广东电力市场改革探索: 拍卖理论及电力市场集中竞价交易

在美国加州电力市场出现电价飞升，导致了严重的电力市场事故以后，FERC要求加州PX和ISO研究统一价格竞价机制的替代方案，特别是PAB方式，期待减小发电商的博弈行为。Vázquez等的研究发现采用PAB并不能解决问题[25]。通过对统一价格竞价机制和PAB的分析比较，文献[25]提出后者在高度竞争的市场环境下是无效率的，将导致成本高昂的中间商的出现。虽然在短期可能带来有利的一面，有限地抑制市场势力，但这种竞价机制可能产生相当大的市场壁垒，损害小发电商的利益，成为维持长期市场势力的手段，阻碍市场向更加竞争的方向发展，甚至会促使垄断和集中的形成。

针对加州电力市场的失败和从统一价格竞价转向PAB的提议，Kahn和Cramton等深入的比较了统一价格竞价和PAB的优缺点，并指出从统一价格竞价到PAB能使电力买方免受价格飞涨的影响的观念是错误的[26]。一般的观点认为，在统一价格竞价的情况下，由于按边际价格出清，非边际的投标会获得比报价高的价格，而转向PAB则能消除这种现象。这里隐含的关键的假设是在市场规则发生变化时，发电商会像以前一样投标，但是这种假设是不成立的。实际上当采用PAB时，发电商会立刻改变其策略，以他们所预测的市场出清价来投标。该文献声称，PAB不但会降低市场效率，而且不利于小的发电商，对垄断博弈的消除也不会起任何作用，由于大的发电商拥有更多的市场信息，在市场中处于更加有利的地位，在长期过程中就会影响竞争市场的形成。

2、基于拍卖理论的新竞价机制

(1)迭代竞价机制

以Wilson为代表的经济学家将拍卖理论应用于电力市场竞价机制设计。Wilson曾经为加州电力市场最初方案的迭代竞价(iterative  bidding)机制设计了活动规则(activity  rules)[27]。迭代竞价机制允许市场参与者根据以前各轮拍卖过程中显示出来的价格来改变自己的投标，这种价格发现(price  discovery)过程有助于发电商确保可行的发电调度，给发电商提供了信息以计算收入和成本，允许发电商调整他们的投标以改进其盈利状况。采用活动规则以确保市场收敛到一个对于每个参与者合适的出清价格和电量。活动规则有三个部分。在第一次投标后的每次迭代中，对于第一次迭代中投标过的每个电量增量：1)价格不能增加;2)只有当新价格比前次迭代的出清价低至少一个给定的价格减量时(如  $0.10/MWh)，价格才能降低。在这种情况下我们说新价格改善了前次出清价;3)出现第一次机会可以改善出清价而未改善时，不能再改善前次出清价。活动规则可使发电商之间形成竞争。非常可惜的是，由于实现上的争论，直到加州电力市场的完全崩溃，一直未能将迭代竞价机制付诸实施。

(2)分段竞价(水平拍卖)机制

Elmaghraby首次提出了水平拍卖(horizontal  auction)的思想，所谓水平拍卖，即按日负荷的持续时间将负荷曲线分块，每个持续时间t为一个不同的负荷块，发电公司对每个负荷块进行投标，标明在t小时的持续时间内生产功率为k  MW的电能时的价格[28]。相对于垂直拍卖(vertical  auction)，即通常意义的分时竞价机制，水平拍卖机制更符合发电厂实际运行的特点，便于发电厂制定运行策略。在完全信息的假设条件下，Elmaghraby分析了水平拍卖和垂直拍卖机制产生最佳效率调度的能力。特别强调确定为在均衡点保证达到最佳效率调度，在拍卖机制中哪些规则充分而且必要的。该文献证明，在完全信息的假设条件下，只允许一个获胜者的同时水平拍卖的纯策略纳什均衡是有效率的。在完全信息的假设条件下，当市场结构满足一定的假设条件时，只允许一个获胜者的顺序水平拍卖的纯策略纳什均衡是有效率的。该文献还发现，加州电力市场的拍卖机制不能保证均衡点最佳效率的调度。

