电力市场竞价策略的博弈学习研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文电力市场竞价策略的博弈学习研究姓名：冯丽申请学位级别：硕士专业：概率论与数理统计指导教师：周晓阳20060429I摘摘 要要近年来，世界上许多国家的电力工业都开展了一场解除管制、引入竞争的市场化体制改革，因此与电力市场相关的理论、技术等问题的研究也就随之成为了一个重要研究领域。其中，将博弈理论应用于电力市场研究是电力市场理论研究领域中的重要方向之一。本文首先概述了电力市场的定义和特点，对电力市场的交易方式和发展模式进行了详细的说明，并介绍了国内外电力市场的发展历程和现状。在第二章中简单介绍了博弈理论，对现有文献中博弈论应用于发电商竞价研究的成果进行了阐述，并在此基础上提出了本文将要研究的内容和研究的意义。之后详细介绍了古诺调节和虚拟行动两种博弈方法，又基于实际引入一种新的学习方法：价格逼近学习方法。最后采用 IEEE30 成本参数（6 厂商）作为实验案例，基于古诺调节和虚拟行动及价格逼近学习方法对发电商竞价方法进行研究，并演示了电力市场出清价格的的演化状态。据此研究发电商的策略、利润，由此对比了古诺调节和虚拟行动两种博弈学习模型，发现它们在均衡价格、价格调整过程、厂商持留容量倾向均有显著差异。同时讨论了价格调整过程对市场的影响，在这些情形下价格序列可能会剧烈波动，因而对市场造成不可忽视的冲击，这些在文献中鲜有讨论。而在基于价格逼近学习方法的仿真实验中，发现发电商的利润却会因为出错而增加。由此得出一些有益的结论。如：在近似寡头垄断的电力市场中，发电商不采用边际成本报价的话会获得超额利润，从而可能导致市场的不稳定。而这些结论对防范电力市场的风险有一定的意义。关键词：关键词：电力市场;博弈理论;古诺模型;重复博弈IIAbstractIn the last years,the electric power industry has experienced a reformation ofderegulation to traditional monopoly and introduction of competition all over the world,so the theory and technology in power market becomes a very important research field.And research on applications of game theory in power market is also a worthwhile aspect.In this paper,game theory is introduced to study on bidding strategies of generationcompanies,analyze market power of generation companies and mitigate market power.At first the paper describes the definition and character of the power market,and theway of exchange and development pattern in detail.Development history and actuality ofpower market of abroad and country are introduced.In chapter two the game theory isreferred especially research achievement of the practice in generators bidding.On thebase of that,the content and value of the paper is made out.Then the Cournot adjustmentand fictitious play are reviewed detailed and brought forward a new learning method:Price-Deviation-Adjust.At last the IEEE30 cost