（电气工程专业论文）基于博弈理论的发电权交易研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 我国的电力市场化改革是一个长期的实践探索过程，电力市场的建设要 循序渐进，根据区域电网的实际情况和相关的配套改革，不断地进行探索、 丰富和调整。为贯彻国家能源政策，提高水能利用率，建设资源节约型社会， 现阶段我国正积极研究和制定有利于水电可持续发展的各项政策，如市场规 则、电价政策、市场配额及“水火置换”等。“水火置换交易本质上就是发 电权交易的一种形式，本文主要对发电权交易的问题展开研究。主要研究内 容包括：基于双向叫价拍卖的发电权交易机制设计研究、基于双向叫价拍卖 的发电权交易的博弈分析、引入水权探讨流域梯级电站电力市场下的问题等 几个方面。 首先，总结和归纳了国内外对发电权交易的研究，对这些研究进行综述， 并对本文研究的意义和主要工作进行了总体概述。 其次，介绍了本文研究发电权交易的各种经济学概念，简要地介绍了博 弈论的一些基本概念，同时还概述了拍卖理论，特别是双向叫价拍卖的知识， 最后还介绍了博弈论在拍卖理论中的应用。 第三，针对有多个发电权买家和多个发电权卖家参与的发电权交易市场， 设计出一个激励相容的双向叫价拍卖机制。通过描述双向叫价拍卖的交易规 则，针对发电商买方的生产成本和卖方的估价是私有信息，建立起完全开放 双边电力市场中发电权买卖发电商的双向叫价拍卖的不完全信息贝叶斯博弈 模型，并求解贝叶斯纳什均衡，给出供给方和需求方的均衡报价策略。 最后，将发电权交易具体运用到梯级电站中，结合国内流域梯级电站在 电力市场体制下市场化运营改革的研究，探讨引入水权概念进行水权、发电 权置换来解决流域梯级上下游电站的水量调度和协调问题，充分利用了水资 源，并有效避免上网电价的大幅波动，更符合梯级电站上下游电站的共同利 益。 综上所述，博弈理论是本文研究发电权交易的重点。本文对发电权交易 提出了方案设计和数学模型，对相关模型进行了数学仿真并对所得结果进行 了研究和分析，对于今后发电商参与发电权交易市场具有一定的指导意义和 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 西南交通大学硕士研究生学位论文第l ii 页 a b s t r a c t 。 t h er e f o r mo ft h ep o w e rm a r k e to fo u rc o u n t r yi sap e r e n n i a lp r o c e s so f e x p l o r a t i o n t h ep o w e rm a r k e ts h o u l db eb u i l ts t a g eb ys t a g e i t s h o u l db e e x p l o r e d ，d i v e r s i f i e da n da d j u s t e dc o n t i n u o u s l ya c c o r d i n gt o t h ec u r r e n ts i t u a t i o n a n dt h e a v a i l a b l ei n f r a s t r u c t u r e s t oa b i d eb yt h ee n e r g yp o l i c yo ft h es t a t e ， i n c r e a s et h eu s a g eo fh y d r o p o w e ra n dc o n s t r u c ta ne c o n o m i z i n g r e s o u r c es o c i e t y , i ti sn e c e s s a r yt oe n g a g eu sa c t i v e l yi ns t u d y i n ga n de s t a b l i s h i n gp o l i c i e si nf a v o r o ft h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fh y d r o p o w e r s u c hp o l i c i e sm a yi n v o l v em a r k e t r u l e s ，p r i c i n gm e c h a n i s m s ，o u t p u tq u o t a s ，a n d “r e p l a c e m e n to fh y d r o p o w e ra n d t h e r m a lp o w e r ，e t c “r e p l a c e m e n to fh y d r o p o w e ra n dt h e r m a lp o w e r i s e s s e n t i a l l y ak i n do f g e n e r a t i o nr i g h t s t r a d e t h i st h e s i sf o c u s e so nt h e g e n e r a t i o nr i g h t st r a d e t h er e s e a r c h i n c l u d e s ：t h em e c h a n i s mo fg