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摘要：作为广东电力市场的交易方式之一，月度竞价交易的重要性和影响力正在日益显现。与年度双边协商交易相比，月度竞价交易有着明显的特殊性和复杂性。如何以更优的价格在竞价中获得更多的电量份额是每一个发电企业都十分关切的重要问题。本文综合运用博弈论以及趋势分析手段，建立了竞价预测的数学模型，并在此基础上结合发电企业的生产经营实际，提出了一种较为实用的竞价决策方法。通过将这一方法应用于广东电力市场的实际竞价交易，验证了决策方法的有效性。
关键词：电力市场；竞价交易；博弈论；趋势分析
1.引言
自2015年首次开展月度竞价交易以来，广东竞价市场不仅规模在不在扩大，其影响力也在不断上升。到目前为止，竞价市场的购售电出清价格已经成为一个重要的风向标，甚至直接影响年度双边协商（以下简称“长协”）交易市场的平均合约价格。然而与长协交易相比，竞价交易有着明显的特殊性和复杂性。它的参与主体数量众多，最终出清价格由所有市场主体形成的报价序列决定，且出清价格对于交易规则的变化极为敏感。买方、卖方、买卖双方之间均存在着复杂的博弈过程，而不再是单纯的双边谈判议价。这一过程涉及到经济学、会计学、博弈论、市场心理学等多方面理论，影响因素众多，决策过程复杂。如何能够以更优的价格获得更多的发电份额，是每个发电企业十分关切的重要问题。
博弈论作为一种分析工具，它可以帮助我们理解所观察到的决策主体相互作用过程。它基于以下基本假设：决策主体追求确定的外部目标（即理性假设）并且考虑他们自身掌握的信息或其他决策主体行为的期望（即战略性假设）[1]。博弈论在政治、经济、生物进化、工程管理等各个领域都得到了广泛应用。国内自21世纪初开始，陆续有专家学者将博弈论方法应用到了对电力市场的研究当中[2]。然而多数研究都是针对电力市场化改革之前发电企业的竞价上网行为展开[3]-[5]，文献[6]研究了购电商的博弈过程，文献[7]建立了长协交易的博弈论模型。但对于广东电力市场这样的价差竞价模式，尚未有基于博弈论的针对性研究。
此外，由于博弈论及其数学模型的建立离不开抽象简化和基本假设，而实际问题往往复杂多变（如决策者的非理性因素），所以其理论分析结果有时难以在现实中观测得到。趋势分析作为一种基于时间序列的分析方法，在科研、工程、经济领域有广泛的应用[8]。就具体数学方法而言，有徒手法、简单移动平均值法、加权平均值法和最小二乘法等等[9]。对于竞价交易而言，将趋势分析作为博弈论分析的一种补充，能够明显增强分析结果对于实际决策的指导作用。
2.竞价决策方法
2.1 竞价博弈的抽象与简化
根据交易规则，在每次竞价开始前，由交易中心发布本次竞价的约束信息，包括市场需求电量、供需比、各市场主体交易配额、价差申报限值等内容。买卖双方各自在规定时间段登录交易系统申报交易电量和交易价差，形成买方报价序列（由高到低排序）和卖方报价序列（由低到高排序），以电量-电价曲线形式记录。当且仅当买方申报价差大于或等于卖方申报价差时可以成交，且市场成交电量以市场需求电量为上限。买卖双方报价序列中，最后一个成交的价差对作为边际报价，并以边际价差对的算术平均值作为统一出清价差。
从竞价交易的组织过程可以看出，市场的所有参与者需要同时做出决策、同时接受最终交易结果，并且各方均无法获得竞争对手完整信息。这样的博弈过程属于博弈论中的“不完全信息静态博弈”，也称“静态贝叶斯博弈”。
购电方（包括电力大用户、售电企业）与售电方（发电企业）作为竞价博弈参与者，在做出自己的报价决策前都会对最终统一出清价差有自己的预期，并在此基础上综合制定报价策略。这一预期往往以价差区间的形式体现，而不会具体到某一个具体的报价。在这一区间内，参与者通常无法认定其中某个价差最终出现的可能性会比其他值大，即参与者对成交价差的估计在这一区间上以均匀概率分布。在实际操作中，每个参与者都不可能确切得知竞争对手的预期价差区间和报价策略，只能根据有限的信息形成对竞争对手预期区间的估计。在这一情况下，针对每个竞争对手进行报价估计就失去了意义，只会无谓地增加模型复杂性，而且分析结论的可靠程度无从保证。因此，将原本多个买方、多个卖方的博弈过程简化为一个买方、一个卖方的二人博弈更有利于分析的开展，对买卖双方整个报价序列的研究也更直接地转变为对边际成交情况的预测。根据上述分析，可以运用静态贝叶斯博弈相关理论建立数学模型并求解。
2.2 竞价博弈模型建立
根据上述分析，买卖双方对最终统一出清价差的估计分别为vb、vs，各自服从[vb1，vb2]和[vs1，vs2]上的均匀分布。买方据此确定一个报价pb，卖方相应给出一个报价ps，如果pb≥ps，则统一出清价差为p=（ps+pb）/2；若pb<ps，则交易失败。交易成功条件下，买方收益为（vb-p），即超出自身预期部分，卖方让利为（p-vs），即低于自身预期部分；否则买方收益与卖方让利均为0。买卖双方报价pb（vb）、ps（vs）分别为各自对统一出清价差估计值的战略函数，即在不同估计情况下，双方给出的报价。对于买方，其报价决策的目的是使自身收益最大化，即：
