（技术经济及管理专业论文）演化博弈视角下发电企业日前市场竞价实证研究.pdf

硕士学位论文 摘要 电力市场化改革的主要目的是通过引入竞争，实现资源的优化配置和利用，从而 为社会提供更加廉价可靠的电力。我国的电力市场改革自2 0 世纪9 0 年代中期开始 起步，通过借鉴国外电力市场理论与实践经验，进行电力资产重组和试点先行，逐步形 成了以发电企业参与市场竞争为主的日前电力市场。如何在同前市场竞争中根据机 组性能确定最优的报价策略以获得最大的利润，是发电企业所面临的问题与挑 战。 本文首先介绍了演化博弈理论的发展历史与演化稳定策略等相关概念，并在分析了 日前电力市场的运作机制和发电企业成本函数后建立了发电企业报价策略的决策。然后 根据同前电力市场的特点和发电企业的博弈特征，选取了典型的演化模型之一一复制动 态模型，在一定的假设基础上得到了两类发电企业演化博弈的收益矩阵，进一步求解了 复制动态模型的简化形式。最后结合华东日前电力市场的情况，对日前电力市场中发电 企业的报价策略进行了实证分析，揭示了市场需求、最高限价对发电企业报价策略的影 响。实证分析表明：当电力供给紧张时，发电企业会用采用高价策略；当电力供给充裕 时，发电企业最终会根据不同的市场状况进行选择性报价。当市场最高限价过高时，发 电企业会倾向于报高价；当市场最高限价降低时，发电企业报高价的概率也会随着降低， 最高限价抑制电价走高的作用显著。 本文在分析日前电力市场中发电企业的演化博弈行为的基础上，运用了复制动态模 型进行了实证分析的创新性研究。本研究为发电企业运用演化博弈策略来实现最大利 润，以及为推进我国电力改革，加强市场监管提供了理论指导。 关键词：演化博弈；发电企业；日前市场；报价策略；复制动态模型 演化博弈视角下发电企业日前市场竞价实证研究 a b s t r a c t t h em 咖p u 印o s eo fe l e c t r i c p o 、e rm 破e tr e f o mi st 1 1 r o u 曲t l l e i n 仃o d u c t i o n c o m p e t i t i o n ，r e a l i z i n gt h er e s o u r c e so p t i m i z a t i o nt od i s p o s ea i l dt ou s e ，s oa st op r o v i d ea c h e a p e ra 1 1 dm o r er e l i a b l ee l e c t r i cp o w e rf o r t h es o c i e t y o u rc o u n t 巧se l e c t r i cp o w e rm a 伙e t r e f o n ns t a r t e df r o mt 1 1 em i d - 19 9 0 s t h r o u g hf o r e i g np o w e rm a r k e tt h e o r i e sa n dp r a c t i c a l e x p e r i e n c e ，o u rc o u m r yc 枷e do nt h er e o r g a l l i z a t i o no fa s s e t sa n dt h ee x p e r i m e n ti ns o m e p r o v i n c e ，a n dg r a d u a l l yf o m e da ne l e c t r i cm a 伙e tt oh a v ep o w e rg e n e r a t i o nc o m p a l l i e s p a n i c i p a t ei nt h ec o m p e t i t i o ni nm ed a y - a h e a de l e c t r i cm a r k e tp r i m 撕l y h o wt od e t e m l i n e t h em o s ts u p e r i o rp r i c es t r a t e g yt oo b t a i nt h eb i g g e s tp r o f i ta c c o r d i n gt ot h eu n i tp e r f o n i l a n c e i n 仕i ed a y a l l e a de l e c t r i cp o w e rm a r k e t ，w h i c hi st h ep r o b l e ma i l dc h a l l e n g ef a c e db yt l l e e l e c t r i c i t yg e n e r a t i o nc o i i l p a n y f i r s t l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e s t h ed e v e l o p m e mo ft h ee v o l u t i o ng 锄et h e o 巧a n dt