e n e r a t i o nr i g h t s t r a d eb a s e do nd o u b l ea u c t i o n ，g a m ea n a l y s i sb a s e do nd o u b l ea u c t i o ng e n e r a t i o n r i g h t st r a d ea n dt h ep r o b l e mo fw a t e rr i g h t so fc a s c a d eh y d r o p o w e rs t a t i o ni n p o w e r m a r k e t f i r s t l y , w er e v i e wt h er e s e a r c ho ng e n e r a t i o nr i g h t st r a d ea th o m e a n da b r o a d t h i st h e s i s sm e a n i n ga n dt h em a i nc o n t e n ta r es u m m a r i z e d s e c o n d l y , w ei n t r o d u c ee c o n o m i cc o n c e p t su s e di ng e n e r a t i o nr i g h t st r a d e ， s u c ha sb a s i cc o n c e p to fg a m et h e o r y , a u c t i o nt h e o r ye s p e c i a l l yd o u b l ea u c t i o n t h e o r ya n dt h ea p p l i c a t i o no fg a m et h e o r yt oa u c t i o nt h e o r y t h i r d l y , a c c o r d i n gt og e n e r a t i o nr i g h t st r a d em a r k e tw i t hm u l t i b u y e ra n d m u l t i - v e n d e r ，w ep r o p o s e da ni n c e n t i v ec o m p a t i b i l i t ys y s t e mo fd o u b l ea u c t i o n t h e o r y b e c a u s e o fg e n e r a t i o n c o m p a n i e s sp r o d u c t i o n c o s ta n dv e n d e r s e v a l u a t i o na r ep r i v a t ei n f o r m a t i o n ，w eb u i l tai n c o m p l e t ei n f o r m a t i o nb a y e s i a n g a m em o d e l ，a n ds o l v e dt h ep r o b l e m f i n a l l y , c o m b i n e dw i t ho p e r a t i n gr e f o r mo fc a s c a d eh y d r o p o w e rs t a t i o ni n p o w e rm a r k e t ，w ea p p l i e sg e n e r a t i o nr i g h t st r a d e t ot h eo p e r a t i o no fc a s c a d e h y d r o p o w e rs t a t i o n f o r f u l l yu t i t i z i n gw a t e rr e s o u r c e s ，a v o i d i n gf l u c t u a t i o no f 西南交通大学硕士研究生学位论文第1v 页 e l e c t r i c i t yp r i c e ，a n d c o m m o ni n t e r e s to fu p s t r e a ma n dd o w n s t r e a mp o w e r s t a t i o n s i ns u m m a r y , g a m et h e o r yi st h ep o i n to fr e s e a r c ho ng e n e r a t i o nr i g h t st r a d e t h i sp a p e rp r o p o s e sp r o j e c td e s i g n so rm a t h e m a t i c a lm o d e l so ng e n e r a t i o nr i g h t s t r a d e t h e s t u d y h a sd i r e c t i v e s i g n i f i c a n c e s a n d p r a c t i c a l v a l u e so n h y d r o c o r p o r a t i o n s a c c e s s i n gt h ep o w e r m a r k e t k e yw o r d s p o w e rm a r k e ；g e n e r a t i o nr i g h t st r a d e ；g a m et h e o r y ；d o u b l e a u c t i o nt h e o r y ：w a t e r r i g h t s 西南交通大学 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。