一种天然气多主体能源博弈分析方法及系统

摘要

本发明提供了一种天然气多主体能源博弈分析方法及系统，所述方法包括以下步骤：对各主体进行评价指标分析；由所述分析结果确定各主体之间的博弈关系；由所述博弈关系分析各主体间的博弈过程与达到均衡状态时的条件和影响因素。本发明能够模拟出天然气市场寡头之间的博弈关系和博弈状态，通过数理模型直观准确地描述各寡头博弈过程中的资源量波动状态与价格调整策略，并进一步分析出外部环境变化对天然气能源主体博弈策略的影响。

说明书

技术领域

本发明属于多主体能源规划领域，特别涉及一种天然气多主体能源博弈分析方法及系统。

背景技术

我国的天然气市场仍处于垄断竞争的阶段，不同的市场结构会导致企业采取不同的竞争行为，必然也会产生不同的市场效果。研究天然气寡头企业的市场竞争及博弈机制具有较强的现实意义。目前大多数学者对天然气寡头企业的研究主要是基于静态的、完全信息和单一策略前提下进行的，然后完全信息假设在现实中必然不会存在，因此他们的决策是居于有限理性进行的；同时由于受制于管理层对市场形势的判断能力、企业的生产规模和信息是否充分对称等条件，企业往往会有不同的预期，因此天然气寡头企业垄断企业主动参与市场，制定优化可行的策略，实现自身利润最大化是一个非常复杂的过程。

目前天然气市场中关于能源主体博弈的研究主要是基于静态的、完全信息和单一策略前提下进行的，难以充分反映能源主体之间的博弈关系和状态变化，研究成果过于理想化。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种天然气多主体能源博弈分析方法及系统，能够模拟出天然气能源主体之间的博弈关系，分析得出在整个系统达到均衡状态时的条件和影响因素，还可以进一步研究在不同预期决策规则下，企业自身决策将对整个市场产生的影响。

一种天然气多主体能源博弈分析方法，所述方法包括以下步骤：

对各主体进行评价指标分析；

由所述分析结果确定各主体之间的博弈关系；

由所述博弈关系分析各主体间的博弈过程与达到均衡状态时的条件和影响因素。

优选地，所述多主体包括资源供应端主体、资源需求端主体、政府或监管部门和天然气能源替代端主体。

优选地，对所述资源供应端主体的评价指标从销售量、市场占有率和效益三方面进行评价；对所述资源需求端主体的评价指标从资源成本方面进行评价；所述政府或监管部门用于对市场价格和门站价格进行监管。

优选地，所述各主体博弈关系为：资源供应端主体获取用户数量、用气需求量和可承受价格信息，通过价格调整经济方法分析处理后将更新后的信息传递至资源需求端主体；资源需求端主体获取资源供应端主体提供的更新后的用户数量、用气需求量和可承受价格信息，通过优化资源配置确定自身用气需求量和资源供应商，再将信息传递给所述资源供应商；政府和监管部门将天然气的价格控制在指定范围内，然后反馈给资源供应端主体和资源需求端主体；其中资源供应端主体之间存在竞争关系。

优选地，分析各主体间的博弈过程与达到均衡状态时的条件和影响因素的方法如下：

分别初始化环境变量、资源需求端主体变量和资源供应端主体变量；

资源供应端主体获取市场信息，根据市场信息确定或更新销售目标；

资源供应端主体调用供应商优化模型，优化市场营销策略，若所有资源供应商的价格变动幅度均价格变动均小于或等于预设值a，则博弈状态达到均衡状态，分析终止，输出均衡状态信息；若有资源供应商的价格变动大于所述预设值a，则资源供应端主体向资源需求端主体传递价格、资源量和供需系数信息；

资源需求端主体获取各资源供应端主体的价格、资源量和供需系数信息后，调用用户优化模型进行优化资源配置，若所有资源需求端主体的需求量变动幅度均小于或等于预设值b,则博弈状态达到均衡状态，分析终止，输出均衡状态信息；若有资源需求端主体的需求量变动幅度大于所述预设值b，则资源需求端主体向市场及资源供应端主体反馈需求信息；

