林昶詠, 文福拴,2, 蒙文川, 冷媛, 張翔, 宋藝航

(1. 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院,杭州市 310027; 2. 文萊科技大學(xué)電機(jī)與電子工程系, 文萊斯里巴加灣 BE1410; 3. 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院, 廣州市 510080)

兩部制電價(jià)機(jī)制下的發(fā)電權(quán)雙邊交易談判模型

林昶詠1, 文福拴1,2, 蒙文川3, 冷媛3, 張翔3, 宋藝航3

(1. 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院,杭州市 310027; 2. 文萊科技大學(xué)電機(jī)與電子工程系, 文萊斯里巴加灣 BE1410; 3. 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院, 廣州市 510080)

發(fā)電權(quán)交易有利于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu), 促進(jìn)節(jié)能降耗。發(fā)電權(quán)交易可以通過集中競(jìng)價(jià)或雙邊談判實(shí)現(xiàn)。針對(duì)基于雙邊談判的發(fā)電權(quán)交易模式, 研究了兩部制電價(jià)機(jī)制下的發(fā)電權(quán)雙邊交易談判策略, 建立了基于貝葉斯模型的多目標(biāo)談判模型。首先, 提出了兩部制電價(jià)機(jī)制下發(fā)電權(quán)買賣雙方的交易效益計(jì)算模型； 然后, 利用貝葉斯學(xué)習(xí)模型逐步修正對(duì)談判對(duì)象價(jià)格底線的估計(jì), 并在此基礎(chǔ)上綜合考慮議題權(quán)重及最大風(fēng)險(xiǎn)度來確定新一輪報(bào)價(jià), 通過多輪談判后獲得最終談判價(jià)格；最后, 通過算例對(duì)所提出方法進(jìn)行了說明。計(jì)算結(jié)果表明, 最終交易價(jià)格收斂于理論最優(yōu)解附近, 且受談判雙方出價(jià)策略影響。

發(fā)電權(quán); 兩部制電價(jià); 雙邊交易; 貝葉斯模型

0 引 言

發(fā)電權(quán)交易作為引導(dǎo)低能耗機(jī)組替代高能耗機(jī)組發(fā)電的重要手段, 有利于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu), 促進(jìn)節(jié)能降耗, 因而在國(guó)內(nèi)受到普遍重視。發(fā)電權(quán)交易指發(fā)電公司之間通過買賣交易方式交換計(jì)劃發(fā)電量, 系建立在原有發(fā)電計(jì)劃基礎(chǔ)之上的再分配手段, 對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)資源的合理配置具有重要意義。國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)于2008年3月頒布了《發(fā)電權(quán)交易監(jiān)管暫行辦法》, 標(biāo)志著發(fā)電權(quán)交易進(jìn)入了實(shí)施階段。針對(duì)發(fā)電權(quán)交易的模式、模型、優(yōu)化等方面, 國(guó)內(nèi)學(xué)者開展了很多研究工作。

發(fā)電權(quán)交易模式主要包括集中競(jìng)價(jià)模式和雙邊交易模式兩大類。文獻(xiàn)[1]探討了集中競(jìng)價(jià)模式的機(jī)理和相關(guān)理論問題, 分析了通過經(jīng)紀(jì)人進(jìn)行發(fā)電權(quán)交易的經(jīng)濟(jì)效益；文獻(xiàn)[2]考慮了集中競(jìng)價(jià)過程中的成本損耗, 設(shè)計(jì)了一種激勵(lì)相容的發(fā)電權(quán)交易模式；文獻(xiàn)[3]分析了這2類交易模式的利弊, 并針對(duì)3種情況設(shè)計(jì)了發(fā)電權(quán)交易機(jī)制及價(jià)格測(cè)算方式。

發(fā)電權(quán)交易模式不同, 相關(guān)的交易模型也不同。文獻(xiàn)[4]提出了集中競(jìng)價(jià)模式和雙邊交易模式的協(xié)調(diào)方法, 設(shè)計(jì)并比較了10種發(fā)電權(quán)交易模型；文獻(xiàn)[5]基于期權(quán)理論構(gòu)造了一種發(fā)電權(quán)雙邊交易模型；文獻(xiàn)[6]基于利益相關(guān)者理論, 設(shè)計(jì)了一種能體現(xiàn)不同發(fā)電權(quán)交易商利益需求的發(fā)電權(quán)交易模型；文獻(xiàn)[7]綜合考慮了雙邊交易市場(chǎng)、月度和日前集中競(jìng)價(jià)市場(chǎng), 建立了基于水火電置換的發(fā)電權(quán)調(diào)節(jié)市場(chǎng), 并建立了置換電量在發(fā)電權(quán)交易主體中的優(yōu)化分配模型。

在發(fā)電權(quán)交易優(yōu)化方面, 現(xiàn)有文獻(xiàn)主要針對(duì)與發(fā)電權(quán)相關(guān)的網(wǎng)損分配、阻塞調(diào)度、收益分配等方面展開研究。文獻(xiàn)[8]在發(fā)電權(quán)交易中考慮了網(wǎng)損成本, 確定了網(wǎng)損成本與交易電量之間的關(guān)系, 并對(duì)集中競(jìng)價(jià)模式做了改進(jìn)；文獻(xiàn)[9]提出了以最大化社會(huì)效用、最大化成交量、考慮能耗約束的最大化成交量為目標(biāo)函數(shù)的3種阻塞調(diào)度模型, 并對(duì)這3種模型進(jìn)行了比較分析；文獻(xiàn)[10]運(yùn)用合作博弈理論中夏普利值法與核心法分析了發(fā)電權(quán)集中競(jìng)價(jià)交易中的利潤(rùn)分配結(jié)果, 以吸引更多機(jī)組參與發(fā)電權(quán)交易；文獻(xiàn)[11]考慮了兩部制電價(jià)機(jī)制下的發(fā)電權(quán)集中交易模式, 并給出了相應(yīng)的計(jì)算模型。