本人授权西南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇 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 不保密彰使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：存劫 日期：加p 矿，2 1 3 指导老师签名： 日期：加啊 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工 作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果i 对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： ( 1 ) 建立起完全开放双边电力市场中发电权买卖发电商的双向叫价拍 卖的不完全信息贝叶斯博弈模型，并求解贝叶斯纳什均衡，给出供给方和 需求方的均衡报价策略。 ( 2 ) 设计出一个激励相容的双向叫价拍卖机制。该机制在描述发电权 交易市场竞价规则的基础上，设计出拍卖规则和市场出清规则，并给出机 制满足有效性和激励相容性分析。 ( 3 ) 将发电权交易具体运用到梯级电站中，结合国内流域梯级电站在 电力市场体制下市场化运营改革的研究，探讨引入水权概念进行水权、发 电权置换来解决流域梯级上下游电站的水量调度和协调问题，充分利用水 资源，并有效避免上网电价的大幅波动，更符合梯级电站上下游电站的共 同利益。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 。1 课题研究的背景 电力工业是国民经济发展的基础能源产业，是世界各国经济发展战略中 优先发展的重点。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。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、 用电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。从2 0 世纪9 0 年代开始，世界范围内的电力工业逐步从 传统的垂直一体化的垄断管理体制，向电力市场方向改革。电力工业改革旨 在提高电力生产效率，提供经济、安全、优质的电力产品，促进电力工业本 身的良性发展，并使全社会从改革中得到更多的经济效益和社会效益f 2 】。 目前，我国正在大力推进电力体制改革。各国的电力市场化改革，一般 都是以在发电侧和销售侧引入竞争为特征的。为了优化电力资源配置，提高 电力系统的经济运行水平，促进竞争，我国政府也积极推进发电侧电力市场 工作。在发电侧电力市场中，由电力公司统一从发电厂收购电力和辅助服务， 通过输、配电网络向用户供电。市场体系中一般设置有功电量市场和辅助服 务市场，例如合约市场、目前市场、调频辅助服务、备用辅助服务等。这些 市场中，都是由电力公司组织单一买主形式的交易。 在上述体制中，存在很多不足，比如发电厂存在不能完全履行合同的风 险，同时可能出现供需不平衡，从而影响到系统安全。特别是在一些水电比 重较大的系统中，由于无法进行准确的长期天气和水文预报，导致难以预测 未来较长时期的发电能力，使得水电厂在合同市场的报价决策有较大的市场 风险：若申报出力过小而来水充足，则不得不弃水；若申报出力过大而来水 不足，则存在不能完全履行合同的风险。鉴于上述原因，目前我国部分省市 和区域电力市场开展了“水火置换 工作【3 1 。水火电双方本着自愿的原则进 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 行水火电量置换和水水电量置换，置换的电量和电价由市场交易决定。 这些交易本质上就是发电权交易的一种形式 4 1 。发电权交易可以在各种 不同类型和运行状态的机组之间进行，这些交易能提高正常运行的和出力受 阻的电厂之间、水火电之间、大水电和小水电之间、不同流域的水电之间的 相互补偿效益。按照发电权交易的原则，发电成本较高或者无法保障发电能 力的电厂将发电权转让，虽然少发了电量，但参与发电权交易的这部分电量 将不再发生燃料及相关材料成本，只要其付出的发电权交易清算价格加调剂 费低于发电权转让电量对应的燃料及相关材料成本，或者低于由于不能完全 履行合同而受到的惩罚费用，最终获得的经济效益并不会减少。对发电成本 较低( 通常为水电) 或者有富余发电能力的电厂而言，由于发电权购入电量 是计划合同之外的超发电量，如果不参加发电权交易，也就得不到这部分电 量，尤其对于水电厂，只能表现为弃水，并且由于这部分电量不承担发电的 固定费用，只要发电的变动成本低于发电权交易清算价格，参与发电权交易 就有利可图，而通常水电厂的变动成本是远低于发电权交易的清算价格的， 由弃水电量产生的上网所得几乎是纯利润，因此通过购入发电权以获得额外 的收益是合理的。