浅谈关于博弈论在电力市场中应用.doc

博弈论概述博弈论又称为对策论一种使用严谨数学模型来解决现实世界中的利害冲突的理论由于冲突合作竞争等行为是现实世界中常见的现象因此很多领域都能应用博弈论例如军事领域经济领域政治外交解决诸如战术攻防国际纠纷定价定产兼并收购投标拍卖甚至动物进化等问题博弈论的研究开始于本世纪年诺依曼和摩根斯坦合著的博弈论和经济行为一书的出版标志着博弈理论的初步形成随后发展壮大为一门综合学科年三位长期致力于博弈论研究实践的学者纳什海萨尼塞尔顿共同获得诺贝尔经济学奖使博弈论在经济领域中的地位和作用得到权威性的肯定博弈论的基本原理和方法文献用浅白的语言叙述了博弈论的思想精髓和基本概念文献更注重理论上的分析和数学的严谨概括起来博弈论模型可以用五个方面来描述为局中人博弈的参与者也称为博弈方局中人是能够独立决策独立承担责任的个人或组织局中人以最终实现自身利益最大化为目标为各局中人的所有可能的策略或行动的集合根据该集合是否有限还是无限可分为有限博弈和无限博弈后者表现为连续对策重复博弈和微分对策等博弈的进程也是博弈进行的次序局中人同时行动的一次性决策的博弈成为静态博弈如齐威王和田忌赛马局中人行动有先后次序称为动态博弈如下棋博弈信息能够影响最后博弈结局的所有局中人的情报如效用函数响应函数策略空间等打仗强调知己知彼百战不殆可见信息在博弈中占重要的地位博弈的赢得很大程度依赖于信息的准确度与多寡得益信息是博弈中的重要信息如果博弈各方对各种局势下所有局中人的得益状况完全清楚称之为完全信息博弈例如齐威王和田忌赛马各种马的组合对阵的结果双方都不严而喻反之为不完全信息博弈例如投标拍卖博弈各方均不清楚对方的估价在动态博弈中还有一类信息轮到行动的博弈方是否完全了解此前对方的行动如果完全了解则称之为具有完美信息的博弈例如下棋双方都清楚对方下过的着数反之称为不完美信息的动态博弈由于信息不完美博弈的结果只能是概率期望而不能象完美信息博弈那样有确定的结果为局中人获得利益也是博弈各方追求的最终目标根据各方得益的不同情况分为零和博弈和变和博弈零和博弈中各方利益之间是完全对立的变和博弈有可能存在合作关系争取双赢的局面还有另一类型博弈称为多人合作博弈例如安理会投票表决联合限产保价等问题这类问题重点放在联盟利益的分配上它的理论和方法广泛应用于利益损失的共同分担问题多人合作博弈的研究方法主要是特征函数模型以个可能的联盟为定义域特征函数表示各个联盟的得益是局中人的数目它的分配解必须符合一定的合理性和稳定性它的解的概念也发展成多种多样包括稳定集核心核仁值等解的多样性符合现实世界复杂多样的需要针对不同的问题选择或创造合适的解的概念是博弈论深入研究的课题不管博弈各方是合作竞争威胁还是暂时让步博弈论模型的求解目标就是使自身最终的利益最大化这种解建立在对方也采取各自最好策略为前提各方最终达到一个力量均衡也就是说谁也无法通过偏离均衡点而获得更多的利益这就是博弈论求解的本质思想博弈论与电力市场博弈论是研究市场经济的重要工具电力作为特殊的商品它的生产运输销售和消费也逐渐走向市场化世界范围内很多国家的电力工业走向放松管制引进竞争的进程中遇到很多前所未有的新课题运用博弈论来分析解决其中一些问题是一个研究方向用博弈论模拟电力市场模拟的结果可能更加接近实际为市场模式设计提供依据另外电厂或用电用户作为市场的参与者可以用博弈论来分析市场研究如何报价获利最大正确运用博弈论关键要针对电力市场的特点正确选择模型和解的概念例如力量相当的两个区域电网之间交换功率的情形比较适合用古诺模型和谈判解方法而自备电厂与公用电网之间的交易可能更适合用模型还有局中人结盟问题如何识别合作伙伴结盟利益如何在联盟内分配电力市场环境下电网输电作为一项服务它的网损固定资产投资如何在网络使用者之间分担这些分配问题有不同的概念的解稳定集核心核仁值等如何合理选择或创造最接近实际的解的概念也是面临的课题