parameter(six generators)was adoptedas experiment case.Based on Cournot adjustment,fictitious play and Price-Deviation-Adjust the paper discuss the way of generators bidding strategy.At the same time showthe evolution of market clearing price.Then the research of generators strategy andprofit is made.The contrast between Cournot adjustment and fictitious play model isfound.The difference about equilibrium price,process of price adjustment and trend ofthe generator to withhold capacity is very large.At the same time the influence of priceadjustment process on the market is discussed,in which situation the price sequencesfluctuate.But above that is discussed in peculiar literature.In the experiment based onPrice-Deviation-Adjust the profit of generator increase surprisingly because of theirmistake.Then we get some conclusion:in the power market close to oligarch monopolythe generator will get excess profit if it bid on higher price rather than marginal costwhich will lead unsteadiness of the market.And the conclusion is helpful to keep awaythe risk of the market.Key words:Power Market;Game Theory;Cournot Model;Iteration Game3独创性声明独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：冯丽 日期：2006 年 4 月 29 日学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在_年解密后适用本授权书。不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：冯丽 指导教师签名：周晓阳日期：2006 年 4 月 29 日 日期：2006 年 4 月 29 日本论文属于11 绪绪 论论本章概述了电力市场的定义和特点，对电力市场的交易方式和发展模式进行了详细的说明，并介绍了国内外电力市场的发展历程和现状电力市场的现状以及博弈论在发电侧电力市场中的研究现状，并在此基础上提出了本文将要研究的内容和意义。1.1 电力市场的定义及特点1.1 电力市场的定义及特点电力市场1是由一切具有与电有关的特定的欲望及需求和特定关系并且愿意和能够以交换来满足和维持特定关系的潜在顾客组成。从这个意义上说电力市场可以分为电建市场、发电市场、输配电市场、供电市场和电力消费市场。电力市场的基本特征2是：开放型、竞争性、计划性和协调性。同传统的垄断电力系统相比，电力市场具有开放型和竞争性。同普通的商品市场相比，电力市场具有计划性和协调性。电力系统中各个组成部分相互联系极其紧密，任一组成员的操作，均会对整个电力系统产生影响，因此要求电力市场中的生产、交换、使用做到具有计划性。与此同时，电力市场由于其产品的无形性，及其产、供、销同时进行，同时完成的生产特性，电力系统要求随时做到供需平衡，因此要求电力市场中的供应者之间、供应者与用户之间相互协调。