h e e v o l u t i o n a r i l ys t a b l es t r a t e g y ，a i l do t h e rr e l a t e dc o n c 印t s ，a 1 1 dm e r h a v i n ga 1 1 a l y z e dt h eo t h e r d a yt h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e to p e r a t i o nm e c h a n i s ma n dt h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o np r i v a t e c o s t s 向n c t i o n ，m i sp a p e re s t a b l i s h e sap r i c ed e c i s i o n - m a k i n gs t r a t e g yf o rt h ee l e c t r i c i t y g e n e r a t i o nc o m p a i l y t h e na c c o r d i n gt ot h ec l a y a h e a de l e c t r i cp o 、v e rm a r k e t l sc h a r a c t e r i s t i c a 1 1 dt h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o ne m e 印r i s e sg 锄b l i n gc h a r a c t e r i s t i c ，“sp 印e rh a ss e l e c t e do n e o ft h et y p i c a le v o l u t i o nm o d e l s ad u p l i c a t i o nd y n 锄i cm o d e l 0 nt h eb a s i so fc e r e a i n a s s 啪p t i o n s ，w eo b t a i n e dt w ot y p e so fp o w e rg e n e r a t i o ne n t e r p r i s e s e v o l u t i o n a r ) ，g 锄eo f t h eg a i nm a t r i x ，a n df u i r t h e rs o l v e dt h ed u p l i c a t i o nd y n 锄= l i cm o d e l i ns i m p l i f i e df o m a t1 a s t b yu n i f y i n gm ee a s tc h i n a sd a y a h e a de l e c t r i cp o w e rm a r k e ts i t 呦t i o n ，t h ee l e c t r i c i t y g e n e r a t i o nc o m p a n y sp r i c ed e c i s i o n - m a “n gs t r a t e g y i sc 硎e do nt h ee m p i r i c a la n a l y s i s ， w h i c hr e v e a l st h a tt h em a r k e td e m a n da n dt h ep r i c e - c 印o np o 、e rc o m p a i l i e sh a v ei n n u e n c e o np r i c i n gs t r a t e g y t h ee m p i r i c a la n a l y s i si n d i c a t e d ：w h e nt h ee l e c t r i cp o 、 ，e rs u p p l i e sa r e a i l x i o u s ，t h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o ne n t e 叩r i s ew i l l u s et h eh i 曲两c es t r a t e g y ；w h e nt h e e l e c t r i cp o w e rs u p p l i e sa r ea b u n d a n t ，t h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o ne n t e 印r i s ew i l la c ta c c o r d i n g t ot h ed i a e r e n tm a r k e tc o n d i t i o nt 0c a r r yo nt h es e l e c t i v eq u o t e dp r i c ea tl a s t w h e np r