（产业经济学专业论文）基于博弈论的发电公司竞价策略研究.pdf

基于博弈论的发龟公司竟价最略研究 静态贝叶斯博弈及其均衡。 第4 章：假设发电公司具有完全信息，基于c o u r n o t 模型的发电公司竟 价策略。得出了基于假设情况下的每家发电公司的最优产量的表达式。这一 章是为下面不完全信息条件下发电公司竞价策略作对照参考。这和微观经济 学中以完全竞争作为基本分析对象类似。 第5 章：基于不完全信息博弈的发电公司竞价策略。首先分析了直购电 力价格讨价还价模型，论证了：发电公司和大用户通过直购合同出售和购 买电力，那么在实时市场上会出现价格下降的效果，可以降低发电公司窜谋的 动力，从而能够提高整个电力市场的效率。为了鼓励发电公司和大用户签 订直购电力合同，应该提高实时电力市场的透明度。然后又分析了在基于暗 标拍卖的不完全信息竞价博弈模型中，论证了：发电公司的最优报价由它 的单位成本、最大可供电量、竞价成功的两种可能性的概率、预期的市场清 除价格以及电量成本的变化率来确定。而竞价成功的两种可能性概率是根据 电力需求量、参加竞价的发电公司数量、其他发电公司成本的分布函数计算 得到的。在实际的发电公司竞价中，每家发电公司都具有学习能力和比较理 性的，他们可以从以前的重复交易中( 重复博弈) ，可以估计出市场的出清价 格、其他发电公司成本的分布函数、竞价成功的两种可能性的概率等。结 合实例说明了在发电公司的实际报价策略如下：一般情况下，发电公司会将 其大部分容量都报在低价位，以确保能顺利中标，避免无谓的启停机成本； 将剩余的小部分容量报价接近电价上限的高价，这是因为在峰荷时，电能的 需求有可能进入此高报价段，即使没有进入此段，发电公司的损失也不过是 最后小部分容量的发电利润，而一旦最后那部分容量中标，成交价就会很高， 发电公司就会赢得超过成本很多的超额利润。这种竟价策略使得发电公司承 担的市场风险很小，却拥有巨大的超额利润预期。因此。发电公司一般会采 用以上竞价策略。 第6 章：结论与研究展望。对全文进行系统总结，并得出研究结论。 关键词：电力市场。博弈论，竟价策略 a b s t r a c t w i t ht h ec u r r e n to fe l e c t r i ci n d u s t r yf r o mm o n o p o l yt oc o m p e t i t i o n ，p o w e r m a r k e th a sb e e ne s t a b l i s h e di no u rc o u n t r ys t e pb ys t e p i nt h ec o n t e x to fp o w e r m a r k e t , g e n e r a t o r sa st h ep r o v i d e r so fp o w e rw i l lb i db a s e do ut h er e g u l a t i o no f p o w e rm a r k e t s oi ti sv e r yi m p o r t a n tt ob et h ew i n n e rf o rg e n e r a t o r s ，w h i c hw a n tt o e x i s t t h u si tw i l lg i v eac h a n c et or e s e a r c ht h eb i d d i n g s t r a t e g yo fg e n e r a t o r st o o i nt h i sp a p e r , e x p l o r a t i o ni sp e r f o r m e dc o n c e r n i n gt h eb i d d i n gs t r a t e g yb a s e d o ng a m et h e o r yi nt h ec o n t e x to fp o w e rm a r k e t f i r s t l y , lr e v i e w e dt h es t u d yo f g e n e r a t o rb i d d i n gs t r a t e g ya th o m ea n da b r o a ds y s t e m a t i c a l l y , a n dib e l i e v et h a ti t i sa p p r o p r i a t et oa n a l y s et h eg e n e r a t o rb i d d i n gs t r a t e g yb a s e do ng a m et h e o r y ； t h e n ，ii n t r o d u c t e db r i e f l yt h eb a s i cc o n p e c to ft h ee l e c t r i cm a r k e ta n dg a m et h e o r y a sw e l la ss e v e r a li m p o r t a n tg a m em o d e l ；a n a l y s e