發(fā)電權(quán)雙邊交易方面的研究主要是針對(duì)發(fā)電權(quán)交易雙方的報(bào)價(jià)策略開展的。文獻(xiàn)[12]基于Zeuthen決策與貝葉斯學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)了一種發(fā)電權(quán)雙邊交易模型。該模型考慮了由于談判雙方無法準(zhǔn)確把握對(duì)手信息而導(dǎo)致談判破裂或在交易中承受不公平結(jié)果的情況, 通過采用多輪貝葉斯學(xué)習(xí)和Zeuthen策略來逐步獲取對(duì)方成本信息, 進(jìn)而推動(dòng)談判進(jìn)展。算例仿真表明，采用該模型雙方報(bào)價(jià)會(huì)逐步收斂, 有助于最終達(dá)成交易, 談判效率較高。文獻(xiàn)[13]研究了發(fā)電權(quán)雙邊交易的均衡問題, 利用靜態(tài)不完全信息博弈中的貝葉斯納什均衡定理,針對(duì)完全開放的發(fā)電權(quán)交易市場(chǎng),建立了供需雙方叫價(jià)拍賣不完全信息貝葉斯博弈模型,得到了供需雙方的均衡報(bào)價(jià)策略, 并給出了交易流程。在該模型中, 買賣雙方在使自身利益最大化的優(yōu)化決策過程中考慮了交易成交概率。研究表明，當(dāng)買賣雙方均采用線性策略時(shí), 得到的均衡狀態(tài)的凈剩余高于其他貝葉斯均衡狀態(tài), 該模型有利于最大化整體社會(huì)效益, 能夠引導(dǎo)資源優(yōu)化配置。

現(xiàn)有針對(duì)發(fā)電權(quán)交易的研究大多集中于集中競(jìng)價(jià)模式, 對(duì)于雙邊交易模式則研究較少。在此背景下,本文針對(duì)發(fā)電權(quán)雙邊交易模式, 在兩部制電價(jià)機(jī)制下, 采用貝葉斯學(xué)習(xí)模型和合作博弈談判理論, 構(gòu)造發(fā)電權(quán)雙邊交易談判模型, 研究買賣雙方的策略學(xué)習(xí)過程及報(bào)價(jià)機(jī)制, 并對(duì)采用不同談判策略時(shí)所獲得的談判結(jié)果進(jìn)行分析。

1 基于兩部制電價(jià)的發(fā)電權(quán)交易效益分析

1.1 容量電價(jià)效益分析

容量電價(jià)主要反映機(jī)組以投資成本為主的固定成本, 由政府依據(jù)不同發(fā)電機(jī)組的投資成本進(jìn)行核準(zhǔn)。新建機(jī)組一般為大容量、低能耗機(jī)組, 投資成本高, 還貸壓力大, 其容量電價(jià)也相對(duì)較高。容量電價(jià)與實(shí)際發(fā)電量無關(guān), 但在發(fā)電權(quán)交易過程中, 需要將容量電價(jià)按照機(jī)組的實(shí)際可用容量和可用小時(shí)數(shù)進(jìn)行折算, 以實(shí)現(xiàn)與電量電價(jià)的同步結(jié)算。相關(guān)計(jì)算公式為[14]

(1)

式中:Pcon為折算后的容量電價(jià);Ec為每年回收的總?cè)萘抠M(fèi)用;Ea為機(jī)組可用容量;H為機(jī)組年可用小時(shí)數(shù)。

發(fā)電權(quán)交易實(shí)施后,由于發(fā)電權(quán)買方的實(shí)際發(fā)電量較計(jì)劃發(fā)電量有所增加,如果按照原有的容量電價(jià)結(jié)算方式直接進(jìn)行結(jié)算, 則買方折算后的容量電價(jià)Pcon將會(huì)降低; 另一方面,由于發(fā)電權(quán)賣方的實(shí)際發(fā)電量減小,賣方折算后的容量電價(jià)將會(huì)上升。同時(shí), 發(fā)電權(quán)交易買方一般為大型機(jī)組, 建設(shè)成本高, 還貸壓力大, 希望在容量電價(jià)市場(chǎng)中獲得穩(wěn)定收益來確保機(jī)組投資建設(shè)費(fèi)用的回收; 而發(fā)電權(quán)交易賣方一般為小型機(jī)組或老舊機(jī)組, 基本已完成投資回收任務(wù), 對(duì)容量電價(jià)市場(chǎng)收益需求相對(duì)較低。為保證發(fā)電權(quán)交易雙方的公平性, 發(fā)電權(quán)賣方需根據(jù)折算的容量電價(jià)支付給買方一定的補(bǔ)償費(fèi)用, 用于彌補(bǔ)買方因發(fā)電權(quán)交易導(dǎo)致的損失, 該補(bǔ)償費(fèi)用即為發(fā)電權(quán)交易容量電價(jià)價(jià)格。在引入該補(bǔ)償價(jià)格之后, 發(fā)電權(quán)買方的總?cè)萘侩妰r(jià)獲益即為賣方對(duì)買方的補(bǔ)償費(fèi)用; 發(fā)電權(quán)賣方的總?cè)萘侩妰r(jià)獲益即為賣方在支付給買方容量電價(jià)補(bǔ)償費(fèi)用之后的額外容量電價(jià)收益。這樣, 買賣雙方的容量電價(jià)收益分別為:

Rc,buy=pcΔQ-Fc,buyΔQ

(2)

Rc,sell=(Pc,sellQ0,sell-pcΔQ-Fc,sellΔQ)-
Pc,sell(Q0,sell-ΔQ)

(3)

