基于利益相關者理論的發電權交易模式及其競價策略

田帥

(中國能源建設集團廣東省電力設計研究院，廣州市510663)

基于利益相關者理論的發電權交易模式及其競價策略

田帥

(中國能源建設集團廣東省電力設計研究院，廣州市510663)

在當前的發電權交易中，過度依靠對發電權出(受)讓方的電站運行狀態疏于了解的第三方交易機構作為信息溝通的媒介，導致了信息不對稱進而影響發電權交易的順利進行。為此，基于利益相關者理論，設計了一種能夠體現不同發電權交易商利益需求的發電權交易模式，界定了交易各方的職權及交易實施順序，利用動態博弈解決了信息不對稱問題。基于擴大交易范圍和統一成交價格的視角，提出了一種追求雙方利益最大化并能維持長期博弈均衡的競價策略。實證結果表明，該發電權交易模式及其競價策略可以有效促進發電權交易商之間長期有效合作，提高了總社會效用，節約運行成本和減小能源消耗。

利益相關者;發電權交易;不完全信息博弈;競價策略;社會效用

0 引言

發電權是電廠在合約市場、日前市場等市場中競爭獲得的發電許可份額，發電權交易就是發電量指標的有償出讓和買入，交易雙方根據電力主管部門確定的年度或季度發電計劃指標，在平等自愿的原則下，在不影響電力消費者利益和系統安全性的前提下，采取雙邊協商撮合或者集中交易等方式完成發電量指標的買賣。發電權交易可以在各種不同類型和運行狀態的機組之間進行，這些交易能提高正常運行和出力受阻的火電廠之間、水火電之間、大水電和小水電之間、不同流域的水電之間的相互補償效益，各種情況下的發電權交易模式也各有特點［1］。黎燦兵等率先探討了經紀人模式在發電權交易中的實現機理，并提出了考慮交易成本的全效用經紀人交易模式［2］。接著，不少專家和學者也在發電權交易模式方面進行了非常有價值的研究和探討，其中撮合交易不但可以形成明確的買賣對應關系，而且價格機制較為靈活［3］，因此得到現階段發電權交易市場的廣泛應用。雙邊交易則重點突出了電力交易機構、電力調度機構的主體地位，前者負責搭建電力交易平臺，后者負責監督平臺的運行狀況［4］。期權交易是指發電商根據自己的需要向交易中心購買該輸電權獲得優先交易的權利，當計劃交易因線路阻塞不能完成時還可以得到補償以降低損失。該交易模式允許市場參與者鎖定電力價格以降低交易成本，減少價格波動帶來的風險，確保中長期交易計劃可執行性［5］。委托代理交易基于非對稱信息，提出了無交易中心參與和交易中心以承包形式參與的發電權委托代理模型，通過分析關鍵參數及其對交易雙方風險承擔份額的影響，可以度量采用不同激勵合同的各方收益［6］。

上述文獻研究普遍強調了第三方交易機構在發電權交易中的主體地位，雖然交易機構對系統運行狀態等十分了解，但難以對發電權出讓方、受讓方的電站運行狀態進行了解和控制。若單純依靠交易機構作為信息溝通的媒介，則會加大信息不對稱，隨即造成:受讓發電權的電站缺乏有效激勵機制去努力完成受讓電量，可能給那些依靠出讓發電權來避免發電機組因燃料不足、非計劃停運等原因不能履行發電合同的發電方帶來損失［7］。本文基于利益相關者理論，設計一種新的發電權交易模式以體現不同發電權交易商的交易需求，并規范交易實施路徑的先后順序，以規避信息不對稱給發電權交易方帶來的風險，為發電權交易方建立一個公平競爭、整體效用最優的交易系統。

