华东跨省集中交易中发电企业结盟报价实证研究

王小君，李晓刚，杨立兵，邹 斌

(1.上海大学机电工程与自动化学院，上海 200072；2.华东电网有限公司，上海 200002)

0 引言

华东电力市场跨省集中竞价交易从2008年12月开始试运营，至2011年6月历时2年多，共举行了22 次交易，累计成交电量77.83 亿kWh，在调剂省间余缺、化解“窝电”和“缺电”并存的矛盾方面起到了积极作用。

总体来说，华东电网跨省交易平台是一个能发现市场成本、调节市场供需、促进市场良性竞争的区域电力市场[1]。但该市场仍然存在发电厂商的不良市场行为，主要表现为发电厂商的结盟报价。

发电厂商的市场力一直是困扰电力市场的关键问题之一[2-4]。已有大量的文献采用古诺博弈、伯 川博弈和线性均衡模型[5-6]对电力拍卖市场的市场力进行理论分析。针对具有重复竞价特征的日前市场也有文献讨论了其心照不宣的串谋报价[7-8]。为抑制发电厂商的市场力，人们建议引入需求侧竞价，形成双边竞价市场以缓解发电厂商的市场力实施，也建议用按报价支付或撮合定价方式[9]代替统一出清定价。

华东跨省集中竞价交易平台采用了双边竞价，撮合定价方式，有效地抑制了发电厂商的市场力，使整个市场呈现良好的运行特征。但发电厂商的数量有限，市场集中度较高，发电厂商仍有潜在市场力，在条件合适时，发电厂商仍会实施其市场力。本文以合作博弈思想为基础，基于实际运行数据，对该市场的结盟报价与市场规则之间的关系进行了实证分析，指出了该市场结盟报价的基本原理，并以此为基础提出了抑制结盟报价的相关对策。

1 华东跨省集中交易平台简介

华东跨省集中交易平台由华东电网有限公司交易中心运营，市场的购电方为华东区域“四省一市”（江苏、浙江、安徽、福建和上海市）需要外购电的电网公司；销售方为单机装机容量300 MW 及以上，配有脱硫装置，且不在购电省内的燃煤机组。参与竞价的发电机组，其最大可申报电量由所在省（市）电网公司审定。该市场根据购电需求按照月度组织交易[10]。

1.1 竞价与出清规则

跨省集中交易平台是一个双边竞价的拍卖市场。购售电双方申报购（售）电的电量（单位：MWh）和电价（单位：￥/MWh）。

市场出清采用撮合电价，将最高购电报价与最低售电报价配对，市场出清价格为购电报价扣除售电省（市）电力公司输电费及跨省集中交易网损后与发电报价的中间价，并以此类推。图1 用售电累加曲线和购电累加曲线表示了上述出清过程，其中售电累加曲线是售电方报价从低至高排序，并考虑申报电量而形成的；购电累加曲线则由购电方报价由高到低排序，并考虑申报电量而形成。

图1 中用纵虚线分隔出各交易块，表示按照申报电价形成的交易配对，而市场出清电价是买卖双方电价的平均值，也即撮合电价。由于是跨省交易，需要考虑输电费用，故而买卖双方的申报电价差小于网损时，则不成交。

图1 华东跨省集中竞价交易出清电价Fig.1 Clearing price in trans-provincial electric power market of East China Power Grid

售电机组所在省网公司收取的网损和华东电网收取的跨省交易网损的计算方法为

售电方所在省（市）电网公司原则上还要收取输电费，其值等于购电申报价格减去售电申报价格减去华东电网有限公司跨省交易网损、售电所在省（市）电网公司收取的网损。也即

实际收取的时候，如果售电所在省网公司收取的输电费和网损之和大于0.03 元/kWh，其输电费和网损之和则按照0.03 元/kWh 收取。用公式表示为

输电费和网损由购售双方分摊。考虑输电费和网损后，售电方中标电量的上网结算电价和购电省的中标结算电价分别为

此外，交易规则中还有两条不显眼但对结盟报价有重要影响的小规定。其一为当售电方的申报电价相同时，市场规则将按照其申报电量占总申报电量的比例分配其实际成交电量；其二是单个发电商的成交量不得超过总需求电量的25%。

1.2 结盟报价

华东电网电力交易平台交易电量2009年为12.82 亿kWh，2010年上升到39.98 亿kWh，有效地支援了购电省用电。2010年的平均购电价格为366 元/MWh，总体电价平稳。据统计，该市场中80%以上的中标电量由600 MW 及以上的高效机组所获得，其发电平均煤耗率比华东全网的平均煤耗率低14 g/kWh。市场的运行符合国家节能减排的基本目标[10]。

