博弈论论文[1].doc

在电力市场的应用学生：王赢 学院：电气工程学院 专业：电气信息类 班级：电工092学号：0908040154 一博弈论研究综述一 国内外博弈论研究现状博弈论是一种独特的处于各学科之间的研究人类行为的方法。与博弈论有关的学科包括数学、经济学以及其他社会科学和行为科学。在国内外，关于博弈论方面的研究则是比较丰富，但基本上都是集中在微观经济领域，也有涉及宏观经济领域的。18世纪以前，博弈问题的研究便在学术界展开了，而现在博弈理论中的一些经典博弈模型，如关于产量决策的Cournot模型和关于价格决策的Bertrand模型（分别于1838 年，1883年提出），但博弈论的真正发展则是在20世纪。20世纪初期是博弈论的萌芽阶段。其研究对象主要是从竞赛与游戏中引申出来的严格竞争博弈，即二人零和博弈。在此阶段提出了博弈扩展性策略、混合策略等重要概念。这一阶段最重要的成果就是诺伊曼的最小最大定理（1928），他为二人零和博弈提供了解法，同时对博弈论的发展产生了重大影响。30年代前后是博弈论学科的建立时期。博弈论领域第一本重要著作是诺伊曼与奥斯卡摩根斯坦(Oskar Morgenstern)出版的博弈论与经济行为（1944）。该书汇集了博弈论的研究成果，将其框架首次完整而清晰地表达出来，使之成为一门科学。还详尽地讨论了二人零和博弈，并对合作博弈作了探讨，开辟了一些新的研究领域，并在经济学上广泛应用。50年代是博弈论的成长期。纳什为非合作博弈的一般理论奠定了基础，他提出了博弈论中最重要的概念纳什均衡，开辟了博弈研究的一个全新领域。他规定了非合作博弈的形式，定义了著名的“纳什均衡点”。此后四十余年里，大量学者致力于研究博弈的结构，发展“纳什均衡点”理论，探讨其实际应用的可能性。与此同时，合作博弈理论在这个阶段也得到发展。由于二战硝烟散去不久，以及美苏的对立，博弈论的重要应用领域是军事问题及冷战策略。此后，经济学成为博弈论最重要的应用领域。60年代是博弈论的成熟期。不完全信息的扩充使博弈理论变得更具广泛应用性，基本概念也得到了系统阐述与澄清，博弈论成了完整而系统的体系，并在经济理论的“逻辑范畴”与相应的“博弈重要解”之间找到了对应关系。特别是博弈论与数理经济理论间建立了内在的牢固的关系。海萨尼与塞尔腾正是在这一时期开始他们的工作，海萨尼提出了不完全信息理论，开始均衡选择问题的研究。70年代是博弈论的进一步丰富。博弈论本身在若干领域获得重大突破，博弈论开始对其他学科的研究产生强有力的影响。计算机技术的飞速发展使得研究复杂与涉及大规模计算的博弈模型发展起来。经济模型有了更深入的研究，特别是非合作博弈理论被应用到若干特殊的经济模型中，使一些复杂的经济问题得到博弈解。博弈论还应用到生物学、计算机科学、哲学等领域。博弈论逐渐成为人们分析、认识、解决许多领域的决策问题的工具。英国的雷特哈丁在公用地的悲剧（1968）中成功地将“囚徒的困境”和资源耗竭结合起来，提出了“公用地悲剧”，描述了理性地追求最大化利益的个体行为是如何导致公共利益受损的恶果。哈丁说:“在信奉公用地自由化的社会中，每个人都追求各自最大的利益。这是灾难所在。毁灭是所有人都奔向的目的地”。哈丁的“公用地悲剧”现象说明了在以追求最大化利益的个体之间为实现公共利益而采取合作的集体行动是极其困难的。 80年代以后，博弈理论研究大多属于应用性研究。美国艾望克拉斯缪森( Eric Rasmusen )（1989)从信息的角度对博弈论提出了对称信息动态博弈、对称信息重复博弈以及不对称信息动态博弈的理论。美国Russell WCooper (2002)提出了宏观经济学中的协调博弈理论，并提出了政府在解决协调问题中的角色，既可以保持经济的稳定性，又可能导致政策的不确定性，其主要原因是“时间不一致性”，“在一些情况下，私人行为主体与政府之间不同的目标会导致时间一致性问题的出现。在另外一些情况下，私人行为主体无法将外部性问题内部化也会导致时间一致性问题。这些外部性的存在既为政府千预提出了理由也同时成为时间一致性问题的基础”；“从直觉上来说，政府可以选择一个行动来实现自己的目标去影响私人行为主体的选择。然而，一旦选择了X，政府就无法影响私人行为主体，所以政府必然想采取一个不同的行动”。二 博弈论在电力市场应用的研究现状博弈论是研究市场经济的重要工具。电力作为特殊的商品，它的生产、运输、销售和消费也逐渐走向市场化。