式中：Rc,buy和Rc,sell分別表示發(fā)電權(quán)買賣雙方的容量電價(jià)收益；pc表示發(fā)電權(quán)交易容量電價(jià)結(jié)算價(jià)格；ΔQ表示單位時(shí)間內(nèi)發(fā)電權(quán)交易電量;Fc,buy和Fc,sell分別表示買賣雙方單位發(fā)電權(quán)交易量在容量電價(jià)談判過程中消耗的成本；Pc,sell表示賣方交易前折算后的容量電價(jià);Q0,sell表示賣方交易前的初始發(fā)電量。

則買賣雙方單位發(fā)電權(quán)交易量的容量電價(jià)收益Vc,buy和Vc,sell分別為:

(4)

(5)

式(4)和式(5)中除pc外, 其余參數(shù)均為定值。這樣, 發(fā)電權(quán)交易過程中買賣雙方的單位發(fā)電權(quán)交易量的容量電價(jià)收益是關(guān)于pc的線性函數(shù)。買賣雙方的容量電價(jià)價(jià)格底線Bc,buy與Bc,sell分別為:

Bc,buy=Fc,buy

(6)

Bc,sell=Pc,sell-Fc,sell

(7)

1.2 電量電價(jià)效益分析

電量電價(jià)主要反映機(jī)組的變動(dòng)成本。以燃煤火電機(jī)組為例, 變動(dòng)成本主要指燃料費(fèi)。燃煤機(jī)組的發(fā)電成本與發(fā)電量之間一般采用二次函數(shù)表示[15]:

C(Q)=aQ2+bQ+c

(8)

式中a、b、c為燃煤機(jī)組的煤耗或成本系數(shù)。

根據(jù)燃煤機(jī)組的煤耗特性函數(shù)可知, 當(dāng)機(jī)組進(jìn)行發(fā)電權(quán)交易時(shí), 假設(shè)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)電權(quán)交易量為ΔQ, 則買賣雙方的發(fā)電燃煤成本變化量分別為:

ΔCbuy=C(Q0,buy+ΔQ)-C(Q0,buy)= (abuyΔQ+2abuyQ0,buy+bbuy)ΔQ

(9)

ΔCsell=C(Q0,sell-ΔQ)-C(Q0,sell)= (asellΔQ-2asellQ0,sell-bsell)ΔQ

(10)

在交易過程中, 買方和賣方從電量電價(jià)中獲得的收益Re,buy和Re,sell分別為[12]:

Re,buy=peΔQ-ΔCbuy-Pe,buyΔQ-Fe,buyΔQ=

(pe-Pe,buy-2abuyQ0,buy-abuyΔQ-bbuy-Fe,buy)ΔQ

(11)

Re,sell=Pe,sellΔQ-ΔCsell-peΔQ-Fe,sellΔQ=

(Pe,sell-pe+2asellQ0,sell-asellΔQ+bsell-Fe,sell)ΔQ

(12)

式中:Re,buy和Re,sell分別表示發(fā)電權(quán)買賣雙方的電量電價(jià)收益;pe表示發(fā)電權(quán)交易電量電價(jià)結(jié)算價(jià)格;Fe,buy和Fe,sell分別表示買賣雙方單位發(fā)電權(quán)交易量的電量電價(jià)在談判過程中消耗的成本;Pe,buy和Pe,sell分別表示買賣雙方的上網(wǎng)電量電價(jià)。

則買賣雙方單位發(fā)電權(quán)交易量的電量電價(jià)收益Ve,buy和Ve,sell分別為:

(13)

(14)

若買賣雙方的發(fā)電權(quán)交易量是確定的, 則式(13)和式(14)中除pe外, 其余參數(shù)均為定值。這樣, 發(fā)電權(quán)交易過程中買賣雙方的單位發(fā)電權(quán)交易量的電量電價(jià)收益是關(guān)于pe的線性函數(shù)。買賣雙方的電量電價(jià)價(jià)格底線Be,buy與Be,sell分別為:

Be,buy=Pe,buy+2abuyQ0,buy+abuyΔQ+bbuy+Fe,buy

(15)

Be,sell=Pe,sell+2asellQ0,sell-asellΔQ+bsell-Fe,sell

(16)

在發(fā)電權(quán)交易過程中, 雙方均應(yīng)處于盈利狀態(tài), 否則談判無法達(dá)成。這樣, 發(fā)電權(quán)交易最終成交時(shí)應(yīng)滿足下述約束:

Bc,buy+Be,buy

(17)

2 發(fā)電權(quán)雙邊交易的貝葉斯學(xué)習(xí)模型

2.1 貝葉斯學(xué)習(xí)模型

貝葉斯學(xué)習(xí)模型運(yùn)用貝葉斯統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)概率預(yù)測(cè), 基于貝葉斯公式利用所獲得的信息對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象的先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行修正, 從而更準(zhǔn)確地獲得預(yù)測(cè)信息。

貝葉斯公式可以表述為: 存在與事件H有關(guān)的一組事件A1,A2,…,An, 滿足[16]:

(1)P(Ai)>0;

(2)Ai∩Aj=φ,i≠j;

(3)∪(Ai)=Ω。

則貝葉斯公式定義為

(18)

式中:P(Ai)為先驗(yàn)概率, 表示在貝葉斯學(xué)習(xí)前對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象的先驗(yàn)知識(shí);P(Ai|H)為后驗(yàn)概率, 表示經(jīng)過貝葉斯學(xué)習(xí)修正后對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象的認(rèn)識(shí);P(H|Ai)為條件概率, 表示事件Ai發(fā)生的條件下事件H發(fā)生的概率。

2.2 發(fā)電權(quán)買賣雙方的貝葉斯學(xué)習(xí)模型

在發(fā)電權(quán)雙邊交易談判過程中, 發(fā)電權(quán)買賣雙方準(zhǔn)確知道自身容量電價(jià)與電量電價(jià)的價(jià)格底線, 但不知道對(duì)方的價(jià)格底線從而需要估計(jì), 這些估計(jì)值即為貝葉斯學(xué)習(xí)模型的先驗(yàn)知識(shí), 雙方在談判過程中的報(bào)價(jià)可通過貝葉斯學(xué)習(xí)模型進(jìn)行修正。發(fā)電權(quán)交易雙方都有動(dòng)機(jī)通過改善對(duì)對(duì)方價(jià)格底線的估計(jì)值來獲得在談判過程中的優(yōu)勢(shì)地位。

