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发电公司电力竞价策略研究

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第21卷第1期 长沙理工大学学报(社会科学版) Vo1.21 No.1 2 0 0 6年3月 JOURNAL OF CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE&TECHNOLOGY(SOCIAL SCIENCE) Mar.2 0 0 6 发电公司电力竞价策略研究 张新华 (长沙理工大学管理学院,湖南长沙410076) [摘要】文章基于一级密封拍卖原理,构造出多商品拍卖模型,给出了多商品拍卖中的投标策略,然后结合电力竞价的 特点分析了发电公司的竞价策略;对电力报价进行算例分析,认为电力竞价类似“智猪博弈”:即大发电公司偏好选择 合谋型报价策略,而小发电公司更多地选择竞争性报价或不合作报价。 [关键词]多商品拍卖模型;竞价策略;电力市场 [中图分类号]NO31 [文献标识码]A [文章编号]1672-934X(2006)01—0o74一O5 A Study of Bidding Strategy of the Generation Company zHANc X/n—hua (School ofManagement,Changsha Univers ofScience&Technology,Changsha,Hunan 410076,China) Abstract:This artide presents the model of multi—unit auction On the basis of the theory of ifrst price scaled bid auction and offers the gener- la bidding strategy fo bidders for the multi-unit auction.In combination with the characteristics of elcetric power bidding,it analyses the bid— cling strategy of power generation companies with a simple numerical example served and the conclusion drawn that electric power bidding strate一 seemsto be a”gamingofthewise”:big power generation companies preferto collusion strategy,and small ones competition or non—cooper- afire strategy. Key words:model of multi—unit auction;bidding strategy;electric power market “电力竞价策略”研究是目前研究的热点和重点。福栓 中的应用,认为发电厂商用边际成本报价是最优的;Ashan 将电力竞价策略研究归纳为三种方法,即预测市场出清价、 RaHmi Klan用双头拍卖理论与动态博弈论研究了多市场下 预测其他竞争对手的竞价行为以及基于博弈论的策略性竞 的能源竞价策略问题。 价方法;勤华等人对应用博弈论研究发电公司报价策略的 在上面研究工作基础上,本文考虑基于一级密封拍卖印 成果进行了详细的综述;而陈皓勇等人对拍卖理论在电力竞 (first price sealed—bid auc ̄on)原理的多商品锄(multi・unit)拍 价中应用的研究现状做了系统的综述。这些综述性论文为 卖及其在电力竞价中的应用,即发电厂商同时报一个竞价函 进一步研究电力竞价提供了一般意义上方法与思路。但其 数,而不仅仅是一个电价与一个电量的单一组合。在对构建 所综述的文献,大多仅考虑竞价人(发电公司)仅报一个价的 的模型求解与分析基础上,给出竞标人的投标策略,并结合 情况,即单商品拍卖,而实际上电力公司在电力竞价中是报 电力竞价分析发电公司选择合谋型竞价策略与竞争性竞价 一条竞价曲线,属于多商品拍卖的研究范畴。 策略的条件,最后得出电力竞价是一个类似“智猪博弈”的结 在多商品拍卖方面也已有一些研究,Teun Dramsma用 论。 Bayes Nash均衡研究了需求者可以购买两单位商品情况下 一、投标中的拍卖原理 的最优报价问题,并给出了一个非常复杂的报价公式;D. 在此先对一级密封拍卖原理做简单介绍。 Nauta对市场跟随型竞价人,在多商品拍卖中的行为进行了 以n个投标人竞标生产合同或提供服务合约为例进行 的分析;Joseph G.Crespo用文中定义的BFE(Bid Function 说明。