即便如此，市场中依然出现了发电厂商的策略行为。其中最为显著的现象是2010年7月、8月、12月出现了多个电厂申报相同电价的情况。

表1 给出了2010年7月和8月华东跨省集中竞价交易市场申报和成交的情况，其中厂商的名字和所在省份用符号代替。2010年7月和8月各有7个电厂申报了相同电价。

表1 华东电网跨省集中竞价交易2010年7月、8月数据Table 1 Data of trans-provincial electric power market of East China Power Grid in July and August of 2010

伴随表1 的竞价情况，成交电价有了较大的提高。图2 给出了2010年3月～8月的市场平均电价，该图的横向是交易月份，其中4月交易了两次。可以看出2010年7月、8月成交电价出现了明显的提升。

图2 串谋和非串谋时的平均电价Fig.2 Average price with and without collusion

总结这些现象，由表1 的数据可看出如下特点：（1）仅有A 省电厂参与竞价；（2）A 省的厂家申报了完全相同的电价；（3）市场成交电价由之前的340 元/MWh，抬高到了383 元/MWh。

如何解释这一现象呢，如果是发电厂商的策略行为，其机理是什么？如何抑制这类现象？这些问题都值得深入研究。

2 结盟报价的概率计算

出现表1所示情况是偶然的，还是A 省发电厂商协商后的策略报价呢？从行为上开展调查是困难的。本文通过概率分析，证明只有出现结盟报价才会出现该情况。

假设同一省份的各个发电商独立报价，且各发电厂商的报价均服从相同的正态分布。该假设有利于申报相同价格，当不同厂商的报价分布不同时，出现多个厂商申报相同电价的概率应该会更低。

根据实际数据统计，A 省所有机组申报电价的均值327 ￥/MWh，方差为51。根据附录A 的计算方法，在A 省发电厂商的申报电价服从上述均值和方差的正态分布时，其7 个厂商申报370￥/MWh报价的概率被显示在表2 中。

由表2 可知，对于A 省而言，7月份参与报价的7 家电厂全都报价为370 元/MWh 的概率为1.4887e-16，8月份参加报价的8 家电厂中出现7 家报价为370 元/MWh 的概率为1.1910e-15。而7、8月份连续出现的概率则更低。因此，如此频繁地发生小概率事件，可判定其为有明显信息交流的串谋行为，或者说就是结盟报价。

表2 华东电网跨省交易平台串谋概率分析Table 2 Collusion probability of trans-provincial electric power market of East China Power Grid

3 结盟报价与市场规则

按照博弈论的思想，发电厂商要形成报价联盟需要满足如下条件：1）结盟后整体收益要大于其每个成员单独报价时的收益之和；2）结盟内部应该存在合理的分配规则，使得每个成员获得公平合理的收益。

没有第一个条件，联盟不能形成，但是如果没有合理的分配规则进行联盟内部的合理分配，联盟也会瓦解。

从跨省集中竞价电力市场运行中出现的结盟报价现象看，为了满足上述条件（1），发电厂商结盟后市场呈现串谋联盟一家售电的状况，使联盟取得了垄断地位，此时的结盟报价就等价于垄断报价，因此有能力提升价格。有关垄断报价的具体讨论详见文献[11]。

出现某省发电厂商结盟报价形成垄断局面的根本原因是电力市场中的发电厂商数目相对较少，解决结盟报价问题的根本措施还是拆分发电厂商，就像英国曾经做过的那样。但是，这是成本很高且费时的方法。从短期看，如果能够弄清楚结盟的分配机制，并破坏其机制是一种可行的方法。

经过分析发现，结盟报价的分配机制是所有联盟成员，其最后的收益表现为：其申报电量的单位收益相等。也即，虽然收益总额因各个厂商销售电量不同而有所不同，但是，其申报电量的单位收益却是一样的。显然，这个利益分配的方式容易得到各个成员的认可，因此，这种联盟也是稳定的。

而之所以能够达到上述的结盟成员内部的分配，则是由于该结盟报价利用了该市场的一个规则——当多个发电厂商申报相同电价时，发电厂商的中标电量按照各厂商申报电量占总申报电量的比例分配中标电量。附录B 证明，由于这个规则，使得申报相同价格的发电厂商，可以达到单位申报电量的收益相同的结果。

对表1 给出的实际数据进一步进行分析，计算其中每个发电厂商的申报电量的单位收益（见表3所示）。

由表3 可知：7月份，结盟成员中有6 个厂商的售电收入与申报电量之比都相同，为 317￥/MWh。8月份结盟成员的单位收益均相同，为135 ￥/MWh。

厂商P3 由于受到“不超过25%电量”这一规则的限制，其7月份虽然参加了结盟报价，但其总收入与申报电量之比明显低于其他厂商。而其8月份脱离了结盟报价联盟，且8月份其申报价格还低于结盟报价，但依然受限于“不超过25%电量”的规定，并未带来申报电量单位价值的上升。从这个意义上说，该市场规则对于引导发电厂商脱离结盟报价不利。