現(xiàn)在從買方角度分析容量電價(jià)的貝葉斯學(xué)習(xí)過程。設(shè)賣方交易的容量電價(jià)價(jià)格底線為B, 將買方對(duì)賣方容量電價(jià)價(jià)格底線的估計(jì)值分為I個(gè)區(qū)間, 即買方估計(jì)賣方有I個(gè)價(jià)格底線區(qū)間, 第i個(gè)容量電價(jià)價(jià)格底線估計(jì)區(qū)間為Bi(i=1,2,…,I), 且假設(shè)在每個(gè)Bi區(qū)間內(nèi)的價(jià)格底線服從均勻分布。對(duì)應(yīng)每個(gè)Bi, 買方進(jìn)一步將估計(jì)的賣方容量電價(jià)報(bào)價(jià)分為J個(gè)區(qū)間, 賣方報(bào)價(jià)屬于第j個(gè)容量電價(jià)報(bào)價(jià)區(qū)間的概率為pi,j(j=1,2,…,J)。談判開始前, 買方對(duì)賣方容量電價(jià)交易底線的期望為

(19)

當(dāng)發(fā)電權(quán)賣方報(bào)價(jià)后, 買方基于賣方報(bào)價(jià)利用貝葉斯公式對(duì)原先估計(jì)的賣方報(bào)價(jià)區(qū)間的概率分布情況進(jìn)行修正, 即發(fā)電權(quán)買方對(duì)賣方的貝葉斯學(xué)習(xí)模型為

(20)

修正后的買方對(duì)賣方容量電價(jià)交易底線的估計(jì)值的均值為

(21)

式(20)和式(21)為經(jīng)過修正后買方對(duì)賣方容量電價(jià)報(bào)價(jià)分布概率和期望的估計(jì), 即為下一輪談判中的貝葉斯學(xué)習(xí)的先驗(yàn)知識(shí)。在賣方更新容量報(bào)價(jià)后, 買方對(duì)賣方容量電價(jià)底線估計(jì)的均值進(jìn)行修正, 經(jīng)過多輪談判后買方的估計(jì)逐漸逼近賣方的容量電價(jià)底線。

在貝葉斯學(xué)習(xí)過程中, 買賣雙方分別按照對(duì)方報(bào)價(jià)情況調(diào)整自身對(duì)對(duì)方價(jià)格底線區(qū)間的概率分布的估計(jì)。上述學(xué)習(xí)模型可用于發(fā)電權(quán)買賣雙方對(duì)對(duì)方容量電價(jià)和電量電價(jià)的學(xué)習(xí)與估計(jì)。

3 基于兩部制電價(jià)的發(fā)電權(quán)交易談判模型

3.1 兩部制電價(jià)下發(fā)電公司收益的最大風(fēng)險(xiǎn)度

最大風(fēng)險(xiǎn)度反映發(fā)電公司的收益風(fēng)險(xiǎn)情況。最大風(fēng)險(xiǎn)度越高, 則發(fā)電公司在最終拍賣成交時(shí)利益受損的可能性就越大。在發(fā)電權(quán)交易談判過程中, 發(fā)電公司不僅要計(jì)算己方的最大風(fēng)險(xiǎn)度, 還需要估計(jì)對(duì)方的最大風(fēng)險(xiǎn)度以分析對(duì)方的報(bào)價(jià)策略, 再根據(jù)己方及估計(jì)的對(duì)方最大風(fēng)險(xiǎn)度確定談判策略。

定義發(fā)電權(quán)買賣雙方在兩部制電價(jià)機(jī)制下的最大風(fēng)險(xiǎn)度分別為:

(22)

(23)

(24)

(25)

式中:rc,buy、re,buy、rc,sell和re,sell分別表示發(fā)電權(quán)買方容量電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)度、買方電量電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)度、賣方容量電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)度、賣方電量電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)度;pc,buy、pe,buy、pc,sell和pe,sell分別表示買方容量電價(jià)報(bào)價(jià)、買方電量電價(jià)報(bào)價(jià)、賣方容量電價(jià)報(bào)價(jià)和賣方電量電價(jià)報(bào)價(jià)。

對(duì)于發(fā)電權(quán)買方, 其容量電價(jià)、電量電價(jià)的收益函數(shù)可以通過式(4)和式(13)求得精確函數(shù)表達(dá)式, 但其對(duì)賣方容量電價(jià)、電量電價(jià)的收益需要通過貝葉斯學(xué)習(xí)模型去不斷修正對(duì)賣方報(bào)價(jià)底線的估計(jì)來得到, 進(jìn)而用估計(jì)的收益函數(shù)估計(jì)賣方最大風(fēng)險(xiǎn)度。在收益函數(shù)確定的情況下, 最大風(fēng)險(xiǎn)度r的取值范圍在[0,1]之間。然而, 由于談判過程中買方無法獲知賣方精確的價(jià)格底線及收益函數(shù), 在談判初期買方對(duì)賣方的初始價(jià)格底線估計(jì)可能與賣方的實(shí)際價(jià)格底線有較大偏差, 這樣就可能出現(xiàn)賣方收益估計(jì)值為負(fù)的情況, 即r可能會(huì)在談判初期大于1。隨著談判的進(jìn)行, 買方逐步修正對(duì)賣方價(jià)格底線的估計(jì),r的取值就局限于[0,1]之間。對(duì)于發(fā)電權(quán)賣方, 情況類似。

