1、為什么需要研究基于價值公平分配的電力市場機制？
在中共中央、國務院發(fā)布的《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》指導下，中國各省因地制宜，積極開展電力體制改革試點方案，推進電力交易市場化進程。目前，中國電力市場的交易和結算希望沿用國外電力市場基于集中競價的邊際價格機制。然而，理論與實踐均證明，在市場競爭不完全的環(huán)境下，邊際價格機制難以抑制邊際機組虛報高價的沖動：如果邊際機組按照真實成本報價，則邊際機組的凈收益始終為零；如果邊際機組能夠根據(jù)歷史上供求關系緊張的市場數(shù)據(jù)，試探虛報高價，則可能抬高邊際電價，提升自身收益的同時帶動所有發(fā)電機組的生產(chǎn)者剩余上漲。在市場環(huán)境下，資源優(yōu)化配置的最佳狀態(tài)是所有市場成員申報真實的邊際成本，背離真實成本的報價方式將損失市場效率。為解決邊際價格的弊端，迫切需要研究滿足激勵相容原理、促進市場成員真實報價的電力市場競爭機制。
激勵相容是指市場成員理性實現(xiàn)個體利益最大化的策略，與機制設計所期望的策略一致，即市場成員真實表現(xiàn)是其最優(yōu)策略。激勵相容原理，本質(zhì)上要求市場成員按照自身的價值獲得收益，實現(xiàn)個體與集體利益最大化目標的一致性。在中國電力市場建設中，如果能按市場成員的價值，公平分配利益，將有效促進市場成員真實報價，解決電力市場信息不對稱的難題，進一步推進電力體制改革的發(fā)展。為此，本文辨識市場成員的價值，并研究基于價值公平分配的電力市場競爭機制。
2、如何辨識發(fā)電機組的價值，實現(xiàn)價值公平分配？
本文借鑒Vickrey-Clarke-Groves（VCG）理論，在電力現(xiàn)貨市場中，定義一臺發(fā)電機組的價值為該發(fā)電機組參與市場前后，其他機組總發(fā)電成本的變化。而價值公平分配機制按照發(fā)電機組的價值進行支付。價值公平分配機制的經(jīng)濟學意義在于，利用市場成員間的替代效益定義其價值，并按照該價值結算，從而實現(xiàn)個體與集體利益最大化的一致性。
3、相比邊際價格機制，價值公平分配機制如何實現(xiàn)促進發(fā)電機組真實報價？
首先，本文通過圖 1來解釋發(fā)電機組在邊際價格機制下有虛報高價的沖動。
圖1 邊際價格機制下發(fā)電機組有意愿虛報高價
在電力系統(tǒng)無阻塞的條件下，發(fā)電機組按照報價由低到高依次出清，最后一臺出清的發(fā)電機組即邊際機組，邊際機組的報價即市場出清的邊際價格?？梢姡绻呺H機組真實報價，則其凈收益為零。因此，邊際價格機制對邊際機組的支付補償不充分，本質(zhì)上沒有辨識邊際機組創(chuàng)造的價值，并按照價值進行效益分配。如果邊際機組適當虛報高價，則將抬高邊際價格，帶動所有機組的生產(chǎn)者剩余提升，導致市場效率損失。
在價值公平分配機制下，本文通過圖2來解釋激勵相容的原理。
圖2 價值公平分配機制下發(fā)電機組激勵相容
在電力系統(tǒng)無阻塞且邊際機組容量充裕的條件下，每一臺發(fā)電機組的價值是由其他發(fā)電機組的報價決定的。對于非邊際機組，移除該機組后，由邊際機組填補，則非邊際機組的結算價格為邊際機組的報價；而對于邊際機組，移除該機組后，由下一臺未中標機組填補，則邊際機組的結算價格為下一臺未中標機組的報價。因此，如果邊際機組虛報高價，不影響自身結算價格，反而會提高其他機組的結算價格；如果邊際機組惡意報低，則可能被其他機組替代成為邊際機組，導致自身效益虧損。上述“損己利人”的分析解釋了價值公平分配機制實現(xiàn)激勵相容的機理。
4、價值公平分配機制存在什么缺陷和弊端？