所以，参加发电权交易，水电厂也是赢家。既然双方在发 电权交易市场中均是赢家，按照市场经济的观点，发电转让权交易就是可行 的，也就是有生命力的。 1 2 发电权交易的研究现状 在我国电力市场发展初期，发电权交易还是一种新的理论和模式，其运 作机制以及交易的具体实施方法有待迸一步深入地研究。目前的研究主要可 以分为三个方面：发电权交易的基本理论、发电权交易的模型、发电权交易 的应用。 1 2 1 发电权交易的基本理论 水电在华中电网中占有较大比重，文献 5 】描述了华中电网制定“弃水电 价”的思想，在水电可能弃水时，对系统是否吸纳、吸纳多少弃水电量进行 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 技术可行性和经济合理性分析。文献 6 】制定了华中电网水电参与市场竞争的 基本原则及方式，规定对于可能产生弃水的水电厂，在网络安全允许的情况 下，由电力调度交易机构在实际运行中安排发电，其价格按照市场最低限价 执行，由此使其他火电机组发电量受到影响的，按照该火电机组的年度合同 电量进行滚动调整。 文献【4 】针对上述情况，系统地提出了发电权交易的思想，并给出了发电 权交易的基本概念：发电权是电厂在合约市场、日前市场等市场中竞争获得 的发电许可份额；而发电权交易市场是各发电厂按照一定的规则对发电权进 行交易的市场。文献 7 】进一步指出发电权是一种特殊的商品，它交易的是一 种权利，是产权独立的发电商在按照一定的原则，进行发电权的购买、出售 和置换等交易。 发电权交易与发电侧电力市场的其他交易模式有较大的区别，其他交易 都是由电力交易中心统一收购的单一买主模式交易，而发电权交易是建立在 两个发电主体之间的双边交易，发电商可以根据其在其他市场的中标情况和 发电能力，在发电权交易市场中对发电权进行交易以调整出力，即发电商进 行双边交易，转让或购入发电权，从而实现一定程度上的自调度，维持了供 需平衡，对系统的安全、经济运行有重要的辅助作用。 1 2 2 发电权交易的模型研究 在我国电力市场发展初期，发电权交易还是一种新的理论和模式，对其 模型建立的研究是比较重要的。文献 4 】给出了发电权交易的机理分析，并从 数学和经济学角度剖析了经纪人模式组织普通双边交易的机理，进而研究了 由此组织发电权交易的过程和方法，并建立了考虑交易成本的经纪人模型。 文献 8 】运用博弈论研究了发电权交易市场中水火电厂之间的商业操作行为， 并根据各自的特点做了相关的分析。文献 9 建立了置换电量在发电权交易主 体中的优化分配模型，并用线性规划法进行求解。文献 1 0 】结合期权理论提 出了一种基于期权的发电权交易模型，同时论证了该模型可降低发电商市场 运营的风险。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 2 3 发电权交易的应用研究 在文献【1 l 】中，作者就提出了引入发电权交易市场解决水电来水不确定 性的问题，发电权交易实现了各方多赢的目的，符合国家能源政策，对优化 资源配置、保护生态环境也将有积极影响。文献 1 2 1 指出发电权交易的目的 是用市场手段解决中长期交易计划与来水随机性及无法准确预报的矛盾，促 进水能资源的充分利用，可实现水火电厂之间的优势互补和效益共享。文献 1 3 认为在当前的发电侧竞争市场中，将水火电置于同一竞争平台下应该对 水电的特殊性加以考虑，引入发电权交易市场，为水电参与市场竞争提供条 件，并推导了调度交易中心撮合交易方式下的发电权交易的结算模型。 1 3 本文研究的方法、目的及主要内容 1 3 1 本文研究的方法和目的 电力市场理论是一个新兴的研究领域，涉及到电力工业的各个方面，在 市场经济环境下打破了电力工业在垄断方式下传统观念的束缚，新概念、新 理论不断出现，新的理论研究体系正在逐步建立，发电权交易的研究更是一 个全新的理论和模式。随着电力体制改革的深入和发展，为了发挥水电的优 势，提高水电竞价上网的成功率，替代更多的具有污染性的一次能源，从而 达到社会资源的合理配置，有必要研究一套有效的，在经济上、技术上合理 且可行的发电权交易的方法理论。 本文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 用博弈论研究发电权的交易较为合适，在简要介绍了博弈论及拍卖理论的一 些基本概念的基础上，将发电权的交易，即独立的发电商买卖方如何报价以 获得更大的利益则构成了二人非零和对策问题，将发电权买家和卖家的报价 问题看成是他们向市场的投标问题，确定一个拍卖规则是在某一价格下完成 买家的发电权量的交易，因而它是发电商之间进行发电权买卖的双方叫价拍 卖问题【1 4 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 本文首先用博弈论中显示原理及激励相容性结合双向叫价拍卖理论，设 计出一个多个发电权买家和卖家参与的双边拍卖机制。在此基础上，本文建 立起完全开放双边电力市场中发电权买卖发电商的双方叫价拍卖的不完全信 息贝叶斯博弈模型，并给出供给方和需求方的均衡报价策略。最后，将发电 权交易具体运用到梯级电站中，引入水权的概念，提出基于水权和发电权置 换的调节市场，充分利用了水资源，并有效避免上网电价的大幅波动，更符 合梯级电站上下游电站的共同利益。 