1 利益相關者協同參與的發電權交易模式

圖1所示的發電權交易模式應納入區域政府框架協議和區域電力市場規劃中開展，應與區域電力市場建設統一規劃、統一管理、協調運作。該發電權交易的利益相關者包括出讓發電權電站(被替代方)、受讓發電權電站(替代方)和電力調度機構。被替代方、替代方所擁有的信息及彼此間的不對稱表現在:替代方對自身富余發電能力十分了解，而對系統運行狀態及被替代方對轉讓電量的具體要求知之甚少;被替代方對自身難以完成的合同電量十分清楚，卻對系統運行狀態及替代方完成受讓電量的能力知之甚少。此時，若被替代方和替代方直接進行雙邊交易，二者之間缺乏雙向互動，不易滿足被替代方對交易電量的具體要求，且交易電量的頻繁變動不利于建立長期穩定的合作關系。需強調的是:(1)電力調度機構不僅對系統運行狀態等十分了解，還要對被替代方、替代方的運行狀態也有充分了解和控制，將其納入交易系統可以有效地解決信息不對稱問題，保障發電權交易的穩定可持續; (2)電力交易機構應不隸屬于任何一個市場主體，提供電力交易服務而不直接參與交易，并且不以營利為目的，并由電力監管機構直接負責管理。

圖1 所示的發電權交易實施路徑及各方的主要職權如下:(1)交易雙方就交易周期、成交電量、成交價格、結算方式等問題進行協商，確定交易方案并報送電力調度機構;(2)電力調度機構對具體的交易方案進行安全校核，對未通過安全校核的交易方案交由交易雙方重新協商整改，通過安全校驗后，交易雙方簽訂交易合同，并報電力調度機構組織執行;(3)電力交易機構應按月、季、年匯總分析發電企業由于開展發電權交易產生的能耗和污染物排放變化情況，結合交易電量和價格、電費結算、網損補償等信息，及時報所在地電力監管機構，并定期向相關交易主體披露。

2 利益相關者的利益實現及其競價策略

2.1 利益相關者的利益實現

在簽訂交易合同之前，雙方要對合同的價格和數量進行談判。顯然，只有交易價格大于替發電增加的運行成本，替代方才會收益;只有交易價格低于被替代方自身發電時的運行成本，被替代方才會收益。因此，在利益相關者協同參與的發電權交易市場中，交易雙方采用的競價策略將直接影響各自收益。為此，本文提出一種追求雙方收益最大化的競價策略，并探討該策略實現的信息條件。在不了解最優競價策略實現的信息條件之前，可假設替代方和被替代方是在不完全信息條件下進行雙邊交易，即每個交易主體只知道自身的運行成本和競爭對手的運行成本估計值［8］，該假設具有普遍性和有效性，在此假設基礎上構造最優的報價策略。

2.2 利益相關者的競價策略

2.2.1 問題描述

發電權交易中，被替代方是將發電權轉讓出去的一方，以下稱買方;替代方是接受發電權的一方，替代方將替代被替代方發電，以下稱賣方。同時，由于以下采用單時段模型進行推演，文中用發電有功功率(簡稱功率)代替發電量進行公式推導。

假設在單位時間內，賣方和買方的運行成本函數C1、C2分別為

式中:Pg1、Pg2分別為開展合約轉讓與置換交易前賣方、買方的發電功率;a1、b1、c1為賣方的成本系數; a2、b2、c2為買方的系數。

假設交易功率為T，轉讓價格為R。由于開展發電權交易后，買方要承擔本省內輸電費用、省內火電廠利潤損失、省內煤炭運輸等產業損失的補償費用e1，而且網間輸電及網損費用差價有可能使買方收益或受損e2。因此，買方的收益不但要考慮發電的運行成本，還需要考慮補償費用及網間輸電及網損費用差價可能帶來的收益或損失［9］。此外，賣方亦要承擔本省省內輸電費用e3。

那么，考慮補償費用后的賣方運行成本Q，考慮補償費用及網間輸電及網損費用差價可能帶來的收益或損失后的買方運行成本V分別是:

顯然，當Q＞V時，買賣雙方均不能獲益，交易是不會發生的;當Q＜V時，交易能否開展，取決于雙方的談判策略。Q是賣方的最低保留價格，而V是買方的最高保留價格，成交價格應該滿足Q＜R＜V。

2.2.2 競價策略

在完全競爭的電力市場中，交易雙方不知道對方的真實運行成本，只能獲取市場公布的有限信息，因此該競價問題屬于不完全信息下決策問題。交易主體關心的是，在市場規則允許的條件下，如何制定合理的報價策略，即如何確定交易價格R。雙邊交易談判流程如下:

