发电企业与电网企业上网电价的博弈

发电企业与电网企业上网电价的博弈

张世翔1,2, 李沁芳3, 府聪2

(1.上海电力学院 科研处, 上海200090; 2.上海电力学院 经济与管理学院, 上海200090;

3.同济大学 经济与管理学院,上海200092)

摘要:借助博弈理论,以社会效益的最大化和新能源发电企业的可持续发展为目标,建立了一种发电企业和电网企业在不完全信息条件下对于上网电价的贝叶斯博弈,确定了上网电价的定价策略,通过测算分析,验证了模型的适用性.

关键词：上网电价;电网企业;贝叶斯博弈;线性均衡

收稿日期：2015-05-05

作者简介：通讯张世翔(1979-),男,博士后,教授,安徽巢湖人.主要研究方向为能源经济与管理,智能电网与新能源等.E-mail:zsxwh@126.com.

基金项目：上海市教育委员会科研创新重点项目(14ZS146);上海市哲学社会科学规划课题(2013BGL016);上海高校内涵建设085工程项目“能源经济与服务管理”子课题;上海电力学院校本级重点学科建设项目.

中图分类号：F426.61; F407.61文献标志码： A

GameAnalysisofPowerGenerationCompaniesandGridCompaniesinTariff

ZHANGShixiang1,2,LIQinfang3, FU Cong2

(1.Office of Scientific Research,Shanghai University of Electric Power,Shanghai200090, China;

2.School of Economics and Management,Shanghai University of Electric Power,Shanghai200090,China;

3.School of Economics and Management,Tongji University,Shanghai200092, China)

Abstract:With the help of the game theory,in order to maximize the social benefits of sustainable development and new energy power generation business as the goal,a Bayesian game is set up for electricity generating companies and power companies with incomplete information for the next tariff.A pricing policy based on linear strategy equilibrium tariff by power generation companies is established.On this basis,determining tariff pricing policy,the applicability of the model is calculated.

Keywords:tariff;gridcompanies;Bayesiangame;linearequalization

随着我国电力市场的发展和不断完善,逐渐形成了一种常用的上网定价模式,即发电企业和电网企业的相互博弈得到最终定价.[1]近年来,我国电力市场的逐步发展和完善使得发电企业的报价更加公平和透明.在现有环境下,发电企业上网定价是一个双向选择,与之前在政府机制下的定价相比,市场化的竞价机制无疑更加有利于经济的发展和能源的环保.[2]

通过市场化机制的引入,在发电产业发展到一定阶段时,就逐步形成了不完全的市场环境.电网企业和发电企业之间经过长时间的观察和博弈,会逐渐熟悉对方的特征和战略,这样一来便形成了不完全信息下的贝叶斯博弈,这种贝叶斯博弈的目的就是将不完全信息和决策人主观判断结合起来,进而做出最优决策,使得各方利益最大化.[3-4]

本文主要对引入市场化机制后的不完全市场化环境下发电上网电价的情况进行了分析和探讨.

1发电商与电网企业基于上网电价的博弈模型

1.1　模型假设

一般情况下,博弈论中有一个基本的假定,即所有的博弈参与者都是理性的.另外,博弈论中的“理性经济人”,是指博弈的参与者都是绝对理性的,其参与博弈的根本目的就是通过理性的决策,使自己的收益最大化.[5-7]也就是说,在环境已知的条件下,采取一定的行为,使自己获得最大的收益.此外,为简化问题再做下列假设:

(1) 电网企业和发电商都是以利润的最大化为原则的风险中性者;

(2) 二者的选择相互独立,且服从已知区间上的均匀分布；

(3) 二者分别将成本和估价的线性函数作为定价策略.

1.2　参数设定

设发电商的发电成本是c,电网企业对上网电价的估计值为v,令发电成本c和估计值v在[m,n]上服从均匀分布,而发电企业要价为Pv，电网企业选择出价为Pe,在这一情况下,双方形成了不完全信息下的静态贝叶斯博弈.在贝叶斯博弈中,发电企业的要价Pv是c的函数,记做Pv(c);电网企业的出价Pe是v的函数,记做Pe(v).

2不完全信息下贝叶斯博弈模型的求解过程

2.1　函数设定

由于双方的成本和估价均为线性函数,可设发电商和电网企业的定价分别为:

(1)

Pe(v)=αe+βec

(2)

(1) 对所有c∈[m,n],最优化问题:

Prob{Pe(v)≥Pv}

(3)

(2) 对所有v∈[m,n],最优化问题:

Prob{Pe≥Pv(c)}

(4)

2.2　求解函数

由于电网企业对发电商发电成本的估价v在[m,n]上服从均匀分布,那么Pe在[αe+βem,αe+βen]上也服从均匀分布.从而有:

(5)

而

(6)

将式(5)和式(6)带入发电企业的目标函数可得:

(7)

最优化的一阶条件为:

(8)

同理可得,发电商发电成本c在[m,n]上服从均匀分布,故Pv在[αv+βvm,αv+βvn]上也服从均匀分布.则有:

(9)

且有:

(10)

将式(9)和式(10)带入电网企业的效用函数,得:

(11)

最优化的一阶条件为:

(12)

分别对Pe和Pv求导后解两个一阶方程,得到的线性纳什均衡为:

(13)

(14)

由于只有当发电企业的要价高于电网企业的出价时才有可能达成交易,因此必须有:

(15)

化简后得:

2.3　结果分析

图1中斜线部分表示了双方效用都大于零的交易空间.