Elmaghraby和Oren在另一篇文章中对上述文章的结论进行了更深入地研究[29]。该文献进一步证明不论采用各时段相同或不同的报价曲线，分时竞价机制都是无效率的，而在满足一定的假设条件下，顺序水平拍卖是有效率的。系统负荷大致按照持续时间分块，每个持续时间对应于不同负荷块，供电商对每个负荷块进行投标，顺序水平拍卖指持续时间最长的负荷块最先拍卖，其次是持续时间次长的负荷块，如此等等，在每轮拍卖开始以前各轮拍卖的结果是已知的。该文献提出了水平拍卖的实现方法。

无独有偶，国内文献[30]独立地提出了“分段竞价”的电力市场竞价模型，其基本思想类似于上述水平拍卖，分段竞价机制把电能按连续生产或连续消费的时间分段，然后按段进行平衡和买卖，形成出清价。该文献讨论了分时竞价方式的弊端及理论背景，并提出了分段竞价的概念及相应的电力市场机制，比较了这两种电力市场机制的特点，并说明了分段竞价电力市场不仅符合电力运行的特点，便于竞价运营，而且具有更高的市场效率。

(3)激励相容的竞价机制

从广义上来说，拍卖设计(auction design)属于机制设计(mechanism  design)的一种情形。机制设计研究的是在存在多个追求自身利益最大化的个体(也称为agent，即代理)，每个个体都有关于自身偏好的私有信息的情况下，如何实现好的全局范围内的解。良好的机制要依靠有效的激励(incentive)来实现。对于一个机制来说，对于其中的任何一个代理，如果所有其他代理都提供真实的私有信息时，他只有同样提供真实私有信息才是最优的，那么称这个机制是激励相容(incentive  compatible)的。激励相容是机制设计的主要目标。

Hobbs等基于Vickery-Clarke-Grove机制研究了激励相容的的多部分电力拍卖[31]。这种机制需要一定数量的激励费用，以促使投标者显示出其真实成本，拍卖者的收支是不平衡的。由于这种方法会给拍卖者带来亏损(支付给发电商的费用恒高于电量销售收入)，实用价值有限。而且，拍卖机制的歧视性也会带来争议。在多部分电力拍卖的所有目前实现方案中，收入上的盈余是由基于每小时的电量统一出清价和一个可能的容量费用的结算机制来实现的。

Silva等将机制设计理论应用于电力市场[32]。在信息不完全的情况下，关键问题在于设计激励相容的机制，以鼓励发电厂商申报其真实边际成本，交易中心则可根据申报的数据进行经济调度，保证系统运行的最佳效率。机制设计的关键在于设计一个对于发电商的支付方案，使每个发电商认为申报其真实边际成本是最优策略。文献[32]中对于各发电商的支付费用分为两部分，第一部分是基于发电商申报的边际成本的成本补偿，第二部分是基于发电商信息优势的信息补偿，模拟计算结果证明该机制是有效的。

激励相容的竞价机制设计在理论上相当完美，但由于电力拍卖本身的复杂性和存在收支不平衡(需要激励费用)等问题，限制了其实际应用，需要进一步加以研究。

关于拍卖理论及其在电力市场竞价机制设计中的应用问题可进一步参考文献[33,34]。

(四) 广东电力市场月度集中竞价机制分析

广东电力市场的月度集中竞价规则(特别是出清方式)是讨论的重点。2016年月度集中竞价采用一种复杂的价差电费返还出清机制，经过3~9月7个月的竞价实践，效果良好(文献[35])。2017年月度集中竞价将采用边际统一价格出清方式(文献[36])。

价差电费返还电价形成机制已在文献[35]详细介绍，这种机制的特点是：结算价差跟申报价差成正比;在价差对排序中，只要不超出市场总量，申报价差越低，收益越大。因此报价的关键问题是如何确定自己在申报价差排序中所处的位置。采用该机制，最终结算价差为售电方申报价差与购电方申报价差的某个中间值，而且每个撮合成功的购售电量对的结算价都不一样(图2中的虚线)。可见价差电费返还电价形成机制实际上是不同于边际统一出清方式的一种社会福利分配方法，基本上保证了报价的风险与收益成正比。这种出清方式类似于文献[23]中介绍的k-双边拍卖模型，其合理性及效率有待进一步深入分析。

图2 广东电力市场月度集中竞价价差电费返还电价形成机制

在边际统一价格出清方式中，将购电方申报价差、售电方申报价差配对，形成交易价差对：价差对=购电方申报价差-售电方申报价差。规定：

价差对为负值时不能成交