dt h eg e n e r a t o rb i d d i n gs t r a t e g y u n d e r i n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n ，a n d d r a w e d s o m e e o n c l u s i o n s f i n a l l y , l s u mu p t h e e o n c i n s i o n s 柚dd ot h cs t u d yp r o s p e c t s t h ep a p e ri sd i v i d e di n t os i xc h a p t e r s ，i t ss t r u c t u r ea n dc o n t e n ta sf o l l o w s ： c h a p t e r1 ：i n t r o d u c t i o n t or a i s e d t h ei s s u ea n di n t r o d u c tt h er e s e a r c hs t a t u so n g e n e r a t o rb i d d i n gs t r a t e g ya th o m ea n da b r o a c lt oa n a l y s et h es t a t u st op r o v i d et h e r e s e a r c hb a c k g r o u n d c h a p t e r2 ：i n t r o d u c t i o no fe l e c t r i cm a r k e t f i r s t l y , t oj n t r o d u c tt h ed e f i n i t i o n a n dc h a r a c t e r i s t i c so fp o w e rm a r k e t , w h i c hf o c u so nt h es p e c i a lc h a r a c t e r i s t i c so f e l e c t r i cm a r k e t ；i m m e d i a t e l y , t oi n t r o d u e tb d e f i yt h ec o m p o s i t o mo fp o w e rm a r k e t a n de l e c t r i ct r a n s a c t i o nm o d e l ，t h e nf o c u so nt h ed e v e l o p m e n ts t a g eo fe l e c t r i c m a r k e t ，a n dc h i n ai si nt h es t a g eo fc o m p e t i t i o n - i ng e n e r a t i o n ，c o m p e t i t i o ni n g e n e r a t i o ns e c t o r , m o n o p o l yi nt h es e c t o ro ft r a n s i t i o n ，d i s t r i b u t i o na n ds a l e i nt h e s y s t e mo fc o m p e t i t i o ni ng e n e r a t i o ns e c t o r , t h ei n d e p e n d e n tg e n e r a t o r s a g eo n l y a l l o w e dt os a l ee l e c t r i c i t yt ot h ee x i s t i n gp o w e rg a d ，b u tt h ee x i s t i n gp o w e rg a d c o m p l e t e l ym o n o p o l i z e dt h ee n d u s e r s a c t u a l l y , i ti sas i n g l e p u r c h a s e re l e c t r i c m a r k e tm o d e l f i n a l l y ，t oi n i r o d u c tt h ed e v e l o p m e n to f p o w e ri n d u s t r yi nc h i n a c h a p t e r3 ：i n t r o d u c t i o no fg a m et h e o r y f i r s t l y , t oi n t r o d u c tt h ed e f i n i t i o no f g a m et h e o r y , a n dt h eb a s i ce l e m e n t sa n dc a t e g o r i e so fg a m et h e o r y t h e n ，t of o c u s o nn a s he q u i l