由此可知,在估价为均匀分布时,按照不完全信息下的静态贝叶斯博弈,若双方的出价和要价均在交易空间内,则代表双方均能接受对方的出价和报价,并且有一定的利润空间,能够实现基本的盈利,但要达到纳什均衡,即各方效用的最大化,还需要作进一步的案例分析.[8]

图1　线性均衡策略下的交易空间

3算例分析

以太阳能光伏发电的上网电价为例,分析不完全信息下光伏上网电价的定价机制,运用贝叶斯博弈模型解决其定价问题.[9-12]

按照上述算法,建立光伏电商与电网关于上网电价的贝叶斯博弈模型,设c和v在[0.5,1.2]上服从均匀分布.当:

取v=1.2 元/kWh,c=0.8 元/kWh,博弈双方可共同获益.

此时:

而平均价格为:

此时,光伏企业的效用为:

而电网企业的效用为:

进一步分析可知,当发电企业的成本c与电网企业的价格估计值v取不同值时,所得的结果也是不同的.在双方博弈的实际过程中,发电企业为了自己效益的最大化而尽可能地抬高价格,电网企业则为了满足更多用户的需求而尽力压低价格.

当c=0.7,v=1.0时,Pv(c)=0.81元/kWh,Pe(v)=0.89 元/kWh,故P=0.85元/kWh,发电企业的效用Uv和电网企业的效用Ue正好都为0.15 元/kWh,双方可以在0.85 元/kWh的上网电价上成交,这样就能够实现双方利益的最大化.

4结论

(1) 上网电价的制定与发电商的发电成本、电网企业的价格估计,以及他们的均匀分布区间密切相关.

(2) 电网企业应从全局角度考虑,优化新能源发电资源的配置,进而促进发电产业的良性发展.

(3) 在面对同样已经确定的上网电价时,不同成本的发电企业获得的利润是有很大差别的,这就促使高成本企业积极降低自身成本从而降低电价来提高自身竞争力.因此,发电企业应对自身的生产成本和定价进行全方位分析,提高与电网企业达成交易的几率.

参考文献：

[1]王冬放,李存斌.博弈论在竞价上网中的应用研究[J].现代电力,2002,19(1):99-102.

[2]谭忠富,赵杰,曹福成,等.发电企业与电网企业交易中利益均衡的多目标规划模型[J].现代电力,2007,24(1):84-87.

[3]杨珊珊.基于博弈论的我国发电企业竞价策略研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学管理学院,2013.

[4]CHENG D.Economic analysis of the electricity market in england and wales[J].IEEE Power Engineering Review,2009,19(4):57-59.

[5]GREEN R J.The electricity contract market in England and Wales[J].Journal of Industrial Economics,2009,47(1):107-124.

[6]CAO Wujun,ZHENG Qi.A study on photo voltaic internet pricing problem under bargaining game analysis[C].Proceedings of 2012 3rd International Asia Conference on Industrial Engineering and Management Innovation,2012:770-773.

[7]周建中,李清清,李超顺,等.基于博弈论的发电侧竞价市场均衡特性分析[J].电力系统保护与控制.2010,38(24):82-86.

[8]张金辉,李薇.基于博弈论的发电权交易报价研究[J].技术经济与管理研究,2013,(9):9-13.

[9]虞华,郭宗林,陈光亚,等.新能源产业现状及发展趋势[J].中国电力,2011,44(1) :83-85.

[10]樊建强,徐海成.基于贝叶斯博弈均衡的合理低价中标下投标报价模型[J].统计与决策,2008(18):65-67.

[11]姚建刚,周启亮.基于期权理论的发电权交易[J].中国电机工程学报,2005,25(21):76-81.

[12]张森林,陈皓勇.电力市场中双边交易及其节能减排效益分析[J].华东电力,2010(3):332-336.李存斌.博弈论在竞价上网中的应用研究[J].现代电力,2002,19(1):99-102.

[2]谭忠富,赵杰,曹福成,等.发电企业与电网企业交易中利益均衡的多目标规划模型[J].现代电力,2007,24(1):84-87.

[3]杨珊珊.基于博弈论的我国发电企业竞价策略研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学管理学院,2013.

[4]CHENG D.Economic analysis of the electricity market in england and wales[J].IEEE Power Engineering Review,2009,19(4):57-59.

[5]GREEN R J.The electricity contract market in England and Wales[J].Journal of Industrial Economics,2009,47(1):107-124.

[6]CAO Wujun,ZHENG Qi.A study on photo voltaic internet pricing problem under bargaining game analysis[C].Proceedings of 2012 3rd International Asia Conference on Industrial Engineering and Management Innovation,2012:770-773.

[7]周建中,李清清,李超顺,等.基于博弈论的发电侧竞价市场均衡特性分析[J].电力系统保护与控制.2010,38(24):82-86.

[8]张金辉,李薇.基于博弈论的发电权交易报价研究[J].技术经济与管理研究,2013,(9):9-13.

[9]虞华,郭宗林,陈光亚,等.新能源产业现状及发展趋势[J].中国电力,2011,44(1) :83-85.

[10]樊建强,徐海成.基于贝叶斯博弈均衡的合理低价中标下投标报价模型[J].统计与决策,2008(18):65-67.

[11]姚建刚,周启亮.基于期权理论的发电权交易[J].中国电机工程学报,2005,25(21):76-81.

[12]张森林,陈皓勇.电力市场中双边交易及其节能减排效益分析[J].华东电力,2010(3):332-336.

(编辑白林雪)

DOI：10.3969/j.issn.1006-4729.2015.04.018