3.2 兩部制電價(jià)機(jī)制下的最小談判讓步幅度

在發(fā)電權(quán)交易談判過程中, 買賣雙方都會(huì)根據(jù)當(dāng)前雙方報(bào)價(jià)情況計(jì)算己方容量電價(jià)和電量電價(jià)的最大風(fēng)險(xiǎn)度, 同時(shí)根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)估計(jì)對(duì)方容量電價(jià)和電量電價(jià)的最大風(fēng)險(xiǎn)度。當(dāng)計(jì)算出己方最大風(fēng)險(xiǎn)度低于對(duì)方時(shí), 為了讓談判進(jìn)行下去, 己方可以做出些讓步, 以誘導(dǎo)對(duì)方進(jìn)一步報(bào)價(jià), 促使談判朝收斂方向推進(jìn)。如果計(jì)算出己方最大風(fēng)險(xiǎn)度高于對(duì)方, 則保留原報(bào)價(jià), 等待對(duì)方做出讓步, 以保證己方權(quán)益不受損失。雙方在談判過程中采用貝葉斯學(xué)習(xí)模型不斷修正對(duì)談判對(duì)象價(jià)格底線的估計(jì), 進(jìn)而更新對(duì)談判對(duì)象收益函數(shù)的估計(jì); 如此循環(huán), 引導(dǎo)談判逐步收斂到最終交易價(jià)格。

由于在兩部制電價(jià)機(jī)制下針對(duì)發(fā)電權(quán)交易的雙邊談判過程需針對(duì)容量電價(jià)和電量電價(jià)分別進(jìn)行談判, 故引入權(quán)重因子φ(0<φ<1), 用于描述不同談判方對(duì)不同議題的重視程度。談判權(quán)重因子越大, 則談判方對(duì)該議題重視程度越高, 參與談判的發(fā)電公司越希望通過放慢談判速度來逐步試探對(duì)方價(jià)格底線, 以獲得更好的談判結(jié)果。采用4個(gè)權(quán)重因子φc,buy、φe,buy、φc,sell、φe,sell分別表示買方容量電價(jià)、電量電價(jià)談判的權(quán)重和賣方容量電價(jià)、電量電價(jià)談判的權(quán)重, 且滿足如下約束:

(26)

此外, 引入讓步因子k(0≤k≤1), 用于描述談判方在談判過程中的讓步速度及談判的收斂速度。k值越大, 則談判中雙方的讓步速度越慢。對(duì)買賣雙方的談判過程設(shè)定統(tǒng)一的k值, 其受談判時(shí)間、談判出價(jià)輪數(shù)限制, 用于調(diào)節(jié)全局談判速度, 與買賣雙方采取的談判策略無關(guān)。

(27)

在此輪談判中, 買方的最小讓步幅度為

(28)

3.3 兩部制電價(jià)機(jī)制下的發(fā)電權(quán)雙邊交易談判流程

在兩部制電價(jià)機(jī)制下的發(fā)電權(quán)雙邊交易談判過程中, 容量電價(jià)和電量電價(jià)的談判同步進(jìn)行, 待容量電價(jià)與電量電價(jià)談判結(jié)果分別收斂到一個(gè)最終價(jià)格時(shí), 談判結(jié)束, 雙方發(fā)電權(quán)交易成功。若其中任意一項(xiàng)談判不能收斂到雙方認(rèn)同的價(jià)格或談判輪數(shù)超出給定值, 則談判失敗。談判具體流程如下:

(1)雙邊基于自身價(jià)格底線, 提交容量電價(jià)和電量電價(jià)的初始報(bào)價(jià)；

(2)根據(jù)對(duì)方報(bào)價(jià), 修正對(duì)談判對(duì)象價(jià)格底線的估計(jì)值及報(bào)價(jià)分布；

(3)計(jì)算最大風(fēng)險(xiǎn)度, 選擇讓步或保留原報(bào)價(jià)；

(4)提交新一輪報(bào)價(jià), 檢驗(yàn)談判是否收斂, 如談判收斂, 則談判成功, 談判過程結(jié)束; 若談判不收斂, 且在允許談判輪數(shù)內(nèi), 則返回步驟(2), 否則談判失??；

(5)確認(rèn)發(fā)電權(quán)交易結(jié)果；

(6)根據(jù)最終談判結(jié)果簽署發(fā)電權(quán)交易合同。

4 算例分析

給定參與發(fā)電權(quán)交易的買賣雙方在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)電權(quán)交易量為100 MW·h。買賣雙方初始報(bào)價(jià)如下: 買方容量電價(jià)報(bào)價(jià)為30元/(MW·h), 電量電價(jià)報(bào)價(jià)為75元/(MW·h); 賣方容量電價(jià)報(bào)價(jià)為10元/(MW·h), 電量電價(jià)報(bào)價(jià)為55元/(MW·h)。

需要指出, 本文中所講的買方與賣方是針對(duì)“發(fā)電權(quán)”的買賣進(jìn)行, 與一般的商品買賣關(guān)系不同。發(fā)電權(quán)的買方是替代發(fā)電的大機(jī)組, 購(gòu)買發(fā)電權(quán)后進(jìn)行發(fā)電; 發(fā)電權(quán)的賣方是被替代發(fā)電的小機(jī)組, 發(fā)電量轉(zhuǎn)讓給了買方。在最終結(jié)算時(shí), 發(fā)電權(quán)的賣方付錢給買方, 所以賣方希望支付的費(fèi)用越少越好, 而買方希望獲得的收益越大越好。發(fā)電權(quán)的買方應(yīng)該理解為電量的賣方, 相當(dāng)于多發(fā)電賣給小機(jī)組。

買賣雙方發(fā)電機(jī)組相關(guān)參數(shù)如表1所示[12]。設(shè)定允許的談判最多輪次為15, 市場(chǎng)讓步因子k為0.5。