世界范围内很多国家的电力工业走向放松管制、引进竞争的进程中，遇到很多前所未有的新课题，运用博弈论来分析解决其中一些问题是一个研究方向。 用博弈论模拟电力市场，模拟的结果可能更加接近实际，为市场模式设计提供依据。另外，电厂或用电用户作为市场的参与者，可以用博弈论来分析市场，研究如何报价获利最大。正确运用博弈论关键要针对电力市场的特点正确选择模型和解的概念。例如：力量相当的两个区域电网之间交换功率的情形比较适合用古诺模型和Nash谈判解方法；而自备电厂与公用电网之间的交易可能更适合用Stackleberg模型。博弈的结果是依赖于拥有的信息，采用什么样的信息披露政策是设计电力市场模式的一个方面。例如：电厂竞价上网，一个成功的报价不仅取决于自己的实力，还有赖于他人如何报价。但是各方往往不清楚互相之间成本、报价等信息，因为这些信息都是各自的商业秘密。如何处理这种信息既不完全也不完美的博弈是一个重要的课题。反过来，博弈的实验结果也为电力市场披露怎样的信息提供依据。博弈论和电力市场理论都是很年轻的科学，两者都有广阔的发展天地，两者的结合可以互相促进二正文：1. 典型博弈的纳什均衡和简要分析，纳什均衡是一种策略组合，给定对手的策略，每个参与人选择自己的最优策略。也就是说，纳什均衡是一种僵局，其他参与人的策略一定，没有任何人有积极性偏离这种均衡的局面。经济学中的完全竞争均衡，就是纳什均衡，因为买卖双方都是按照既定的价格进行交易量的选择，结果导致了零利润。“囚徒困境”博弈是完全信息静态博弈的典型例子，被认为是上策纳什均衡，具有必然性，但在现实中非纳什均衡也同样出现。本文就“囚徒困境”中非纳什均衡出现的问题，对博弈的前提假设完全理性、完全信息以及概率进行了分析，得出的结论是：完全理性中的整体思维方式和概率为零的事件的发生以及完全信息等于一致信念时引起的不确定性，都可能导致非纳什均衡出现，而其出现的可能性则取决于采取整体思维方式的人的比例。2. 博弈论在电力市场中的应用简介1、电力市场博弈模型的研究 正确运用博弈论关键要针对电力市场的特点正确选择模型和解的概念。 2、不完全及不完美信息博弈的研究 博弈的结果是依赖于拥有的信息，采用什么样的信息披露政策是设计电力市场模式的一个方面。例如：电厂竞价上网，一个成功的报价不仅取决于自己的实力，还有赖于他人如何报价。但是各方往往不清楚互相之间成本、报价等信息，因为这些信息都是各自的商业秘密。如何处理这种信息既不完全也不完美的博弈是一个重要的课题。 3、自备电厂与公用电网之间的交易问题 用博弈论来分析评价在分时定价的环境下拥有自备电厂的用户对定价的影响作用。自备电厂的用户既可以从公用电网购电，也可以自己发电来满足自身需求。为解决两者的冲突，有三种博弈模型可供选择：非合作博弈模型，合作博弈模型和超博弈模型。构造三个局中人：公用电网，普通用户，带自备电厂的用户，并且假设它们的需求函数、边际成本、收益函数等均是线性的。 4、区域间输电交易分析 互联网间短期电力交换是一种经济运行的手段。应用Nash博弈论来分析简单的两区域系统单时段交易分析，得出双方都可接受的交换功率和交易价格。在此基础上，又提出了一种两阶段迭代计算方法来处理外部交易计划与内部经济调度的协调。 5、转运市场中电网的固定成本分摊问题 转运市场中一个难题是网络输电服务定价，这个定价能够给网络使用者一个信号，以达到全网最优化；并且能够补偿网络的投资者，网损、变动成本、固定成本等费用在网络使用者中合理分摊；同时能够正确激励网络增容。节点实时价格（nodal spot price）制度可以解决网损和网络阻塞问题。6自备电厂与公用电网之间的交易 开放发电市场的进程中，拥有自备电厂的用户是一类特殊的市场参与者，它既是用电用户，也可以是电力的供应者。随着电力市场深入发展和工业的进步，自备电厂将成长为一支生力军。文献5用博弈论来分析评价在分时定价的环境下拥有自备电厂的用户（NCP）对定价的影响作用。NCP既可以从公用电网购电，也可以自己发电来满足自身需求。为解决两者的冲突，作者提出了三种博弈模型：非合作Nash博弈模型，合作博弈模型和超博弈模型。作者构造了三个局中人：公用电网，普通用户，带自备电厂的用户（NCP），并且假设它们的需求函数、边际成本、收益函数等均是线性的，通过数字模拟得出了一些有趣的结果：NCP的加入促使公用电网降低出售给NCP的电价；冲突还使普通用户得到更多益处。该文为解决自备电厂与公用电网的相互作用提供了很有用的分析思想。