根据上述分析，可以在预先设定买卖双方各自对统一出清价估计区间的情况下，得到双方的博弈均衡战略组合，也就是该轮竞价交易中买卖双方的边际报价情况。
2.3 趋势预测方法
前已述及，趋势预测方法是根据事物过去的变化情况预测其未来趋势，突出了时间因素在预测当中的作用，其获得较高可靠性的前提是分析对象在未来不会发生本质性的重大变化。在对自然规律的分析研究中，趋势预测方法通常可以获得较高的准确性。而在分析经济活动等领域的问题时，由于人类行为表现出的非理性因素较多，因此需要综合考察各方面情况，提高预测质量。具体到竞价交易而言，一方面要通过各方面信息分析诸如市场情绪等主观因素的作用，另一方面要特别关注政策法规、交易约束条件等因素的变化。这些都会对趋势预测的结果产生极大影响。
综上，在竞价交易中运用趋势预测方法主要分为两个步骤：
第一步，根据交易历史数据，综合运用适当的数学方法预测买卖双方对统一出清价差的估计区间；
第二步，综合各方面市场信息，对上一步得出的预测结果进行必要的修正，得出更加符合当前市场形势的预测结果。
3.竞价决策实例
下面以2017年4月广东电力市场竞价的实例，具体说明竞价决策在实际应用当中的操作过程。
第一步，根据当年历史交易情况，运用趋势预测方法预测买卖双方对统一出清价差的估计区间。
图1记录了2016年3月至2017年3月广东电力市场竞价交易情况。点线为统一出清价差的5次多项式拟合结果，虚线为6次多项式拟合结果，并各自向前延伸一个月，得到各自对于2017年4月统一出清价格的预测值，分别为-235厘/千瓦时和-245厘/千瓦时。可以直观看出，拟合曲线与实际价格曲线吻合程度较好。需要说明的是，由于交易规则的变化，2016年“统一出清价差”取市场出清价差平均值。
依据图1结果，预测2017年4月统一出清价差应当在-245厘/千瓦时至-235厘/千瓦时之间。但政府监管部门在4月竞价前多次对于过低的成交价表示了担忧，并在当月的竞价通告中，将竞价供需比由2017年以来的2：1下调为1.5：1。这一信息势必引起买方报价更加谨慎，同时卖方对市场价格的信心得到提振。经过研判，预计4月统一出清价差将回到2016年初水平。据此，设定买方估计区间为-70厘/千瓦时至-40厘/千瓦时，卖方估计区间为-150厘/千瓦时至-120厘/千瓦时。
第二步，根据博弈均衡战略及交易约束条件，可以得到买卖双方报价预测，如图2所示。
需要说明的是，由于博弈过程中各方不会产生信息沟通，所以对于买方或卖方的任意一个价差估计，其竞争对手均可以取自己估计范围内的任何一个数值。以买方估计曲线为例，每一个数据点可能与卖方估计曲线的所有点对应。因此，该图只是直观的显示出各方统一出清价差的估计与报价范围。交易约束条件以图中虚线表示，凡买方估计价差位于曲线上方的部分均为有效数据，都可能有效成交。
计算结果显示，买方报价预测范围-87.5厘/千瓦时至-67.5厘/千瓦时，数学期望-77.5厘/千瓦时；卖方报价预测范围-122.5厘/千瓦时至-102.5厘/千瓦时，数学期望-112.5厘/千瓦时；统一出清价差预测范围-105厘/千瓦时至-85厘/千瓦时，数学期望-95厘/千瓦时。
在上述预测基础上，发电企业可以根据申报电量份额与成本核算情况，根据交易规则进行报价。其中应着重比较卖方报价区间上限、下限及其数学期望与本企业生产边际贡献之间的相对大小，再结合生产经营其他方面的实际情况，综合进行最终竞价决策。
根据广东电力市场4月实际竞价结果，买方边际成交价差为-83厘/千瓦时，卖方边际成交价差为-120厘/千瓦时，统一出清价差-101.5厘/千瓦时。以上价格均落入预测报价区间，且与各区间数学期望相差10厘/千瓦时以内，预测效果良好。
本实例全面展现了基于博弈论与趋势预测方法的竞价决策过程，并验证了预测具有良好的准确度。
4.结论
博弈论作为一种先进的分析工具，能够在电力市场行为分析提供非常重要的帮助[10]。而从上文可以看出，在将趋势分析作为博弈模型的补充，纳入竞价决策过程，能够进一步提高决策过程的科学性和有效性。这一方法对于参与广东电力市场竞价交易的发电企业都具有较好的借鉴价值。
参考文献：
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[10]卢强，陈来军，梅生伟.博弈论在电力系统中典型应用及若干展望[J].中国电机工程学报，2014，（29）：5009-5017.
作者简介：
崔逊（1983年-），女，华中科技大学工学及管理学双学位学士，武汉大学控制工程硕士，工程师，经济师，现任珠海金湾发电有限公司电力市场管理分部主任。
边鹏飞（1987年-），男，工学学士，工程硕士，热能动力工程师，主要从事火电企业电力市场营销管理工作。
论文作者:崔逊,边鹏飞
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/21
标签：价差论文; 买方论文; 卖方论文; 博弈论论文; 电力论文; 市场论文; 方法论文; 《基层建设》2017年第9期论文;