由于电力工业的特殊性3，如电厂建设周期厂、投资巨大等原因，使得电力市场具有较高的准入壁垒，因此电力市场比较接近于寡头垄断竞争市场，各发电公司或多或少地拥有市场势力。在这样的电力市场中3，发电公司总是希望能够通过各种策略性的投标追求最大利润，因而电力工业市场化改革以来，对发电公司的策略性投标一直备受关注。1.2 我国电力市场1.2 我国电力市场我国改革开放以来6，电力工业得到了巨大的发展，取得了举世瞩目的成就。2与此同时，电力工业也面临着严峻的挑战。一是电力工业要不断适应国民经济和人民生活水平提高的需要，必须保持一定的发展速度，要在发展中调整结构，在调整结构中发展；二是我国人均社会供电水平很低，加强城乡电网建设和改造，开拓电力市场，降低用户负担，仍是一项长期的重要任务；三是调整结构，优化资源配置，加快区域及全国联网，实现可持续发展，解决效率低、煤耗高、污染严重等问题，任务艰巨。要实现电力工业的持续快速发展，必须打破垄断，引入竞争，通过建立规范有序的电力市场，实现“厂网分开，竞价上网”，不断增强企业实力和活力，提高服务水平。现阶段我国电力市场的特点7：1)电力市场，由于其商品的无形性和生产工艺的特殊性，决定了它是以电网为载体的网络型的市场。电网的规模，电网的级数及发育水平，甚至电网的区域层次划分，就决定了电力市场的规模、水平和层次。这是各国电力市场的共同特性。所不同的是我国电力市场的发育程度及市场模式反映着我国的地理、自然、社会环境的特殊性。2)电力市场是一个技术、资金密集的市场。因为电力生产、传输、交易、消费的高度自动化、联动化，加之电能不能大量存储的特点，需要借助现代化的监视和控制手段，才能够保证其生产、传输的安全。因此电力市场的建设和维护需要大量的资金投入和高新技术的支持，这就决定了电力市场的进入和退出都要付出很高的代价。因此，它是一个进、出两难的市场。3)电力能源的消费方式以及电力在国民经济中的地位和作用，决定了电力市场是一个国民经济中的基础性市场和先导型市场，对国民经济其他的商品市场起着基础性的作用。电力网络覆盖国民经济的各个领域，是现代社会国民经济其他市场赖以存在的物质基础和先决条件。由于电力商品本身不能大量储存，它的建设必须先于国民经济其他行业的建设，即所谓先行性。4)电力市场也是一个直接受制约的市场。用户的消费特点、消费能力、消费方式，甚至消费时间都直接制约着电力市场的建设和运行，同时也是制约着电力市场中商品的交易行为和方式。35)电力市场是一个使用价值与价值双向流通，且很不对称的市场。一方面电力商品在它的使用价值物质形态上供求要严格的保持平衡；但另一方面在价值形态上，供需双方交换，又是很不对称很不平衡的。传统的先使用后交费的运作方式造成了电费回收的困难，不少国有企业将欠费视为正当的行为，因此拖欠电费比较普遍。同时，用电费用的高低与电能消费方式相关，这是现阶段我国电力商品市场所特有的现象。6)电力市场是一个竞争与垄断相结合的市场。由于电力市场进、出的困难，竞争机制就受到严重的制约。各国实践证明电力市场离不开政府管制，只能在一定领域一定范围内进行竞争，因此，是个竞争与垄断并存的市场。1.3 电力市场的交易方式1.3 电力市场的交易方式55按照交易成交时间，电力交易可分为长期(年)、中长期(月)、短期(日)和超短期(小时)交易。按交易数量，电力交易可分为批发交易和零售交易。按交易实现形式，电力交易可分为现货交易、远期合约交易和期货交易。其中电力商品交易中交易的对象包括以下3个部分:电力电量商品，其价格体现为通过电力交易所支付给发电商的直接购电费用;将电力商品转运到位的输电服务(包括管理服务、输送服务和辅助服务)，其价格体现为通过电力交易所支付给维持输电网络正常运作的输电服务商(或称独立系统操作机构)的输电服务费;电力交易服务，其价格体现为支付给交易所的交易费用。电力电量商品、输电服务和交易服务三者共同构成了用于在电力交易所中进行交易的电力商品，三者的费用共同构成了电力消费者的实际购电价格。1.3.1 电力市场现货交易电力市场现货交易电力市场现货交易37一般是指提前1天(甚至1小时)的电力电量交易。电力市场现货交易在交易时间上更接近实际运行时间，用户可根据更准确的负荷预测购电。电力市场现货交易有许多名称，例如，英国称短期双边市场(short term bilateral market)4交易，挪威称为日前市场(days-ahead market)交易，澳大利亚称短期提前市场(short runahead market)交易，我国有人称为预调度计划交易.