博弈论的基本概念及其在电力市场领域一个应用案例的简单分析

课程论文（设计）题目博弈论及其在电力市场领域一个应用案例的简单分析

学生姓名卢光钰

学号20061340012

院系信控

专业电气自动化

指导教师张伟

二ＯＯ九年六月九日

博弈论的基本概念及其在电力市场领域一个应用案例的简单分析

摘要：不管博弈各方是合作、竞争、威胁还是暂时让步，博弈论模型的求解目标就是使自身最终的利益最大化，这种解建立在对方也采取各自“最好策略”为前提，各方最终达到一个力量均衡，也就是说谁也无法通过偏离均衡点而获得更多的利益。这就是博弈论求解的本质思想。电力作为特殊的商品，它的生产、运输、销售和消费也逐渐走向市场化。世界范围内很多国家的电力工业走向放松管制、引进竞争的进程中，遇到很多前所未有的新课题，运用博弈论来分析解决其中一些问题是一个研究方向。用博弈论模拟电力市场，模拟的结果可能更加接近实际，为市场模式设计提供依据。另外，电厂或用电用户作为市场的参与者，可以用博弈论来分析市场，研究如何报价获利最大。

关键词：博弈论电力市场报价竞价上网均衡

博弈论又称为“对策论”，一种使用严谨数学模型来解决现实世界中的利害冲突的理论。由于冲突、合作、竞争等行为是现实世界中常见的现象，因此很多领域都能应用博弈论，例如军事领域、经济领域、政治外交，解决诸如战术攻防、国际纠纷、定价定产、兼并收购、投标拍卖甚至动物进化等问题。

博弈论的研究开始于本世纪，1944年诺依曼和摩根斯坦合著的《博弈论和经济行为》一书的出版标志着博弈理论的初步形成，随后发展壮大为一门综合学科。1994年三位长期致力于博弈论研究实践的学者纳什、海萨尼、塞尔顿共同获得诺贝尔经济学奖，使博弈论在经济领域中的地位和作用得到权威性的肯定。

1.博弈论的基本原理和方法

博弈论模型可以用五个方面来描述

G={P， A， S， I， U}

P：为局中人，博弈的参与者，也称为“博弈方”，局中人是能够独立决策，独立承担责任的个人或组织，局中人以最终实现自身利益最大化为目标。

A：为各局中人的所有可能的策略或行动的集合。根据该集合是否有限还是无限，可分为有限博弈和无限博弈，后者表现为连续对策，重复博弈和微分对策等。

S：博弈的进程，也是博弈进行的次序。局中人同时行动的一次性决策的博弈，成为静态博弈，如齐威王和田忌赛马；局中人行动有先后次序，称为动态博弈，如下棋。

I：博弈信息，能够影响最后博弈结局的所有局中人的情报，如效用函数，响应函数，策略空间等。打仗强调“知己知彼，百战不殆”，可见信息在博弈中占重要的地位，博弈的赢得很大程度依赖于信息的准确度与多寡。得益信息是博弈中的重要信息，如果博弈各方对

各种局势下所有局中人的得益状况完全清楚，称之为完全信息博弈，例如齐威王和田忌赛马，各种马的组合对阵的结果双方都不严而喻。反之为不完全信息博弈，例如投标拍卖，博弈各方均不清楚对方的估价。在动态博弈中还有一类信息：轮到行动的博弈方是否完全了解此前对方的行动。如果完全了解则称之为“具有完美信息”的博弈，例如下棋，双方都清楚对方下过的着数。反之称为“不完美信息的动态博弈”。由于信息不完美，博弈的结果只能是概率期望，而不能象完美信息博弈那样有确定的结果。U：为局中人获得利益，也是博弈各方追求的最终目标。根据各方得益的不同情况，分为零和博弈和变和博弈。零和博弈中各方利益之间是完全对立的。变和博弈有可能存在合作关系，争取双赢的局面。

还有另一类型博弈称为多人合作博弈，例如安理会投票表决，OPEC联合限产保价等问题。这类问题重点放在联盟利益的分配上，它的理论和方法广泛应用于利益损失的共同分担问题。多人合作博弈的研究方法主要是特征函数模型。以个可能的联盟为定义域，特征函数表示各个联盟的得益（N是局中人的数目），它的分配解必须符合一定的合理性和稳定性，它的解的概念也发展成多种多样，包括稳定集、核心、核仁、Shapely值等。解的多样性符合现实世界复杂多样的需要，针对不同的问题选择或创造合适的解的概念是博弈论深入研究的课题。

不管博弈各方是合作、竞争、威胁还是暂时让步，博弈论模型的求解目标就是使自身最终的利益最大化，这种解建立在对方也采取各自“最好策略”为前提，各方最终达到一个力量均衡，也就是说谁也无法通过偏离均衡点而获得更多的利益。这就是博弈论求解的本质思想。