表1 機(jī)組參數(shù)
Table 1 Parameters of units

4.1 容量電價(jià)談判過程

4.1.1 買方談判過程

買方根據(jù)對(duì)賣方的先驗(yàn)知識(shí), 對(duì)賣方的容量電價(jià)價(jià)格底線的分布概率及報(bào)價(jià)概率進(jìn)行估計(jì)。給定買方對(duì)賣方的價(jià)格底線分布概率估計(jì)如表2所示。

表2 買方對(duì)賣方容量電價(jià)價(jià)格底線分布概率的估計(jì)
Table 2 Buyer’s estimation of probability distribution of seller’s acceptably lowest capacity price

在不同的容量?jī)r(jià)格底線水平下, 賣方的報(bào)價(jià)策略一般也不同。不同容量電價(jià)價(jià)格底線水平下的賣方報(bào)價(jià)策略如表3所示。

表3 買方對(duì)不同容量電價(jià)價(jià)格底線下賣方報(bào)價(jià)策略的估計(jì)
Table 3 Buyer’s estimation of strategy of seller’s offers over different acceptably lowest capacity prices

元·(MW·h)-1

在談判開始時(shí), 買方首先根據(jù)買方的先驗(yàn)知識(shí)對(duì)賣方的容量電價(jià)價(jià)格底線進(jìn)行估計(jì)。根據(jù)表2的先驗(yàn)知識(shí)及式(19), 可以獲得買方對(duì)賣方容量電價(jià)價(jià)格底線的估計(jì)值為25元/(MW·h)。根據(jù)式(6)計(jì)算得知買方的容量電價(jià)價(jià)格底線為0.5元/(MW·h)。發(fā)電權(quán)買方獲得的容量電價(jià)收益實(shí)質(zhì)上為賣方對(duì)發(fā)電權(quán)買方損失的折算容量電價(jià)的補(bǔ)償, 該部分電價(jià)買方并無其他成本, 故價(jià)格底線較低。

在買方獲知賣方容量電價(jià)報(bào)價(jià)為10元/(MW·h)后, 根據(jù)貝葉斯公式及表3, 對(duì)賣方的容量電價(jià)價(jià)格底線估計(jì)進(jìn)行修正, 獲得新的賣方價(jià)格底線分布期望, 更新表2數(shù)據(jù), 同時(shí)根據(jù)式(19)將對(duì)賣方的價(jià)格底線估計(jì)值調(diào)整為25.10元/(MW·h)。

進(jìn)一步, 買方根據(jù)己方價(jià)格底線及估計(jì)的賣方價(jià)格底線, 求得買賣雙方的容量電價(jià)最大風(fēng)險(xiǎn)度分別為0.678 0和1.324 2。假設(shè)買方對(duì)發(fā)電權(quán)交易的容量電價(jià)與電量電價(jià)重視程度相同, 即買方的談判權(quán)重因子φc,buy=φe,buy=0.5, 此時(shí)買方的最大風(fēng)險(xiǎn)度小于賣方, 即rc,buy<(1-φc,buy+k)rc,sell, 故買方根據(jù)讓步策略需要做出主動(dòng)讓步。根據(jù)式(27)可以計(jì)算出買方第2階段報(bào)價(jià)為20元/(MW·h), 即該輪談判中買方的讓步幅度Δpc,buy=10元/(MW·h)。買方在降低己方報(bào)價(jià)后, 等待賣方下一步行動(dòng)。在賣方新一輪報(bào)價(jià)之后, 買方再重復(fù)上述過程并做出決策, 直至談判成功或達(dá)到限制輪數(shù)為止。

4.1.2 賣方談判過程

與買方的談判過程類似, 賣方對(duì)買方的容量電價(jià)價(jià)格底線分布概率進(jìn)行估計(jì), 如表4所示。

在不同容量電價(jià)價(jià)格底線水平下的買方的報(bào)價(jià)策略如表5所示。

表4 賣方對(duì)買方容量電價(jià)價(jià)格底線分布概率的估計(jì)
Table 4 Seller’s estimation of probability distribution of buyer’s acceptably lowest capacity price

表5 賣方對(duì)不同容量電價(jià)價(jià)格底線下買方報(bào)價(jià)策略的估計(jì)Table 5 Seller’s estimation of strategy of buyer’s offers over different acceptably lowest capacity prices 元·(MW·h)-1

根據(jù)表4的先驗(yàn)知識(shí)和式(19), 可計(jì)算出賣方對(duì)買方容量電價(jià)價(jià)格底線的估計(jì)值為1.1元/(MW·h), 根據(jù)式(7)可求得賣方的容量電價(jià)價(jià)格底線為27.5元/(MW·h)。在買方提出其容量電價(jià)報(bào)價(jià)為30元/(MW·h)后, 賣方根據(jù)表5內(nèi)容進(jìn)行貝葉斯學(xué)習(xí), 修正得到賣方新的價(jià)格底線為1.14元/(MW·h)。 同樣假設(shè)賣方對(duì)發(fā)電權(quán)容量電價(jià)和電量電價(jià)的重視程度相同, 即賣方的談判權(quán)重因子φc,sell=φe,sell=0.5。賣方根據(jù)己方價(jià)格底線及估計(jì)的買方價(jià)格底線, 求得買賣雙方的容量電價(jià)最大風(fēng)險(xiǎn)度分別為0.692 9和1.142 9, 此時(shí)己方容量電價(jià)的加權(quán)最大風(fēng)險(xiǎn)度大于買方, 即rc,sell>(1-φc,sell+k)rc,buy, 故賣方選擇保留原報(bào)價(jià), 等待買方做出讓步。在買方做出新一輪報(bào)價(jià)后, 賣方重復(fù)上述過程并做出決策, 直至談判成功或達(dá)到限制輪數(shù)為止。

4.2 電量電價(jià)談判過程

與容量電價(jià)談判過程類似, 在電量電價(jià)談判過程中, 買賣雙方分別就對(duì)方的電量電價(jià)價(jià)格底線和報(bào)價(jià)概率進(jìn)行估計(jì), 結(jié)果如表6—9所示。