博弈的结果是依赖于拥有的信息采用什么样的信息披露政策是设计电力市场模式的一个方面例如电厂竞价上网一个成功的报价不仅取决于自己的实力还有赖于他人如何报价但是各方往往不清楚互相之间成本报价等信息因为这些信息都是各自的商业秘密如何处理这种信息既不完全也不完美的博弈是一个重要的课题反过来博弈的实验结果也为电力市场披露怎样的信息提供依据博弈论和电力市场理论都是很年轻的科学两者都有广阔的发展天地两者的结合可以互相促进博弈论在电力市场中的应用自备电厂与公用电网之间的交易开放发电市场的进程中拥有自备电厂的用户是一类特殊的市场参与者它既是用电用户也可以是电力的供应者随着电力市场深入发展和工业的进步自备电厂将成长为一支生力军文献用博弈论来分析评价在分时定价的环境下拥有自备电厂的用户对定价的影响作用既可以从公用电网购电也可以自己发电来满足自身需求为解决两者的冲突作者提出了三种博弈模型非合作博弈模型合作博弈模型和超博弈模型作者构造了三个局中人公用电网普通用户带自备电厂的用户并且假设它们的需求函数边际成本收益函数等均是线性的通过数字模拟得出了一些有趣的结果的加入促使公用电网降低出售给的电价冲突还使普通用户得到更多益处该文为解决自备电厂与公用电网的相互作用提供了很有用的分析思想但是尚有三点可以进一步改进该文尚未考虑将自己多余的自发电卖给公用电网的情况该文将公用电网和置于平等的市场地位可能不符合实际市场如果公用电网规模很大数目很多但规模小考虑模型更符合两者实际该文假设公用电网的目标函数是整个社会利益最大化而并非是自身利益最大化这个假设不符合电力市场需要解除管制的发展方向文献部分解决了以上问题它重点放在自备电厂和公用电网相互作用的方式的选择公用电网回购多余电力或者公用电网收取运转电力的过网费该文分析了在不同市场环境下各方的得益情况得出了一些可能只有用博弈论才能得出的结论区域间输电交易分析互联网间短期电力交换是一种经济运行的手段白晓民等在文献中应用博弈论来分析简单的两区域系统单时段交易分析得出双方都可接受的交换功率和交易价格在此基础上文献提出了一种两阶段迭代计算方法来处理外部交易计划与内部经济调度的协调该文所用的博弈模型是二人非零和对策采取合作型对策应用谈判公理作为仲裁程序决策出双方都可接受的交换功率和交易价格应该指出白晓民等的分析是基于完全信息的博弈也即博弈双方均对对方在各种情况下的得益了解非常清楚如果缺少这方面的信息又应该如何分析处理呢这个问题值得进一步深入探究转运市场中电网的固定成本分摊问题运转市场中一个难题是网络输电服务定价这个定价能够给网络使用者一个信号以达到全网最优化并且能够补偿网络的投资者网损变动成本固定成本等费用在网络使用者中合理分摊同时能够正确激励网络增容节点实时价格制度可以解决网损和网络阻塞问题但是文献的作者认为节点实时价格制度不能完全回收输电系统的固定投资为了解决双边贸易中输电系统固定成本公正分摊问题作者提出了基于多人合作博弈模型可以计算出逐条线路逐笔交易的分摊费用文中使用核仁作为模型的解该方法的优点使用核仁而不用值因为核仁处于核心分配值更加稳定和易于被各方接受提供了一种激励减轻线路过载基于或模式的多边贸易市场电力市场环境下的博弈具有行动策略随机性信息隐蔽性这些特点都给建模和计算造成困难从而限制了实际应用各种文献在处理这种不确定信息环境下的决策问题中通常需要假设或者估计对方的信息方法各有特色在文献作者认为在完全竞争的市场环境下市场参与者相对于市场规模都显得很小市场影响力很小在这种情况下优化报价决策不需要博弈的思想文中作者认为电力市场属于不完全竞争市场单个市场参与者对市场是有影响力的其模型本质上属于不完全信息的非合作博弈例如每个参与者只知道自己的成本信息而不知道对方的成本等信息在这种情况下作者提出了这样的一个问题在无法完全了解对方的信息情况下参与者如何投标选择高价投标还是低价投标才能使自己收益最大该文通过转化的