bemutatjuk a kockázatok következetes mérését és felosztását, felhívjuk a figyelmet a következetlenségek veszélyeire, valamint megvizsgáljuk, hogy a gyakorlatban alkalmazott kockázatmérési módszerek [különösen a kockáztatott érték (VaR)] mennyire felelnek meg az elmélet által szabott követelményeknek. ____________________ However much a bank (or company or insurance provider) concentrates only on business, it cannot avoid financial (credit, market, operational or other) risks that need to be measured and covered. Total cover is either very expensive or not even possible, so that every business unit has to hold some risk-free liquid capital to avoid insolvency. What it needs is coherent risk measurement: the capital allocated has to match the risks, but even if the risks are measured well, distribution problems can still arise. Thanks to diversification effects, the total risk of a portfolio is less than the sum of the risks of its sub-portfolios. Coherent capital allocation entails addressing the question of how much capital to divide among the sub-portfolios, or how to distribute ‘correctly’ the advantages of diversification. This yields the contribution of the assets to the risk. The study employs game theory and examples of compound options to demonstrate coherent measurement and distribution of risks. Attention is drawn to the dangers of inconsistencies. The authors examine how far the methods of risk measurement applied in practice (notably VaR—value at risk) meet the requirements set in theory.

A pénzügyi eszközök árazásának alaptétele, lokálisan korlátos szemimartingál árfolyamok esetén (The fundamental theorem of asset pricing for locally bounded semimartingales)

A pénzügyi eszközök árazásának alaptétele - kissé pongyolán megfogalmazva - azt állítja, hogy egy értékpapírpiacon akkor nincs arbitrázs, ha létezik egy az eredetivel ekvivalens valószínűségi mérték, amelyre vonatkozóan az értékpapírok árait leíró folyamat egy bizonyos értelemben "martingál". Az első ilyen jellegű állítást M. Harrison és S. R. Pliska bizonyították arra esetre, amikor a valószínűségi mező végesen generált. Azóta a tételnek számos általánosítása született. Ezek közül az egyik legismertebb a Dalang{Morton{ Willinger-tétel, ami már teljesen általános valószínűségi mezőből indul ki, de felteszi, hogy az időparaméter diszkrét, és az időhorizont véges. Időközben a tételnek számos folytonos időparaméterű folyamatokra vonatkozó változata is született. Az alaptételt általános esetben, vagyis amikor valószínűségi mező teljesen általános, és az értékpapírok piaci árait leíró folyamat lokálisan korlátos szemimartingál, Delbaen és W. Schachermayer bizonyították be. A Delbaen{Schachermayer-féle alaptétel a maga nemében egy igen általános áll ítás. A tétel bizonyítása igen hosszadalmas, és a funkcionálanalízis valamint a sztochasztikus folyamatok általános elméletének mély eredményeit használja. Utóbbi tudományterület nagy részét P. A. Meyer és a francia strassbourgi iskola matematikusai dolgozták ki a 60-as évek végétől kezdve. A terület megértését tehát alaposan megnehezíti, hogy a felhasznált matematikai apparátus viszonylag friss, egy része pedig csak francia nyelven érhető el. Meggyőződésünk szerint az eredeti, 1994-es Delbaen és Schachermayer-féle bizonyítás csak kevesek által hozzáférhető. A tételnek tudomásunk szerint azóta sem született tankönyvi feldolgozása, annak ellenére, hogy maga az állítás közgazdász körökben is széles körben ismerté vált, és az eredeti cikket számos szerző idézi. Az itt bemutatott bizonyítás Delbaen és Schachermayer 1992 és 2006 közötti írásain alapul. ______ The Delbaen and Schachermayer's theorem is one of the deepest results of mathematical finance. In this article we tried to rethink and slightly simplify the original proof of the theorem to make understandable for nonspecialists who are familiar with general theory of stochastic processes. We give a detailed proof of the theorem and we give new proofs for some of the used statements.

Az eszközárazás második alaptétele (The second fundamental theorem of asset pricing)

A dolgozatban röviden bemutatjuk az eszközárazás második alaptételét. A bizonyítás során felhasználjuk a Dalang-Morton-Wilinger tétel bizonyításában használt állításokat. ______ In the article we summarize the results about the second fundamental theorem of asset pricing.

On the impossibility of fair risk allocation

Measuring and allocating risk properly are crucial for performance evaluation and internal capital allocation of portfolios held by banks, insurance companies, investment funds and other entities subject to financial risk. We show that by using coherent measures of risk it is impossible to allocate risk satisfying simultaneously the natural requirements of Core Compatibility, Equal Treatment Property and Strong Monotonicity. To obtain the result we characterize the Shapley value on the class of totally balanced games and also on the class of exact games.