按照现行电力市场交易的特点，称其为电力短期交易似乎更为合适，因为电力市场现货交易主要特点是实时或短时报价，实时交易，价格波动频繁，有时波动幅度较大。1.3.2 电力市场远期合约交易电力市场远期合约交易电力市场远期合约交易是通过签订远期合约交易的合约并交付执行来完成的。电力远期合约交易的合约可能是一种固定的协议，要求保证供电和执行;或是一种可选择的协议，例如:允许电力公司违约、中断给用户的供电，允许私人供电商违约、中断给电力公司的供电，或电力公司违约、拒绝接受私人供电商的供电等。电力远期合约交易的合约内容，除规定交易双方的权利和义务外，一般还包括供电时间、供电量、价格和违约时的惩罚量等主要参数，合约中也应说明将总交易电量分摊到实际供电小时的原则和方法.以便于操作。为了保证电力市场的公正、公平，这些合约参数必须科学、合理地制定。远期合约签订的方式主要有双边协商、竞价拍卖和指令性计划3种。双边协商方式是由买卖双方通过双边协商谈判而直接达成年、月或星期的远期合约。竞价拍卖方式要求电力市场参与者在规定时间提出未来一段时间内买卖的电量及其价格，由电力市场运营者按照总购电成本最小及系统无阻塞为原则，来确定远期合约的买卖方及远期合约交易的电量和价格。电力市场环境下的指令性计划方式则由主管部门按计划实施，通常应用在有特殊要求的电力需求或者紧急调度情况下。1.3.3 电力市场期货交易电力市场期货交易由期货及期货交易的定义，我们可以衍生出电力期货及电力期货交易的定义。所谓电力期货，是指以特定价格进行买卖，在将来某一特定时间开始交割，并在特定时间段内交割完毕，以电力期货合约形式进行交易的电力商品;所谓电力期货交易，是指电力期货合约的买卖，电力期货交易的对象是电力期货合约，是在电力远期合约交易的合约基础上发展起来的高度标准化的远期合约。电力商品本身具有一些特征,例如:交易价格波动频繁，传输及转运便利，交易规模大且有众多交易者，5并且可以依据电压等级以及用户需求划分成不同规格的商品。以上特征说明电力商品完全具有进行期货交易的条件，具备进行期货或期货化交易的坚实基础.同时，电力商品与其他大部分进行期货交易的商品有两个显著区别:电力商品不适合存储;电力期货商品的生产需要周期，在电力生产周期内同时被完全消费，生产与交付(或称消费)是同步进行的。1.3.4 电力市场远期合约交易与期货交易的区别电力市场远期合约交易与期货交易的区别按严格的定义，远期合约交易和期货交易这两个概念有着本质区别。简单地说，期货交易是由远期交易通过合约标准化，且引入保证金、对冲平仓、结算等制度后形成的在交易所内进行的一种合约交易。它们之间的区别主要表现在以下几方面:1)交易涉及的合约不同。在电力商品的远期合约交易中，合约是在发电商与电力大用户之间磋商后订立的，不同交易双方订立的买卖相同电力产品的合约在内容上可能存在很大的差异;而在电力期货交易中，电力期货合约本身就是交易的直接对象。2)交易中面临的风险不同。电力商品的期货交易和远期交易都能帮助交易双方回避一定的风险。在远期合约交易中，交易双方始终面临信用风险，一方不守合约，另一方就可能蒙受重大利益损失;而在电力期货交易中，直接交易对象是交易所，交易者不会面临对方不守信用的危险，但是却面临着价格频繁波动带来的资金损失的危险。电力商品交易者之所以选择进行期货交易，正是为了在期货和现货市场进行套期保值，避免价格频繁波动带来的损失。3)交易保证金构成不同。电力远期合约交易中并不涉及严格意义的“保证金”，而只是以商品预付款的形式所支付的定金，并没有严格规定，只是由合约双方协商确定;电力期货交易中的保证金制度则是现代期货运作机制的重要组成部分,期货交易所或国家有关部门对保证金支付比例有严格规定。交易者在支付基础保证金之后，还需在市场情况发生不利变化时支付追加保证金。4)交易方式不同。电力期货交易主要是集中在电力交易所内进行，交易双方不6直接见面;而远期合约交易则是交易双方单独商定，分散进行。我国目前实行的电力市场交易原则是，以合同交易为主，现货交易为辅，以部分电量(10%-20%)参与现货交易，竟价上网。1.4 电力市场的发展模式1.4 电力市场的发展模式47,35,3647,35,36在不同的时期电力市场的模式有很大的不同，大体经过以下几种模式。