促进能源低碳转型的市场机制-从机制设计角度看如何避免“反直觉”问题（2023）

莘南理工大学促进能源低碳转型的市场机制South China University of Technology从机制设计角度看如何避免反直觉”问题华南理工大学荆朝霞2023年3月17日，武汉 莘南理工大学SouthChina Universityof Technology目录1促进能源低碳转型的市场机制CONTENTS电力市场机制设计与反直觉问题机制设计中反直觉问题的研究方法4分区定价方法中的反直觉问题分析运行补偿费中的反直觉问题分析6总结 莘南理工大学South China University of Technology01促进能源低碳转型的市场机制 莘南理工大学电力市场机制面临的挑战SouthChinaUniversityof Technology传统市场：基于火电为主电力系统，未充分考虑大量新能源用户/储能等参与低碳等政策目标传统市场未考虑体制创新次能源波动随机机制设计储能的广泛参与技术设计大量主动负荷参与多零边际成本机组 莘南理工大学适应新型电力系统的电力市场机制的探索SouthChinaUniversityof Technology特点面临挑战解决方案研究进度低碳等政策目标走进波动随机次能源力市场储能的广泛参与大量分布资源参与多零边际成本机组 莘南理工大学适应新型电力系统的电力市场机制的探索South China University of Technology特点面临挑战低碳等政策目标计划市场协调波动随机次能源量价不确定增加力市场储能的广泛参与多元技术特性大量分布资源参与海量异质主体多零边际成本机组多元经济特性 莘南理工大学适应新型电力系统的电力市场机制的探索SouthChinaUniversityof Technology特点面临挑战解决方案研究进度低碳等政策目标计划市场协调混合市场体系基于收益容量机制波动随机次能源量价不确定增加调节需求产品体系储能的广泛参与多元技术特性能量约束报价机制时钟代理拍卖机制大量分布资源参与海量异质主体责权对等输电服务多元经济特性激励相容结算机制多零边际成本机组 莘南理工大学机制设计理论2007诺贝尔SouthChinaUniversityofTechnology研究在自由选择、自愿交换、信息不完全及决策分散化的条件下，能否设计一套机制（规则或制度）来达到既定目标的理论博奔论和社会选择理论的综合运用：假设人们的行为是按照博奔论所刻画计就是考虑构造什么样的博奔形式，使得这人博奔的解最接近人社会目标博奔、决策分散信息不完全社会目标博奔形式：机制 莘南理工大学机制设计基本要求South China University of Technology预算平衡参与约束参与比不参与好√市场运营者收支平衡报价成本不平衡资金市场收益<激励相容最优|有效√个体利益与整体利益一致V个体最优策略与整体最优一致√拍卖成本最小收益最大社会福利最大市场报价=真实成本荆朝霞,容语霞,王一凡,谢文,周琳,叶文圣,季天瑶.电力市场不平衡资金综述：成因、对策与展望[J/0L.电网技术:1-15[2023-03-17].D0I:10.13335/j.1000-3673.pst.2022.2033. 莘南理工大学最优机制设计-维克瑞拍卖（VickreyAuction）South China University of Technology1996年诺贝尔奖出价最高的买主赢得，支付价格：第二高出价出价最低的卖主赢得，获得价格：第二低出价 莘南理工大学机制设计难点SouthChina University of Technology预算平衡参与约束对双边报价的交易，√参与比不参与好√市场运营者收支平衡不平衡资金市场收益〉报价成本不存在可以同时满足激激励相容励相容、参与约束、有最优有效√个体利益与整体利益一致效以及预算平衡四个性√个体最优策略与整体最优一致拍卖成本最小收益最大社会福利最大质的机制。市场报价=真实成本反直觉机制可能无法实现设计者的预期自标 華南理工大学South China University of Technology02电力市场机制设计与反直觉问题电力市场设计1电力市场设计中的反直觉问题走进电力市场，2018.7.29电力市场设计从矛盾论、机制设计等角度看电价机制中的“反直觉”问题，走进电力市场，2022.6.30，龙苏岩1，宋瑜辉2，刘宇明3，张天宝3，荆朝霞2电力现货市场分区定价方法的“反直觉”现象及其代理模拟分析，电力科学与技术学报2023 莘南理工大学直觉与反直觉South China University of Technology直觉反直觉反直觉问题与直觉相对应，与先依据对事物现象及其看起来有一个明显、简单前知识相冲突或相变化的直接感觉、接的结论，但正确推论却与的知识或新信息触而作出的判断人们的直觉所想相反静止的例子具有能量和动量物体运动是力的作用相关政策、机制无法黑洞辐射光是直线传播的不同介质中光速不同达到预期的目标，甚至导致相反的结果 莘南理工大学不同领域的反直觉问题South China University of Technology经济学数学卢卡斯批判（LucasCritique）贝叶斯悖论，非欧几里得几何学，超限数反直觉问题社会学物理学非理性决策，群体极化，相对论时间膨胀，量子纠缠，555学术分析自证预言效应引力透镜效应教育学哲学giuie混淆练习，分散效应，生成效应资本主义的“假象自由”(False交错效应Consciousness），悖论，矛盾 莘南理工大学机制设计基本要求South China University of Technology预算平衡参与约束参与比不参与好V市场运营者收支平衡报价成本不平衡资金市场收益激励相容最优|有效√个体利益与整体利益一致V个体最优策略与整体最优一致√拍卖成本最小收益最大社会福利最大市场报价=真实成本荆朝霞,容语霞,王一凡,谢文,周琳,叶文圣,季天瑶.电力市场不平衡资金综述：成因、对策与展望[J/0L.