电力市场中的激励性机制设计

于典型的机制设计问题是一 3 阶段的博弈过程
需要应用动态不完全信息博弈理论[3] 这对设计机
制问题的求解是比较困难的 为此 Maskin
Laffont Myerson 等人提出了显示原理 revelation
principle)[4~6] 尤其是 Myerson 在 1979 年证明了
任何一个机制所能达到的配置结果 都可以通过
Fra Baidu bibliotek
constraint) 如果要使一个理性的代理人接受委托
人设计的机制 则代理人在该机制下得到的期望
净效益必须不小于其机会成本 机会成本是代理
人在不参与该机制情况下所能得到的最大期望净
效益 也称保留效益 reservation utility 记为 RU i 则个人理性约束为
Ui (ti ,ti ) − Ci (ti ,ti ) ≥ RUi i = 1,2,Λ , n
万方数据
第 27 卷 第 1 期
电网技术
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私人信息是发电商的成本 用户的缺电损失等
假定代理人是理性的 委托人所制定机制的
目标是使每个代理人在追求个人目标的同时 在
客观效果上达到委托人所要实现的目标 在电力
市场中 发电商和用户的个人目标是获利最大
市场管理者的目标是追求社会福利最大化 电力
公司的目标是购电成本最小或利润最大化 在实
机制设计理论是研究在自由选择 自愿交换 信息不完全及决策分散化的条件下 设计一套激 励性机制来达到既定目标的理论[2] 由于机制设计 理论能合理地引导参与者上报真实信息 在实现 参与者个人利润最大化的同时达到管理者的目 标 因此它非常适合于电力市场中有关真实信息 披露的激励性机制研究 并有着重要的潜在应用 价值
一个说实话的直接机制来实现 因此 委托人只
需考虑直接机制 即代理人的选择空间不会超过
其可能的类型空间 并进一步证明了如果最优的 直接显示机制不能保证帕累托改进一定会出现 那么 就没有其它机制再能保证帕累托改进一定 会出现[6]
3 机制设计理论在发电上网竞价机制中的 应用
3.1 发电上网竞价拍卖中的激励性机制问题 拍卖是在信息不对称情况下基于公平竞争来
English auction 荷兰式拍卖 Dutch auction 第 一 价 格 密 封 报 价 拍 卖 first price sealed-bid auction 和第二价格密封报价拍卖 second price sealed-bid auction 英国式拍卖是一种公开的报价 递升的拍卖方式 而荷兰式拍卖是一种公开的报 价递减的拍卖方式 这 2 种拍卖方式的交易价格 均为获胜者的报价 由于公开拍卖费时费力 且 在参与者相互熟知的情况下很容易发生勾结行 为 因而出现了密封报价拍卖方式 第一价格密 封报价拍卖中所有竞买者密封其报价 统一交给 拍卖人 出价最高者获胜 交易价格即为获胜者 的报价 因此 在拍卖多单位物品时 可能存在 多个获胜者 其报价 即交易价格 可能很不相 同 因此第一价格密封报价拍卖又称歧视价格拍 卖 discriminatory price auction 第二价格密封报 价拍卖与第一价格密封报价拍卖相类似 报价最 高者获胜 但交易价格为第二高的报价 而且在 拍卖多单位物品时所有获胜者的交易价格相同 均为第二高的报价 第二价格密封报价拍卖也称 为 Vickrey 拍卖 由于交易价格一般与获胜者的报 价无关 因而与第一价格密封拍卖相比 它更能 引导投标人真实信息的披露 即具有激励性相容 特性[8]
分配稀有物品的方法 可高效地确定其基于市场 的价格[7] 按不同的分类方法 通常意义上的拍 卖 可 分 为 公 开 拍 卖 或 密 封 报 价 拍 卖 open-or sealed-bid auction 报 价 递 升 拍 卖 或 递 减 拍 卖
ascending- or descending- price auction 单一单 位 物 品 拍 卖 或 多 单 位 物 品 拍 卖 single item or multiple units auction 私人价值拍卖或公共价值 拍卖 private value or common value auction 单 边拍卖或双边拍卖 one-sided or double auction 等 单边拍卖模式主要有 4 种 即英国式拍卖
第 27 卷 第 1 期 2003 年 1 月
文章编号 1000-3673 2003 01-0052-05
电网技术 Power System Technology
中图分类号 TM73 F123.9
文献标识码 A
电力市场中的激励性机制设计
张少华 方 勇 李渝曾
上海大学自动化系 上海 200072
Vol. 27 No. 1 Jan. 2003
INCENTIVE MECHANISM DESIGN IN ELECTRICITY MARKETS
ZHANG Shao-hua, FANG Yong, LI Yu-zeng Shanghai University, Shanghai 200072, China
ABSTRACT: The significance and the general method to apply the incentive mechanism design theory to electricity markets are briefly described. Research works related to incentive mechanism design for power generation bidding and bilateral contracting are emphatically presented and analyzed. It is indicated that the incentive bidding mechanism can lead the rational generation companies to reveal their true generation costs. Therefore, it is advantageous for implementig the economic dispatch of electricity resources. Besides, the behavior of rigging the market from the generation companies by market power can be avoided or mitigated, so it is conducive to reduce the risk of drastic fluctuation of market price, and then the steadiness and security of market operation can be improved. On the other hand, the incentive interruptible contractual mechanism is advantageous to implementing the optimal allocation of electricity resources under the market environment and the rational sharing of the risk and profits in the power investment market can be further realized by the incentive contract for investment project bidding.