在一级密封价格拍卖中,投标人(bidder)同时将自己 Eqm ̄bfia)研究了多商品拍卖以及这种拍卖在实时电力市场 的出价写下来装入一个信封,密封后交给拍卖人,拍卖人打 收稿日期:2005—12—20 作者简介:张新华(1973一),男,湖南双峰人,长沙理工大学管理学院讲师,博士,主要从事随机博弈、行为博弈、演化博弈 等理论在电力市场中应用性研究。 74 维普资讯 http://www.cqvip.com 2006年第1期 张新华:发电公司电力竞价策略研究 开信封,出价最低者为赢者,并按它的出价支付价格,拿走被 拍卖的合同或提供服务。 “r=( 一Ci)【∑ (p )+ (p J )】 从上面的分析来看,投标人i的投标策略可以表示为: (2) 令b ≥0,i=1,2,…,,n是投标人 的出价,c 为投标人 i提供该服务或产品的成本。则投标人i的支付如下: —Ci < 1 “i(b , ;c )={(b —e1)/2, 6 =6 tO, 6 >bj J 其中, =1,2,…,n,并有 ≠ 。 显然,上面的分析是基于单商品拍卖。多商品拍卖与单 商品拍卖的最大区别在于:对投标人来说,单一商品拍卖是0 —1博弈,即要么得到“标的”,要么什么都没有(如果不计参 与成本的话)。而对多商品拍卖来说,投标人可以同时报多 个价,也就是说同一投标人可以同时得到多个拍卖商品,也 可以有多个投标人同时得到拍卖品。这种拍卖方式广泛应 用于电力竞价、金银买卖、通讯频道拍卖等。 在电力竞价中,一级密封拍卖的原理就是:发电公司可 同时报多个不同的上网电价,不同的发电公司其报价也不一 定相同;的电力交易中心,对所有报价,从低向高排序, 再按该排序录用报价电量,最后一个被录用的电量对应的报 价就是此次竞价的市场清除价(clearing price),所有上网电 量都按该市场清除价进行结算。 二、多商品拍卖模型构建 设拍卖市场有n个投标人参加竞价,每个投标人可以同 时报//./,个价,并表示为P ( =1,…,n; =1,…,//'/,),与p 相 对应的商品数量为q (f=l,…,n; =1,…,//'/,).因此投标人i 的报价b 可以表示为: ,b‘=(b l,b ,…,b )=((Pd,q l)),…,(P ,q )、 1∑l m gl:1 ≤g  J}   其中,q 为投标人f的最大可供商品数。 不妨设:对正实数r有,P = (r)为区间[0,+*]上的 可微函数,并有 e{r}。如果市场清除价为 ,则对i来说, 只有满足P = (r)≤ ,其报价才是成功的。不失一般性, 设 (・)为单调递增函数,则有r ̄f/-‘( ),其中 。(・)表 示逆函数。因此m个报价中成功的个数 满足: 【r≤ M ( ) ( lJ  (1) 其中:int(・)为整数函数。 设与报价相对应的商品数量满足函数关系q =hl(p ), 则投标成功的商品数 为: l =∑hl( )+o'h ( ) 其中, 为当P ; (记k= )时,实际竞标成功商品数与的 比值,其取值范围如下: 』 (p球< l 【 E(0,1](P = )J 由一级密封拍卖原理,所有竞标成功的商品都按清除价 格结算,故投标人i的支付(利润)函数11, 为: { (・), (・)} 而从投标过程的本身来说,应有 = (s ,c )( =1,2, …,n);也就是说清除价格 ,不仅由投标人 的报价策略s 、 成本C 决定,也由其它投标人的报价策略s一 及其成c— 本共 同决定。因此,式(2)就转化为: ={ (s‘,s_i'c ,c— )一c‘} ‘ (3) 所以对投标人f来说,其最优报价策略就是 最大化条件下 的 (・)和 (・),即: Ma・  (,44、) t ≤int ( (sj,s— ,c‘,c一 ))) 三、模型求解 为简便,不妨设c ≤p ≤巧,( 为拍卖方规定的报价上 限),p ( 1,…,n)在区间[c ,面]内满足线性函数关系④,即 有: =P =c;+ 很显然c 是私人信息。上代入式(1),得: =-nt{ ) (5) 同时假设⑤h(p )=ix + ,( ≥O)因此有: Ji, ̄l f( )+ ∑P + ( + 讥) 化简得: ( + )(ix + ) 其中⑥ ’=争( + ) 代入式(3),得: =( + )( 一cf)(xi +卢f:5『) 基于前面的简化假设,投标人的策略就转变为对参数 xi 以的策略选择。因此,式(4)就化为: Max“ =( 。+ )( 一eL)( +卢 ) (6) 口 一阶条件为⑦: + OiXi OiX ̄+  ̄, 舞 = ( (7) 嚣+ 羞簧+ 羞 : ( _l+ ) 冥中: A=【 ( )+( 。 )+ … … + ] 另一方面,式(5)是分段函数,除断点处左导数为外+ *。其它定义域内的导数为0,即有: 7S 维普资讯 http://www.cqvip.com 长沙理工大学学报(社会科学版) 第21卷 f+ 嚣othe叫rwise一。) 