i b r i u m ，w h i c hi n c l u d e st h ed e f i n i t i o no fn a s he q u i l i b r i u m ，t h e e x i s t e n c eo fn a s he q u i l i b r i u m ，t h es o l u t i o no fn a s he q u i l i b r i u m ，a n dc o n s i s t e n c y o fn a s he q u i l i b r i u m f i n a l l y , t oi n t r o d u c tb r i e f l ys t a t i cb a y e sg a m ea n di t s q u i l i b r i u m c h a p t e r4 ：a s s u m i n gg e n e r a t o r w i t hc o m p l e t ei n f o r m a t i o n ，t h ep a p e ra n a l y s e t h eb i d d i n gs t r a t e g yo fg e n e r a t o rb a s e do nc o u m o tm o d e l ，a n dg e tt h ee x p r e s s i o n o ft h eo p t i m a ly i e l do fg e n e r a t o r t h i sp a r ti st h er e f e r e n c eo ft h ef o l l o w i n gb i d d i n g s t r a t e g yo fg e n e r a t o rw i t hi n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n i ti s s i m i l a rt oc o m p e t i t i o na s t h eb a s i ca n a l y s i si nm i c r o e c o n o m i c s c h a p t e r5 ：t h eb i d d i n gs t r a t e g y o fg e n e r a t o rw i t hi n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n f i r s t l y , t h ep a p e ra n a l y s e dt h a tt h eb a r g a i n i n gm o d e l9 fd i r e c tp u r c h a s eo f e l e c t r i c i t y , a n dp r o v e dt h a t ：g e n e r a t o ra n dt h eb i ga s e ic a ns a l e a n dp u r c h a s e e l e c t r i c i t yt h r o u 【g hd i r e c tc o n r t r a c t ，a n dt h e nt h e r ew i l lb et h ee f f e c to fd o w n w a r d i n p r i c e i nr e a l t i m em a r k e t s oi t c a l lr e d u c et h e i m p e t u s o f g e n e r a t o r s f o r c h a n n e l i n g a n di ta l s oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h ee n t r ee l e c t r i cm a r k e t i n o r d e rt oe n c o u r a g et h ed i r e c tc o n r t r a c tb e t w e e ng e n e r a t o ra n dt h eb i gu s e r , w ec a n e n h a n c et h et r a n s p a r e n c yo fr e a l t i m ep o w e rm a r k e t s e c o n g d l y , t h ep a p e ra n a l y s e d t h eb i d d i n gs t r a t e g yg a m em o d e li ni n c o m p l e t ei n f o r m a t i o nb a s e do nt h ef i r s t p r i c e a u c t i o n a n dp r o v e dt h a t ：咖ed e t e r m i n i n gf a c t o r so f g e n e r a t o ro p t i m a lp r i c e i n c