寡头垄断电力市场产量博弈模型及其混沌复杂性研究

论文摘要

混沌理论是近三十年来新兴起来的一门多学科交叉的科学,目前在许多实际领域尤其是在管理和经济领域中已经得到了非常广泛的应用。众所周知电力经济系统是一个开放的复杂巨系统,电力生产过程是在一定的经济环境中运行的,电力生产者之间的产量决策是一个长期重复的动态博弈过程。本文将混沌动力学理论引入电力市场,建立一系列寡头垄断的动态重复博弈模型,通过本文分析研究,得到如下结果:1.当前的电力市场改革赋予了电力生产者独自承担经营风险,参与上网电量竞争的权利,这是一个复杂的动态过程,本文将混沌动力学理论引入发电市场的产量博弈中,发现和揭示了这一过程的某些本质特征。建模过程中假设逆需求函数及成本函数均为较复杂的非线性形式,将电力公司收取一定比例的过网费用及生产者的多种策略组合考虑在内,这些方法虽然增加了模型的分析难度,但却使模型更加具有适用性,更加贴近电力市场的实际情况;2.在分析所建离散非线性博弈模型的混沌特性时,主要通过系统的混沌吸引子、产量随参数演化图、Lyapunov指数及分维数、系统对初值的敏感依赖性、功率谱、密度周期等特性来作为分析研究的切入点,研究了各重要参数如产量调整系数、过网费率及其相互耦合时对于系统进入混沌状态的影响程度;3.在利用IEEE30节点系统的生产者成本函数数据进行的仿真模拟中发现了系统的混沌吸引子,研究了该系统内的电力生产者在利用本文所建模型进行产量决策时表现出来的复杂动力学特征,重点讨论了生产者的产量调整速度及过网费率等系统参数在一定范围内的微小变化都会引起产量决策系统发生质的变化的特性,这一研究具有重要的实际意义;4.使用混沌控制方法对所建模型可能出现的混沌性态进行了成功的控制,实现了对离散非线性动力系统的倍周期分岔和混沌吸引子中不稳定周期轨道的有效混沌控制,并以具体的数值模拟结果为例验证了控制方法的有效性和实用性。文中采取的几种控制混沌方法的共同点是要求生产者必须对于混沌控制的目标有一个很明确的预期,即对于在何种状态下生产者能够取得利润最大化的认识非常重要。本文的研究是建立在高度抽象的理论模型基础上的,所建的模型比经典Cournot模型更复杂也更贴近电力市场运行的实际情况,其结果可以为实际电力系统的政策制定者提供较好的参考作用。下一步工作的研究重点将放在不同扰动作用下高维动力系统及结合电力生产者产量博弈的具体数据,用混沌动力学理论分析电力市场内产量博弈系统的复杂性态与混沌控制的实现上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 本文的主要内容及创新点
• 第二章 博弈论与混沌理论概述
• 2.1 博弈论及其在电力市场中的应用
• 2.1.1 博弈论概述
• 2.1.2 电力市场的特征
• 2.1.3 博弈论在电力市场中的应用
• 2.2 混沌理论研究概述
• 2.2.1 混沌的定义
• 2.2.2 混沌运动的基本特征
• 2.2.3 通向混沌的道路
• 2.2.4 混沌研究方法简介
• 2.2.5 混沌控制方法介绍
• 2.2.6 密度周期理论见解
• 2.3 电力市场中的混沌
• 2.3.1 电力系统的混沌
• 2.3.2 发电侧市场竞争中的混沌
• 第三章 双寡头垄断电力市场重复博弈模型复杂性及其控制
• 3.1 模型的建立
• 3.2 双寡头垄断模型复杂性分析
• 3.2.1 初始产量确定时的系统性态
• 3.2.2 初始产量密度分布已知时的系统性态
• 3.3 系统的混沌控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 双寡头电力市场不同决策规则模型复杂性及其控制
• 4.1 模型的建立
• 4.1.1 预期理论简介
• 4.1.2 不同决策规则模型的建立
• 4.2 不同决策规则模型复杂性分析
• 4.2.1 生产者产量调整速度α对系统的影响
• 4.2.2 生产者产量调整速度β对系统的影响
• 4.2.3 两个产量调整速度同时变化对系统的影响
• 4.2.4 电力公司所收过网费率对系统的影响
• 4.2.5 系统的密度周期性
• 4.3 系统的混沌控制
• 4.4 本章小结
• 第五章 三寡头垄断电力市场重复博弈模型复杂性及其控制
• 5.1 三寡头电力市场数学模型
• 5.2 三寡头垄断模型复杂性分析
• 5.2.1 系统的混沌吸引子
• 5.2.2 不动点的稳定性分析
• 5.2.3 参数变化对系统的影响
• 5.2.4 三寡头垄断模型的密度周期性
• 5.3 系统的混沌控制
• 5.4 本章小结
• 第六章 三寡头电力市场不同决策规则模型复杂性及其控制
• 6.1 不同决策规则三寡头电力市场数学模型
• 6.2 不同决策规则模型复杂性分析
• 6.2.1 系统的混沌吸引子
• 6.2.2 参数变化对系统的影响
• 6.2.3 系统的密度周期性
• 6.3 系统的混沌控制
• 6.4 小结
• 第七章 四维模型简介及实证研究
• 7.1 四维模型简介
• 7.2 电力市场实证研究
• 7.2.1 双寡头相同决策规则产量博弈模型复杂性
• 7.2.2 三寡头相同决策规则产量博弈模型复杂性
• 7.2.3 四寡头相同决策规则产量博弈模型复杂性
• 7.3 小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 主要研究成果和结论
• 8.2 进一步的研究方向
• 参考文献
• 博士期间发表的论文
• 致谢