1 3 2 本文研究的主要内容 综上所述，利用博弈论分析发电权交易问题是本文的中心研究内容。本 文的主要研究工作包括： 第一部分( 第2 章) 介绍了本文研究发电权交易的各种经济学概念，简 要地介绍了博弈论的一些基本概念，同时还概述了拍卖理论，特别是双向叫 价拍卖的知识，最后还介绍了博弈论在拍卖理论中的应用。上述内容是本文 研究发电权交易的理论基础和工具。 第二部分( 第3 章) 通过描述双向叫价拍卖的交易规则，针对发电商买 方的生产成本和卖方的估价是私有信息，建立起完全开放双边电力市场中发 电权买卖发电商的双向叫价拍卖的不完全信息贝叶斯博弈模型，并求解贝叶 斯纳什均衡，给出供给方和需求方的均衡报价策略。最后，通过算例验证该 机制的有效性和实用性。 第三部分( 第4 章) 针对有多个发电权买家和多个发电权卖家参与的发 电权交易市场，设计出一个激励相容的双向叫价拍卖机制。该机制在描述发 电权交易市场竞价规则的基础上，设计出拍卖规则和市场出清规则，并给出 机制满足有效性和激励相容性分析。最后，通过算例验证该机制的有效性和 实用性。 第四部分( 第5 章) 将发电权交易具体运用到梯级电站中，结合国内流 域梯级电站在电力市场体制下市场化运营改革的研究，探讨引入水权概念进 行水权、发电权置换来解决流域梯级上下游电站的水量调度和协调问题。最 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 后，通过算例验证该机制的有效性和实用性。希望借西部大开发的历史机遇 和电力体制改革的大潮，积极推动水电全面、科学、合理地高速发展。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章研究发电权的经济学原理和方法 2 1 引言 长期以来，电力工业一直被看作是自然垄断行业，电力市场改革需要各 种竞争机制经济学原理和方法支撑；同时，现代经济学的发展也为自然垄断 产业引入竞争机制奠定了理论基础，世界电力工业从垄断逐渐走向竞争正是 基于这样的理论基础，建立充满竞争的发电市场也离不开现代经济学的基本 思想。本文用于研究发电权交易的博弈论以及拍卖理论都是现代经济学的经 典，本章就简要介绍了这些经济学概念和理论以及金融学方法。 2 。2 博弈论 2 2 1 博弈论概述 “博弈论”译自英文“g a m et h e o r y 。由于博弈论研究的问题大多是在 各博弈方之间的策略对抗、竞争，或面对一种局面时的对策选择，因此博弈 论在我国也被称为“对策论 1 5 l 。 1 9 4 4 年，由数学家冯诺依曼( v o nn e u m a n n ) 和经济学家摩根斯坦 ( m o r g e n s t e r n ) 合作撰写的著作博弈论与经济行为的问世，标志着博弈 论作为一门学科的正式形成。1 9 9 4 年诺贝尔经济学奖授予约翰纳什( j o h n en a s h ) 、约翰查里斯海萨尼( j o h nc h a r s a n y i ) 、莱茵哈德塞尔腾( s e l t e n ) 三位博弈论专家，使人们对博弈论的应用前景愈加关注。 博弈论作为研究智能理性决策者之间冲突与合作的数学模型的重要工 具，是研究决策主体的行为发生直接相互作用时候的决策，以及这种决策的 均衡问题的，它为许多经济和社会现象的决策者带来了全新的视角与方法， 应用非常广泛。例如，石油输出国组织( o p e c ) 成员国家在选择石油产量问 题上的博弈；寡头竞争市场上，企业如何选择它们的价格和产量；又如家庭 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 中，夫妻双方选择各自爱好( 足球芭蕾) 的博弈；还有国家与国家之间关系 的博弈；我国的中央政府和地方政府之间基础设施建设投资问题的博弈；中 小企业是否进行新产品开发的博弈；拍卖与招标中的博弈应用等。 博弈论中涉及以下基本概念f 1 6 】【，刀： 1 、局中入d ，一个博弈中的决策者，他通过选择行动使自己的效用极大化， 局中人可能是个人，也可能是企业、利益集团、国家或军事同盟。根据局中 人是否合作，即根据其所采用的理性假设不同而分为：合作博弈理论和非合 作博弈理论。前者主要强调的是团体理性；而后者主要研究人们在利益相互 影响的局势中如何选择策略使得自己的收益最大，即策略选择问题，强调的 是个人理性。 2 、行动a ，局中人要在博弈的某个时点的决策变量，又称为策略。局中人 d i 的所有行动( 策略) 的集合a i = a i ) 又称为策略集。根据策略是有限的还 是无限的，博弈可分为有限博弈和无限博弈。与行动相关的一个重要问题是 行动顺序( o r d e ro fp l a y ) ，行动顺序对于博弈的结果非常重要，根据行动的 顺序可以区分静态博弈和动态博弈，同样的参与人，同样的行动集合，行动 的顺序不同，每个参与人的最优选择就不同，博弈的结果就不同。 3 、信息，局中人有关博弈的知识，包括局中人的特征、效用函数、行动 规则( 战略) 等许多方面。根据每个局中人是否都知道所有参与人在各种对 局下的得失，分为完全信息博弈和不完全信息博弈。 4 、战略s ，局中人在给定信息集时，参与人选择行动的规则，它告诉参与 人在什么时候选择什么行动。 5 、结局d ，所有局中人各取一个行动( 策略) 所产生的结局构成的集合， 它是博弈分析者感兴趣的要素的集合。 