此时:如果有O≤嘶≤口J=.且O≤ B i-<B . -i* ,则称为的强合谋报价策略 否则称为弱合谋型报 价策略 。 。。……一一 。,来看,该策略有am/粥<O将上述结果代入式(7),则有:①当a / :O时,有: 表o定义为竞争型报价策略 ,士 在图l中,报价曲线 现为a >o。 一……一 g +荟考罄= 其中 ,a%/aa,=#B/aB ̄撕_l,… … ll''ff++l,l,…..  并设 ,譬  [’1,1]~ ]  ,,yy 价环价环嘉 :  哟静枷 就忏 ’也戳投标是投 的报 的报 融 。岳 笔 ”譬 一A 反之 麓; , 在卢上的合谋.∑ >o表现为,其中∑卢≥∑ ‘, a 【l+∑y‘  ’ 表现为o<∑ ≤∑ 定义为都上 合谋 : 义' J-署荟考署+莩券警=io1 ’式(7)有意 善磊 兰萎 薹茎 一义上来说’所谓竟价实巢际皇上 滋纛烈 . 黼 老【n +  7 犀】:。。  羹 : 麓 境为在口戡此 合谨船右n时最优  四、 一… ∑ 《∑ 此时:如果其它一投标人都上强合 p  力最述简便,记: 当一 < a<o时,同样的分析,可得,最优策略是s,。 Ot=善7 ;∑芦:∑y 犀; 当∑a<一l时,即投标环境为在01卜得帝鲁仲^ 瑟一萎定 黧 略义1:定义投标人具有以下策略 : … 了策略不合作策略 ,此一时其最优镱略 一  选 歼 76 雌煳 蝴 晚粕 曲线 嚣曼 维普资讯 http://www.cqvip.com 2006年第1期 张新华:发电公司电力竞价策略研究 标人选择 ≤ ,则是不理性的(会出现∑ <q1),因此, 理性的投标人一定会选择 > ,即策略s 。 风险偏好等投标环境都很难(完全)知道,故∑ 、∑卢也 当一1<∑ <0时,同样的分析,可得,最优策略是 S4。 但在电力竞价中,测算 J…、  是可能的,理由如下: 当∑ <一1时,此时投标人的最优策略也退化为%。 c.当∑ =一1且卢=一1时,有: 由式(8)易知:在该种情况下有,aw/aot =∞,aw/a/7 = ∞,即该投标人直接决定市场清除价格,属市场清除价格制 定者(price marker),即p (|i}= )是边际价格(也就是清除 价格)∞,9 为边际竟标成功商品,并处于式(5)表示的曲线 的断点处。因此,投标人如选用s 策略,将使私人理性和集 体理性同时实现。 d.当∑ ≠一1且∑卢=一1或∑ =一1且∑卢≠一 1时,有:aw/aot‘≠0,awlaB,=∞或aw/ao ̄‘=∞,a 瞩≠ 0。显然,满足条件的最优报价策略不存在。 2)当∞=c 时,有: 因为投标人预期清除价格等于自身成本,显然有;b = ( =c g l= g =0),其中 =2,…It#/.,即选择不合作策略 0 ②当 /aw=+∞时,有: 由前面分析易知有∞> 成立,因此有aw/aa ≠O,aw/a ≠o,代入式(9),得∑ =一1,∑卢=一1,即其它投标人 f共同的市场力量与投标人的市场力量相互抵消,此时,投标 人i是市场价格制定者,因此有aw/aa ∞,awlaB ̄=∞,该 种情况与①中的c.类似。 综上所述,投标人f的最优报价策略表示如下: s2 if∑ ≥0,∑卢≥∑卢‘ 0>∑ >一1,∑ 一1 s3/f∑ ≥0,一1<∑卢<∑卢 when∞>。 f/∑ >一1,∑卢<一1 s5/f∑ <一1,∑卢e R s2/f∑ 一1,∑卢一1 so otherwise when∞ R (10) 其中,so表示不存在最优投标策略。值得说明的是,在 上式中,所有的策略都应满足式(8)所表示的微分方程,式中 ∞为投标人的理性预期值,有关∞的估测,有专门的论文进 行研究。… 五、电力竞价策略分析 式(1O)给出了多商品拍卖中的投标策略,但该策略依赖 于∑ 、∑卢的取值。对一般的投标市场而言,由于大多是 就是说,在电力竞价中,∑ 、∑卢不但是可测的,而且是相 ~l\r( ,cr2); ②竞争力系数与其装机容量成正比,即有 = =c 则当∞>c 时,∑ 、∑卢的分布为: ∑ ,∑卢一Ⅳ( ∑ , ∑碍) ]『× ] f ^/∑碍 。 概率。对上面给出的概率表达式进行简单分析,可得@: 维普资讯 http://www.cqvip.com 长沙理工大学学报(社会科学版) 第21卷 特别地,当所有发电公司规模完全一样时,即c =c ≠ ),则有 = =1,代人前面的式子,对应地有: _【 一 ( )] _【 一 ( )] ( ) P (s5 = ( ) 对上式简单分析得,当n<1+1 凹时,有: ,aP ( u )/On<0 {O【P (s4)/On>0 aP,( )/ >0 即参与竞价的发电公司越多,选择合谋型报价的概率就越 低,相反采用竞争性报价或不合作报价的可能性就越大。这 与通常对报价的理解是一致的。 下面做算例分析。