但是尚有三点可以进一步改进：该文尚未考虑NCP将自己多余的自发电卖给公用电网的情况；该文将公用电网和NCP置于平等的市场地位可能不符合实际市场，如果公用电网规模很大，NCP数目很多但规模小，考虑Stackerlberg模型更符合两者实际；该文假设公用电网的目标函数是整个社会利益最大化，而并非是自身利益最大化，这个假设不符合电力市场需要解除管制的发展方向。文献 6部分解决了以上问题，它重点放在自备电厂和公用电网相互作用的方式的选择：公用电网回购NCP多余电力（buy-back system）或者公用电网收取NCP运转电力的过网费（wheeling charges）。该文分析了在不同市场环境下，各方的得益情况，得出了一些可能只有用博弈论才能得出的结论。7.区域间输电交易分析 互联网间短期电力交换是一种经济运行的手段。白晓民等在文献7中应用Nash博弈论来分析简单的两区域系统单时段交易分析，得出双方都可接受的交换功率和交易价格。在此基础上，文献8提出了一种两阶段迭代计算方法来处理外部交易计划与内部经济调度的协调。该文所用的博弈模型是二人非零和对策，采取合作型对策，应用 Nash谈判公理作为仲裁程序，决策出双方都可接受的交换功率和交易价格。应该指出，白晓民等的分析是基于完全信息的博弈也即博弈双方均对对方在各种情况下的得益了解非常清楚。如果缺少这方面的信息，又应该如何分析处理呢？这个问题值得进一步深入探究。8.转运市场中电网的固定成本分摊问题 运转市场中一个难题是网络输电服务定价，这个定价能够给网络使用者一个信号，以达到全网最优化；并且能够补偿网络的投资者，网损、变动成本、固定成本等费用在网络使用者中合理分摊；同时能够正确激励网络增容。节点实时价格（nodal spot price）制度可以解决网损和网络阻塞问题。但是文献9的作者认为节点实时价格制度不能完全回收输电系统的固定投资，为了解决双边贸易中输电系统固定成本公正分摊问题，作者提出了基于多人合作博弈模型，可以计算出逐条线路逐笔交易的分摊费用。文中使用“核仁”作为模型的解。该方法的优点：使用“核仁”而不用Shapely值，因为“核仁”处于核心，分配值更加稳定和易于被各方接受；提供了一种激励，减轻线路过载。9.基于Pool或PX模式的多边贸易市场 电力市场环境下的博弈具有行动策略随机性、信息隐蔽性，这些特点都给建模和计算造成困难，从而限制了实际应用。各种文献在处理这种不确定信息环境下的决策问题中，通常需要假设或者估计对方的信息，方法各有特色。在文献10作者认为在完全竞争的市场环境下，市场参与者相对于市场规模都显得很小，市场影响力很小。在这种情况下，优化报价决策不需要博弈的思想。文中作者认为电力市场属于不完全竞争市场，单个市场参与者对市场是有影响力的，其模型本质上属于不完全信息的非合作博弈。例如：每个参与者只知道自己的成本信息，而不知道对方的成本等信息。在这种情况下作者提出了这样的一个问题：在无法完全了解对方的信息情况下，参与者如何投标（选择高价投标还是低价投标）才能使自己收益最大。该文通过转化的方式把不完全信息的博弈变为信息完全但不完美的动态博弈来求解。每个市场参与者均对自己的对手可能的出价进行分类，并对每一类的可能性进行概率估计，形成一个概率意义上的期望收益矩阵，用Nash平衡点的概念求解矩阵，得到问题的解。文献1112作者提出了一种谈判模型。每一个局中人进行决策时，都同时执行以下两个步骤：对可能的合作对象按照一定的指标进行优先排序；按照谈判优先顺序，逐一进行讨价还价，谈判的规则与程序是预先设定好的。该文的特色是谈判对象的优先顺序表的形成。排序的准则基于该局中人A对关于他人的信息的了解程度。先分别对其他局中人的成本信息进行分类，并对每一类出现的可能性进行概率估计。然后假设与某局中人B进行合作，互相交换共享所拥有的信息，联合成博弈的一方，剩下的局中人结合为博弈的另一方。这样的博弈模型的Nash平衡点是概率意义上的期望值，作为与B合作的优先指标。对每个局中人都进行一遍以上计算，得到了A的谈判对象优先顺序表。每个局中人都有自己的一张优先顺序表。最后按照预先设定的谈判规则与程序，各方同时进行合作谈判，谈判要解决如何合理分配或均衡比单干多出的利益。该文关键的一点：正确掌握对方的成本、策略等信息。各方可能从每一次博弈的结果中得到有用的反馈信息，并用这种反馈来更新自己的知识库，提高对他人了认识。遗憾的是作者并没有提到如何实现这样重要的学习过程。该文的模拟算法中的一个缺点：计算量随局中人的数目和每个局中人类型的数目的增长呈指数增长。主要参考文献 ：n 1尚金