6 、支付函数( 或赢得函数) u ，局中入在各个结局所得到或付出的效用值。 根据支付的不同情况，博弈可分为零和对策和多值对策。 7 、均衡e ，所有局中人最优策略构成的稳定结局。 上述概念中，局中人、行动、结局统称为博弈规则，博弈分析的目的是 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 使用博弈规则预测博弈的均衡。其中两种重要的博弈均衡是纳什均衡( n a s h e q u i l i b r i u m ) 和贝叶斯均衡( b a y e s i a ne q u i l i b r i u m ) 【1 8 1 。 按照参与人是否同时决策，博弈可以划分为静态博弈( s t a t i cg a m e s ) 和 动态博弈( d y n a m i cg a m e s ) 。静态博弈指的是博弈中参与人同时选择行动， 或者，虽然不是同时行动，但后行动者并不知道先行动者采取了什么具体行 动；动态博弈指的是参与入的行动有先后顺序，并且后行动者能够观察到先 行动者所选择的行动。 按照参与人对有关其他参与人( 对手) 的特征、战略空间及支付函数的 知识，即按照每个参与人是否都知道所有参与人在各种对局下的得失，博弈 可以划分为完全信息博弈( g a m e so f c o m p l e t ei n f o r m a t i o n ) 和不完全信息博 弈( g a m e so f i n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n ) 。完全信息指的是每一个参与人对所有 其他参与人( 对手) 的特征、战略空间及支付函数有准确的知识；否则，就 是不完全信息。 将上述两个角度的划分结合起来，可以将博弈划分成四种不同类型，这 就是：完全信息静态博弈( s t a t i cg a m e so f c o m p l e t ei n f o r m a t i o n ) ，完全信息 动态博弈( d y n a m i cg a m e so fc o m p l e t ei n f o r m a t i o n ) ，不完全信息静态博弈 ( s t a t i cg a m e so fi n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n ) ，不完全信息动态博弈( d y n a m i c g a m e so fi n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n ) 。 对应于这四种博弈类型，分别存在纳什均衡( n a s he q u i l i b r i u m ) 、子博 弈精炼纳什均衡( s u b g a m ep e r f e c tn a s he q u i l i b r i u m ) 、贝叶斯纳什均衡 ( b a y e s i a nn a s he q u i l i b r i u m ) 、精炼贝叶斯纳什均衡( p e r f e c tb a y e s i a nn a s h e q u i l i b r i u m ) 的概念。 2 2 2 纳什均衡 n a s h 均衡是非合作博弈理论的基本概念。所谓非合作博弈是对所有局中 人的决策思维作出一种假设而来考察的竞争决策模型。这种假设便是：局中 人认为所有对手欲置自己于最不利，而通过对自己可行方案进行选择以求收 益尽可能大。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 n a s h 于1 9 5 0 年证明：“每一个有限博弈存在至少个纳什均衡。”【1 9 l 具 体地讲，假设有1 1 个人参与博弈。给定其他人策略的条件下，每个人选择自 己的最优策略( 个人最优策略可能依赖于也可能不依赖于其他人的策略) ，所 有参与人选择的策略一起构成一个策略组合。n a s h 均衡指的是这样一种策略 组合，这种策略组合由所有参与人的最优策略组成。也就是说给定别人策略 的情况下，没有任何一个参与人能够单方面地改变自己的策略并获得更好的 支付，以致他们将会理性地坚持自己的策略。 n a s h 均衡定义1 1 5 】如下，见定义2 1 。 定义2 1 ：有n 个参与人的战略式表达博弈g = 碱，邑；“l 一，u 。) ，战略 组合s = ( s l ，s ；，s ：) 是一个纳什均衡，如果对于每一个i ，s ：是给定其他 参与入选择= ( i ，t 。，i ，) 的情况下第i 个参与人的最优战略，即： u i g ，) u t ( 墨，z ，) ，墨，v i ( 2 - 1 ) 或者用另一种表达方式，是下述最大化问题的解： m a x u f ( i sa 9 t l ，j ；，j 二i ，) ，i = l ，2 s ia r g m a x u s n 1 ，n ( 2 - 2 ) f 【墨t l ，j f ，j “i ， ， ，n 【z 。2 ) s i e s , 2 2 3 贝叶斯纳什均衡 上述n a s h 均衡是基于完全信息的。不完全信息博弈需引入贝叶斯纳什均 衡概念。在静态不完全信息博弈中，参与人同时行动，没有机会观察到别人 的选择。