i c e c a p i sh i g h ，t h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o ne n t e 叩r i s e 谢ut e n dt os e l e c th i 曲p r i c e ；w h e n 研c e - c 印 r e d u c e s ，p r o b a b i l i t yo fs e l e c t i n gh i g hp r i c ew i l la l s or e d u c e t h ei 、m c t i o no fp r i c e c a pt ol i m i t t h ep r i c e sr i s ei sr e l n a r k a b l e o nt h eb a l s i so fa 1 1 a l y s i si nc o m p a i l y se v o l u t i o ng 锄eb e h a v i o ri nt h ed a y a h e a de l e c t r i c p o 、v e rm a 伙e t ，t h i sp a p e rc r e a t i v e l yu t i l i z e dt h ed u p l i c a t i o nd y n 锄i cm o d e lt oc a r r yo nt h e e m p i r i c a la n a l y s i s t 1 1 i sr e s e a r c hp r 0 v i d e dt h et h e o r yi n s t m c t i o nf o r t h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o n i i 硕士学位论文 c o n l p a n yt or e a l i z et h eb i g g e s tp r o f i tb yt h ee v o l u t i o ng a m es t r a l = e g y ，f o r l ea d v a i l c e m e n to f o u rc o u m r ye l e c t r i cp o w e rr e f o 肌，f o rm a l l a g e m e mo ft h em a r k e ts u p e r v i s o r k e yw o r d s ：e v o l u t i o ng a m e ，1 1 l e o r ) r ；e l e c t r i c 埘g e n e r a t i o ne n t e 印r i s e s ；d a y - a l l e a dm 狄e t p r i c ed e c i s i o n m a l 【i n gs t r a t e g y ；d u p l i c a t i o nd y n 锄i cm o d e l i i i 硕士学位论文 插图索引 图1 1 本文的研究框架8 图3 1 日前电力市场结构图16 图3 2 电力产品成本组成图1 9 图5 1a 、b 类机组份额图2 9 图5 2 华东电力市场结构图3 0 图5 3 市场最高限价为o 4 7 1 c n y ( k w h ) 发电企业的竞价动态过程3 6 图5 4 市场最高限价为o 3 7 1 c n y ( k w h ) 发电企业的竞价动态过程3 8 v i l 演化博弈视角下发电企业日前市场竞价实证研究 附表索引 表4 1 发电企业竞价收益矩阵2 7 表5 1 发电企业l 成本的回归相关系数结果( c o e m c i e n t ) 3 2 表5 2 发电企业l 成本的回归分析结果( m o d e ls u m m 哪) 3 2 表5 3 发电企业l 成本的回归方差分析结果( a 、，o v a ) 3 2 表5 4 发电企业2 成本的回归相关系数结果( c o e m c i e n t ) 3 3 表5 5 发电企业2 成本的回归分析结果( m o d e ls u m m a r y ) 3 3 表5 6 发电企业2 成本的回归方差分析结果( a v o v a ) 3 3 表5 7 发电企业l 的报价方案( 高价) 3 3 表5 8 发电企业1 的报价方案( 低价) 3 4 表5 9 发电企业2 的报价方案( 高价) 3 4 表5 1 0 发电企业2 的报价方案( 低价) 3 4 表5 1 l 发电企业竟价收益矩阵3 4 表5 1 2 局部稳定分析结果3 5 表5 1 3 发电企业竞价收益矩阵3 5 表5 14 局部稳定分析结果3 6 表5 1 5 发电企业l 的报价方案( 高价) 3 7 表5 16 发电企业l 的报价方案( 低价) 37 表5 17 发电企业2 的报价方案( 高价) 3 7 表5 1 8 发电企业2 的报价方案( 低价) 3 7 v l i l 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所争交的论文是本人在导师的指导f 独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：美抱穆f f i 期：蒯年午月矽同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖 南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 日期：如。