l u d e st h a ti t su n i tc o s t ，m a x i m u mc a p a c i t y , t h ep r o b a b i l i t yo ft w op o s s i b i l i t i e s ，t h e e x p e c t e dm a r k e tc l e a r i n gp r i c ea n dt h er a t eo fc h a n g ei ne l e c t r i c i t yc o s t i nt h e a c t u a lg e n e r a t o rb i d d i n g ，e a c hg e n e r a t o ri s p a a i a lr a t i o n a la n dh a v ea b i l i t y t o l e a r n ，a n di tc a ne s t i m a t et h em a r k e tc l e a r i n gp r i c e ，t h ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o no ft h e c o s to ft h eo t h e rg e n e r a t o r s ，t h ep r o b a b i f i t yo ft w op o s s i b i l i t i e sf o r mt h ep r e v i o u s t r a n s a c t i o nf r e p e a t e dg a m e s ) w i t he x a m p l e so fa c t u a lg e n e r a t o rb i d d i n g ，t h c b i d d i n gs t r a t e g i e s a sf o l l o w ：u n d e rn o r m a lc i r c u m s t a n c e s ，i no r d e rt os m o o t h s u c c e s s f u l l ya n da v o i du n n e c e s s a r yd o w n t i m ee o s t s ，g e n e r a t o rr e p o r t sm o s to fi t s c a p a c i t yi nl o w - p r i c e ；g e n e r a t o ra l s or e p o r t st h e s m a l lp o r t i o n a ir e m a i n i n gc a p a c i t y i nt h eh i g hp r i c ec l o s i n gt ot h eh i g i lt a r i f fc e i l i n g b e c a u s et h a t i nt h ep e a k 2 a b s t r a c t d a m a n d ，t h ed e m a n do fp o w e rm a ye n t e rt h ep a r a g r a p hh i g hp r i c e ，e v e n i nt h e a b s e n c eo fa c c e s st o t h a ts e c t i o n ，t h el o s so fg e n e r a t o ri so n l yt h ep r o f i to ft h el a s t s m a l l c a p a c i t y ，b u t o n t 睫：t h ef i n a lp a r ts m o o t h e d ，l h cp r i c ew i l lb eh i g h ，a n d g e n e r a t o rw i l l , w i nae x c e s sp r o f i tm o r et h a nt h ec o s t t h i ss t r a t e g ym a k e st h a t g e n e r a t o rc a nh a v eae x p e c t e de x c e s sp r o f i t , w h i l e i tb e a rl i t t l em a r k e tr i s k s o g e n e r a t o r w i l lu s et h eb i d d i n gs t r a t e g yg e n e r a l l y c h a p t e r6 ：c o n c l u s i o n sa n dr e s e a r c hp r o s p e c e t s t h i sc h a p t e rs u m su p s y s t e m a t i c a l l y ，a n dd r a w s t ot h er e s e a r c hc o n c l u s i o n i f 江y w o r d s ：p o w e rm a r k e t , g a m et h e o r y , b i d d i n gs t r a t e g y 3 西南财经大学 学位论文原创性及知识产权声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。