由Hurwicz的不可能定理可知，不存在一種激勵機制同時滿足占優(yōu)策略激勵相容、個體理性、社會福利最大化以及收支平衡。本文理論證明價值公平分配機制滿足激勵相容、個體理性和社會福利最大化，然而不滿足收支平衡，換句話說，價值公平分配機制引起節(jié)點電價高于節(jié)點邊際電價。價值公平分配機制產(chǎn)生的資金虧損源于對邊際機組的額外支付，因此收支不平衡的經(jīng)濟學含義是通過一定經(jīng)濟激勵促進邊際機組真實報價。
為了解決價值公平分配機制引起的資金虧損，本文提出通過降低發(fā)電側(cè)收益達到收支平衡的一般策略，即在價值公平分配機制支付的基礎上增加一項扣減費用，本文提出扣減費用需要滿足的性質(zhì)。
此外，在實際市場中，還可以通過提高銷售電價的方式處理收支不平衡，該處理策略已在作者的其他論文中著重研究。
5、如何將價值公平分配機制應用于電力現(xiàn)貨市場？
圖3對比邊際價格機制和價值公平分配機制的實施流程。
圖3 邊際價格與價值公平分配機制實施流程
由此可知，價值公平分配機制并未改變傳統(tǒng)市場基于報價的交易模式，僅通過改變價值分配和利益結算的方式，滿足激勵相容原理。因此，價值公平分配機制有效延續(xù)現(xiàn)有市場交易模式，具有可操作性和實用價值。
6、價值公平分配機制在算例系統(tǒng)中效果如何？
本文測試價值公平分配機制在IEEE 30和118節(jié)點系統(tǒng)的有效性。為驗證本文機制滿足激勵相容，假設發(fā)電機組在一定比例范圍內(nèi)申報成本。圖4為在IEEE 30節(jié)點系統(tǒng)中各發(fā)電機組申報不同成本下的凈利潤水平。
圖4 發(fā)電機組申報不同成本下的凈利潤水平
對于一臺邊際機組，如果該機組虛報高價，一方面可能被下一臺未中標機組替代成而無法中標；另一方面，由于邊際機組結算價格由下一臺未中標機組確定，虛報高價不改變自身結算價格，反而提升了對其他中標機組的價值分配。因此，虛報高價將“損己利人”，邊際機組沒有意愿虛報高價。此外，邊際機組也沒有意愿惡意報低，雖然機組能夠中標更多電量，但可能被其他機組替代成為邊際機組，造成利益虧損。
由圖4結果可知，當發(fā)電機組G1-G6真實報價時，發(fā)電機組獲得最大凈利潤，分別為47.24, 72.37, 32.74, 13.86, 7.11和7.11美元。對發(fā)電機組的一次成本和二次成本進行參數(shù)掃描，并按照最大凈利潤折算成圖 4中的百分比，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)電機組虛報高價或惡意報低都將使凈收益降低。例如，如果G1申報高于真實二次成本的30%，則凈收益將降低4.1%；如果G1申報低于真實二次成本的30%，則凈收益將降低11.5%。
綜上所述，本文所提價值公平分配機制滿足激勵相容，能夠有效促進發(fā)電機組真實報價。然而，這畢竟是一種新的電力市場競爭機制，期待同行們的批評和爭論，共同推進我國電力市場的理論研究！
原文發(fā)表在《電力系統(tǒng)自動化》2019年第43卷第2期，正文部分包含作者針對審稿意見的答復和討論，歡迎品讀！
引文信息
王劍曉, 鐘海旺, 夏清, 等. 基于價值公平分配的電力市場競爭機制設計 [J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2019, 43(2): 7-17. DOI: 10.7500/ AEPS20180410009.
WANG Jianxiao, ZHONG Haiwang, XIA Qing, et al. Competitive Mechanism Design in Electricity Market Based on Fair Benefit Allocation [J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(2): 7-17. DOI: 10.7500/ AEPS20180410009.