由上述分析可知，华东跨省竞价交易平台中，A 省结盟报价的特点是：（1）通过结盟在市场上形成了垄断价，具备决定电价的市场力；（2）利用申报相同电价时按申报电量比例分配中标电量的分配规则，实现了按照申报电量单位收益相等的原则来分配联盟总体利益的目的。因此，要打破该结盟，需要修订相关规则。

表3 2010年7月,8月厂商收入统计Table 3 Income statistics of power plants in July and August of 2010

4 抑制结盟报价的措施

根据上面的讨论，抑制结盟报价的措施可从如下三个方面入手。

（1）明令禁止结盟报价

在市场规则中再次重申禁止结盟报价。这样做一方面是从正面倡导良性竞争，同时也是为出现结盟报价后进行查处提供必要的法律基础。

从法律法规上禁止发电厂商之间的串谋行为，也就意味着其分配规则中通常不会存在明显的转移支付的方法来调整联盟内部的利益分配。如果有则存在被查处的线索。

（2）强化匿名特点

考察跨省集中竞价交易市场规则，其市场信息发布中，购电需求以及输电约束等信息是预先给出的，这使得发电厂商更加易于从这些信息中推测出结盟后的唯一市场供应商的地位。通过相关信息发布内容和程序的修改，增加发电厂商知晓结盟后市场地位的难度，迫使发电厂商按照其自身成本报价。

（3）破坏其分配机制

针对跨省集中交易平台结盟报价的分配机制，引入新的规则破坏该分配机制，使得这类结盟报价不攻自破。

按照这个思路，可能的措施包含为：

①将总需求平均分配给每个报价相同的电厂，当出现某电厂的申报电量小于平均电量时，先按照该申报电量进行分配，然后再对剩余厂商平均分配；依此类推，最终每个不同剩余电量的厂商获得相同的收入后，就有不同的态度，因此会背弃串谋。

②按照时间顺序，先完成报价者优先成交。

③如果出现三人以上的相同报价，则要求申报者修改报价。

上述第（3）条的方法采取的是柔性的直接干预。前面两条则是通过规则的修改进行间接的引导。我们以2010年7月份的交易数据为例，估计了方案1 和方案2 的效果。

基于方案1 和方案2 的2010年7月份的交易结果如表4所示。

表4 修改规则后交易数据Table 4 Exchange data after changing the rules

采用方案1 以后，电厂P3、P6、P7 的申报电量的单位价值比其他电厂低，且这3 家电厂没有达到25%的上限，其可以通过降低报价获取更多的市场份额，进而获得更多的利润，最终会导致整个串谋的破裂。

采用方案2 以后，电厂P3 和P7 的剩余电量的单位价格比其他电厂要低，这会促使其通过降低申报价格来获取更高的市场份额，最终会导致整个串谋的破裂。

比较方案1 和方案2 的结果还可以发现平均分配需求电量对于剩余电量差别较大的厂商，其单位电量的收入差别很大，因此对联盟瓦解的破坏性更大一些。但方案2 与现有规则没有直接冲突，更容易被接受。

事实上，2011年1月华东电力交易平台发布了临时条款，规定在发电企业报价相同时，按照机组容量、是否脱销、报价时间先后进行排序。从2011年2月后就几乎没有申报相同电价的联盟报价行为了。实践表明，规则修改有效抑制了发电企业的串谋行为。

5 结论

本文对华东电网跨省交易平台发电厂商在报价上的串谋行为进行了研究。经研究发现，出现串谋行为时，会伴有一系列的特征：1）有多个发电厂商申报相同的价格；2）这些厂商都在同一个省份；3）需求基本上由单一省的厂商来提供。

本文通过概率学分析，判断这是存在明显信息交换的结盟报价，并且深入分析了串谋联盟报价机理，发现了该结盟报价的两个特征：通过结盟获得市场垄断地位，然后依据市场针对相同报价的规则，实现联盟内部按申报电量单位价格相等的原则分配利益，进而形成稳定的结盟关系。

本文提出了三种阻止串谋的规则修改建议：各电厂均分需求量、按申报时序成交、修改报价。理论与实践均证明了前两种方法的有效性。

附录A：

多个厂商申报相同价格的概率计算方法

设n个发电厂商，每个厂商服从正态分布，且相互独立。将正态分布以1 ￥/MWh 的间隔将其离散化，由公式(A.1)可以得到厂商申报价格1ρ的概率为

式中，f(x)是均值为μ，方差为2σ的正态分布。

在n个厂商中出现m个发电厂商申报相同电价1ρ的计算方法为

（1）从n个厂商选择m个发电厂商的组合有

（2）任一m个发电厂商组合报相同电价的概率为

（3）n个厂商中出现m个发电厂商申报相同电价1ρ的概率为

附录B：

发电厂商申报相同电价获得相同单位收益关系的推导

其售电收入为

申报电量单位收益为

即所有厂商有相同的单位收益。

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