發電企業參與大用戶直購電的博弈報價模型研究

劉立華　楊鐵峰　白陽

摘要：大用戶直購電是新一輪電力體制改革的突破口，發電企業與大用戶間的價格博弈將成為直購電交易的重點。文章分析了影響發電企業報價的主要因素，研究了以報價平衡點為基礎的博弈策略，并提出了更簡易的最優報價模型，算例結果表明最優報價更接近于實際報價，從而驗證了所建立的模型為發電企業參與直購電交易的競爭報價提供了參考依據。

關鍵詞：大用戶直購電；博弈論；報價模型；發電企業；電力體制改革 文獻標識碼：A

中圖分類號：F224 文章編號：1009-2374（2017）02-0157-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.076

1 概述

大用戶直購電是指終端購電大用戶直接與發電企業進行雙邊購售電合同的簽訂，電力購銷交易在兩者之間直接開展。2015年，國務院《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》的出臺加快了推進以大用戶直購為先導的輸配電價改革和售電側放開等改革舉措。作為新一輪電力體制改革的突破口，大用戶直購電已成為各方共識。

由于電能本身的特點所導致的電力交易市場中的電價波動，直購電將給發電企業帶來不同的機遇和挑戰。一方面，對于發電企業來說，直購電方式不僅在很大程度上解除了市場煤、計劃電這一長期制約其經營發展的枷鎖，而且提供給企業更多的經營自主權，激發了其發電的積極性；另一方面，電力市場的作用越發突顯，電力供應過剩的局面對發電企業來說是嚴峻的，發電企業不僅要考慮節能、降低成本、提高生產效率等措施提升自身的競爭實力，而且在用電量增長乏力的形勢下，發電企業必須面對一個重要問題，即如何以合適的價格競得盡可能多的交易電量。總之，發電企業與大用戶之間的價格博弈將成為直購電交易的重點。如果發電企業可以掌握市場未來電價的變化，利用預測的電價制定合理的報價策略，那么該企業不僅能在電力交易市場中標，還可以最大程度獲取利潤。這對于發電企業的發展有著十分重要的現實意義。

目前，國內外關于發電側報價策略已有比較多的理論成果，主要包括根據發電企業成本進行報價的成本分析方法、預測市場出清價格的方法、基于博弈論的方法。其中，利用博弈論方法進行報價，其模擬方法更為實用，模擬結果也能更接近實際。但是，在實際電力市場中，一些不確定性信息難以獲取，比如競爭對手的報價數據。同時，多人博弈模型的理論及算法研究還不成熟。如何預估競爭對手的報價數據及競價傾向，并選擇可行有效的博弈模型值得深入探討，參考文獻[6]采用不完全信息，通過雙人靜態博弈方法對直購電的報價模型進行了相關研究。

本文運用“報價平衡點”的概念，以利潤最大化為目標，對參考文獻[6]的博弈論模型進行分析簡化，建立基于博弈論的簡易報價模型，該模型得到的最優報價策略簡單易行，而且算例結果表明最優報價與發電企業實際報價較為吻合，可以為發電企業參與直購電交易的競爭報價策略提供一個重要參考依據。

2 發電企業報價的影響因素分析

影響發電企業報價的因素有很多，主要分為發電企業自身因素、電力市場因素。

2.1 自身主要因素

運營成本。發電企業的經營效益與其運營成本息息相關。發電企業的運營成本包括固定成本和可變成本。固定成本是指與電能產量無直接關系的費用，包括材料費、工資福利、基本折舊費、大修理費等費用。可變成本指與電能產量有直接關系的費用，包括燃料費、購入電力費和用水費等費用。發電企業運營成本越低，在直購電中的降價能力越強。

單位發電利潤。在批復電價一定的情況下，批復電價與單位發電成本的差額即為單位發電利潤。單位發電利潤越高，在直購電中的降價能力越強。

2.2 電力市場主要因素

電力供需形勢。在我國經濟新常態下，電力生產消費呈現出電力供應結構持續優化、電力消費增長減速換擋的新常態特征。電力供需形勢由偏緊轉為寬松態勢。面對電力供需新形勢，發電企業參與大用戶直購及降價積極性會上升。

