1、为什么需要研究基于价值公平分配的电力市场机制？

在中共中央、国务院发布的《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》指导下，中国各省因地制宜，积极开展电力体制改革试点方案，推进电力交易市场化进程。目前，中国电力市场的交易和结算希望沿用国外电力市场基于集中竞价的边际价格机制。然而，理论与实践均证明，在市场竞争不完全的环境下，边际价格机制难以抑制边际机组虚报高价的冲动：如果边际机组按照真实成本报价，则边际机组的净收益始终为零；如果边际机组能够根据历史上供求关系紧张的市场数据，试探虚报高价，则可能抬高边际电价，提升自身收益的同时带动所有发电机组的生产者剩余上涨。在市场环境下，资源优化配置的最佳状态是所有市场成员申报真实的边际成本，背离真实成本的报价方式将损失市场效率。为解决边际价格的弊端，迫切需要研究满足激励相容原理、促进市场成员真实报价的电力市场竞争机制。

激励相容是指市场成员理性实现个体利益最大化的策略，与机制设计所期望的策略一致，即市场成员真实表现是其最优策略。激励相容原理，本质上要求市场成员按照自身的价值获得收益，实现个体与集体利益最大化目标的一致性。在中国电力市场建设中，如果能按市场成员的价值，公平分配利益，将有效促进市场成员真实报价，解决电力市场信息不对称的难题，进一步推进电力体制改革的发展。为此，本文辨识市场成员的价值，并研究基于价值公平分配的电力市场竞争机制。

2、如何辨识发电机组的价值，实现价值公平分配？

本文借鉴Vickrey-Clarke-Groves（VCG）理论，在电力现货市场中，定义一台发电机组的价值为该发电机组参与市场前后，其他机组总发电成本的变化。而价值公平分配机制按照发电机组的价值进行支付。价值公平分配机制的经济学意义在于，利用市场成员间的替代效益定义其价值，并按照该价值结算，从而实现个体与集体利益最大化的一致性。

3、相比边际价格机制，价值公平分配机制如何实现促进发电机组真实报价？

首先，本文通过图 1来解释发电机组在边际价格机制下有虚报高价的冲动。

图1  边际价格机制下发电机组有意愿虚报高价

在电力系统无阻塞的条件下，发电机组按照报价由低到高依次出清，最后一台出清的发电机组即边际机组，边际机组的报价即市场出清的边际价格。可见，如果边际机组真实报价，则其净收益为零。因此，边际价格机制对边际机组的支付补偿不充分，本质上没有辨识边际机组创造的价值，并按照价值进行效益分配。如果边际机组适当虚报高价，则将抬高边际价格，带动所有机组的生产者剩余提升，导致市场效率损失。

在价值公平分配机制下，本文通过图2来解释激励相容的原理。

图2  价值公平分配机制下发电机组激励相容

在电力系统无阻塞且边际机组容量充裕的条件下，每一台发电机组的价值是由其他发电机组的报价决定的。对于非边际机组，移除该机组后，由边际机组填补，则非边际机组的结算价格为边际机组的报价；而对于边际机组，移除该机组后，由下一台未中标机组填补，则边际机组的结算价格为下一台未中标机组的报价。因此，如果边际机组虚报高价，不影响自身结算价格，反而会提高其他机组的结算价格；如果边际机组恶意报低，则可能被其他机组替代成为边际机组，导致自身效益亏损。上述“损己利人”的分析解释了价值公平分配机制实现激励相容的机理。

4、价值公平分配机制存在什么缺陷和弊端？

由Hurwicz的不可能定理可知，不存在一种激励机制同时满足占优策略激励相容、个体理性、社会福利最大化以及收支平衡。本文理论证明价值公平分配机制满足激励相容、个体理性和社会福利最大化，然而不满足收支平衡，换句话说，价值公平分配机制引起节点电价高于节点边际电价。价值公平分配机制产生的资金亏损源于对边际机组的额外支付，因此收支不平衡的经济学含义是通过一定经济激励促进边际机组真实报价。

为了解决价值公平分配机制引起的资金亏损，本文提出通过降低发电侧收益达到收支平衡的一般策略，即在价值公平分配机制支付的基础上增加一项扣减费用，本文提出扣减费用需要满足的性质。

此外，在实际市场中，还可以通过提高销售电价的方式处理收支不平衡，该处理策略已在作者的其他论文中着重研究。

5、如何将价值公平分配机制应用于电力现货市场？

图3对比边际价格机制和价值公平分配机制的实施流程。

图3  边际价格与价值公平分配机制实施流程

由此可知，价值公平分配机制并未改变传统市场基于报价的交易模式，仅通过改变价值分配和利益结算的方式，满足激励相容原理。因此，价值公平分配机制有效延续现有市场交易模式，具有可操作性和实用价值。

6、价值公平分配机制在算例系统中效果如何？  

本文测试价值公平分配机制在IEEE 30和118节点系统的有效性。为验证本文机制满足激励相容，假设发电机组在一定比例范围内申报成本。图4为在IEEE 30节点系统中各发电机组申报不同成本下的净利润水平。

图4  发电机组申报不同成本下的净利润水平

对于一台边际机组，如果该机组虚报高价，一方面可能被下一台未中标机组替代成而无法中标；另一方面，由于边际机组结算价格由下一台未中标机组确定，虚报高价不改变自身结算价格，反而提升了对其他中标机组的价值分配。因此，虚报高价将“损己利人”，边际机组没有意愿虚报高价。此外，边际机组也没有意愿恶意报低，虽然机组能够中标更多电量，但可能被其他机组替代成为边际机组，造成利益亏损。

由图4结果可知，当发电机组G1-G6真实报价时，发电机组获得最大净利润，分别为47.24, 72.37, 32.74, 13.86, 7.11和7.11美元。对发电机组的一次成本和二次成本进行参数扫描，并按照最大净利润折算成图 4中的百分比，可以发现发电机组虚报高价或恶意报低都将使净收益降低。例如，如果G1申报高于真实二次成本的30%，则净收益将降低4.1%；如果G1申报低于真实二次成本的30%，则净收益将降低11.5%。

综上所述，本文所提价值公平分配机制满足激励相容，能够有效促进发电机组真实报价。然而，这毕竟是一种新的电力市场竞争机制，期待同行们的批评和争论，共同推进我国电力市场的理论研究！

原文发表在《电力系统自动化》2019年第43卷第2期，正文部分包含作者针对审稿意见的答复和讨论，欢迎品读！

引文信息

王剑晓, 钟海旺, 夏清, 等. 基于价值公平分配的电力市场竞争机制设计 [J]. 电力系统自动化, 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.