基于博弈论的电力大用户直接购电交易研究
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摘要
随着我国电力市场的逐步发展和完善，电力大用户直接购电(发电商直供)将成为必然趋势，开展电力市场下的电力大用户直接购电问题的研究对电力市场的发展和完善也将起着重要作用。
本文利用博弈理论的相关理论和知识研究我国电力市场下电力大用户直接购电(发电商直供)问题，探讨我国电力市场中开展电力大用户直接购电的必然性和可行性，研究各方在交易过程中，如何降低或限制对方市场力的策略、如何在与竞争对手在报价和竞标博弈中获得最大利益的策略，分析单一电力大用户与多个发电商交易、单一电力大用户与单一发电商交易、以及多个大用户与单一发电商交易三种情况下的报价博弈，并给出具体交易报价模式、数学模型和算例分析。研究的主要内容包括：
①综述电力市场的特点、要素、目标模式、运营、以及主体经营行为，探讨国内外电力大用户直接购电(发电商直供)的现状，提出需要解决的问题，并以四川省2001年电网侧内部电力市场为例，对我国目前电力市场中电力大用户直接购电的实施进行介绍，探讨其实施的必然性、可行性，以及对该问题进行研究的现实意义和参考价值。
②探讨电力市场下电力大用户直接购电(发电商直供)中的主体的市场势力和交易模式，提出交易中降低或限制参与者市场势力的措施、交易模式的选择、以及签订合同的方式。
③研究单一电力大用户与多个发电商的交易博弈模型、以及交易算法一两层决策系统优化模型，并通过算例分析交易的可行性。
④研究单一电力大用户与单一发电商的交易，利用非完全信息静态博弈理论中的双向拍卖和序贯谈判相关知识来研究双方交易报价博弈，并通过算例分析交易的可行性。
⑤研究多个电力大用户与单一发电商的交易博弈模型、以及交易算法一两层决策系统优化模型，并通过算例分析交易的可行性。
本论文研究目的在于为电力市场下电力大用户直接购电(发电商直供)问题中的交易和报价博弈提供参考。
With the stepwise development and improvement of China electric power market, it will be inevitable trends which large electric power consumers will buy electric power directly from the generators (or generators will supply directly to large consumers) in the future. To study on the problem of large consumers' direct buying (or plants' direct supplying) has an important play on development and improvement of China electric power market.
This dissertation makes use of the correlative theories and knowledge in Game Theory to study that problem including these strategies how to reduce or restrict rivals' market-power and how to obtain the maximal profit in course of quotation and bidding among rivals. Three instances, one consumer's bargaining with multi generators, one consumer's bargaining with one generator, and multi consumers' bargaining with one generator, were analyzed. The concrete the bargaining modes, mathematics matrixes and instance analysis were also given. The main studying contents include the following:
?Summarize the characteristics, elements, operation and participators' operating conducts. Discuss current status of large consumers' direct buying (or plants' direct supplying) all over the world, and bring forward the problems needed resolving. Through one example, large consumer direct buying of interior grid electric power market of Sicuan in 2001, being analyzed in this paper, the inevitability and feasibility were discussed.
(2) Discuss participators' market powers and bargaining modes, and bring forward the measures which reduce or restrict participators' market powers, the choices of bargaining modes, and the ways of signing the contracts in electric power market.
(3) Study the bargaining game modes and arithmetic(two-layer decision system optimization matrix) of one consumer's bargaining with multi generators. Bring forward the instance to analyze the feasibility.
(4) Study one consumer's bargaining with one generator. Make use of the correlative knowledge of double-direction auction and sequential negotiation in Game Theory to study bilateral quotation game. Bring forward the instance to analyze the feasibility.
(5) Study the bargaining game mode and arithmetic(two-layer decision system optimization matrix) of multi consumers' bargaining with one generator. Bring forward the instance to analyze the feasibility.
The aim is to provide some references for the bargaining and quotation game of large consumers' direct buying (or generators' direct sale) in China electric power market.