因本学位论文引起的法律结果完全由本人承担。 本学位论文成果归西南财经大学所有。 特此声明 学位申请人： 2 0 0 7 年1 0 月3 日 1 引言 1 引言 1 1 选题的背景及其意义 随着经济的发展，人口的增长，能否实现经济、能源与环境协调发展， 促进经济社会的可持续发展，是决定2 l 世纪人类发展前景的一个重大问题。 电能作为一种重要的基础能源，与国民经济息息相关，电力发展与经济增长 相互拉动、彼此影响。电力产业的改革与发展一直以来都是理论界和实务界 研究讨论的热点。 长期以来，世界各国的电力产业多采用垂直垄断的管理模式，并由政府 实行严格的管制，甚至出现了国家直接经营管理模式。之所以如此，一般认 为是基于电力产业对经济发展的重要性以及电力产业的某些基本技术经济特 征：前者认为电力产业是国家的基础产业，不允许电力产业出现任何闪失： 后者认为电力企业具有自然垄断性、发输配售电各环节需要同时完成，因此 造就了完全垄断的电力经营管理模式。但实践表明严格垄断的管理模式存在 诸多弊端：如电力短缺、服务水平差、电力消费者没有选择权、整个电力产 业效率低等。随着电力技术的发展，尤其是电力控制与信息技术的发展，电 力产业发、输、配、售电四环节分开经营管理成为可能，这在很大程度上对 原有的完全垄断经营管理模式形成了挑战。 2 0 世纪9 0 年代以来，世界各国掀起了电力产业市场化改革的浪潮。引 入竞争，增加活力，已成为世界各国电力产业的发展趋势。传统的自上而下 的垂直管理模式受到挑战，而最大限度地利用竞争代替行政命令，已被大多 数国家所接受。建立电力市场，本着公平、平等的原则进行电力自由贸易的 方式越来越受到人们的重视。其基本思想是：对垂直一体化经营的电力系统， 实行不同程度地放松管制、引入竞争、提高效率：其核心是：将发电、输电、 基于博弈论的发电公司竞价策略研究 配电的主要功能分解成在商业运营方面互相独立的实体，将电力、电量、输 电、售电服务、辅助服务等商品，尽可能精确地表示为电价，将电力系统的 各种操作以经济尺度加以衡量，在所有市场参与者之间公平、公j 下地分摊相 关费用。英国是电力市场的开拓者，美国、巴西：阿根廷、澳大利亚、新西 兰、挪威等诸多国家经过多年的实践，积累了丰富的经验。这些国家的电力 市场化改革给其电力产业带来了活力，并激励了世界上其他各国的电力市场 化发展过程。 我国已于1 9 9 7 年底初步摆脱了电力短缺的状况，基本满足了国民经济 发展和提高人民生活水平对电力的需求。随着电力产业的迅速发展和近年来 城乡电网大规模技术改造项目的实施，电力产业市场化运营的环境日趋成熟。 为此，我国于1 9 9 8 年开始“厂网分开、竞价上网”试点，制定了分阶段建 设具有中国特色的电力市场体系改革与发展战略。 根据发达国家电力市场的经验和教训，结合我国的实际国情，现阶段我 国电力市场的改革主要是在发电侧引入竞争。由于电力商品及其生产的特点 和我国现状决定了大部分的发电容量往往只由几家大的电力公司掌管。因此， 我国现有的电力市场属于寡头垄断市场，用传统的新古典经济学的解释不尽 合理，而这正是博弈论最重要的运用领域之一。因为在“厂网分开、竞价上 网”发电市场环境下，发电公司目标不再是系统最优，而是自身利益最大化。 发电厂商向电力交易中心上报自己的报价曲线，电力交易中心将各发电厂商 的报价从低到高排序，在满足系统约束的条件下，按照购电费用最小的原则， 安排各发电厂商的出力曲线，最终以边际电价或者实际报价同各发电厂商结 算。各发电厂商通过自己的竟价策略来影响系统边际电价，进而影响自己能 否上网以及结算的价格，从而影响自己的收入。发电厂商如果报价过高，可 能不能上网发电，如果报价过低，虽然可以上网发电，但结算电价偏低，得 不到预期的支付，所以合理的竞价策略对发电厂商有着至关重要的作用，是 发电厂商在竞争中立于不败之地的基础。从这个意义上讲，电力市场为博弈 论的应用提供了一个良好的平台。近年来，博弈论在经济领域得到了广泛应 用，成为分析具体经济问题的有力工具。现在越来越多的研究人员运用博弈 论来研究电力市场中的各种问题。 本论文在借鉴国内外相关理论研究成果的基础上，结合我国电力改革的 2 1 引言 实际情况，对现有阶段的发电公司竞价博弈问题进行了较为深入的分析，并 得出了一些有意义的结论。 1 2 国内外研究动态 发电公司的竞价策略是指发电公司在电力市场进行电力交易时根据市场 规则迸行竞价决策时所采用的一整套策略。由经济学理论可知，在完全竞争 的电力市场中，社会效益达到最大化，发电公司的虽优竞价策略是把发电价 格设定在公司运营的边际成本上。但是电力市场不是完全竞争市场，而是更 接近于寡头垄断市场，这是由电力市场的特殊性决定的。在我国更是如此， 由几家大型电力公司控制着整个发电市场。所以发电公司可以不以边际成本 做定价，而是利用市场结构和规则的不完美来进行竟价以增加利润，这称为 策略性的竞价 近年来，国内外在发电公司竟价策略方面作了大量的研究工作。