电网技术:1-15[2023-03-17].D0I:10.13335/j.1000-3673.pst.2022.2033. 莘南理工大学参与约束的重要性South China University of Technology预算平衡参与约束√参与比不参与好市场运营者收支平衡市场收益〉报价成本不平衡资金如果机制不满足激励相容最优|有效√个体利益与整体利益一致√个体最优策略与整体最优一致参与约束，无法实拍卖成本最小收益最大社会福利最大市场报价=真实成本现最优。激励相容最优参与约束必要条件必要条件 华南理工大学PAB机制与MCP机制中的反直觉问题South China University of Technology直观结果PAB与MCP机制对比PAB结算：总购电成本=100×2+200×1+400×1=800元800MCP结算：总购电成本=400×4=1600元700 600结论：MCP结算能降低购电成本，降低电价500400成立300不同市场机制中市场主体报价策略一致条件2001001 234 56实际结果报价（￥/MW)需求（MW)MCP (￥/MW)考虑PAB下交易成本增加PAB下总成本可能会市场主体策略高于MCPPAB下购电成本与调整MCP趋同17 華南理工大学机制设计中反直觉现象产生原因South China University of Technology市场主体在市场中的策略或报价不是静止不变的动态性在机制研究中未考虑主体的策略型报价行为，以固定的报价参与市场电力市场出清模型中目标函数对市场主体之间的互动行为未考虑电力市场设计的目标包括效率、公平、环保等多个方面系统性具体某个机制的设计中未考虑其他主体、其他环节、其他目标的影响电能量市场与辅助服务市场耦合机制主要考虑长期目标与短期目标、长期效果与短期效果之间的矛盾短期企业运营决策的依据是价格大于可变成本长期性长期：企业运营决策的依据是价格大于总平均成本长期来看必须有一定的短期利润（不考虑固定成本计算的利润），累积起来可以补偿固定成本 莘南理工大学电力市场中的反直觉问题举例South China University of TechnologyPAB与MCP分区定价机制运行补偿费机制发电变动成本补偿机制价格上限的设定可再生能源全额消纳政策 莘南理工大学如何证明？South China University of Technology03机制设计中反直觉问题的研究方法 莘南理工大学反直觉问题的研究方法South China University of Technology静态均衡分析验证验证不考虑市场主体的策略行为，对机制设计静态不同市场机制的均衡结果的分析缺乏对相关机制的动态性的考虑直观的结论小系统算例大系统算例建模建模人工启发式迭代方法实际机组的报价与其技术特性、成本特性、风支撑简单市场主体目标的设置算例设置 (场算例设置 (场动态均衡分析险偏好、掌握的信息情系统报价调整的方式况等多种因素有关景、参数)景、参数)简化动态带均衡约束的数学规划模型多个非凸规划问题建立双层优化模型，通过KKT条难以建模成为双层件转化仿真仿真规划的下层问题MPEC、EPEC模型1复杂基于主体的多代理仿真模型结论结论收敛性自下而上建模，分析不同市场机系统稳定性制下的交易结果和报价策略可解释性动态较好地捕捉市场微观动态且易于算法如何选择解释市场成员行为及激励响应21 莘南理工大学反直觉问题的研究方法South China University of Technology静态均衡分析市场主体目标设定不考虑市场主体的策略行为，对静态不同市场机制的均衡结果的分析缺乏对相关机制的动态性的考虑市场主体报价直观的结论重新报价市场出清人工启发式选代方法实际机组的报价与其技系统术特性、成本特性、风简单市场主体目标的设置简化动态均衡分析险偏好、掌握的信息情系统报价调整的方式况等多种因素有关主体目标否问题调整报价策略带均衡约束的数学规划模型动态达成？简化多个非凸规划问题建立双层优化模型，通过KKT条难以建模成为双层是件转化规划的下层问题MPEC、EPEC模型结束送代复杂基于主体的多代理仿真模型收敛性自下而上建模，分析不同市场机系统稳定性制下的交易结果和报价策略可解释性动态较好地捕捉市场微观动态且易于算法如何选择解释市场成员行为及激励响应22 莘南理工大学反直觉问题的研究方法South China University of Technology静态均衡分析不考虑市场主体的策略行为，对静态不同市场机制的均衡结果的分析缺乏对相关机制的动态性的考虑上层模型直观的结论机组竞价策略模型目标函数：通过改变机组的报价行为最大化其收益收益：发电收入－发电成本人工启发式迭代方法实际机组的报价与其技报价行为：电力市场中的报价系统术特性、成本特性、风简单市场主体目标的设置简化险偏好、掌握的信息情动分段报价和最大出力系统态均衡分析报价调整的方式况等多种因素有关出清电价和出力带均衡约束的数学规划模型动态多个非凸规划问题建立双层优化模型，通过KKT难以建模成为双层条件转化规划的下层问题MPEC、EPEC模型下层模型电力市场出清模型复杂基于主体的多代理仿真模型收敛性自下而上建模，分析不同市场系统稳定性目标函数：使电力市场社会利益最大化机制下的交易结果和报价策略出清结果：LMP、各机组出力可解释性动态较好地捕捉市场微观动态且易算法如何选择于解释市场成员行为及激励响23 莘南理工大学反直觉问题的研究方法South China University of Technology第一部分：结算机制静态均衡分析不考虑市场主体的策略行为，对发电侧节点边际电价区域加权平均电价静态不同市场机制的均衡结果的分析缺乏对相关机制的动态性的考虑用户侧区域平均电价系统统一结算电价直观的结论结算收益第二部分：机组报价策略模型发电商代理i实际机组的报价与其技人工启发式迭代方法发电成本风险偏好结算合同术特性、成本特性、风简单市场主体目标的设置险偏好、掌握的信息情发电商发电商动态均衡