(1)買方向賣方提出購買功率的需求。

(2)買賣雙方電力向交易中心提交各自的報價RB、RS。如果RB＞RS，談判成功，成交價格為R= (RB+RS)/2;如果RB＜RS，談判失敗，談判進入下一階段，直到談判成功。

在雙邊交易談判的開始，買賣雙方均對自己預期價格保密。在談判的過程中，按照博弈論的思想［10］，買賣雙方為了達成交易不斷調整報價，報價一步一步接近各自預期的價格。現在的關鍵問題是交易主體如何根據對手的不完全信息來設計最優報價從而獲取最大利潤。

假設賣方估計買方的報價函數為

類似地，買方估計賣方的報價函數為

值得注意的是，買方、賣方均不知道對方的運行成本Q、V。系數αB、βB(αB≥0、βB≥0)和αS、βS(αS≥0、βS≥0)、均是由買方和賣方估計的。例如，當αB=0、βB=0.9時，則賣方估計買方期望從交易中獲取10%的收益。

那么，可得出買賣雙方最優談判策略模型，如下所示。

(1)賣方利潤最大化的競價模型為式中:RS為賣方提交報價;E［RB(s)(V)∣RB(s)(V)≥RS］為在買方報價估計值大于賣方報價的前提下買方報價估計值的期望;Prob［RB(s)(V)≥RS］為買方報價估計值大于賣方報價的概率。

(2)買方利潤最大化的競價模型為

式中:RB為買方提交報價;E［RS(b)(Q)∣RB≥RS

(b)(Q)］為買方報價大于賣方報價估計值的前提下賣方報價估計值的期望;Prob［RB≥RS(b)(Q)］為買方報價大于賣方報價估計值的概率。

最優解RB、RS分別為賣方、買方的最優談判策略，其計算式為

一般而言，若采用均勻分布下的最優談判策略，買方和賣方都會將運行成本V、Q看作是服從某種概率分布的隨機變量。下面以運行成本服從均勻分布為例，探討買賣雙方的談判策略。

已知V的密度函數下，可得

當RS位于區間［RB(s)(V1)，RB

(s)(V2)］時，式(11)、(12)成立。

圖2給出了概率曲線、期望曲線及目標函數曲線。其中:曲線i為買方報價大于賣方報價估計值的概率Prob［RB≥RS(b)(Q)］;曲線ii為在買方報價估計值大于賣方報價的前提下，買方報價估計值的期望E［RB

(s)(V)∣RB(s)(V)≥RS］;曲線iii為賣方利潤最大化的競價模型的目標函數。

E［RB(s)(V)∣RB(s)(V)≥RS］是RS的單調遞增函數，而Prob［RB(s)(V)≥RS］是RS的單調遞減函數，買方最優策略目標函數存在最大值，對應于最優報價RS。

圖2中，在X1、X2處，RB分別等于RB(s)(V1)，RB

(s)(V2);Z1=αB+βB(V1+V2)/2，Z2=αB+βBV2。同樣，在假設Q服從均勻分布的情況下可得

當RB位于區間［RS(b)(Q1)，RS

(b)(Q2)］時，式

(13)、(14)成立。

將式(11)、(12)代入目標函數式(7)，由式(9)可得出賣方的最優報價策略為

因此，賣方最優報價為買方報價估計值的最大值的1/3與賣方最低保留價格的2/3的和。

類似地，將式(13)、(14)代入目標函數式(8)，由式(10)可得出買方的最優報價策略為

因此，買方最優報價為賣方報價估計值的最小值的1/3與買方最高保留價格的2/3的和。

由以上的分析可知，只有當Q≤RS≤RB≤V時，發電權交易才會開展。

2.3 算例

以11臺火電機組參與的發電權交易市場為例，對所提出的競價策略進行說明。假設1～7號機組為出讓機組，8～11號機組為受讓機組。為了盡可能反映現實情況，進一步假設1～6號機組為典型的高煤耗小容量機組，9～11號機組為典型的低能耗大容量機組。市場準入原則為:300 MW以下的機組只能作為出讓方參與交易，300 MW以上的機組只作為受讓方參與交易，300 MW的機組既可作為出讓方亦可作為受讓方參與交易。各發電機組的相關數據如表1所示。