文献 1 对2 0 0 0 年以前有关报价策略的文献进行了相当全面地综述。但是，随着电力 市场的发展，新的问题不断出现，有关发电公司竟价策略的研究更加活跃， 新方法、新思路层出不穷。下面重点对发电公司竟价方法方面的研究傲简要 综述。 发电公司竟价的主要方法 l 、基于预测市场出清的策略性报价方法 这种方法在原理上相当简单。如果一个发电公司可以准确预测出市场的 出清价格，且该价格高于成本，那么他只要报出稍微低于市场出清价格即可 获利。但是，预测市场出清价格实际上很困难，这需要对负荷需求、其它发 电公司的投标行为、电力市场的整体运行情况等有一个比较全面的了解，需 要有充分的历史数据。由于很多电力市场刚建立不久，历史数据尚不充分， 要对市场价格作比较准确的预测相当困难；另外，这种方法有一个隐含的假 设：电力市场是完全竞争市场，即任何一个发电公司的竞价策略不会影响市 场出清价格。由于电力市场接近于寡头垄断市场，市场参与者很少，随机性 和投机性大，寡头定价影响市场出清价格，进而电价变化起伏性大，电价规 律不易掌握。因此，这种方法很少采用 基于博弃论的发电公司竞价簟培研究 但是，作为发电公司报价人员和决策人员的参考，对市场电价进行预测 是非常必要的。文献 2 指出电价的预报准确程度是影响竞价决策的一个非常 关键的因素，并提出了几种提高系统电价预测精度的措施。一是尽量准确地 考虑竞争对手的报价对电价的影响；二是提供多种电价预测的模型和算法， 根据各电力市场在具体时期的实际运作规律选择使用；三是建立短期一中期一 长期电价预测的完整体系，进行滚动预测，建立自适应修正模型。 2 、预测竞争对手的报价行为的方法 这种方法通过预测其他发电公司的报价行为来构造自己的竟价策略，该 方法首先需要对整个市场中所有竞争对手的报价策略以及费用函数的分布密 度的各项参数进行预测，然后利用概率论或者模糊数学的方法得到报价曲线 和支付函数的期望值，最终决定自己的报价策略。该方法的困难在于能否准 确地预测竞争对手的报价行为。可采用统计方法或者预测方法( 如神经网络) 来估计。但准确的预测竞争对手的报价行为需要掌握充分的竞争对手的历史 报价数据。但是，一般来讲，竞争对手的报价数据不充分( 有可能是保密数据) ， 只有通过估计竞争对手的成本再加上竞争对手市场力来预测其竞价行为。此 外，由于由于电力市场接近于寡头垄断市场，市场参与者很少，随机性和投 机性大，所以很难掌握竞争对手的竟价规律，这种方法有待进一步深入研究。 3 、基于博弈论的策略性竞价方法 博弈论是专门研究两个或两个以上利益有冲突的个体，在相互作用的情 况下，如何进行各自优化决策的理论。可以应用到发电公司竞价策略的研究 中。它大体可分为两种情况。第一种情况是基于矩阵博弈模型，首先将候选 的投标策略表示为离散量，以迎合这种模型的特征。当投标策略为几个离散 点时，可以构造各个发电公司采用不同的策略组合时的支付矩阵( p a y o f f m a t r i x ) ，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。第二种情况是基于寡头博弈模型( o l i g o p o l yg a m em o d e l ) ，主要是 c o u r n o t 模型、s t a c k e l b e r g 模型和供给函数模型( s u p p l yf u n c t i o nm o d e l ) 。 这些模型的平衡点对应于发电公司的最优投标策略。 文献 3 介绍了博弈论的建模以及求解过程，并简要阐述了博弈论在电力 市场中的应用。文献 4 将发电公司的竞价过程描述成一个不完全信息的非合 作博弈过程。将所有的竞争对手等效为一个虚拟的竞争对手，提出了基于博 4 1 引言 弈论和概率论的发电公司竞价模型。文献 5 3 利用博弈论中n 人对策理论，对 独自竞价和联盟竟价情况下发电公司的行为和市场状况进行了研究，结论是 只要保持产权独立，各参与人结成的联盟不会稳定。文献 6 3 研究了发电公司 的不完全信息竟价博弈模型，该模型考虑了发电公司的单位成本、竟价成功 的可能性概率及预测的市场出清价格等因素。文献 7 通过引入第三方博弈把 不完全信息的博弈转化为完全信息但不完美信息的博弈来求解。每个市场参 与者均对自己的竞争对手进行分类( 类型) ，并对每一种可能性进行概率估计， 形成了一个概率意义上的期望支付矩阵，求其纳什均衡点。 不论是预测市场出清价格，还是预测竞争对手行为，以及博弈论方法， 都是策略性报价，广义地说，其实质理应都是博弈论的研究范畴。从这一角 度来说，研究电力竞价，也就是研究博弈论在电力竟价中的应用 1 3 研究思路、研究方法以及研究的主要内容 1 3 1 研究思路、研究方法 本文的研究思路：先是在在较系统地回顾国内外发电商竞价策略研究现 状的基础上，认为利用博弈论研究发电商竟价策略较为合适；接着简要介绍 了电力市场和博弈论的一些基本概念，为后文基于博弈论的发电公司竞价策 略作铺垫；然后重点对不完全信息下的发电公司竞价策略分两方面进行研究 分析，针对发电公司与大用户之间的直购电力合同电价进行分析，并得出 一些结论；针对发电公可向电力交易所( p x ) 报价进行研究，并得出一些 结论；最后总结本文，并做出研究展望 本文的研究思路如下图所示。 