表6 買方對(duì)賣方電量電價(jià)價(jià)格底線分布概率的估計(jì)
Table 6 Buyer’s estimation of probability distribution of seller’s acceptably lowest energy prices

表7 買方對(duì)不同電量電價(jià)價(jià)格底線下賣方報(bào)價(jià)策略的估計(jì)Table 7 Buyer’s estimation of strategy of seller’s offers over different acceptably lowest energy prices 元·(MW·h)-1

表8 賣方對(duì)買方電量電價(jià)價(jià)格底線分布概率的估計(jì)Table 8 Seller’s estimation of probability distribution of buyer’s acceptably lowest energy price

表9 賣方對(duì)于不同電量電價(jià)價(jià)格底線下買方報(bào)價(jià)策略的估計(jì)Table 9 Seller’s estimation of strategy of buyer’s offers over different acceptably lowest energy prices 元·(MW·h)-1

買賣雙方分別根據(jù)己方的先驗(yàn)知識(shí)及對(duì)方報(bào)價(jià)情況進(jìn)行貝葉斯學(xué)習(xí), 修正對(duì)對(duì)方電量電價(jià)價(jià)格底線的估計(jì)值, 并計(jì)算雙方最大風(fēng)險(xiǎn)度; 之后通過比較最大風(fēng)險(xiǎn)度決定己方談判策略, 并重復(fù)這一過程直至談判結(jié)束。

4.3 不同策略對(duì)交易談判結(jié)果的影響分析

(1) 買賣雙方對(duì)容量電價(jià)和電量電價(jià)同等重視

當(dāng)買賣雙方對(duì)容量電價(jià)和電量電價(jià)同等重視時(shí),φc,buy=φe,buy=0.5,φc,sell=φe,sell=0.5, 此時(shí)買賣雙方的報(bào)價(jià)收斂速度一致, 如圖1所示; 2個(gè)電價(jià)談判均需要6次才能達(dá)成最終交易, 最終成交的容量電價(jià)和電量電價(jià)價(jià)格分別為13.5元/(MW·h)和65元/(MW·h)。此時(shí),買方和賣方容量電價(jià)收益分別為13元/(MW·h)和14元/(MW·h),電量電價(jià)收益分別為12.5元/(MW·h)和14.26元/(MW·h)。

圖1 雙方對(duì)容量電價(jià)和電量電價(jià)同等重視情況下的談判過程Fig.1 Negotiation process for situation with equal weights on capacity price and energy price from both buyer and seller

(2) 買賣雙方均更重視電量電價(jià)

對(duì)于買賣雙方均更重視電量電價(jià)的情形, 給定雙方權(quán)重因子分別為φc,buy=φc,sell=0.4,φe,buy=φe,sell=0.6, 此時(shí)容量電價(jià)談判讓步幅度大, 收斂速度較快; 電量電價(jià)市場(chǎng)談判出價(jià)謹(jǐn)慎, 讓步幅度小, 收斂速度較慢, 如圖2所示。最終, 容量電價(jià)談判僅需5輪就結(jié)束, 而電量電價(jià)談判需9輪談判才收斂。觀察電量電價(jià)談判曲線可以發(fā)現(xiàn), 在進(jìn)行最后一輪報(bào)價(jià)時(shí), 買方的電量電價(jià)報(bào)價(jià)比賣方的低, 此時(shí)雙方報(bào)價(jià)雖未收斂到同一價(jià)格, 但已滿足交易成交條件。給定此情況下最終成交價(jià)格為買方報(bào)價(jià)與賣方報(bào)價(jià)的平均值。這樣, 最終成交的容量電價(jià)與電量電價(jià)價(jià)格分別為13.5元/(MW·h)與64.5元/(MW·h)。此時(shí), 買方容量和電量電價(jià)收益分別為13元/(MW·h)和12元/(MW·h), 而賣方容量和電量電價(jià)收益分別為14元/(MW·h)和14.76元/(MW·h)。

圖2 雙方均更重視電量電價(jià)情況下的談判過程Fig.2 Negotiation process for situation with a larger weight on energy price from both buyer and seller

(3) 買方和賣方分別更重視電量電價(jià)和容量電價(jià)

對(duì)于買方和賣方分別更重視電量電價(jià)和容量電價(jià)的情形, 給定雙方權(quán)重因子分別為φc,buy=0.4,φe,buy=0.6,φc,sell=0.6,φe,sell=0.4。此時(shí), 買方在電量電價(jià)交易談判時(shí)讓步幅度較小, 在容量電價(jià)交易談判時(shí)讓步幅度較大, 而賣方則正好相反。如圖3所示。此時(shí), 最終成交的容量電價(jià)和電量電價(jià)價(jià)格分別為13元/(MW·h)和66元/(MW·h); 買方的容量和電量電價(jià)收益分別為12.5元/(MW·h)和13.5元/(MW·h); 賣方的容量和電量電價(jià)收益分別為14.5元/(MW·h)和13.26元/(MW·h)。由于買方的電量電價(jià)的權(quán)重因子更大, 其在電量電價(jià)交易中獲得了更高的收益, 但在容量電價(jià)交易中獲得的收益有所下降。

圖3 買方和賣方分別更重視電量電價(jià)和容量電價(jià)情況下雙方談判過程Fig.3 Negotiation process for situation with a larger weight on energy price from buyer and a larger weight on capacity price from seller

