發(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)報價的主要因素，研究了以報價平衡點為基礎(chǔ)的博弈策略，并提出了更簡易的最優(yōu)報價模型，算例結(jié)果表明最優(yōu)報價更接近于實際報價，從而驗證了所建立的模型為發(fā)電企業(yè)參與直購電交易的競爭報價提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大用戶直購電；博弈論；報價模型；發(fā)電企業(yè)；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(fā)電企業(yè)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(wù)院《關(guān)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(dǎo)的輸配電價改革和售電側(cè)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(dǎo)致的電力交易市場中的電價波動，直購電將給發(fā)電企業(yè)帶來不同的機遇和挑戰(zhàn)。一方面，對于發(fā)電企業(yè)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(jīng)營發(fā)展的枷鎖，而且提供給企業(yè)更多的經(jīng)營自主權(quán)，激發(fā)了其發(fā)電的積極性；另一方面，電力市場的作用越發(fā)突顯，電力供應(yīng)過剩的局面對發(fā)電企業(yè)來說是嚴峻的，發(fā)電企業(yè)不僅要考慮節(jié)能、降低成本、提高生產(chǎn)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(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)可以掌握市場未來電價的變化，利用預(yù)測的電價制定合理的報價策略，那么該企業(yè)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(fā)電企業(yè)的發(fā)展有著十分重要的現(xiàn)實意義。

目前，國內(nèi)外關(guān)于發(fā)電側(cè)報價策略已有比較多的理論成果，主要包括根據(jù)發(fā)電企業(yè)成本進行報價的成本分析方法、預(yù)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(jié)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(shù)據(jù)。同時，多人博弈模型的理論及算法研究還不成熟。如何預(yù)估競爭對手的報價數(shù)據(jù)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(tài)博弈方法對直購電的報價模型進行了相關(guān)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(yōu)報價策略簡單易行，而且算例結(jié)果表明最優(yōu)報價與發(fā)電企業(yè)實際報價較為吻合，可以為發(fā)電企業(yè)參與直購電交易的競爭報價策略提供一個重要參考依據(jù)。

2 發(fā)電企業(yè)報價的影響因素分析

影響發(fā)電企業(yè)報價的因素有很多，主要分為發(fā)電企業(yè)自身因素、電力市場因素。

2.1 自身主要因素

運營成本。發(fā)電企業(yè)的經(jīng)營效益與其運營成本息息相關(guān)。發(fā)電企業(yè)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(chǎn)量無直接關(guān)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(chǎn)量有直接關(guān)系的費用，包括燃料費、購入電力費和用水費等費用。發(fā)電企業(yè)運營成本越低，在直購電中的降價能力越強。

單位發(fā)電利潤。在批復(fù)電價一定的情況下，批復(fù)電價與單位發(fā)電成本的差額即為單位發(fā)電利潤。單位發(fā)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(jīng)濟新常態(tài)下，電力生產(chǎn)消費呈現(xiàn)出電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化、電力消費增長減速換擋的新常態(tài)特征。電力供需形勢由偏緊轉(zhuǎn)為寬松態(tài)勢。面對電力供需新形勢，發(fā)電企業(yè)參與大用戶直購及降價積極性會上升。

發(fā)電容量的扣除機制。電監(jiān)市場[2009]50號規(guī)定“取得直接交易資格的發(fā)電企業(yè)，合同期限內(nèi)按照簽訂的合同電量剔除相應(yīng)的發(fā)電容量，電力調(diào)度機構(gòu)不再對這部分剔除容量分配計劃電量”。我國一些省份發(fā)布的直接交易規(guī)則中，也給出了具體的容量扣除方法。發(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)利潤平衡點。將該預(yù)測結(jié)果作為報價區(qū)間下限，保證發(fā)電企業(yè)在直購電交易中有盈余，因此電量抵扣方式對發(fā)電企業(yè)報價有重要影響。

其他發(fā)電企業(yè)的報價。參與直購電的發(fā)電企業(yè)共同競爭大用戶的直購電市場，其他發(fā)電企業(yè)的報價也將影響某發(fā)電企業(yè)的報價。如果能有效預(yù)估競爭對手出價，將提高發(fā)電企業(yè)成交的概率。有些發(fā)電企業(yè)會通過降低報價尋求更大的成交可能性，還有些發(fā)電企業(yè)以犧牲成交幾率為代價尋求更大的利潤空間，因此發(fā)電企業(yè)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(jīng)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(fā)電企業(yè)會有比較清晰的了解。直購電交易的歷史經(jīng)驗對于發(fā)電企業(yè)的報價預(yù)測有重要的借鑒意義。

3 發(fā)電企業(yè)參與直購電交易的博弈報價模型設(shè)計

3.1 報價模型分析

根據(jù)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(guī)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(yè)用戶以及單機容量30萬千瓦及以上的火電企業(yè)構(gòu)成。交易價格由電度電價和基本電價構(gòu)成，其中，電度電價包括直接交易價格、電網(wǎng)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(fā)電企業(yè)報價的因素主要有固定成本和可變成本、國家批復(fù)電價及其他發(fā)電企業(yè)的報價等。另外，發(fā)電企業(yè)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(fā)電量，但若無法獲得預(yù)期收益，該企業(yè)將不參與直購電，即存在報價平衡點。因此，設(shè)計報價策略時，既要考慮上述因素，也要考慮報價平衡點。

