作者介紹

張衡，1991年出生，通信作者，上海交通大學電氣工程系助理研究員。長期從事電力與能源系統優化規劃研究工作，主持上海市科技揚帆計劃、產學研等多項課題。發表SCI/EI論文30余篇，獲上海市科技進步一等獎1項。

張沈習，1988年出生，上海交通大學電氣工程系副研究員、博士生導師。長期從事電力與能源系統優化規劃研究工作，主持國家自然科學基金（面上項目、青年基金、聯合基金重點項目子課題）、上海市揚帆計劃項目、產學研項目等10余項。第一/通訊作者發表SCI期刊論文16篇、EI期刊論文22篇，其中1篇入選領跑者F5000。獲省部級科技進步獎2項。

程浩忠，1962年出生，上海交通大學電氣工程系教授（特聘、二級）、博士生導師，中國電機工程學會會士，IET Fellow。長期從事電力系統規劃、綜合能源系統規劃、電壓穩定等領域的研究工作。主持了國家自然科學基金重點項目、國家973計劃、國家863計劃、國家重點研發計劃等重要項目。發表論文500余篇，多篇論文入選中國百篇最具影響國內學術論文、領跑者F5000等。第一完成人獲國家級科技獎勵1次、省部級科技獎勵10次。

研究背景

我國新一輪電改序幕已經拉開。借助人工智能、區塊鏈、大數據等新技術提供的支撐平臺，電力市場準入門檻進一步降低。除了傳統燃料電廠和電網公司外，可再生能源發電商、儲能設備運營商、負荷聚合商、需求側管理資源供應商、增量配電網投資商等大量參與者也逐漸進入市場。

隨著“源-網-荷”側的市場參與者種類和數量大幅增加，電力市場由傳統寡頭壟斷逐漸向充分競爭過渡，參與者面臨的決策問題越發復雜，除面臨同類產品競爭外，還要考慮決策次序帶來的影響。

參與者受自身規模、市場地位等制約，在決策次序上具有顯著差異性，體現在兩個方面：

①市場地位不同，如發電商以自身利益最大進行報價，獨立調度機構（Independent System Operator, ISO）以最大化社會效益進行市場出清，發電商優先決策，ISO在觀察到發電商策略后再做決策；

②處于同一地位的參與者由于生產規模不同引起決策的次序問題，如大型發電集團參與競價，而小規模發電商只能被動接受電價做出決策。次序決策在電力市場中普遍存在，而隨著能源互聯網發展，市場參與者進一步增多，次序決策問題越發復雜，模型結構和求解方法都亟待在現有研究基礎上進一步改進以適應新型電力系統中電力市場的需求。

論文所解決的問題及意義

本文介紹了Stackelberg 博弈的理論框架，綜述了其在電力市場方面的應用，并總結了博弈模型對等轉換技巧及求解方法。最后，結合當前電網發展趨勢，從未來高比例可再生能源電力系統市場出清、非市場主要參與者的收益、收益與風險的衡量、綜合能源投資/競價交易、含不確定因素的Stackelberg博弈問題建模與求解五個方面總結了仍然存在的關鍵問題。該文為處于不同決策位置的利益主體參與電力市場競爭提供了參考。

論文方法及創新點

針對電力市場環境下電力系統投資、交易等環節中普遍存在的次序決策問題，本文以具有主從遞階結構的Stackelberg博弈理論為切入點，綜述了其在電力市場中的應用情況。首先，闡述了Stackelberg博弈理論的數學結構，并根據主/從問題中博弈者的數量進行了分類；然后，梳理了Stackelberg博弈在電力市場中的典型應用，總結了模型對等轉換技巧，歸納了各類求解方法及其優缺點；最后，提煉了Stackelberg 博弈理論在電力市場應用中仍然存在的關鍵問題。

結論

隨著電力市場改革逐步加深及現代信息技術快速發展，市場參與者的規模差異性大且數量急劇增加，典型如發電商、分布式能源電站投資商、負荷聚合商、甚至電動汽車、商業樓宇等都可作為利益主體參與到需求側管理、系統調峰等市場中。然而，基于市場參與者的體量和規模特征，并不是所有參與者都擁有同樣的市場地位和決策能力，有些參與者是直接影響市場出清，而有些則是被動接受市場出清。

因此，基于上述市場特征，利用具有主從遞階結構的Stackelberg 博弈研究電力市場環境下的規劃、競價、優化運行等具有先天優勢，且符合電力市場結構與運行機理。

本文系統地闡述了Stackelberg 博弈的基本理論及在電力系統中的典型應用，結合實際電力市場的復雜性及其發展趨勢，總結了未來亟需解決的幾個關鍵問題。希望本文工作能為復雜環境下具有不同市場地位的各方利益主體構建博弈策略提供參考。

本文編自2022年第13期《電工技術學報》，論文標題為“Stackelberg博弈在電力市場中的應用研究綜述”。