1.4.1 垄断经营模式垄断经营模式由政府垂直垄断经营的传统式电力工业模式是发、输、配、用四个环节均实行垄断，实行统一管理、统一规划、统一调度、统一经济核算，发电侧不竞争，用户不能选择供应商，电力部门完全垄断电力从生产到销售的全过程。1.4.2 单一购电者模式单一购电者模式这是将竞争引入到电力工业的最初级模式，也叫做“1N”模式。所谓“1N”模式，“1”是指电力市场的单一购买者，即电网经营企业；“N”是指参与市场竞争的各个独立发电企业。用户不能与发电厂签订购电合同，只能由电网经营企业采用趸售或零售的方式供电。在这种模式下，电网经营企业必须每时每刻做到供需平衡，并收购所有电力，以保证对用户供电。这一模式可以分为以下两个阶段：1.4.2.1 发电侧有限竞争的电力市场阶段发电侧有限竞争的电力市场阶段这一阶段的基本特点是：首先保证上网机组完成基数电量，基数电量以内的电量按政府授权部门核定的电价进行结算，剩余电量实行竞价上网。在电力市场运作初期，通常基数电量占有较大的比重，参与竞价的容量往往仅为电厂容量的 10%15%,这有利于电力市场化改革的平衡过渡。同时，为引导竞争、促进资源优化配置，可将今后各年度新增电量用于各电厂竞价上网容量。显然，这个阶段考虑了由历史原因形成的电厂之间的成本差别，如新老电厂7差异、投资渠道差异、还贷条件差异、投资方式差异等。1.4.2.2 发电侧完全竞争的电力市场阶段发电侧完全竞争的电力市场阶段在这一阶段下，独立发电公司完全竞争上网，形成比较完备的市场法规、法则及技术支持系统。在发电侧有限竞争的电力市场阶段实行一段时间后，必然要过渡到该阶段。在这一阶段，无论发电企业在规模、所有制成分上有何不同，在参与市场活动时一律平等。取消基数电量，使发电公司的发电量实行完全竞争。单一购电者模式的特点是：1)独立发电公司参与市场竞争，实行竞价上网。2)发电市场存在唯一的买电机构，即电网经营企业，各个发电公司相互竞争，向这个机构提供电力。3)电网经营企业向配电公司或用户供电，输、配电环节仍然垄断经营。4)用户没有选择供电的权力。在这种模式下，发电侧引入的竞争有限，单一购电者的电力交易仍然是垄断行为，且电网也尚未开放。1.4.3 联营体模式联营体模式(Pool)电力联营体（Pool）模式属于强制型电力市场模式，它与前述单一购电者模式基本相同。在 Pool 模式下，一部分大用户可在某区域内通过合同直接从独立发电公司购电，通过输电网和配电网进行输送，用户和独立发电公司向输电网和配电网交纳相关费用，即存在双边交易，但是在联营体模式下，市场交易不是完全“自由”的。各个发电商和用户的双边交易需要通过联营体，向联营体申报保密、不公开的数据，其暗标拍卖方式受到联营体的调控。所有，这种双边交易是有限的，自由度较小。Pool 模式下，电网经营企业与发电商之间采用投标的方式进行交易。投标的内容和次数各分为两种：1)投标内容。投标有两种方式：一种是多部分投标方式，即发电商需申请价格8曲线、机组启动费用和停机费用，以反映发电机组成本结构和运行约束，在这种投标方式下，电网经营企业采用的交易计划算法需进行机组最优组合；另一种投标方式为单部分投标，即发电公司只能申报能量价格，发电商在构造投标策略时，需要计及所有费用以及运行约束，并将这些因素隐含在价格曲线中，电网经营企业只按机组报价排序即可，不需做机组组合。2)投标次数。投标有一次投标和多投标两种，投标可以是一次性的，也可以是一次投标结束后，各参与者还可以根据结果修正投标的多投标过程。一次投标指发电商在电网经营企业规定时间之前申报的数据可以更改，但在该时间之后则不能更改，电网经营企业在此时间之后进行一次性的交易计划制定；多投标是指发电商申报数据之后，电网经营企业进行交易计划的制定，并公布给发电商，发电上根据交易计划结果更改其报价，以此反复直到达到最优解。在 Pool 模式下，交易管理的核心是交易计划。交易计划的计算目标可以是交易中心购电费用最低；用户的总电费最低；社会利润最大等等。不同的计算目标，将可能使整个问题的数学本质发生根本性的变化。同时，不同的计算目标，电网经营企业的定价规则、结算规则、交易计划都将不同。我国目前运行的发电侧电力市场中，通常采用多部分、一次投标方式，并且采用购电费用最低作为交易计划的计算目标。1.4.4 双边交易模式双边交易模式双边交易模式属于非强制型市场模式。