3 年中月矽日 日期：矿口2 年y月印日 硕士学位论文 1 1 研究背景与意义 第1 章绪论 1 1 1 研究背景 2 0 世纪8 0 年代末，英国率先实行电力工业化改革建立电力市场以来，电力 的市场化改革在世界各地得到了迅速地推进，电力市场化己成为世界电力工业发 展的趋势。市场化改革的核心都是打破垄断，目的都是为了在电力行业引入市场 竞争机制来进行资源的优化配置和利用，从而为社会提供更加廉价可靠的电力。 1 1 1 1 电力市场的形成 随着电力系统的规模不断扩大，电力生产的成本不断降低，在2 0 世纪早期， 电力系统充分显示了规模经济的优越性，它可以随着系统规模的扩展而提供较低 的电价和较高的系统可靠性。然而，自2 0 世纪6 0 年代以来，情况发生了变化。 相反，电力工业高度垄断的某些负面影响显现了出来，主要表现为非生产性成本 加大。在西方发达国家，电力工业的规模经济性已逐渐饱和，发电机组的效率己 接近或达到了极限，建造更大的发电机组已不能再大幅度降低成本。成本的增加 以及在电价受到管制的情况下，政府要为此承受巨大的财政负担。为了消除这些 负面影响，2 0 世纪8 0 年代末期，一些国家开始放松对电力工业的管制，进行纵 向或横向的解捆，实施电力工业重组，建立竞争性的电力市场。这里电力市场是 相对传统的垄断电力工业而言的。因为从电力工业的百多年发展历程来看，它具 有规模经济性，天然垄断性，是集发电、输电、配电、售电垂直一体的垄断经营， 并非完全竞争的自由市场。所以，有的也把现今的电力市场改革叫电力市场化。 狭义的电力市场一般指发电市场、输电市场、配电市场、售电市场和电力建设市 场等。广义的电力市场是指采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的 原则对电力系统中发电、输电、配电、用户等各成员组织协调运行的管理机制和 执行系统的总合。现今的电力市场，特指打破垄断后，在发电企业之间存在市场 竞争的电力市场，可称之为狭义的电力市场或现代意义上的电力市场。 从全球经济一体化和信息技术的飞速发展进程来看，人类已经从工业经济时 代跨入了知识经济时代。长期的垄断运营使电力工业已经缺乏竞争压力，落后的 经营管理使它逐渐失去了原有的活力，已经明显难于跟进时代潮流。因此，世界 各国都纷纷进行了电力工业的市场化改革。自l9 9 0 年英国电力工业全面走向市 场化并取得初步成功后，美国、日本、澳大利亚、挪威、瑞典、新西兰、印度、 阿根廷、巴西、智利及东欧国家都先后卷入了这股电力工业改革的洪流。上述这 些国家的成功经验表明，实行电力市场，可以促使电力企业从市场竞争中寻找契 演化博弈视角下发电企业目前市场党价实证研究 机，吸引投资，推进技术改造，提高生产效率，从而弱化政府行为，减轻国家的 财政负担；可以促使电力企业优化资源配置，降低能耗，提高效率，减少成本， 节约资源；可以促使电力企业深化改革，为广大客户提供低价、优质、高效的用 电服务。 1 1 1 2 我国电力市场竞价体制的形成过程 我国的电力市场化改革开始于19 9 8 年。1 9 9 8 年12 月，国务院办公厅印发了 国办发( 19 9 8 ) 1 4 6 号文件，要求在上海、浙江、山东和辽宁、吉林、黑龙江6 省 市进行“厂网分开、竞价上网”的电力市场试点工作。此后，我国开始逐步放开 对放开发电侧的管制，允许民间资本投资于电源建设，让各电力生产企业通过一 定的市场规则竞价上网。 l9 9 9 年，我国在华东、东北地区率先开始了“厂网分开、竞价上网 试点， 2 0 0 2 年初国务院颁发了关于电力体制改革方案的国发【2 0 0 2 】5 号文件，拉开 了新一轮电力体制改革的序幕。本轮改革的主要内容是在发电环节引入竞争机 制，文件提出要在“十五”期间实行“网厂分开、竞价上网”，“初步建立竞争、 开放的区域电力市场，实行新的电价机制”。2 0 0 2 年l2 月2 9r ，我国电力工业 进行了重组，成立了国家电网公司、中国南方电网有限公司两家电网公司，中国 华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中 国电力投资集团公司等5 家发电集团公司，以及中国电力工程顾问集团公司、中 国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司等 4 家辅业公司。十一家电力集团公司的成立宣告中国电力工业进入了一个新的发 展阶段，电力工业的垄断地位被彻底打破，引入了竞争机制，是我国电力体制改 革的重大成果。