5 基于博弈论的发电公司竞价簟略研究 圈1 研究思路 本文的研究方法主要是运用博弈论分析发电公司的竞价策略。 1 3 2 研究内容 本文的研究内容安排如下：第1 章：绪论。提出待研究的问题及国内外 发电商竞价策略研究现状。对现状进行分析，为下文研究提供背景。第2 章： 电力市场理论概述。对电力市场的相关理论进行了概述，为后文研究作铺垫。 第3 章：博弈论相关理论概述。对博弈论的基本概念和模型进行了概述。为 后文研究作铺垫。第4 章：假设发电公司具有完全信息，基于c o u r n o t 模型 的发电公司竞价策略。为下一章的不完全信息博弈分析做一个比较基础。第5 章：不完全信息下发电公司竟价策略。对不完全信息下。不同情况下的发电 公司竟价策略问题进行分析研究，为发电公司竟价上网，实现自身利益最大 化，提供决策支持。第6 章：结论与研究展望。对全文进行系统总结，并做 出研究展望。 1 3 3 本文的创新 在现有文献资料的基础上，提出了发电公司不完全信息竞价博弈的两种情况，f = 分析 其过程和得出基本结论。在第二种情况f ，结合能搜集到的数据，做简要分析。 6 2 电力市场理论概述 2 电力市场理论概述 本论文主要研究电力市场改革中发电公司的竞价博弈模型，为了便于本 文的分析，本章主要对电力市场相关理论进行简要概述。 2 1 电力市场的定义和特征m 电力市场是电力交易主体按照一定的市场交易规则，围绕者电力以及相 关的服务( 如输电服务、运行调度服务及辅助服务) 的价格和交易数量进行决 策的交易关系的总和。电力市场的运作主要是基于价格机制与市场供需机制 的相互作用进行，并受到相关机构的有限管制。 需要注意的是，电力市场存在着具体的买方和卖方，但在不同的市场中， 交易主体的身份会有所改变。如发电市场中的买方输电公司，在我国目前 的终端市场( 输配一体化的情况下) 中则转变为卖方。不同的电力市场设计，买 卖双方的关系会更复杂，但是都有具体所指。 ( 一) 电力市场一般特征 电力市场般的特点体现在： 1 竞争性( 价格形成的市场化) 。从世界各国的电力产业重组与市场化改 革的取向来看，不难发现其核心主要在于建立可竞争性的市场结构。所以，这 里所谓的“市场”，首先要体现各主体纵向问与横向阃的竞争性，尤其是发电 侧与供电侧的横向竞争而竞争性的电力市场的核心就在于价格形成的市场 化。 2 公平性。不同的电力运营者必须在交易地位、交易规则上享有平等性， 这里，主体纵向问竞争是指发电侧或供电铡内部再单位之问的竞争，如在发电侧，各发电公司相互竞 争竟价e 回形成发电侧的缀向竞争：横向同竞争是指发屯侧( 供给方) 和供屯侧 o ，b o ，o p m a 一时，用户将不再使用电能) 。 6 每家发电公司的支付函数为 u f ( 占i ) = 尸圹( b 三) 一c f ( 曰j ) ，( i = 1 ，2 ，n ) 应用古诺模型研究竞价策略就是首先计算出c o u r n o t 均衡状态是参与竟 价的发电公司的发电量，然后应用反需求函数求解该发电量对应的电价作为 竟标电价。 二、两个发电公司的竟价问题研究 假设一个电力市场，由两家发电公司1 ，2 竞争供应电能。 由c o u r n o t 模型假设可知，用户的反需求函数为p = f ( b o ，总电能b l b + b 2 ， 两家发电公司的支付函数分别为： u , ( b o = b l f ( b l ) - c i ( b 1 ) u e ( m ) 一m f ( b o c z z ) 7 完全理性( e r f e c tr a t i o n a l i t y ) 包括( 追求最大利益的) 理性意识、分祈推理能力、识别判断能 力、记忆能力和准确行为能力等方面的完美性要求 3 5 基于博弈论的发电公司竞价策略研究 分别对上两式关于b 1 、曰2 求倡导以求得c o u r n o t 均衡： 必；0 和o u z ( b z ) ；0 a b l 。 a b 2 可以得到如下方程组： f ( p 眦一包) 一2 + c 。) e k b 2 = 0 l ( p 衄一6 2 ) 一2 + c ：) 最一皿；0 求解方程组可得两家发电公司的均衡发电量分别为： 木 旦= 尼( 以一破) 一2 ( 以一反) ( 七+ c ：) k z _ 4 + c ，) + c ：) e ；k ( a - b , ) - 2 ( a - b z ) ( k + c , ) 2 k z 一4 ( 七+ q ) ( 七+ c 2 ) 假设一个电力市场，由r l 家发电公司竞争上网供电。 b 。= b f ，( 忽略电能损失) 。 u i ( b i ) = 限) 一d 慨) _ - 2 帕) f + ( p 叫一七善乃如) 屡咄( 1 ) 在这样一个市场上，每一个发电公司都是独立地( 非合作) 做出发电量 及报价的决定，并且每家公司都具有完全信息。 假设c o u r n o t 的均衡解为b = ( b 。，b 。，b ，b 。，b l ) ，那么均衡解必 须满足以下条件： 4 完全信息下基于c o u m o ! 