在该模式下，允许配电公司直接从各发电公司买电，双方通过计划协调者签订协议，然后由计划协调者将交易内容提交给独立运行员审核。审核合格的交易内容再递交给交易中心，并通过输电网输送电力，而无需电网经营企业的介入。该模式的主要特点有：1)发电商通过合同方式直接把电力卖给配电公司和大用户。2)输电网向用户开放，电网经营企业负责电网的运行和控制，同时收取一定的电网运行与管理费用，即过网费，风险显著降低。3)配电公司对最终用户仍然有垄断权。9该模式一般不单独存在，二是与Pool模式共存，但前者所占份额大。相应于一般商品市场中存在的现货交易和合同交易，目前电力市场中交易方式主要有两种:交易所方式和双边合同交易方式。双边合同主要包括:电力差价合约(Contract of differences,CtD)，灵活电力远期合同，可选择远期合同以及期货合同。在双边合同交易方式下，由于在双边合同中已经规定了市场参与者的利益，因此合同所有者无意于操纵市场，因而市场力会得到很好地抑制。对于新的电力投资者而言，也降低了他们的投资风险，因而当电力短缺时容易吸引新的投资，增加电力供给，提高供给弹性。1.4.5 零售竞争模式零售竞争模式该模式下，发、输、配、用四个环节均实行全面竞争，选择范围加大，市场竞争更为激烈，对发挥效益、采用新技术、降低生产成本形成良好的激励机制。但是这种模式的运作，需要建立完备的法律法规与功能完善的技术支持系统。该模式的最显著的特点是：允许所有用户选择供电公司，供电公司向用户发出告示，用户根据电价及服务质量选择供电公司，与供电公司签订供用电合同。这种模式是未来世界电力工业全面走向市场化的成熟阶段。1.5 国内外电力市场简介1.5 国内外电力市场简介810810在发电领域由于有一定数量的发电公司存在，电力市场不属于垄断的市场；但是，又因为发电公司个数有限，并且电力市场存在进入壁垒，因而电力市场也不属于完全竞争的市场。事实上，电力市场最接近于寡头垄断的市场。在经济学上探讨寡头市场1214的均衡主要有3种模型:古诺(Cournot)模型、伯特兰德(Bertrand)模型和供给函数平衡模型(SFE)。1)古诺(Cournot)模型古诺模型假设某一寡头市场有n家厂商生产同样的产品，各厂商同时决策各自的产量，并假设厂商的产量决策是独立的，他们之间既没有协作，也不受任何限制，这就构成了各厂商之间关于产量投标的一个静态非协作博弈。如果厂商i的产量为10iq，则市场总产量=+=niinqqqQ11?。设市场出清价P是市场总产量Q的函数，即)()(1=niiqPQPP，厂 商 的 成 本 函 数 为iC，则 每 个 厂 商 的 利 润 函 数 为iniiiiCqPq=)(1，即每个厂商的得益都取决于其他厂商的策略产量。假设策略组合）（*1,nqq?是本博弈的纳什均衡，则）（*1,nqq?必为下式所示的最优化问题的解:max iniiiiCqPq=)(1 (1.1)2)伯特兰德(Bertrand)模型伯特兰德模型是另一种形式的寡头模型。伯特兰德模型与选择产量的古诺模型的均衡解求解原理与过程类似，差别在于，伯特兰德模型中各厂商所选择的策略是价格而不是产量。3)供给函数平衡模型(SFE)在SFE模型中，各个厂商决定其供给函数，市场价格由市场总需求和各生产者的供给函数共同决定。以(1,)iq in=?表示厂商产出，)(Qf表示用户的反需求函数，用P表示价格，则有:)()(1nqqfQfP+=?，设各厂商的成本函数为)(iCqTi，则厂商的利润的函数为：)(iCiiqTPqi=。设供给函数为)(iiq，供给函数平衡模型为:max)(iCiiqTPqi=s.t.)(11qP=?(1.2）)(nnqP=)(1nqqfP+=?11该优化问题的实质是求解最优供给函数，即求解供给函数的系数，使得厂商获得最大利益。即:0)()()()()(=iiCiiiiqTPqI (1.3)其中P，iq，与各个供给函数系数的关系可以通过求解(5-4)中的约束条件得到。理论上，通过联立(1.2)式的n个方程即可得到各供给函数的系数，从而得到供给函数均衡模型的均衡解。4)模型选择在上述3种寡头垄断分析模型中，供给函数模型比较符合实际电力市场的运行情况，但是其均衡点的多解使得用其分析电力市场特性比较困难。在研究厂商策略性行为方面，古诺模型和伯特兰德模型具有更强的适用性。在电力市场中，由于不同国家不同时期内发电企业的生产能力以及市场供求状况不同，发电寡头竞争是用以产量竞标的古诺模型还是用以价格竞标的伯特兰德模型来解释，需要根据实际情况决定。