2 0 0 3 年8 月，广东实行“竞价上网”；2 0 0 4 年1 月l5 日，我国 电力竞价上网系统在东北电网公司启动并投入模拟试运行，有2 6 家电厂，10 0 多台发电机组参与了东北电力市场竞价模拟运行，占东北地区电网发电装机容量 的5 5 。随后包括上海、江苏、浙江、安徽、福建四省一市的华东区域电力市场 也进入模拟运行。随着这种电力市场运营机制的建立，电力工业从一体化垄断经 营体制转向以市场为导向的公平竞争机制，逐步实现厂网分开、竞价上网的电力 体制，实现由市场配置电力资源，每一个电厂作为一个独立的企业实体，要以资 源优势和它的管理优势进入这个市场，按照“同网、同质、同价”的原则竞价上 网。 1 1 2 研究意义 电力改革中不同国家可根据自己的国情针对电力工业中发、输、配、售四个 环节的不同开放程度，采用不同的电力模式。但无论采用何种模式，有一点是不 变的，即发电领域开放，允许多种所有制成分、多种经济形式的发电企业存在， 引入竞争机制。与垄断时期相比，发电企业在电力市场环境下的运营方式和经营 2 硕士学位论文 策略有了很大的不同，面临着前所未有的机会和挑战。 发电企业在电力市场中逐渐从电网中分离出来成为一个独立的经济实体，需 要“竞价上网”，与垄断模式下的不自主地发电计划不同，发电企业需要根据未 来时段系统负荷、市场电价的预期值，从自身利益出发，权衡利弊后提交合适的 段容量和段电价进行市场竞价。所以，发电企业面临的最关键的问题是如何根据 机组性能确定最优的报价策略以获得最大的利润，尤其是以日前市场为主要竞价 模式的报价策略的研究。 目前我国当前竞价上网中的发电企业主要为火力发电企业，水电一般作为调 峰机组不参与竞价，所以本文的发电企业均为具有独立法人地位的火力发电企 业。由于我国电力交易中心刚刚成立，发电企业对日前交易市场的环境还不熟悉， 急需完善日前交易市场报价策略，以帮助决策人员和报价人员进行报价，所以本 课题的研究具有重要的实际意义。 1 2 文献综述 1 2 1 国内外研究的文献综述 对于竞价策略的研究，国内外各种研究成果不断，但很多文献都是从电网角 度考虑，对于发电企业的研究不是很多。归纳起来，关于发电企业竞价策略研究 的方法主要有：基于发电成本分析、基于电价预测、基于博弈论的3 种竞价方法。 1 2 1 1 基于发电机组发电成本特性的报价方法 估算各种产品的成本，在高负荷时段，申报适当的高价格，在低负荷时段， 申报适当的低价格。这种方法的基本思路是将发电企业的电能生产成本加上合理 利润( 由发电企业自己确定) 作为上报电价。 国外对于基于发电成本分析的报价策略研究始于2 0 世纪9 0 年代初。d a n i e lf s p u l b e r ( 19 9 3 ) 研究了在信息不对称的情况下考虑到边际成本的增加，发电企业通 过参考电价、改变产量进行多元竞价、广义优先服务等三个战略，获得最大利润 【1 1 。zx i a n 等( 2 0 0 2 ) 根据没有套利的原则，使用秩序自动回归模型a r ( 1 ) 对发电 成本进行分析，通过求解随机价格模型获得优化的竞价策略【2 】。ly a n g 等( 2 0 0 2 ) 根据历史的竞价数据和可利用的( 生产成本) 数据，利用一个模糊编程的模型进行 竞价，并用一个包括六个电力企业的电力市场竞价的例子证实了该模型【3j 。r w a n g 等( 2 0 0 5 ) 在考虑成本和燃料价格等因素的情况下，利用c v a r ( c o n d i t i o n a l v a l u e - a t r i s k ) 模型分析了在两个电力市场中进行竟价的一个优化的策略【引。 国内对于基于发电成本分析的报价策略研究始于2 0 世纪9 0 年代未。孙梅 ( 1 9 9 7 ) 使用统计方法对发电成本进行回归分析，研究发电成本和各个影响因素之 间的数量关系【5 1 。赵新等( 2 0 0 4 ) 从电厂实际发生的发电成本和收入出发，根据成 本的历史资料，利用最小二乘法找出发电量与发电成本的一元统计回归数学模 演化博弈视角下发电企业日前市场党价实证研究 型，建立一次、二次、三次函数和对数回归方程，从中选择拟合效果最好的回归 方程1 6 】，这种基于历史成本的分析方法在用来做预测时具有一定的局限性。黄春 雷等( 2 0 0 0 ) 【7j 通过实时地采集与发电生产成本有关的各种数据，计算分析确定机 组运行情况与发电成本，预测未来1 天的成本趋势，这样能保证机组运行时不亏 损或者在保本的基础上附加一定的利润空间。丁军威等( 2 0 0 3 ) 在对发电机组成本 需求的微观经济分析基础上，建立了机组面对需求曲线的公式及求解方法，提 出了机组市场价格控制区的新概念。基于经济学中企业经营决策的最大利润原 理，阐述了“边际发电成本等于边际发电收入的机组最优竞价准则，提出了拥 有不同市场力的发电企业的最优竞价策略及算法【8 j 。高波等( 2 0 0 3 ) 利用热经济学 理论进行成本计算的方法，热经济学是融合了热力学与经济学的交叉学科，采用 热力学势参数来描述能量流，分析电站主要设备的能耗特性，在获得了子系统特 性曲线的基础上，用该方法计算各个子系统输出和整个系统输出的边际成本特性 p j ，这些特性是进一步进行运行优化、机组组合优化以及形成竞争电价、争取发 电计划的基础和依据。