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

3.2 報價平衡點模型

根據(jù)發(fā)電容量的扣除機制，發(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)參與大用戶直購電存在報價平衡點。這個平衡點關(guān)系到發(fā)電企業(yè)是否參與直購競價，競價若高于報價平衡點，發(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)增加利潤，因此發(fā)電企業(yè)的報價一般略高于報價平衡點。報價平衡點即發(fā)電企業(yè)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(shù)見表1：

表1 報價平衡點模型參數(shù)表

參數(shù) 含義

發(fā)電企業(yè)不參與直購競價的利潤（單位：元）

發(fā)電企業(yè)參與直購競價的利潤（單位：元）

發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電量（單位：千瓦時）

發(fā)電企業(yè)參與直購的上網(wǎng)電量（單位：千瓦時）

國家為鼓勵發(fā)電企業(yè)參與直購而規(guī)定的參與直購電量抵扣計劃電量的比例系數(shù)

標桿電價（批復(fù)電價）（單位：元/千瓦時）

發(fā)電企業(yè)參與直購的降價（單位：元/千瓦時）

發(fā)電企業(yè)單位變動成本（單位：元/千瓦時）

發(fā)電企業(yè)固定成本（單位：元）

發(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)不參與直購的利潤計算公式為：

（1）

發(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)的報價平衡點為：

（4）

3.3 發(fā)電企業(yè)參與直購電報價的雙人博弈模型

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

雙人博弈競標游戲規(guī)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(shù)見表2：

表2 博弈模型參數(shù)表

參數(shù) 含義

發(fā)電企業(yè)i、j的報價（單位：元/千瓦時）

發(fā)電企業(yè)i、j的參與直購降價（單位：元/千瓦時）

發(fā)電企業(yè)i、j的降價系數(shù)

發(fā)電企業(yè)i、j的報價平衡點（單位：元/千瓦時）

發(fā)電企業(yè)i、j的單位變動成本（單位：元/千瓦時）

假設(shè)發(fā)電企業(yè)降價參與直購競價，即報價為：

（5）

建模分析：

發(fā)電企業(yè)i參與直購報價的報價區(qū)間為，其中，發(fā)電企業(yè)的利潤空間為。

受平衡點報價公式啟發(fā)，假設(shè)發(fā)電企業(yè)i參與直購報價的報價公式為：

， （6）

為報價系數(shù)，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(fā)電企業(yè)i參與直購降價與發(fā)電企業(yè)利潤空間成正比，比例系數(shù)為，。參考文獻[6]也是以“發(fā)電企業(yè)參與直購降價與發(fā)電企業(yè)利潤空間成正比”為基本假設(shè)建立競價模型，本文在比例系數(shù)上稍作變化，簡化了后續(xù)優(yōu)化計算過程。

把式（7）代入式（3），得到發(fā)電企業(yè)參與直購的利潤差為：

（8）

模型的優(yōu)化目標為在有發(fā)電企業(yè)j參與競標的情形下，利潤差的數(shù)學(xué)期望最大化，即：

（9）

模型求解：

由博弈論規(guī)則，發(fā)電企業(yè)i競價獲得的直購電量依據(jù)報價低者得所有電量；報價相等均分電量，即：

（10）

用、表示相關(guān)概率，則利潤差的數(shù)學(xué)期望為：

（11）

以下估計相關(guān)概率：

發(fā)電企業(yè)j的報價區(qū)間，條件的可行區(qū)間為，則由于隨機變量是連續(xù)分布函數(shù)，。

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(fā)電企業(yè)i的最優(yōu)競價報價為：

（14）

即發(fā)電企業(yè)i的最優(yōu)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(jīng)驗和供需形式，在競價系數(shù)上乘了2個常數(shù)因子和。其實從數(shù)學(xué)角度看，對優(yōu)化模型在變量上乘以常數(shù)是沒必要的，去掉常數(shù)不影響優(yōu)化結(jié)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(jié)果，本文采用參考文獻[6]中的數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)如下：某省某發(fā)電企業(yè)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(fù)電價為0.4416元。目前該省規(guī)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(yè)j的可能報價估計值，其中，，由參考文獻[6]知競爭對手企業(yè)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(yè)的報價系數(shù)，則，從而可得元/千瓦時。

把以上數(shù)據(jù)代入最優(yōu)競價式（14），計算得到發(fā)電企業(yè)i的最優(yōu)報價元/千瓦時。參考文獻[6]計算的元/千瓦時，且該企業(yè)的實際交易競價為0.4200元/千瓦時。計算結(jié)果表明最優(yōu)報價接近該企業(yè)的實際交易競價，可以作為企業(yè)競價的參考依據(jù)。

5 結(jié)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(fā)，以發(fā)電企業(yè)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(fā)電企業(yè)參與直購電的模擬報價。通過實際算例計算，結(jié)果表示本模型簡單易行，能更準確地反映發(fā)電企業(yè)的真實報價，為發(fā)電企業(yè)的報價預(yù)測提供了重要的參考價值。

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作者簡介：劉立華（1977-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，朝陽燕山湖發(fā)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）