2．浅说博弈论与电力市场之间的关系：

电力作为特殊的商品，它的生产、运输、销售和消费也逐渐走向市场化。世界范围内很多国家的电力工业走向放松管制，引进竞争的进程中，遇到很多前所未有的新课题，运用博弈论来分析解决其中一些问题是一个研究方向。用博弈论模拟电力市场，模拟的结果可能更加接近实际，为市场模式设计提供依据。另外，电厂或用电用户作为市场的参与者，可以用博弈论来分析市场，研究如何报价获利最大。

正确运用博弈论关键要针对电力市场的特点正确选择模型和解的概念。力量相当的两个区域电网之间交换功率的情形比较适合用古诺模型和Nash谈判解方法；而自备电厂与公用电网之间的交易可能更适合用Stackleberg模型。还有局中人结盟问题：如何识别合作伙伴，结盟利益如何在联盟内分配。电力市场环境下，电网输电作为一项服务，它的网损、固定资产投资如何在网络使用者之间分担。这些分配问题有不同的概念的解：稳定集，核心，核仁，Shapely值等，如何合理选择或创造最接近实际的解的概念也是面临的课题。博弈的结果是依赖于拥有的信息，采用什么样的信息披露政策是设计电力市场模式的一个方面。例如：电厂竞价上网，一个成功的报价不仅取决于自己的实力，还有赖于他人如何报价。但是各方往往不清楚互相之间成本、报价等信息，因为这些信息都是各自的商业秘密。如何处理这种信息既不完全也不完美的博弈是一个重要的课题。反过来，博弈的实验结果也为电力市场披露怎样的信息提供依据。

3．博弈论在电力市场中应用的一个实例：黑龙江电力市场及东北区域电力市场

3.1黑龙江省级电力市场及东北区域电力市场模式

黑龙江省级电力市场试点开始于1999年7月，一直运行到2004年末国家启动东北区域电力市场时结束，期间探索了多种模式。其中运行时间最长的模式是，年度市场空间的90%作为合约电量，按照不同类型的发电机组容量分配给各发电厂，另外的10%以及计划外的增量作为市场竞争电量，按日分时(96个时间段)竞价。竞价采用按机组报价并进行竞价计算，按厂实施调度运行的运作模式，成交价格为竞标成功机组加入调度运行的最高区间报价。这一运行模式自2000年1月开始，至2004年末市场关闭时结束。 东北区域电力市场于2004年1月15口开始启动模拟报价交易，模式为“一部制电价、部分电量竞争”，按年、月交易;2004年4月确定按“两部制电价、全电量竞争”，按年、月交易的模式开始试竞价。2005年度开始正式启动市场竞价，年度交易电录占全部参加竞价上网机组年度上网电录的80%,其余的20%上网电录按月进行竞价交易，按中标电录的报价结算。2006年东北区域电力市场暂停竞价交易。进行市场总结。

3.2发电厂商参加竞价上网的博弈心理分析

以上各个阶段的电力市场都是供大于求的发电侧电力市场。市场由购买者和销售商构成。在这种市场形势下，发电厂商通过竞价获取中标电量的合同，竞价在各发电厂商之间进行，因此各发电厂商之间就产生了竞争与博弈的关系。在市场机制下，利益最大化成为各发电厂商的主要经营目标，一切经营活动都紧紧围绕着主要经营目标开展，提高产量、提高产品价格、努力压缩成本，是实现和提高利润的最有效途径。发电厂商在电力市场实竞争中报价越低，中标的机率就越大，获取的上网电量的份额也越大，但价格过低会导致收益降低;报价过高，期望收益越高，中标机率越小，经营风险越大，因此，发电厂商在竞价过程中，必须在上网电量和上网价格中做出选择，使经营风险最小、收益最大。发电厂商的收益为售电收入减去成本，而成本又依电量不同而随之变化，因此发电厂商的收益可以表示为:

=()PQ C Q π-

式中: π为收益;P 为上网电价;Q 为发电量; C( Q)为成本函数。 在收益为0的情况下π=0，可以求得任一段标电量所对应的电价，即边际价格0P ,只要投标电量的投标电价P> 0P 发电厂商就有收益。若发电厂商未中标，则收益为零，因此发电厂商小可能选择低于Po 的价格投标。发电厂商设定期望中标电量,其价格策略分为3类: (1)大于边际价格，低于期望中标电量所对应的边际成本竞价，该竞价策略有收益，中标风险最低，但收益较低;( 2)以边际成本竞价，该竞价策略有合理收益，中标风险适中;( 3)以高于边际成本竞价，一旦中标，投机收益很高，但中标风险大。假定只有发电厂商A 和发电厂商B 竞价，策略分为3类，从形式上可以将该问题转化为有限策略博弈.这样借助矩阵形式来表示。