本文利用博弈理论的相关理论和知识研究我国电力市场下电力大用户直接购电(发电商直供)问题，探讨我国电力市场中开展电力大用户直接购电的必然性和可行性，研究各方在交易过程中，如何降低或限制对方市场力的策略、如何在与竞争对手在报价和竞标博弈中获得最大利益的策略，分析单一电力大用户与多个发电商交易、单一电力大用户与单一发电商交易、以及多个大用户与单一发电商交易三种情况下的报价博弈，并给出具体交易报价模式、数学模型和算例分析。研究的主要内容包括：
①综述电力市场的特点、要素、目标模式、运营、以及主体经营行为，探讨国内外电力大用户直接购电(发电商直供)的现状，提出需要解决的问题，并以四川省2001年电网侧内部电力市场为例，对我国目前电力市场中电力大用户直接购电的实施进行介绍，探讨其实施的必然性、可行性，以及对该问题进行研究的现实意义和参考价值。
②探讨电力市场下电力大用户直接购电(发电商直供)中的主体的市场势力和交易模式，提出交易中降低或限制参与者市场势力的措施、交易模式的选择、以及签订合同的方式。
③研究单一电力大用户与多个发电商的交易博弈模型、以及交易算法一两层决策系统优化模型，并通过算例分析交易的可行性。
④研究单一电力大用户与单一发电商的交易，利用非完全信息静态博弈理论中的双向拍卖和序贯谈判相关知识来研究双方交易报价博弈，并通过算例分析交易的可行性。
⑤研究多个电力大用户与单一发电商的交易博弈模型、以及交易算法一两层决策系统优化模型，并通过算例分析交易的可行性。
本论文研究目的在于为电力市场下电力大用户直接购电(发电商直供)问题中的交易和报价博弈提供参考。
With the stepwise development and improvement of China electric power market, it will be inevitable trends which large electric power consumers will buy electric power directly from the generators (or generators will supply directly to large consumers) in the future. To study on the problem of large consumers' direct buying (or plants' direct supplying) has an important play on development and improvement of China electric power market.
This dissertation makes use of the correlative theories and knowledge in Game Theory to study that problem including these strategies how to reduce or restrict rivals' market-power and how to obtain the maximal profit in course of quotation and bidding among rivals. Three instances, one consumer's bargaining with multi generators, one consumer's bargaining with one generator, and multi consumers' bargaining with one generator, were analyzed. The concrete the bargaining modes, mathematics matrixes and instance analysis were also given. The main studying contents include the following:
?Summarize the characteristics, elements, operation and participators' operating conducts. Discuss current status of large consumers' direct buying (or plants' direct supplying) all over the world, and bring forward the problems needed resolving. Through one example, large consumer direct buying of interior grid electric power market of Sicuan in 2001, being analyzed in this paper, the inevitability and feasibility were discussed.
(2) Discuss participators' market powers and bargaining modes, and bring forward the measures which reduce or restrict participators' market powers, the choices of bargaining modes, and the ways of signing the contracts in electric power market.
(3) Study the bargaining game modes and arithmetic(two-layer decision system optimization matrix) of one consumer's bargaining with multi generators. Bring forward the instance to analyze the feasibility.
(4) Study one consumer's bargaining with one generator. Make use of the correlative knowledge of double-direction auction and sequential negotiation in Game Theory to study bilateral quotation game. Bring forward the instance to analyze the feasibility.
(5) Study the bargaining game mode and arithmetic(two-layer decision system optimization matrix) of multi consumers' bargaining with one generator. Bring forward the instance to analyze the feasibility.
The aim is to provide some references for the bargaining and quotation game of large consumers' direct buying (or generators' direct sale) in China electric power market.
引文
[1] 尚成金，黄永皓，夏清，等．电力市场理论研究与应用．中国电力出版社．北京．2002年8月第一版：p15—17。
[2] Alaywan Z, Allen J. Califomia Electric Restructuring: A Broad Description of the Development of the Califomia ISO. IEEE Transon Power Systems. 1998. Vol.13. No.4:1445～1452
[3] Xing Wang, Ma. Energy and Reserve Dispatch in a Multi-Zone Electricity Market. IEEE Transactions on Power Systems. 1997.Vo.14. No.3:234-241
[4] David A K, Li Y Z. Electricity Pricing With Competitive Supply Conditions. Electrical Power & Energy System. 1991.Vol.13.No.2.:75-80
[5] David A K, Li Y Z.Pricing of Electricity. IEEE Proceeding. 1992. Vol.139. No.4:315-321
[6] Kirsch L D,Sullivan R L, Flaim T A,et al. Developing Marginal Costs for Real-Time Pricing.IEEE Trans actions on PWRS.1998.Vol.3.No.3:1133-1138。
[7] Falcone C A. Pricing Wholesale Power Transactions in a Deregulated Market. Proceeding of the 51st American Power conference.Chicago.1989:24-26。
[8] Farmer E D, Cory B J, Perera B L P P.Optimal Pricing of Transmission and Distribution Services in Electricity Supply.IEEE Proc.Gener Transm Distrib. 1995.Vol. 142.No.1:1-8。
[9] 罗波特．吉本斯著，高峰译．博弈论基础．中国社会科学出版社．北京．1999年3月第一版：p112-125。
[10] Outhred H. A Review of Electricity Industry Res-tructuring in Australia[J]. Electric Power Systems Research. 1998. Vol. 44. No.1:15-25。
[11] Douglas J. Buying and Selling Power in the age of Competition. IEEE Power Engineering Review. 1994. No.10: p12-15。
[12] 陈伟．国外电力市场中大用户直接购电问题初探．湖南大学学报(社会科学版)．第15卷，第4期．2001年12月：p27-30。
[13] 梁华．“直供”市场竞争在湖北市场率先打开．电与社会．2003年第2期：p8-9。
[14] 肖启标．大用户直购：发、供、用电的良性互动．电与社会．2001年第3期：p9。
[15] 贺元启．电力大用户直供试点刍议．电力营销．2003年第1期：p14-15。
[16] 朱成章．直购—点击高耗电工业电价的新途径．大众用电．2001年第8期：p4-6。
[17] 包建华．方世建．煤电冶产业战略联盟及其利益分配的博弈分析．运筹与管理．第11卷．第5期．2002年lO月：p24-30。
[18] Ferrero R W, Shahidehpour S M, Ramesh V C. Transaction Analysisin Deregulated Power Systems Using Game Theory. IEEE Transactionson Power Systems. 1997. Vol.12.
