發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)企業(yè)上網(wǎng)電價(jià)的博弈

張世翔1,2, 李沁芳3, 府聰2

(1.上海電力學(xué)院 科研處, 上海200090; 2.上海電力學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院, 上海200090;

3.同濟(jì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,上海200092)

摘要:借助博弈理論,以社會(huì)效益的最大化和新能源發(fā)電企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),建立了一種發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)在不完全信息條件下對(duì)于上網(wǎng)電價(jià)的貝葉斯博弈,確定了上網(wǎng)電價(jià)的定價(jià)策略,通過測(cè)算分析,驗(yàn)證了模型的適用性.

關(guān)鍵詞：上網(wǎng)電價(jià);電網(wǎng)企業(yè);貝葉斯博弈;線性均衡

收稿日期：2015-05-05

作者簡(jiǎn)介：通訊張世翔(1979-),男,博士后,教授,安徽巢湖人.主要研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)與管理,智能電網(wǎng)與新能源等.E-mail:zsxwh@126.com.

基金項(xiàng)目：上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目(14ZS146);上海市哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃課題(2013BGL016);上海高校內(nèi)涵建設(shè)085工程項(xiàng)目“能源經(jīng)濟(jì)與服務(wù)管理”子課題;上海電力學(xué)院校本級(jí)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目.

中圖分類號(hào)：F426.61; F407.61文獻(xiàn)標(biāo)志碼： 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

隨著我國(guó)電力市場(chǎng)的發(fā)展和不斷完善,逐漸形成了一種常用的上網(wǎng)定價(jià)模式,即發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)的相互博弈得到最終定價(jià).[1]近年來,我國(guó)電力市場(chǎng)的逐步發(fā)展和完善使得發(fā)電企業(yè)的報(bào)價(jià)更加公平和透明.在現(xiàn)有環(huán)境下,發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)定價(jià)是一個(gè)雙向選擇,與之前在政府機(jī)制下的定價(jià)相比,市場(chǎng)化的競(jìng)價(jià)機(jī)制無(wú)疑更加有利于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源的環(huán)保.[2]

通過市場(chǎng)化機(jī)制的引入,在發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段時(shí),就逐步形成了不完全的市場(chǎng)環(huán)境.電網(wǎng)企業(yè)和發(fā)電企業(yè)之間經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的觀察和博弈,會(huì)逐漸熟悉對(duì)方的特征和戰(zhàn)略,這樣一來便形成了不完全信息下的貝葉斯博弈,這種貝葉斯博弈的目的就是將不完全信息和決策人主觀判斷結(jié)合起來,進(jìn)而做出最優(yōu)決策,使得各方利益最大化.[3-4]

本文主要對(duì)引入市場(chǎng)化機(jī)制后的不完全市場(chǎng)化環(huán)境下發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)的情況進(jìn)行了分析和探討.

1發(fā)電商與電網(wǎng)企業(yè)基于上網(wǎng)電價(jià)的博弈模型

1.1　模型假設(shè)

一般情況下,博弈論中有一個(gè)基本的假定,即所有的博弈參與者都是理性的.另外,博弈論中的“理性經(jīng)濟(jì)人”,是指博弈的參與者都是絕對(duì)理性的,其參與博弈的根本目的就是通過理性的決策,使自己的收益最大化.[5-7]也就是說,在環(huán)境已知的條件下,采取一定的行為,使自己獲得最大的收益.此外,為簡(jiǎn)化問題再做下列假設(shè):

(1) 電網(wǎng)企業(yè)和發(fā)電商都是以利潤(rùn)的最大化為原則的風(fēng)險(xiǎn)中性者;

(2) 二者的選擇相互獨(dú)立,且服從已知區(qū)間上的均勻分布；

(3) 二者分別將成本和估價(jià)的線性函數(shù)作為定價(jià)策略.

1.2　參數(shù)設(shè)定

設(shè)發(fā)電商的發(fā)電成本是c,電網(wǎng)企業(yè)對(duì)上網(wǎng)電價(jià)的估計(jì)值為v,令發(fā)電成本c和估計(jì)值v在[m,n]上服從均勻分布,而發(fā)電企業(yè)要價(jià)為Pv，電網(wǎng)企業(yè)選擇出價(jià)為Pe,在這一情況下,雙方形成了不完全信息下的靜態(tài)貝葉斯博弈.在貝葉斯博弈中,發(fā)電企業(yè)的要價(jià)Pv是c的函數(shù),記做Pv(c);電網(wǎng)企業(yè)的出價(jià)Pe是v的函數(shù),記做Pe(v).