4.4 談判模型效用分析

在該算例中, 發(fā)電權(quán)買賣雙方的容量電價(jià)價(jià)格底線分別為0.5元/(MW·h)和27.5元/(MW·h), 電量電價(jià)價(jià)格底線分別為52.5元/(MW·h)和79.26元/(MW·h)。就談判雙方的總體效益最優(yōu)和雙邊交易的公平性問題, 可在納什談判解的合作博弈理論框架下進(jìn)行分析。具體地, 當(dāng)談判雙方談判能力相同時(shí), 實(shí)現(xiàn)雙方總體效益水平最大化的成交價(jià)格應(yīng)滿足納什福利函數(shù)[17]:

max[Vc,buy(pc)+Ve,buy(pe)][Vc,sell(pc)+Ve,sell(pe)]

(29)

在完全信息情況下, 根據(jù)買賣雙方容量電價(jià)與電量電價(jià)價(jià)格底線, 可得到容量電價(jià)和電量電價(jià)的全局最優(yōu)成交價(jià)格分別為14元/(MW·h)和65.88元/(MW·h), 對(duì)應(yīng)的納什福利函數(shù)最大值為722.53。事實(shí)上, 由于買賣雙方無法準(zhǔn)確獲知對(duì)方的價(jià)格底線, 只能通過談判逐步接近最優(yōu)結(jié)果。談判成交電價(jià)越接近全局最優(yōu)成交價(jià)格, 談判效率就越高。4.3節(jié)中描述的3種情形下的談判結(jié)果的納什福利函數(shù)分別為720.63、719.00和721.76, 均與最優(yōu)解相當(dāng)接近。這說明本文所設(shè)計(jì)的基于兩部制電價(jià)的發(fā)電權(quán)雙邊交易談判模型的最終成交價(jià)格都在最優(yōu)成交價(jià)格附近, 且最終談判結(jié)果受談判雙方出價(jià)策略的影響, 從而可以引導(dǎo)買賣雙方在兩部制電價(jià)機(jī)制下合理進(jìn)行談判決策, 談判效率較高。

5 結(jié) 語

在兩部制電價(jià)機(jī)制下, 構(gòu)建了發(fā)電權(quán)雙邊交易談判模型, 通過采用加權(quán)談判方式對(duì)容量電價(jià)和電量電價(jià)展開同步談判, 并利用貝葉斯學(xué)習(xí)模型更新對(duì)談判對(duì)象價(jià)格底線的估計(jì), 為買賣雙方構(gòu)造了一種可行的談判策略。算例結(jié)果表明, 權(quán)重因子對(duì)談判進(jìn)程具有引導(dǎo)作用, 權(quán)重因子越大, 最終談判收益越高, 但談判時(shí)間也越長(zhǎng); 買賣雙方可以逐步修正對(duì)談判對(duì)象價(jià)格底線的估計(jì), 談判效率較高。

本文描述的引入談判因子的談判方法為在兩部制電價(jià)機(jī)制下的發(fā)電權(quán)雙邊交易談判研究提供了新的思路, 但研究工作還比較初步。下一步將擴(kuò)展本文的研究工作, 包括用連續(xù)概率分布來模擬買賣雙方對(duì)談判對(duì)象容量電價(jià)和電量電價(jià)的價(jià)格底線估計(jì), 在談判過程中同時(shí)對(duì)價(jià)格底線和報(bào)價(jià)策略進(jìn)行估計(jì)等。

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林昶詠 (1992), 男, 碩士研究生, 主要從事電力經(jīng)濟(jì)與電力市場(chǎng)、智能電網(wǎng)等方面的研究工作；

文福拴 (1965), 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 通信作者, 主要從事電力系統(tǒng)故障診斷與系統(tǒng)恢復(fù)、電力經(jīng)濟(jì)與電力市場(chǎng)、智能電網(wǎng)與電動(dòng)汽車等方面的研究工作；

蒙文川 (1976), 男, 博士, 高級(jí)工程師, 主要從事電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、能源經(jīng)濟(jì)等方面的研究工作；

冷媛 (1986), 女, 碩士, 工程師, 主要從事電力供需、能源電力發(fā)展領(lǐng)域研究工作；

張翔 (1988), 男, 碩士, 助理研究員, 主要從事能源經(jīng)濟(jì)、電力系統(tǒng)規(guī)劃領(lǐng)域研究工作；

宋藝航 (1986), 男, 博士, 經(jīng)濟(jì)師, 主要從事電力能源經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域研究工作。

(編輯 張小飛)

Generation-Right Bilateral Transaction Negotiation Model Based on Two-Part Electricity Price

LIN Changyong1, WEN Fushuan1,2, MENG Wenchuan3, LENG Yuan3, ZHANG Xiang3, SONG Yihang3

(1. School of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;2. Department of Electrical and Electronic Engineering, Institut Teknologi Brunei, Bandar Seri Begawan BE1410, Brunei;3. Electric Power Research Institute, China Southern Power Gird, Guangzhou 510080, China)

Generation-right trade is beneficial to optimize power structure and promote energy saving and consumption reduction, which can be implemented by centralized price bidding or bilateral negotiation. According to the generation-right trade mode based on bilateral negotiation, this paper studies the negotiation strategy of generation-right bilateral transaction based on two-part electricity price mechanism, and constructs the multiple-objective negotiation model based on Bayesian model. Firstly, we present the calculation model of trading benefits for both sides participating in generation-right trade based on two-part electricity price mechanism. Then, we adopt the Bayesian learning model to gradually improve the estimation of the opponent’s base price. On this basis, we comprehensively consider the weights of issues and the greatest risk degree to determine the bidding price in next round. After several rounds of negotiations, the final settlement price can be determined. Finally, the proposed method is demonstrated through example, whose results show that the settlement price is converged to the theoretical optimal solution, and dependent on the bidding strategies of both sides.

generation-right; two-part electricity price; bilateral transaction; Bayesian model

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973項(xiàng)目)(2013CB228202);南方電網(wǎng)科學(xué)研究院科研項(xiàng)目(CSGTRC-K153018)

TM 61； F416.6

A

1000-7229(2016)03-0090-09

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.03.014

2015-12-24

Project supported by the National Basic Research Program of China (973 Program) (2013CB228202)