發電容量的扣除機制。電監市場[2009]50號規定“取得直接交易資格的發電企業，合同期限內按照簽訂的合同電量剔除相應的發電容量，電力調度機構不再對這部分剔除容量分配計劃電量”。我國一些省份發布的直接交易規則中，也給出了具體的容量扣除方法。發電企業參與直購電過程中，按比例折算抵扣的計劃電量，可計算出發電企業利潤平衡點。將該預測結果作為報價區間下限，保證發電企業在直購電交易中有盈余，因此電量抵扣方式對發電企業報價有重要影響。

其他發電企業的報價。參與直購電的發電企業共同競爭大用戶的直購電市場，其他發電企業的報價也將影響某發電企業的報價。如果能有效預估競爭對手出價，將提高發電企業成交的概率。有些發電企業會通過降低報價尋求更大的成交可能性，還有些發電企業以犧牲成交幾率為代價尋求更大的利潤空間，因此發電企業在報價時還要考慮競爭對手的競價傾向。

直購電交易的歷史經驗。對于以往大用戶直購交易情況，包括電力市場最終電價平衡點以及報價讓利的幅度等，發電企業會有比較清晰的了解。直購電交易的歷史經驗對于發電企業的報價預測有重要的借鑒意義。

3 發電企業參與直購電交易的博弈報價模型設計

3.1 報價模型分析

根據大用戶直購電某試點的實際情況，直購電市場交易的一般規則如下：市場主體由用電電壓等級在110千伏及以上且年用電量不小于5000萬千瓦時的工業用戶以及單機容量30萬千瓦及以上的火電企業構成。交易價格由電度電價和基本電價構成，其中，電度電價包括直接交易價格、電網輸配電價、政府性基金和附加。交易方式以雙邊交易為主，撮合競價交易為輔。

通過上文的分析，影響發電企業報價的因素主要有固定成本和可變成本、國家批復電價及其他發電企業的報價等。另外，發電企業在參與直購電交易時，會考慮以降低報價為代價消納更多發電量，但若無法獲得預期收益，該企業將不參與直購電，即存在報價平衡點。因此，設計報價策略時，既要考慮上述因素，也要考慮報價平衡點。

設計報價模型的總體思路如下：分析發電企業的報價基礎，即使發電企業獲取更多利潤的報價平衡點；以獲利最大化為目標，考慮發電成本、批復電價、競爭對手報價，建立最優博弈報價模型，得到發電企業的模擬報價。

3.2 報價平衡點模型

根據發電容量的扣除機制，發電企業在獲得一部分直購電量的同時，也會損失一部分計劃電量，因此發電企業參與大用戶直購電存在報價平衡點。這個平衡點關系到發電企業是否參與直購競價，競價若高于報價平衡點，發電企業才有參與直購競價的積極性。反之，若成交價格低于報價平衡點，則參與大用戶直購并不能為發電企業增加利潤，因此發電企業的報價一般略高于報價平衡點。報價平衡點即發電企業不參與直購電利潤和參與直購電利潤之間的利潤差為0的報價。報價平衡點模型需要的參數見表1：