刘洋( 2 0 0 5 ) 利用人工神经网络方法对发电成本进行分析预 测，该方法利用电负荷、热负荷、主汽压力、主汽温度等己知参数作为b p 神经 网络的输入层，经过中间的隐含层，在网络的输出层得到煤耗率、热耗率、锅炉 效率、汽机效率、补水率等参数对成本进行分析预测l l 叭。这样使成本函数更能适 应新的变化，能更准确地预测发电厂的成本函数。 1 2 1 2 基于电价预测的策略性报价方法 这类方法的基本原理是首先对电力市场中相应的电价进行预测，发电企业只 要报一个比预测电价略低的价格即可。对电价的预测主要有三种方法：时间预测 法、神经网络法、基于小波理论的预测方法。 ( 1 ) 时间预测方法 时间序列模型的自回归( a r ) 模型、动平均( m a ) 模型、a r m a 模型，已被 广泛应用于电价预测中。n o g a l e sfj 等( 2 0 0 2 ) 采用基于时间序列分析的动态回归 和转移函数模型对有效电价进行预测【1 1 ，对西班牙和澳大利亚的实证结果表明， 时间序列方法能取得比较好的效果。c u a r e s m ajc 等( 2 0 0 4 ) 使用线性单变量时间 数列模型预测电价，先用差分方法将进行平稳化，然后采用a r m a 对处理后的 平稳序列进行建模和预报【1 2 】。这样，充分发挥了时间序列的优势。d e r kj s w i d e ， c h r i s t o p hw e b e r ( 2 0 0 7 ) 比较了a r m a 和g a r c h 与高斯混合模型，在德国电力市 场中实证证明了扩展的a r m a 可以大大提高对随机过程中电价的估计，并优于 高斯混合模型【l3 | 。李邦云等( 2 0 0 4 ) 提出一种基于数据挖掘中的相似搜索技术和加 权回归技术的短期电价预测方法【14 1 ，该方法简单、方便，对临近日和相似搜索所 得到的相似日的负荷一电价数据用加权回归进行电价预测，最后用美国加州电能 交易所( c a l p x ) 公布的真实数据得到的预测结果验证了该方法的有效性。陆洋等 4 硕士学位论文 ( 2 0 0 5 ) 在综合考虑整个电力市场中电价的波动规律和影响电价的各种因素的基 础上，采用时间序列模型进行电价的预测【l5 1 ，将电价看成一个多输入单输出系统， 并用相关性分析技术进行初始输入数据的筛选，最终得到比较理想的预测的电 价。 ( 2 ) 神经网络预测法 由于时间序列方法仅依靠分析电价自身发展规律进行预测，无法处理多变量 问题，存在一定的片面性。神经网络对大量非结构性、非精确性规律具有自适应 功能，能够有效处理多变量和非线性问题，从而成为目前国内外专家学者研究得 比较多的一种电价预测方法。w a n ga ，e ta l ( 1 9 9 7 ) 基于传统b p 神经网络预测模型 对电价进行预测，虽然预测结果与真正实用化有一定差距，但是它为后来神经网 络方法在电价预测中的研究工作起了一定的引导作用【1 6 j 。y yh o n g ，e ta l ( 2 0 0 2 ) 利用回归神经网络预测电价，与传统神经网络方法相比，回归神经网络法通过将 负载分成三个群来预测电价，就可以有效地估计电价值1 1 7 j 。j jg u o ，e ta l ( 2 0 0 4 ) 采用径向基函数( r b f ) 神经网络，通过不同网络神经传输解决了单一神经网络输 入输出时部分数据错误的问题，并实证了这种方法优于单一神经网络法【l 引。黄日 星等( 2 0 0 0 ) 提出了基于累计式自回归滑动平均模型( a r i m a ) 和人工神经网络 ( a n n ) 的系统边际价格( s m p ) 预测方法【l9 1 ，在这2 种方法中都引入了市场供求指 数( s d i ) 作为影响s m p 的因素。通过对某省级发电市场真实数据的仿真结果表 明，在引入s d i 后，a r i m a 模型和a n n 模型的预测精度都得到了提高。李郁侠 等( 2 0 0 5 ) 以电价时间序列和负荷时间序列的混沌特性为基础，利用多变量混沌时 间序列的相空间重构理论并结合人工神经网络的非线性映射能力建立数学模型 【20 1 ，对我国川渝电网的边际电价进行预测，并对预测结果进行分析，取得了满意 的结果。 ( 3 ) 基于小波理论的预测方法 小波理论是在傅里叶分析基础上发展起来的一种信号处理方法，小波变换能 将各种交织在一起的不同频率混合信号分解成不同频带上的块信号，然后在各个 时频区域分别进行观察和处理，在时域和频域都具有良好的分辨能力1 2 。魏平等 ( 2 0 0 4 ) 以浙江电力市场为背景，提出了一种基于小波分解和神经网络的m c p 预 测方法。该方法对原电价数据进行了预处理，将经小波分解去除细节后的重构电 价序列作为输入参数，并且依据“重近轻远的原则及考虑到电价具有星期的周 期性的特点，重新设计了神经网络拟合误差的代价函数1 2 引。董福贵等( 2 0 0 5 ) 建立 了基于遗传算法的小波神经网络电价预测模型，该模型结合了遗传算法的全局优 化搜索能力以及小波神经网络良好的时频局部性质【23 1 ，经实例验证该模型能有效 地提高预测精度，避免了b p 神经网络的固有缺陷。