给定别人的战略选择，每个参与人的最优战略依赖于自己的类型； 由于每个参与人仅知道其他参与人的类型的概率分布而不知道其真实类型， 他不可能准确地知道其他参与人实际上会选择什么战略；但是，他能正确地 预测到其他参与人的选择是如何依赖于其各自的类型的。 海萨尼首先给出了一种模拟和处理这一类不完全信息博弈的方法，即引 入一个虚拟参与人“自然，“自然”首先选择参与人1 的类型。在这个 转换博弈中，参与人2 关于参与人1 的不完全信息就变成了“自然”的行动 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 的不完美信息，从而这个转换博弈可以用标准的技术来分析。每个参与人决 策的目标就是在给定自己的类型和别人类型的概率分布的情况下，每个参与 人的期望效用达到最大化，也就是说，没有人有动力选择其他战略i t 6 。 贝叶斯纳什均衡定义【1 5 】如下，见定义4 2 。 定义4 2 ： n 人不完全信息静态博弈g = 4 ，4 ；q ，8 n ；p ：u i ，u 。) 的纯战略贝叶斯纳什均衡是一个类型依存战略组合 口；( 谚) ) ? = 1 ；其中每个 参与人i 在给定自己的类型2 和其他参与人类型依存战略口：，( 晓，) 的情况下 最大化自己的期望效用函数vi 。换言之，战略组合a = ( 口：( b ) ，口：( 皖) ) 是 一个贝叶斯纳什均衡，如果对于所有的i ，a i 4 ( 包) ， 2 。3 拍卖理论 a ；( e , ) ea r g m a x 只( 晓，j 谚，( 哆，口二，( 伊。) ；包，晓，) ( 2 3 ) a i 拍卖是资源分配的一种市场化方式，拍卖有两个基本功能：一是揭示信 息；二是减少代理成本。拍卖可以分为明标拍卖和暗标拍卖，暗标拍卖可以 分为第一价格拍卖、第二价格拍卖和双向叫价拍卖( d o u b l ea u c t i o n ，又译为 双向拍卖) 【2 0 】。 2 3 1 双向叫价拍卖理论 在现实的拍卖环境中，虽然最常见的是“一对多”的单向拍卖，即一个 垄断卖主( 或买主) 面对多个潜在的买主( 或卖主) 的情形，但是，“多对多” 的市场结构在实际生活中也比较多见。在“多对多 的结构下，市场交易大 都采用双方叫价拍卖的交易方式。 与单向拍卖相比较，双向拍卖具有如下特点 2 n 】： ( 1 ) 市场结构不同 传统的四种拍卖机制实质上都属于单向拍卖，具有“一对多”的市场结 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 构，即一个拍卖者对多个竞拍者的情形，拍卖者通过发布拍卖公告、预展拍 卖品，吸引数个潜在买家参与竞拍。双向拍卖则具有“多对多”的市场结构， 即要买进或卖出的客户都不只一家，是多个卖家对多个买家的情形。 ( 2 ) 买卖双方的关系不同 在单向拍卖中，买卖双方总有一方掌握着市场中的垄断资源，拥有较大 程度的市场控制力，这使得“资源优势方”具有优先选择交易方式和制定交 易规则的权利，以保证自身的期望最大化；而市场中的“资源劣势方”虽然 不占有资源垄断优势，但他们却具有“信息优势”，即他们各自对拍卖商品的 估价或成本，这些信息是“资源垄断方”不完全知道的f 2 2 】。 与此不同的是，双向拍卖的市场结构中买卖双方都不止一个，买卖双方 同时失去了各自在单向拍卖中的相对优势。换句话讲，由于市场中具有多个 卖方，那么就不再有资源的垄断存在；同时，买方的“信息优势也削弱， 不同的卖方可以通过观察买方的行为，而获取到更多关于买方估价的信恩z ，】。 因此，买卖双方之间的关系变为一种供给和需求的平等关系，即不再是 以拍卖者为中心的星型信息交流模型，而是一种拍卖者与竞买者平等的网状 信息交流模型，如图2 1 和图2 2 所示。 图2 1 单向拍卖市场中买卖双方的关系示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 图2 2 双向拍卖市场中买卖双方的关系示意图 ( 3 ) 报价策略不同 单向拍卖市场中，拍卖双方中一定有一方作为主体，具有资源的垄断优 势，享有选择交易方式和制定交易规则的权利，因此可以通过设置起始价、 保留价等来保证其利益；而竞拍方参与竞价，只需要观察其他竞拍方的报价， 从而选择自己的报价策略。 而由于双向拍卖市场结构的特殊性，使得该拍卖市场中的买方和卖方， 在选择报价和决定是否接受另一方报价时，都面临相似的困境：买方在选择 报价或接受卖方报价的时候，不仅要考虑其他买方可能的报价，还要考虑其 他卖方可能的报价：同样，卖方在选择报价或接受买方报价的时候，不仅要 考虑其他卖方可能的报价，还要考虑其他买方可能的报价。 双向拍卖的有效资源配置使之成为目前备受关注的一种拍卖方式，较早 的关于双向拍卖理论的研究成果见于w i l s o n ，m c a f e e 和m c m i l l a n 分别对一 般化的多个买者多个卖者的情况和一种简单的双向拍卖的机制问题进行了 研究，得出双向拍卖是有效率的拍卖的结论【冽。 g o d e 和s u n d e r 根据双向拍卖交易规则中的报价规则将双向拍卖定义为 3 种形式【2 5 】：同步双向拍卖( s y n c h r o n i z e dd o u b l e a u c t i o n ) 、连续型双向拍卖 ( c o n t i n u o u sd o u b l ea u c t i o n ) 、半连续型双向拍卖( s e m i c o n t i n u o u sd o u b l e a u c t i o n ，又称为混合型双向拍卖h y b r i dd o u b l e a u c t i o n ) 。 