文献4350 对此进行了详细的研究。1.5.1 英国电力市场英国电力市场1617,39英国电网5包括英格兰和威尔士、苏格兰、北爱尔兰三个独立电网。前者已实行电力市场运营，后者由于其用电量仅占全英国的10%,尚未进行市场化改革。市场化意义上的英国电网，通常是指英格兰和威尔士电网。英国电力工业的改革可以划分为三个阶段：（1）1989年以前为垄断经营阶段；（2）第一次改革阶段（19892000），其标志是以1990年3月31日成立的国家电网公司（NGC）为依托，采用强制型电力库模式；（3）第二次改革阶段（2000年至今）。其标志是，引入了新的市场机制和交易模式。本次改革1997年开始酝酿，2000年正式开始运作。第一阶段改革后其市场组织结构主要特征如下：1)发电侧。将原有中央发电局重构为四部分：国家电网公司，国家电力公司，国家发电公司，核电公司。为防止少数发电公司垄断市场，后又重新做出规定，任何发电公司的装机容量不得超过系统总容量的25%30%，而且鼓励独立发电商。122)配电侧。改革之初共有12家地区电力公司。到1997年底，配电侧的供电商数量已经达到33个。3)用户开放。从大用户到小用户，再到所有用户逐步开放。1998年4月1日，取消功率底限制，所有用户原则上均可自由选择供电商。4)市场监管。1999年成立电力管理办公室和电力供应主管机构，取代前期的电力管制办公室。其职责是：保证满足用户用电需求，促进发电侧和用电侧竞争，保护用户合法权益，提高效率和经济运作，促进新技术的研究与发展，促进环境保护。5)电力库（Pool）。是电力市场的交易中心，所有交易均需通过Pool实现。Pool是以电力库购买价格PPP购电，以电力库销售价格PSP售电。由于Pool中的电能价格存在不确定性，因此交易双方需通过签定金融差价合同或期货合同共同承担价格风险。在电力市场中，买卖双方均通过电力库（Pool）进行交易。同时，为了规避市场价格波动带来的风险，允许供需双方签定长期的金融差价合同。也就是说，金融差价合同只是买卖双方的事情，合同内容与电力交易中心无关。日前和实时市场的其定价过程如下：（1）每天发电商申报发电价格和可用容量（2）负荷预测（3）排序安排“安排无约束发电计划），满足负荷和备用需要（4）计算电力库的购电价格PPP（5）计算电力库的销售电价PSP（6）计算终端销售电价。其中PPP的计算公式为PPP=SMP+CECE=LOLP*(VOLL-SMP)式中，SMP为System Marginal Price,系统边际运行电价。根据机组参数和负荷预测数据，计算得出。CE为基本电价（容量电价），其数值很小，一般可以忽略。LOLP为Loss of load probability,容量不足概率，由电网公司计算。VOLL为Value of lost load,停电损失值，每年由政府确定一次。PSP的计算公式为PSP=PPP+UPLIFT式中，UPLIFT为附加费或上浮电价，反映输电成本的提升量，需计算和考核。13最终销售电价PSP网损校正。1.5.2 美国电力市场美国电力市场1821美国电力市场放松管制的目的是引入竞争和降低电价。因此在进行电力工业重购时产生了许多新的实体，如非盈利性的PX 和ISO。PX的核心功能是提供一个电能交易的场所，而ISO则是负责系统调度和安全运行。美国各州电力市场的改革情况及运营模式相差很大，而最有代表性的是以下三种模式：（1）PJM电力市场模式。将PX和ISO整合为一个的实体，提供优化的日前中央调度，采用著名的区域边际定价法。（2）Nevada 和ERCOT电力市场模式。建立一个ISA,与CAO、RTO和Market相互协调。（3）加州电力市场模式。分别设立PX和ISO两个独立的实体。PX提供电能拍卖，ISO提供电网控制、稳定运行以及辅助服务的功能。此外，加州率先同时开放电力批发市场和零售市场，在各环节全面引入竞争。加州电力系统是一个十分复杂的综合体，它由州、地方或联邦代理商、私营企业及非盈利机构组成。也是由日前市场、小时前市场和实时平衡市场组成。市场参与者于当天对次日的电力负荷进行投标，PX根据发用电双发的报价信息，按照购电成本最小的原则，安排次日的发电计划；ISO进行阻塞校核，对PX提供的发电计划进行修正，防止阻塞发生，并进行阻塞定价。此外，ISO根据PX提供的日前、小时前发电计划和发电方实时报价、辅助服务报价，具体安排系统的实时运行。