模型的发电公司竟价模型 u i ( b 。，b 。，b 。，b + ，b 。) = m a x u i ( b ，b 。，b ；，b 。，b 。) 对上式中的b i 求偏导： 掣：o 睁，川 晒f u 1 旬川”7 这一等式表示了n 个等式组成的方程组，他们的解便是钠什均衡解也是 最优电量。 将( 1 ) 式代入( 2 ) 式可得 百o u ( b o = 二礅+ 奶州毫跏匕如一- ( 3 ) ) 一j 式( 3 ) 是具有n 个等式和n 个变量的一个线形方程组，其解可通过解析 法求得： 只，一6 ，一七再n 。姜i ：二等 m 。j 弋1 了瓦 ( i ：l ，2 ，n ) ( 4 ) 2 c j ) “薹，篙1 爿2 川八4 式( 4 ) 代表c o u r n o t 均衡解，也就是完全信息情况下的每家发电公司的 最优产量。分析上式可知，每家发电公司的最优产量不仅与自己的成本( 成 本系数) 有关，还和其他发电公司的成本( 成本系数y 有关。因为在完全信 息条件下，每家发电公司的成本( 成本系数) 是共同知识，因此每家发电公 司都能预测到其他发电公司的成本，进而预铡到其最有产量和最优总体产量， 然后可以计算出市场出清价格。按此出清价格或稍低一点即可中标。 完全信息条件下发电公司竟价模型和结论都较为简单，但可以作为不完 全信息下发电公司竟价效果的分析参考标准。若不完全信息下竞价效果和完 全信息下竟价效果相差不多，则说明发电公司的博弈能力和学习能力很强， 而且市场管制有效。若若不完全信息下竞价效果和完全信息下竟价效果相差 很多，则说明发电公司有串谋的可能和市场管制效率低。 5 不完全信息下发电公司竞价模型 5 1 发电公司不完全信息竞价博弈简介 在上一章中，我们假设发电公司具有完全信息，是为了分析方便和为以 下的分析作为参考。但是，在现实的电力市场中，发电公司不可能具有完全 信息。这主要表现在：1 、发电公司不可能对整个电力市场电能需求量有完全 了解，只能靠历史数据进行预测。2 ，发电公司对竞争对手的生产成本、单位 支付情况、竞价策略等不可能有完全了解，只能是进行估计，也就是说只能 知道竞争对手的支付的概率分布，不知道其确切的数值。3 、发电公司和大用 户进行直接交易时，再进行价格谈判中，也不清楚大用户的确切需求和确切 支付，只能估计其数值。其实在大部分市场上，交易双方都不具有完全信息， 电力市场也不例外。以上列举的三个方面只是无完全信息表现中的一部分， 足以看出，发电公司在竞价中面临很多不确定的因素。这是这些不确定因素 使得博弈论在竞价策略中得到越来越多的应用，从而提高交易效率及发电公 司的利润。由于第一种情况分析较为复杂和作者水平有限，因此在本文中不 再分析下面的分析分别针对以上第二和第三个方面进行博弈分析。 5 2 直购电力价格讨价还价博弈模型n 1 、博弈问题的描述 在发电、输电与配电相互分离的电力市场模式下，发电公司或大用户都倾 向于通过签订合同来实现电力交易。为达成合同交易，发电公司与大用户要进 行关于合同价格( a p 直购电力价格) 和合同电量的谈判。 假定合同电量q 是一个常数，双方只针对直购电力价格p 进行讨价还价谈 5 不完全信息下发电公司竞价模型 判。在谈判之前，双方都对未来某一时段实时电力价格有一个预期，分别用再g 和乳表示发电公司和大用户对该时段实时电力价格的预期。这个预期对直购 电力价格的谈判起着决定性作用。 在发电公司与大用户之间的讨价还价博弈中。如果w c ( w g ，即大用户对未 来某一时段实时电力价格的预期小于发电公司对该时段实时电力价格的预期， 那么，该交易是不能达成的。因为发电公司和大用户分别在实时电力市场上出 售和购买电能是双方的最优选择。只有当w c 一 w g 时，合约交易才有可能达成。 本节研究在w c 一w g 的条件下发电公司和大用户之间关于直购电力价格的讨价 还价博弈。 2 、直购电力价格讨价还价博弈模型构建 在实际的电力交易谈判中，谈判双方的出价并不是同时的。往往是一方给 出一个价格，另一方选择接受或拒绝，如果拒绝，他可以给出自己的价格，双方 在关于这个价格继续进行谈判，直到谈判结束为止。又因为发电公司和大用户 都不知道对方的实时电力价格预期的准确值，和w c 都是私人信息，即豫是 发电公司的类型，霄c 是大用户的类型显然这是一个不完全但完美信息8 动态 博弈 虽然交易双方都不知道对方的实时电力价格预期的准确值，但是双方能 够对对方的预期做出估计判断。假设： a 发电公司估计耽服从 a ，b 区间上的均匀分布，大用户估计w g 也服从 b 区间上的均匀分布。 b 发电公司和大用户在讨价还价博弈的过程中都具有完全理性和学习毙 力，他们根据对方的出价和对方在博弈中的行为不断改变对博弈对手的实时 电力价格预期的估计。即当发电公司在第一阶段出价p i ，大用户修正他对w g 的初始估计，认为w g 服从 a ，p 1 区间上的均匀分布。同理，适用于大用户。 c 折算系数为盯( o 盯 0 即p 。耳g ( 1 ) 他一定会选择接受。不管第一阶段他的出价p l 。是多少，此时发电公司的支 付为仃( p 广w g ) q 。 现在来看第二阶段大用户的出价。首先，大用户知道发电公司在这一阶 段的选择方式，即