w u r m a n 等人则采用类似单向拍卖的分类方法，根据不同的信息公布规 则把双向拍卖分为密封型双向拍卖( s e a l b i dd o u b l ea u c t i o n ) 和公开型双向 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 拍卖( o u t c r yd o u b l ea u c t i o n ) 嗍。 我国研究者詹文杰依据双向拍卖交易规则中的买卖双方发生交易的不同 条件，将双向拍卖划分为连续型双向拍卖( c o n t i n u o u sd o u b l e a u c t i o n ，c d a ) 和间隔型双向拍卖( p e r i o d i cd o u b l ea u c t i o n ，p d a ) 【2 7 】。 由于采用不同的分类根据，双向拍卖有不同的实现形式。到目前为止， 双向拍卖的分类还没有一个统一的、公认的标准。 2 3 2 博弈论在拍卖理论中的应用 人类对拍卖问题的经济学研究始于2 0 世纪，由于拍卖市场中的交易者通 常不知道其他人的估价或成本，以及风险偏好等信息，存在信息不充分的特 点，人们很自然地联想到用不完全信息下的博弈理论来研究它，而贝叶斯静 态博弈最重要的运用就是对拍卖及拍卖机制的分析。 从博弈论的角度研究拍卖问题始于诺贝尔经济学奖获得者v i c k r e y t z s l 在 1 9 6 1 年发表的划时代文章。早期有影响的工作还有g r i e s m e i 2 9 】和w i l s o n t j o l 3 1 】 等进行的有成效的研究。h a r s a n y i t 3 2 1 把不完全信息下的获得期望效用最大通解 定义成一个贝叶斯纳什均衡，c h a t t e u e e 和s a m u e l s o n t 3 3 1 贝, 1 首先把该成果运用 于双向叫价拍卖之中，但他们只考虑了单个买方、单个卖方和单件商品的简 单情形，s a t t e r t h w a i t e 和w i l l i a m s t 3 4 】把以上结论推广到有m 个买方和n 个卖方 的情形。他们得出结论：双向叫价拍卖市场中，随着买卖双方人数的增加， 他们的报价将越来越接近真实报价，市场效率逐渐上升。 2 4 本章小结 本章介绍了发电权交易研究的经济学原理和方法。在简要介绍了博弈论 以后，又针对性地重点介绍纳什( n a s h ) 均衡和贝叶斯纳什均衡，为后面进 行发电权交易的博弈分析做好理论基础准备；同时，还介绍了拍卖理论中的 双向叫价拍卖，概述了双向叫价拍卖的特点及其分类。本章是研究发电权交 易的理论基础，也是对后续各章进行深入讨论的铺垫。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 第3 章基于博弈论的发电权交易研究 3 1 引言 电力市场环境下，发电商在竞价上网过程中必须综合考虑在资源、技术、 投资和市场等方面存在的风险。按照市场经济的观点，发电权交易是规避上 述风险的一种行之有效的交易模式。发电权与普通商品有着本质上的不同。 发电权的交易标的是一种权利而不是实物或者服务；发电权交易关系到系统 的安全与稳定，不能像普通商品一样自由交易，必须满足电网安全、稳定运 行条件的约束，并在电力市场运行管理部门的监督和管理下有序进行。引入 发电权并建立发电权交易市场，采用市场手段通过发电权交易机制来实现资 源配置的研究成果不断出现。文献 3 6 】提出了多种发电权交易模型的研究， 指出了发电权交易具有良好的灵活性和多样性，不但能使参与者回避不利情 况下的利益损失风险，而且可以保留在有利情况下的获利机会，并得出发电 权作为电力现货交易与电力期货交易的补充与价格缓冲，引入电力市场进行 交易具有重要意义的结论。 博弈论是研究两个或多个有利益冲突的个体，在有相互影响的情况下如 何进行各自优化决策的理论，与常规决策的不同之处在于：( 1 ) 博弈论中参 与者在利益上有冲突；( 2 ) 参与者各自做优化决策，并企图使个体利益最大 化；( 3 ) 个体的利益与其他个体的决策相关，即个体的决策会影响他人，他 人的决策会影响自身；( 4 ) 博弈论中一般假定参与决策的个体均为“理性 的。近年来，发电权交易市场恰好具有这些特点，在完全开放的发电权交易 双向市场中，卖出发电权的发电商构成供给方，买入发电权的发电商构成需 求方，供给方和需求方向市场报价，市场确定一个规则将总的需求电量在某 一价格下完成交易，它是供给方和需求方的双方叫价拍卖问题。本章针对供 给方的成本和需求方的估价是私有信息的情况，建立完全开放的双边电力市 场中供给和需求双方叫价拍卖的不完全信息贝叶斯博弈模型，并求解贝叶斯 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 纳什均衡，最后给出了供给方和需求方的均衡报价策略。 3 2 发电权转让交易的概念 发电权是各个电厂在合约交易市场和现货交易市场中竞争所得到的发电 许可份额( 其中主要是在合约市场中所得到的份额) 。发电权是一种特殊的商 品，它交易的是一种权利，是