对某一特定的电力竞价市场而言, , 19"被认为是所有发电公司的共同知识,所以,其报价策略概 率实际上是由其发电装机容量来决定的,而对某一特定的发 电市场而言,所有发电公司的装机容量可以认为是“共同知 识”。 设某一发电市场有n=3家发电公司,其装机容量分别 为3 X36 Mw,3 X 20 MW,1 X 36 Mw,并分别记为发电公司 1,2,3 为分析简便,进一步地设 =0, =1,此时代人前面 的概率计算表达式,易得: ①对发电公司1,有也=5/9、 =1/3,得: P。(5 )=0.5—0.5 (1.5435∑卢’) P1(s2 u s3)=0.8802 P1(54)=0.0580 P1(如)=0.0618 ②对发电公司2,有j} =1.8、也=0.6,得: ③对发电公司3,有j屡 s2 )u =;s30).52}=。=3.0、也=5/3,09—803. 459 24( 0.5270得 ∑卢 ) 显然,上面的测算结果进一步验证了式(11)给出的结 霞 s2 )u; =0).523=8—7509. 357 1( 0.2914∑卢’) 论,即在竞价中表现为类似“智猪博弈”;同时在算例中给出 的选择策略s 概率实际上是一个混合Nash均衡。 六、结论与待研究的问题 本文在多商品拍卖模型基础上,对电力报价策略进行了 分析,并给出了发电公司选择合谋型报价策略、竞争性报价 策略的条件,最后给出了发电公司报价的混合Nash均衡,并 78 得出了结论:电力报价类似“智猪博弈”,即大发电公司趋于 选用合谋型报价策略、而小发电公司更偏好选用竞争性报价 策略或不合作报价策略。 但论文在以下几方面有待进一步深入:其一,放松模型 的某些假设条件,并进行参数分析,分析在不同条件下的均 衡策略;其二,模型的实验分析,即分析理论模型是否能通过 实验检验,以适用电力竞价实践;作者将另文阐述。 [注释] ①本文参考了作者的博士论文:张新华.电力市场中发电市场结构与 企业竞价行为研究[D].重庆大学图书馆,2004。 ②也有人翻译为“第一价格暗标拍卖”。 ③也有文献翻译为“多单元”、“多部分”等。 ④类似均匀分布,设为其它曲线方程,仅增加计算的复杂性。 ⑤在一般研究中,假设成本为二次函数,边际成本为一次函数;这种 假设不但简化了计算过程,也与边际成本函数类似。 ⑥ 不一定为正整数,但不影响对问题的分析。 ⑦为分析问题简便,假定 是与m无关的参数。 ⑧如果所有参与人都选该策略的话,则为“囚徒困境”解,在重复投 标(博弈)中,该策略一般定义为冷酷策略。 ⑨选择策略s2的概率与∑J8’有关。可以定义为投标决策人的风险 偏好度,即风险偏好的决策人定义较小的∑J8 ,而风险规避型决策 人可能选择较大的值∑J日‘。 ④对垄断性的电力行业,n较小,我们认为该条件一般能满足,如当 =0.2时,n=5满足目前的电力市场结构。 [参考文献] [1]文福栓,David A K.电力市场中的投标策略[J].电力系统自动 化,2000,24(14):1-6. [2]勤华,林济铿,倪以信,陈寿孙.博弈论及其在电力市场中的应 用[J].电力系统自动化,2001,25(1):19-23,25(2):13・18. [3]陈皓勇,,王锡凡,耿建.拍卖理论及其在电力市场中的应 用(一)拍卖理论基础及其实验研究[J].电力系统自动化, 2oo3,27(3):17-22. [4]陈皓勇,,王锡凡,耿建.拍卖理论及其在电力市场竞价设 计中的应用(二)拍卖理论在电力市场竞价设计中的应用[J].电 力系统自动化,20t73,27(4):1-7. [5]Teun Draai8ma,Charles Nous ̄ir.optimal bidding in a uniform price aue ̄on with mulit.unit demand[J].Economics Letters,56(1997): 157.162. [6]D.N ̄uta.optimal bidding in mulit・unit auction with many bidders [J].Economic ̄Letler ̄,48(1995):301-306. [7]Joseph G.Crespo.The Theory of Bid Function Equilibria and Its Ap・ plic ̄ion to Spot Markets for Elee ̄eity[D].Unive ̄ity of North Carolina at Chapel Hill,20t71. [8]Ashkan P., ̄imi l(iaJ1.Bidding state#es in Dytla c Energy Multi・ markets[D].CrMuate School of the Ohio State Unive ̄ity,2001. [责任编辑谢明子] 

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