2不完全信息下貝葉斯博弈模型的求解過程

2.1　函數(shù)設(shè)定

由于雙方的成本和估價(jià)均為線性函數(shù),可設(shè)發(fā)電商和電網(wǎng)企業(yè)的定價(jià)分別為:

(1)

Pe(v)=αe+βec

(2)

(1) 對(duì)所有c∈[m,n],最優(yōu)化問題:

Prob{Pe(v)≥Pv}

(3)

(2) 對(duì)所有v∈[m,n],最優(yōu)化問題:

Prob{Pe≥Pv(c)}

(4)

2.2　求解函數(shù)

由于電網(wǎng)企業(yè)對(duì)發(fā)電商發(fā)電成本的估價(jià)v在[m,n]上服從均勻分布,那么Pe在[αe+βem,αe+βen]上也服從均勻分布.從而有:

(5)

而

(6)

將式(5)和式(6)帶入發(fā)電企業(yè)的目標(biāo)函數(shù)可得:

(7)

最優(yōu)化的一階條件為:

(8)

同理可得,發(fā)電商發(fā)電成本c在[m,n]上服從均勻分布,故Pv在[αv+βvm,αv+βvn]上也服從均勻分布.則有:

(9)

且有:

(10)

將式(9)和式(10)帶入電網(wǎng)企業(yè)的效用函數(shù),得:

(11)

最優(yōu)化的一階條件為:

(12)

分別對(duì)Pe和Pv求導(dǎo)后解兩個(gè)一階方程,得到的線性納什均衡為:

(13)

(14)

由于只有當(dāng)發(fā)電企業(yè)的要價(jià)高于電網(wǎng)企業(yè)的出價(jià)時(shí)才有可能達(dá)成交易,因此必須有:

(15)

化簡(jiǎn)后得:

2.3　結(jié)果分析

圖1中斜線部分表示了雙方效用都大于零的交易空間.

由此可知,在估價(jià)為均勻分布時(shí),按照不完全信息下的靜態(tài)貝葉斯博弈,若雙方的出價(jià)和要價(jià)均在交易空間內(nèi),則代表雙方均能接受對(duì)方的出價(jià)和報(bào)價(jià),并且有一定的利潤(rùn)空間,能夠?qū)崿F(xiàn)基本的盈利,但要達(dá)到納什均衡,即各方效用的最大化,還需要作進(jìn)一步的案例分析.[8]

圖1　線性均衡策略下的交易空間

3算例分析

以太陽(yáng)能光伏發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)為例,分析不完全信息下光伏上網(wǎng)電價(jià)的定價(jià)機(jī)制,運(yùn)用貝葉斯博弈模型解決其定價(jià)問題.[9-12]

按照上述算法,建立光伏電商與電網(wǎng)關(guān)于上網(wǎng)電價(jià)的貝葉斯博弈模型,設(shè)c和v在[0.5,1.2]上服從均勻分布.當(dāng):

取v=1.2 元/kWh,c=0.8 元/kWh,博弈雙方可共同獲益.

此時(shí):

而平均價(jià)格為:

此時(shí),光伏企業(yè)的效用為:

而電網(wǎng)企業(yè)的效用為:

進(jìn)一步分析可知,當(dāng)發(fā)電企業(yè)的成本c與電網(wǎng)企業(yè)的價(jià)格估計(jì)值v取不同值時(shí),所得的結(jié)果也是不同的.在雙方博弈的實(shí)際過程中,發(fā)電企業(yè)為了自己效益的最大化而盡可能地抬高價(jià)格,電網(wǎng)企業(yè)則為了滿足更多用戶的需求而盡力壓低價(jià)格.

當(dāng)c=0.7,v=1.0時(shí),Pv(c)=0.81元/kWh,Pe(v)=0.89 元/kWh,故P=0.85元/kWh,發(fā)電企業(yè)的效用Uv和電網(wǎng)企業(yè)的效用Ue正好都為0.15 元/kWh,雙方可以在0.85 元/kWh的上網(wǎng)電價(jià)上成交,這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)雙方利益的最大化.

4結(jié)論

(1) 上網(wǎng)電價(jià)的制定與發(fā)電商的發(fā)電成本、電網(wǎng)企業(yè)的價(jià)格估計(jì),以及他們的均勻分布區(qū)間密切相關(guān).

(2) 電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)從全局角度考慮,優(yōu)化新能源發(fā)電資源的配置,進(jìn)而促進(jìn)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展.

(3) 在面對(duì)同樣已經(jīng)確定的上網(wǎng)電價(jià)時(shí),不同成本的發(fā)電企業(yè)獲得的利潤(rùn)是有很大差別的,這就促使高成本企業(yè)積極降低自身成本從而降低電價(jià)來提高自身競(jìng)爭(zhēng)力.因此,發(fā)電企業(yè)應(yīng)對(duì)自身的生產(chǎn)成本和定價(jià)進(jìn)行全方位分析,提高與電網(wǎng)企業(yè)達(dá)成交易的幾率.

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(編輯白林雪)

DOI：10.3969/j.issn.1006-4729.2015.04.018