表1 報價平衡點模型參數表

參數 含義

發電企業不參與直購競價的利潤（單位：元）

發電企業參與直購競價的利潤（單位：元）

發電企業上網電量（單位：千瓦時）

發電企業參與直購的上網電量（單位：千瓦時）

國家為鼓勵發電企業參與直購而規定的參與直購電量抵扣計劃電量的比例系數

標桿電價（批復電價）（單位：元/千瓦時）

發電企業參與直購的降價（單位：元/千瓦時）

發電企業單位變動成本（單位：元/千瓦時）

發電企業固定成本（單位：元）

發電企業參與直購的報價平衡點（單位：元/千瓦時）

報價平衡點的計算過程如下：

發電企業不參與直購的利潤計算公式為：

（1）

發電企業降價（降價元/千瓦時）參與直購，降價造成的損失由抵扣電量得到彌補，因此得到參與直購后的利潤計算公式為：

（2）

從而利潤差為：

（3）

令，可得。

發電企業的報價平衡點為：

（4）

3.3 發電企業參與直購電報價的雙人博弈模型

模型假設與分析：假設發電企業i與競爭對手發電企業j競標某大用戶電量。采用一輪報價競價方式。發電企業的機組容量和大用戶電量是公有信息，發電企業競價報價是私有信息。

雙人博弈競標游戲規則：報價低者得所有電量；報價相等均分電量。

雙人博弈模型需要的參數見表2：

表2 博弈模型參數表

參數 含義

發電企業i、j的報價（單位：元/千瓦時）

發電企業i、j的參與直購降價（單位：元/千瓦時）

發電企業i、j的降價系數

發電企業i、j的報價平衡點（單位：元/千瓦時）

發電企業i、j的單位變動成本（單位：元/千瓦時）

假設發電企業降價參與直購競價，即報價為：

（5）

建模分析：

發電企業i參與直購報價的報價區間為，其中，發電企業的利潤空間為。

受平衡點報價公式啟發，假設發電企業i參與直購報價的報價公式為：

， （6）

為報價系數，時的最低報價為報價平衡點；時的最高報價為標桿電價。把式（5）代入式（6）可得：

（7）

式（7）也表示發電企業i參與直購降價與發電企業利潤空間成正比，比例系數為，。參考文獻[6]也是以“發電企業參與直購降價與發電企業利潤空間成正比”為基本假設建立競價模型，本文在比例系數上稍作變化，簡化了后續優化計算過程。

把式（7）代入式（3），得到發電企業參與直購的利潤差為：

（8）

模型的優化目標為在有發電企業j參與競標的情形下，利潤差的數學期望最大化，即：

（9）

模型求解：

由博弈論規則，發電企業i競價獲得的直購電量依據報價低者得所有電量；報價相等均分電量，即：

（10）

用、表示相關概率，則利潤差的數學期望為：

（11）

以下估計相關概率：

發電企業j的報價區間，條件的可行區間為，則由于隨機變量是連續分布函數，。

式（11）化為：

（12）

令，注意到，計算可得使取最大值的的解為：

（13）

代入式（6）可得發電企業i的最優競價報價為：

（14）

即發電企業i的最優報價策略為競爭對手報價和平衡點報價的平均值。

參考文獻[6]考慮了歷史直購經驗和供需形式，在競價系數上乘了2個常數因子和。其實從數學角度看，對優化模型在變量上乘以常數是沒必要的，去掉常數不影響優化結果，而且使模型計算過程變得簡單。

4 實際算例

為方便比較計算結果，本文采用參考文獻[6]中的數據。具體數據如下：某省某發電企業2014年四季度入爐綜合標煤單價為690元/噸，供電標準煤耗為314克/千瓦時，2015年一季度入爐綜合標煤單價為660元/噸。其單位成本為0.3003元/千瓦時，單位燃煤成本約為0.2009元/千瓦時，單位固定成本約為0.0994元/千瓦時。政府批復電價為0.4416元。目前該省規定直購電按雙交易成交量的85%抵扣一般電量，因此，。單位變動成本與單位燃煤成本近似，其可變成本約為元/千瓦時，代入式（4）計算可得報價平衡點元/千瓦時。

估計競價對手企業j的可能報價估計值，其中，，由參考文獻[6]知競爭對手企業j的可變成本服從（單位元/千瓦時）上的均勻分布，因此元/千瓦時；競爭對手企業的報價系數，則，從而可得元/千瓦時。

把以上數據代入最優競價式（14），計算得到發電企業i的最優報價元/千瓦時。參考文獻[6]計算的元/千瓦時，且該企業的實際交易競價為0.4200元/千瓦時。計算結果表明最優報價接近該企業的實際交易競價，可以作為企業競價的參考依據。

5 結語

隨著新電改的不斷推進，大用戶直購電已受到電力市場中各參與主體的高度重視。電價是整個電力市場的支點，其變化將影響各參與主體的市場行為。本文從報價平衡點概念出發，以發電企業獲利最大化為目標，提出了一個基于博弈論的簡易報價模型，從而得到發電企業參與直購電的模擬報價。通過實際算例計算，結果表示本模型簡單易行，能更準確地反映發電企業的真實報價，為發電企業的報價預測提供了重要的參考價值。

參考文獻

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[11] 浙江省經濟和信息化委員會.浙江省電力用戶與發電企業直接交易試點實施方案（試行）[S].2014.

作者簡介：劉立華（1977-），男，內蒙古赤峰人，朝陽燕山湖發電有限公司高級工程師，研究方向：熱能與動力。

（責任編輯：周 瓊）