No.3:1340-1347
[19] Ferrero R W, Rivera J F, Shahidehpour S M. Application of games with in complete information for pricing electricity in deregulated power pools. IEEE Transactionson Power Systems.1998. Vol. 13. No. 1:184-189
[20] 韩肖清．《电力系统运行控制与调度》．中国水利水电出版社．1996年。
[21] Jzzhu.A New Approach to Secure Economic Power Dispatch.IEEE Electrical Power & Energe System. 1998.Vol20.No.8:533-538.
[22] 四川省电力公司．四川省电网侧内部电力市场实施细则．四川省电力公司．2001年4月。
[23] 四川省电力公司．四川省电网侧内部电力市场直购电量交易会交易规则．四川省电力公司．2001年6月。
[24] 四川省电力公司．四川省电网侧电力市场总则．四川省电力公司．2000年10月。
[25] Alvarado F L, Market Power: A Dynamic Definition [R]. Conference of Bulk Power Systems Dynamics and Control Restructuring. Santorini. Greece. 1998。
[26] 鲁耀斌，张金隆，黎志成，拍卖过程中最优保留值设置的研究．管理工程学报．第13卷．1999年第1期：p41-46。
[27] 孙两元．投标企业确定最佳投标报价的步骤及方法．电力建设，1997年第5期：p59-62。
[28] 王先甲，冯尚友．二层系统最优化理论[M]．北京．科学出版社．1995。
[29] 梁百川．一个线性多级决策问题模型[J]．系统工程理论与实践．2000．第20卷第4期：p1-6。
[30] 于尔铿，周京阳，吴玉生．发电竞价算法(一)——排队法．电力系统自动化．2001．第25卷第4期：p16-19。
[31] 于尔铿，周京阳，吴玉生，等，发电竞价算法(二)——等报价法，电力系统自动化．2001．第25卷第5期：p10-13。
[32] 吴玉生，周京阳，王功涛，等，发电竞价算法(三)——动态规划法．电力系统自动化．2001．第25卷第6期：p19～22。
[33] 周京阳，吴玉生，王功涛，等．发电竞价算法(四)——网络流规划法．电力系统自动化．2001．第25卷第7期：p23-27。
[34] 王功涛，于尔铿，周京阳，等．发电竞价算法(五)——线性规划法．电力系统自动化．2001．第25卷第8期：p20-23。
[35] 李永春．投标企业如何确定最优投标报价．山东经济．2000年第5期(总第100期)：p64-67。
[36] 粟塔山．最优化计算原理与算法程序设计．国防科技大学出版社．2001年1月第一版．：p71-74．
[37] 李越，李怀祖，张文修．概率和模糊条件下谈判报价模型．第8卷第2期．系统工程理论方法应用．1999年：p43-47。
[38] 刘树林，汪寿阳，黎建强．投标与拍卖的几个数学模型．管理科学学报．第1卷．第2期．1998年6月：p11-16。
[39] 陈皓勇，王秀丽，王锡凡，耿建．拍卖理论及其在电力市场竞标设计中的应用(一)拍卖理论基础及实验研究．电力系统自动化．第27卷．第3期2003年2月10日：p17-21。
[40] 陈皓勇，王秀丽，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．电力系统自动化．第27卷．第4期．2003年2月25日：p17-24。
[41] Smith V L. Experimental Auction Markets and the Walrasian Hypothesis. Journal of Political Economy. 1965. Vol. 73. No. 4:p387-393。
[42] Smith V L, Bidding and Auction Institutions: Experimental Results, California Institute of Technology, Pasadena (California): Social Science Working Paper. No.71.1974。
[43] Smith V L. Microeconomic Systems as an Experimental Science. American Economic Review. 1982. Vol. 72. No. 5:p923-955。
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