方式把不完全信息的博弈变为信息完全但不完美的动态博弈来求解每个市场参与者均对自己的对手可能的出价进行分类并对每一类的可能性进行概率估计形成一个概率意义上的期望收益矩阵用平衡点的概念求解矩阵得到问题的解文献作者提出了一种谈判模型每一个局中人进行决策时都同时执行以下两个步骤对可能的合作对象按照一定的指标进行优先排序按照谈判优先顺序逐一进行讨价还价谈判的规则与程序是预先设定好的该文的特色是谈判对象的优先顺序表的形成排序的准则基于该局中人对关于他人的信息的了解程度先分别对其他局中人的成本信息进行分类并对每一类出现的可能性进行概率估计然后假设与某局中人进行合作互相交换共享所拥有的信息联合成博弈的一方剩下的局中人结合为博弈的另一方这样的博弈模型的平衡点是概率意义上的期望值作为与合作的优先指标对每个局中人都进行一遍以上计算得到了的谈判对象优先顺序表每个局中人都有自己的一张优先顺序表最后按照预先设定的谈判规则与程序各方同时进行合作谈判谈判要解决如何合理分配或均衡比单干多出的利益该文关键的一点正确掌握对方的成本策略等信息各方可能从每一次博弈的结果中得到有用的反馈信息并用这种反馈来更新自己的知识库提高对他人了认识遗憾的是作者并没有提到如何实现这样重要的学习过程该文的模拟算法中的一个缺点计算量随局中人的数目和每个局中人类型的数目的增长呈指数增长对于多边贸易模式的电力市场文献提出了多代理理论模型解决贸易合作问题文中的模型基于完全信息的博弈模型模拟的过程包括四个阶段确定自身成本等信息与对方互相交换信息互相寻求合作伙伴按照预先设定的准则和协议进行联合分组形成一个谈判对象优先顺序表这个顺序表获得方法于的方法不一样作者采用公平性合作标准和值来确定这个顺序表按照优先顺序表进行双边谈判作者认为这四个阶段可以反复迭代进行直至没有人愿意改变合作格局为止或者达到预先设定的计算时间作者在文中考虑了多种情况但是模型仍偏于简单用博弈论解释和实现算法文献用博弈论来解释拉格朗日松弛法法解决机组经济组合的算法该文认为在电力市场的环境下竞争各方均以实现自身利益最大化为目标旋转备用的约束变得软起来机构可能通过松弛这一约束进一步降低成本该文提出了一种基于博弈论的算法获取最优的旋转备用作者认为拉格朗日松弛法的拉格朗日乘子是有经济含义的松弛旋转备用的乘子被看作是提供备用的价格信息各时段的旋转备用根据这个信息不断在规定的高低两种备用水平之间调整例如为时段负荷根据优化原理如果拉格朗日函数存在鞍点则鞍点是原问题的最优解鞍点的概念与博弈论中的平衡点有非常相似之处如以上公式所示基于此想法作者构造了两厂商博弈模型其中一局中人代表整个实际电网的利益它控制的决策变量是向量表示各机组分配的有功向量表示机组启停目标是使整个系统成本最低另一个局中人是一个假想的发电商它以价格向销售备用容量和有功容量双方就旋转备用交易进行讨价还价最终达到一个平衡的交易量和交易价格作者证明以上博弈过程的平衡解就是拉格朗日函数的解基于以上结论作者设计了自适应的次梯度算法寻求平衡点其中一个关键技术作者设计了厂商对厂商备用容量报价的反应函数该函数将映射到备用容量的两种水平之间例如时段负荷形成一个随价格信息变动的备用容量根据厂商是否了解厂商的反应函数模型可细分为两种模型不了解对方反应函数和模型了解的反应函数作者认为后一种模型掌握的信息较多因此收敛的速度和优化的效果梢好于前一种模型用博弈论来解释并且设计一些算法是一个新鲜而具有挑战性的课题博弈论本身就是带有优化功能的一门严谨的数学不过它更具有人的逻辑思维的色彩融合了一些用别的方法难以表达的信息结论本文在介绍博弈论的基本模型和求解思想与方法的基础上初步揭示了博弈论在电力市场中的应用状况所列文献一定程度反映了该领域的研究概貌和发展方向电力市场本身是一项新兴的系统工程很多问题悬而未决新的问题不断涌现博弈论作为这项复杂工程的新兴的有力工具必将随着电力市场的深入发展而发展