张显等( 2 0 0 5 ) 以小波分析和 神经网络作为工具，对不同输入因素和不同预测方法下的电价预测精度进行了研 5 演化博弈视角。卜发电企业日前市场竞价实证研究 究，并重点比较了基于分时段电价序列的预测方法和基于顺序电价序列的预测方 法1 24 | 。与基于顺序电价序列的预测方法相比，分时段短期电价预测方法能够使平 均相对百分比误差下降约3 个百分点。 1 2 1 3 基于博弈论的策略性报价方法 博弈论是专门研究2 个或2 个以上有冲突的个体在有相互作用的情况下如何 进行各自优化决策的理论，可以应用到发电企业报价策略的研究中。它的原理是 根据电力交易先构造一个博弈模型和供给函数模型，然后寻找这些模型的平衡 点，这些平衡点就对应发电企业的最优报价策略。 自2 0 世纪7 0 年代起，博弈论开始被纳入到主流经济学的教科书和研究著作 中。特别是最近二十年来，博弈论在经济学中得到了广泛的运用。早在2 0 世纪 9 0 年代初，外国许多学者就开始运用博弈论来研究发电企业的报价策略。m j e x e l b y ，e ta 1 ( 19 9 3 ) 最早利用矩阵博弈模型来分析英国电力市场中发电企业的竞 价策略【2 5 】。r wf e r r e r o ，e ta l ( 1 9 9 7 ) 同样采用了矩阵博弈模型进行竞价策略的研 究。首先将候选的投标策略表示为离散量，通过构造各个发电企业采用不同的策 略组合时的收益矩阵，进而找到一个平衡的投标策略组合，该平衡点对应于最优 的投标策略【26 | 。y uz ，e ta l ( 2 0 0 0 ) 在假设大的发电企业采取垄断战略小发电企业 采取追随战略的基础上，利用s t a c k e l b e r g 模型和供给函数模型找到模型的平衡 点作为发电企业的最优投标策略，并进一步证实了这种方法优于边际成本法【2 7 1 。 eb o m p a r d ，e ta l ( 2 0 0 6 ) 微观经济地分析了在具有容量限制的电力市场中博弈论的 应用，并讨论了容量限制对市场中竞价行为的影响【2 引。 中国由于电力改革起步较晚，国内的学者也是近几年才使用博弈论来研究发 电企业的报价策略。韩富春等( 2 0 0 4 ) 通过运用古诺模型和伯特兰德模型分别建立 了相应的发电厂商竞价模型，并说明在寡头竞争的市场情况下存在纳什均衡【2 9 1 。 袁智强等( 2 0 0 4 ) 利用古诺模型模拟电力市场中发电商的策略行为，模型中考虑了 输电网络约束的影响【3 。苑志勇等( 2 0 0 5 ) 描述了在双边电力市场中基于n a s h 均 衡的竞价策略，这种策略的前提条件是使整个交易过程中的总成本最小化，问题 的关键是找到最佳的买方和卖方的组合，即n a s h 均衡【3 l 】。介绍了电力市场的运 营模式，阐述了竞价策略的数学模型以及模型的参数估计和基本假设，算例和结 论进一步说明了这种竟价策略，并证明了策略的n a s h 均衡的存在。 1 2 2 研究现状的评价 以上关于发电企业竞价策略的研究主要存在以下优势和不足之处： ( 1 ) 基于发电机组发电成本特性的报价方法 基于发电成本分析的方法对发电企业来说原理比较简单、容易掌握，但没有将其他 竞争对手的报价情况考虑进去，很难做到将自己的利润最大化。对发电成本分析和预测 是这种方法的核心，由于需要处理大量的历史数据，而且计算量大，这对发电企业而言 6 硕士学位论文 是非常困难的。 ( 2 ) 基于发电机组电价预测的报价方法 基于电价预测的方法原理上简单，但准确预测市场电价是非常困难的，因为电价预 测需要对系统负荷需求、系统可用容量、其他发电企业的投标以及输电网拥塞情况有全 面的了解，需要有充分的历史数据。电力市场的参与者很少，随机性和投机性大，电价 变化起伏性大，电价规律不易掌握。 ( 3 ) 基于博弈论的策略性报价方法 博弈论方法通过估计其他发电企业可能的投标行为，采用经典博弈理论的思想，寻 找市场均衡点和己方的最优竞价策略，因而采用博弈论的方法来进行策略性报价，其模 拟结果更接近实际。但是经典博弈理论是建立在准确收益的共同知识假设和“完全理性” 的假设基础之上的，不仅要求行为主体始终共同知道准确的收益并以自身最大利益为目 标，还要求他们在博弈环境中具有完美的判断和预测能力。 1 3 研究思路与技术路线 1 3 1 本文的研究思路 目前，研究发电企业市场行为的方法大多采用经典博弈理论，着重对单个发电企业 的短期市场行为进行分析。而对于发电企业群体报价行为的研究较少，方法上也较为单 一。经典博弈理论的分析在行为主体理性及市场信息方面有“完全的”和“充分的 严 格要求，使得分析模型与实际情况产生了较大差异，而且缺乏对主体行为的动态描述。 本文从现实问题出发，结合近年我国电力市场化改革的新特点，在假设人的有限理 性基础上运用动态演化博弈论模型对火力发电企业在日前电力市场的竞价策略进行研 究，放弃了经典博弈理论的完全理性假设，并考虑火力发电机组在日前电力市场中运行 的特点，应用演化博弈理论的思想建立演化博弈的竞价模型对发电市场中发电企业报价 行为进行分析，利用华东电日前电力市场数据进行实证分析，得出结论。 