U i (ti , ti ) − Ci (ti , ti ) ≥ U i (ti , tˆi ) − Ci (ti , tˆi )
i = 1,2,Λ , n
(1)
第二种约束是个人理性约束(individual rational
constraint) 或 者 称 为 参 与 约 束 (participation
现委托人的目标时 要考虑 3 种约束条件
第一种约束是激励性相容约束 incentive
compatibility constraint 委托人希望代理人能有
积极性选择委托人所希望的结果 而对于理性的
代理人来说 只有当他选择委托人希望的并能给
他带来的期望净效益最大时 他才会有积极性去
做 设 ti 为代理人 i 的真实类型 (私人信息) tˆi 为 代理人 i 上报的类型 代理人 i 上报类型 tˆi 时产生 的效益为U i (ti , tˆi ) 相应的成本为Ci (ti ,tˆi ) 则激 励性相容约束可表示为
关键词 电力市场 激励性机制设计 上网竞价 双边合同
基金项目 国家自然科学基金资助项目 50107006
1 引言
由于电力难以大规模存储 需求弹性较低 要 求实时平衡以及存在输电网约束 因而电力市场参 与者拥有很大的市场力[1] 电力市场中管理者与发 电商 用户之间存在着信息不对称 如发电商和用 户知道自己的真实成本和缺电损失 但管理者不知 道 这就有可能导致发电商利用市场力操纵报价或 相互勾结哄抬电价 从而引起价格的频繁波动 需 求侧管理(DSM)中 用户有可能虚报其缺电损失 然而市场管理者只能依赖发电商和用户的上报信息 来决定经济调度和停电次序 因而有可能出现电力 调度的不经济性和用电率不高
KEY WORDS: electricity markets; incentive mechanism design; power generation bidding; bilateral contracts
摘要 简要说明了电力市场中应用激励性机制设计理论的 意义和一般方法 着重介绍和分析了有关激励性发电上网 竞价机制及激励性双边合同设计的应用研究 分析表明 激励性发电上网竞价机制能引导理性发电商披露真实成本 信息 有利于实现电力资源的经济调度 激励性电力竞价 机制可避免或减轻发电商利用市场力操纵市场的行为 因 而有助于降低市场价格剧烈波动的风险 进而改善市场运 行的平稳性与安全性 激励性的可中断合同机制有利于实 现市场环境下电力资源的最优分配 激励性的投资招标合 同能进一步实现电力投资市场风险和利润的合理分摊
uniform price auction 或 clearing price auction 在发电上网定价中得到了广泛采用 在单一电价 拍卖机制中 对于边际发电商 由于其报价就是 交易价格 因此边际发电商的竞价机制类似于第 一价格密封报价拍卖 对于边际以下的发电商 由于其报价与交易价格无关 因而其竞价机制类 似于具有激励性相容特性的第二价格密封报价拍 卖 但是 在密封报价的情况下 由于每个发电 商在准备报价时都认为他有可能成为边际发电 商 因而为保证获利 其报价可能都会高于其真 实成本[9] 因此 单一电价拍卖机制存在发电商操 纵报价 哄抬电价的可能性 这是美国加州电价 飞升的原因之一 [10] 英国和澳大利亚等国家也 曾有过发电商操纵报价而导致电价飞升的经 历[11, 12]
在信息不对称的电力市场环境下 普遍采用
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密封报价拍卖的发电上网竞价方法 这是一种私 人价值的 因为各个发电商的发电成本可能很不 相同 多单位物品采购拍卖 multi-unit procurement auction 目前 按市场出清的单一电价拍卖机制
(2)
第三种约束是可行性约束 即模型的解应满
足物理限制 这也是电力市场区别于其它市场的
附加约束条件 电力市场要求实时供需平衡且要
满足输电潮流约束 而且还要考虑发电机组的启
停 发电功率限制和爬坡速度等要求
在 实 际 应 用 时 通 常 假 设 代 理 人 类 型 ti
i = 1,2,Λ , n 服从于某一已知的概率分布 由
2 应用机制设计理论的一般方法
机制设计中一般有 1 个委托人 principal 和 1 个或多个代理人 agents 假定有 n+1 个参与 者 0 表示委托人 i 表示代理人 i = 1,2,Λ , n 在电力市场中 委托人可以是电力公司 Pool ISO 或 PX 等 代理人可以是发电商 用户等 每个代 理人具有自己的经济特征 称为私人信息 private information) 其 它 信 息 为 共 同 知 识 (common information) 在电力市场中 共同知识是委托人 的支付函数 以及输电网络约束 负荷预报等