就系统而言，其发电侧由私营运营商负责，输电部分由加州ISO负责，配电侧由配电公司负责。加州电力危机加州电力危机美国加州电力市场3942先后出现过两次严重的电力危机，其中2000年夏季到2001年上半年的电力危机最终导致市场交易体系的瓦解36。2001年1月12日运行备用下降到1.5%以下,加州宣布电力进入三级紧急状态;2001年1月17日实行了二战后第一次灯火管制。加州电力市场先后两次发生危机，有大量的文献对加州的电力危机进行了研究34-38。总结加州电力危机的原因可归纳为以下几条：1)负荷急剧增加，但备用容量不足。142)电力设施利用率过高，调节裕度太小。3)一次能源价格持续飚升，使发电和购电成本迅速上升。4)AB1890法案凸现其潜在的负面影响。因为，该法案规定电力供应商必须从发电商批发电力，再以不超过限定的最高价格进行销售，其初衷是鼓励电力公司竞争以降低电价。但因批发价格长期高于销售电价，政府又不加干预，最终导致电力公司严重亏损，申请破产保护。1.5.3 我国电力市场的发展历程我国电力市场的发展历程6从80年代中期到现在，中国电力工业的改革经历了两个大的阶段：一是从80年代中期开始的以解决缺电为目标，实行集资办电、多家办电、多渠道办电和利用外资办电的政策。次阶段改革的目标比较单一，行动迅速。效果显著。二是从1996年起，在电力供需大体平衡的情况下，电力工业改革从较低层次的解决缺电问题跨越到较高层次的结构调整，提高质量和提高全行业综合效益的阶段。这一阶段改革的目的体现在三个方面：一是为用户提供满足需要高效优质的电能，降低电价水平，减轻用户负担，使用户得到满意的服务；二是对计划经济体制下形成的传统和电力企业进行公司制改组，培育电力市场竞争主体和自主经营的法人实体；三是按照市场经济规律建立规范有效的电力市场，打破垄断，鼓励竞争，提高企业的效率和效益。目前这几个方面的改革均在进行之中，有的已经取得了显著的成效。建立规范有序的电力市场是本阶段改革的关键环节，需要大力吸收国际先进经验，紧密结合我国实际，进行不断深入的探索实践。1.5.4 我国电力市场的现状我国电力市场的现状811随着我国社会主义经济体制改革的深入进行，电力工业同样在引入竞争机制，进行市场化改革。本着“厂网分开、竞价上网”的方针，遵循“三公”原则，自1998年起，中国正式走上了电力市场化改革的道路，并率先黑龙江、吉林、辽宁、山东、浙江、上海6个省网进行试点。目前，从中国电力市场的运行情况来看，中国的电力市场现阶段主要呈现出以下特点：151)率先开放发电侧电力市场。我国电力市场的改革首先厂网分开，即将电网和发电厂进行分离。然后由相互独立的发电公司在发电侧电力市场中竞价上网。电网调度机构遵循“三公”原则安排发电计划，维护市场运行。2)单一购买者模式。我国现行电力市场采用的是由电网公司单一购买的形式，不存在发电方和用电方的双边交易形式。3)部分电量竞价上网。我国现行的电力市场中，采用部分电量上网竞价的方式。发电公司大部分的发电量由电网公司通过合同定购，只有当年市场预计电力需求的20%左右作为竞争电量，由发电公司通过竞价获得。4)交易类型具有多样性。电力市场的交易类型包括：长期合同、现货交易、实时交易。其中长期合同交易是电网公司为了防止电价急剧升高、系统内供电紧张，而采用的同发电公司签订一定数量的长期合同。162 基于博弈学习理论的发电公司竞价研究基于博弈学习理论的发电公司竞价研究电力市场9不是一个完全意义上的竞争的市场，而是一个典型的寡头垄断的市场。博弈论是经济学上研究寡头垄断市场常采用的工具之一，是专门研究两个或两个以上有利益冲突的个体，在有相互作用的情况下，如何进行各自优化决策的理论。因此，用博弈论来研究电力市场主体的行为应该是比较合适的。2.1 博弈论简介2.1 博弈论简介博弈论1315又称对策论，英文为Game Theory。它是研究两个或两个以上参加者在对抗性或竞争性局势下如何采取行动，做出有利于自己决策的数学理论。它也是经济学上研究完全垄断、寡头垄断市场13状况的常用工具。由于电力市场中发电公司个数较少，市场难以在短期内进入等因素存在，因此电力市场同寡头垄断市场极其相似。所以，国内外众多学者将博弈论应用于电力市场方面的研究。2.1.1 博弈论的基本要素博弈论的基本要素博弈论的基本要素包括：博弈人、行动、信息、策略、收益、博弈结果等。其中，博弈人、博