第一章是文章的绪论部分，介绍国内外研究的现状和存在的问题，并提出本文的研 究思路和框架；第二章简要介绍演化博弈理论以及它与经典博弈理论的区别；第三章根 据发电企业在日前电力市场中的市场条件，我们可以得到发电企业在日前电力市场中的 成本函数和报价的决策函数；第四章在第二章和第三章的基础上，分析了发电企业在日 前电力市场中的博弈行为，建立了复制动态模型，并进一步求解了它在日前电力市场中 的简化博弈形式；第五章通过具体的实证分析，研究了市场需求、最高限价对发电企业 报价的影响，以定量分析为基础，提出有益的政策建议。 1 3 2 本文的技术路线 本研究以问题为导向，在分析演化博弈理论与发电企业在日前市场中竞价的 基本特征基础上，构建了复制动态模型，并结合华东日前电力市场的情况，对日前 7 演化博弈视角下发电企业日前市场竞价实证研究 电力市场中发电企业报价策略进行了实证分析，揭示了市场需求、最高限价对发电企业 报价策略的影响。本研究的技术路线如图1 1 。 图1 1 本文的研究框架 1 4 本章小结 本章分析了在日前电力市场中发电企业的竞价策略研究的背景与意义，阐述了国内 外竞价策略研究的现状，指出现有研究的不足和缺陷，进而提出本文的研究思路和框架： 在假设人的有限理性基础上运用动态演化博弈论模型对日前电力市场进行研究，放弃了 经典博弈理论的完全理性假设，最后通过实证进行分析，得出结论。 8 硕士学位论文 第2 章演化博弈理论 博弈理论一直是经济研究的热点问题之一，2 0 世纪8 0 年代博弈论形成了一 个完整的体系后，逐渐成为主流经济学的一部分，甚至可以说成为微观经济学的 基础。博弈论的发展对其它学科的研究产生强有力的影响，被广泛应用到生物学、 计算机科学、道德、哲学等领域，因此也带来了演化博弈理论的产生和发展。 2 1 经典博弈理论概述 2 1 1 博弈论的概念 博弈一词来源于英文单词“g 锄e ”，比如下棋、打牌这类游戏就可以称之为博弈， 大的来说，人类社会以命相搏的战争也是博弈。这些“g 锄e ”的一个共同特征就是所 有的游戏参与者都试图“智胜”对手，要智胜对手就得随机应变，最为重要的就是可以 预见到对手可能采取的行动，事先有所准备。用专业术语说，就是决策主体( 个人、企 业、集团、政党、国家等) 在相互对抗中，对抗双方( 或多方) 相互依存的一系列策略和行 动的过程集合。博弈论( g 锄et h e o r ) ，) ，又称对策论，它研究的是当决策主体的行为发 生直接相互作用时的决策以及这种决策的均衡问题，也就是说，当一个主体，好比一个 人或者一个企业的选择受到其他人、其他企业选择的影响，而且反过来影响到其他人、 其他企业选择时的决策问题和均衡问题。 2 1 2 经典博弈理论的发展 博弈理论的历史悠久，有关博弈问题的研究可以追溯到1 9 世纪经济学中关于对策 的研究，如经济学家古诺( c o 啪o t ) 和伯川德( b e n r a n d ) 对于少数制造商操纵和控制市场 问题的研究。1 9 2 8 年，冯诺依曼( v o nn e u m 锄) 发表了第一篇求解“零和”问题的具 有博弈论里程碑性质的论文。1 9 4 4 年，由冯诺依曼( v o nn e u m 籼) 和摩根斯坦 ( m o r g e n s t e m ) 合作出版了博弈论和经济行为( 1 1 1 e1 1 1 e o r yo fg 锄e sa n de c o n o i i l i c b e l l a v i o r ) 一书，提出了标准型、扩展型和合作型博弈模型解的概念和分析方法，从而 奠定了博弈论的理论基础，标志着博弈理论体系的形成。2 0 世纪5 0 年代和6 0 年代， 博弈论得到了快速的发展。其中最重要的就是1 9 5 0 年纳什( n a s h ) 提出的纳什均衡( n a s h e q u i l i b r i 啪) 概念，其中心思想是对于两人或多人博弈，在均衡态( 或平衡态) 下，即所 有的个体同时都采取n a s h 均衡策略，没有个体可以通过单方面改变自己的策略而获得 更高的奖励( 或收益) 【3 引。后人把这种源于冯诺依曼和摩根斯坦经纳什发展而形成的 博弈论称为经典博弈理论【33 1 。1 9 9 4 年，三位长期致力于博弈论研究实践的学者纳什 ( n a s h ) 、海萨尼( h a r s a i l y i ) 和泽尔腾( s e l t e n ) 共同获得了诺贝尔经济学奖；2 0 0 5 年的诺 贝尔经济学奖又授予了在博弈论方面做出重大贡献的经济学家罗伯特奥曼( i 沁b e r tj 9 演化博弈视角下发电企业日前市场竟价实证研究 a u m a j l n ) 和托马斯谢林( t 1 1 0 m a scs c h e l l i n g ) 。可见，博弈论的发展使经济学产生了革 命性的变革，它在经济领域中的重要地位和巨大作用已经得到了社会的承认和权威的肯 定。 2 2 演化博弈的基本理论 2 2 1 演化博弈理论的概念 演化博弈理论是把博弈理论分析和动态演化过程分析结合起来的一种理论，它从有 限理性的个体出发，以群体为研究对象，认为现实中个体并不