機組煤耗用二次函數表示:Cf=aQ2+bQ+c。這里，Q為機組出力，a，b，c為煤耗系數。表1中運行成本分別為考慮補償費用后的賣方運行成本Q，考慮補償費用及網間輸電及網損費用差價可能帶來的收益或損失后的買方運行成本V。

從表1可得，在不完全信息下，交易雙方經過長期博弈，買方報價估計值的最大值V(也即買方最高保留價格)為0.448元/(kW·h)，賣方最低保留價格Q(也即賣方報價估計值的最小值)為0.176元/ (kW·h)，按照式(15)、(16)算得賣方、買方最優報價分別為0.252，0.351元/(kW·h)，符合Q≤RS≤RB≤V的條件，發電權交易可以正常開展。

本例中總社會效用為95 675元/h，即實施發電權交易之后，可以節約的運行成本為95 675元/h，總成交量為815 MW，能耗下降量為100 311 kg/h。

4 結論

(1)通過把利益相關者理論引入到發電權交易市場中，設計了一種新的發電權交易模式以體現不同發電權交易商的利益需求，并設置了交易實施路徑的先后順序，有效解決了信息不對稱問題，利于交易雙方建立長期穩定的合作關系。

(2)從擴大交易范圍和確定統一的成交價格著手，提出一種追求雙方利益最大化的競價策略，改進后的競價策略可以有效促進利益相關者之間的長期博弈達到均衡，擴大了交易范圍，提高了總社會效用，節約了運行成本和能耗，對廠間電力置換提供了一種較為可行的方法。

［1］Kambale P，Mackauer J J.The dispatcher training simulator for metropolitan edison company［J］.IEEE Transactions on Power Systems，1996，11(2):898-904.

［2］黎燦兵，康重慶，夏清，等.發電權交易及其機理分析［J］.電力系統自動化，2003，27(6):13-18.

［3］夏清，孫正運.考慮交易成本的區域市場撮合交易模型［J］.電網技術，2005，29(17):1-4，20.

［4］張森林.水電參與電力市場競爭若干問題研究(二)［J］.水電能源科學，2006，24(3):62-65，78.

［5］艾東平，鮑海，楊以涵.發電權交易的阻塞風險規避模型［J］.繼電器，2011，39(1):7-14.

［6］莫莉，周建中，李清清，等.基于委托代理模型的發電權交易模式［J］.電力系統自動化，2008，32(2):30-34.

［7］許榮，趙巖，李磊，等.基于節能降耗的發電權交易效益分析［J］.水電能源科學，2007，25(6):150-153.

［8］伍玉林，文福拴，丁劍鷹，等.基于兩部制電價的發電權交易模式［J］.華北電力大學學報，2010，37(5):16-22.

［9］孫珂，張琳，宋福龍，等.電力流向及規模優化研究模型和研究方法［J］.電力建設，2012，33(8):8-11.

［10］李廣華，鮑明慧.電力工程監理過程博弈分析［J］.電力建設，2013，34(1):92-95.

(編輯:蔣毅恒)

Generation Rights Trading Model and Bidding Strategy Based on Stakeholder Theory

TIAN Shuai
(Guangdong Electric Power Design Institute，China Energy Engineering Group，Guangzhou 510663，China)

It leads to information asymmetry and thus affecting smoothly running of generation rights trade in the existing generation rights trading，because of excessively depending on a third trading institution which has difficult to understand and control the power plant operational status of the side selling(buying)generation right.Therefore，this paper designed a new generation trading model to reflect the interest needs of different generation trading side based on the stakeholder theory，which defined the rights of the parties and the order of the transaction implementation path，and resolved the information asymmetry using dynamic game.Then，this paper proposed the bidding strategies that could pursue the both interests to maximize and maintain the equilibrium of long-term game，based on the perspectives of expanding trading range and unifying transaction price.The empirical results show that the generation rights trade mode and its bidding strategy can help both parties to establish a long-term stable cooperative relation，improve the overall social utility，and save operating costs and energy consumption.

stakeholder;generation rights trade;incomplete information game;bidding strategy;social utility

TM 732;F 123.9

A

1000－7229(2014)01－0122－05

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.01.024［HT］

2013-07-26

2013-09-21

田帥(1985)，男，碩士，經濟師，主要從事產業與系統復雜性研究、計劃管理等方面的研究工作，E-mail:msbcqmd@foxmail.com。