资源供应端主体获取所述需求信息、竞争对手信息和市场信息，结合销售目标进行市场评价；

根据所述市场评价结果确定或更新销售目标，迭代循环。

优选地，所述环境变量包括替代能源价格、管网输送能力约束；所述用户主体变量包括用户数量、用气需求量和价格承受能力；所述资源供应端主体变量包括资源量和成本；

所述预设值a为3％，所述预设值b为3％；

所述需求信息包括自身用气需求量和资源供应商。

优选地，所述资源需求端主体包括城市燃气公司和直供用户；所述城市燃气公司包括城市燃气用户群和单城燃用户，所述直供用户包括直供用户群和单直供用户；所述方法基于以下假设条件：

直供用户群、城市燃气用户群按照城市划分，每个城市的天然气资源量上限给定，模拟管网公司的供气能力；

单城市燃气用户的需求量是确定的，模型中不对最小单位的城市燃气用户仿真建模，而是运用概率论和数理统计的方法，分析城燃用户的用气规律，采用散点分布的方式对城市燃气公司和直供用户进行仿真建模，并依据概率统计的数据设定各用户的天然气需求量；

资源供应端主体在调整价格后，首先将价格信息传递给政府，政府核准没问题后，再将价格信息推送至市场；

资源供应端主体在对市场营销状况进行评价时，将资源量与需求量的比值作为评价资源供应紧张程度的系数，当所述系数小于1时，表示供小于求，供应商将向市场反馈资源充裕的信号，当所述系数大于1时，表示供大于求，供应商将向市场反馈资源紧张的信号；

用户提出资源购买意向的考虑因素：价格是否可接受、生产经营是否无可替代能源、周围的其他用户是否使用了天然气、是否着急使用天然气；

用户提出合同签订意向的考虑因素：价格是否有优势、是否低于市场平均价格、是否还有其它更划算的资源、周围的其他用户使用了哪家的资源、是否着急使用天然气。

优选地，所述系统包括以下模块：

评价模块，用于对各主体进行评价指标分析；

确定模块，用于确定各主体之间的博弈关系；

分析模块，用于分析各主体间的博弈过程与达到均衡状态时的条件和影响因素。

优选地，所述多主体包括资源供应端主体、资源需求端主体、政府或监管部门和天然气能源替代端主体。

优选地，所述评价模块的评价指标具体为：对所述资源供应端主体的评价指标从销售量、市场占有率和效益三方面进行评价；对所述资源需求端主体的评价指标从资源成本方面进行评价；所述政府或监管部门用于对市场价格和门站价格进行监管；

所述确定模块，用于确定各主体之间的博弈关系具体为：资源供应端主体获取用户数量、用气需求量和可承受价格信息，通过价格调整经济方法分析处理后将更新后的信息传递至资源需求端主体；资源需求端主体获取资源供应端主体提供的更新后的用户数量、用气需求量和可承受价格信息，通过优化资源配置确定自身用气需求量和资源供应商，再将信息传递给所述资源供应商；政府和监管部门将天然气的价格控制在指定范围内，然后反馈给资源供应端主体和资源需求端主体；其中资源供应端主体之间存在竞争关系；

所述分析模块，用于分析各主体间的博弈过程与达到均衡状态时的条件和影响因素具体为：分别初始化环境变量、资源需求端主体变量和资源供应端主体变量；

资源供应端主体获取市场信息，根据市场信息确定或更新销售目标；

资源供应端主体调用供应商优化模型，优化市场营销策略，若所有资源供应商的价格变动幅度均价格变动均小于或等于预设值a，则博弈状态达到均衡状态，分析终止，输出均衡状态信息；若有资源供应商的价格变动大于所述预设值a，则资源供应端主体向资源需求端主体传递价格、资源量和供需系数信息；

资源需求端主体获取各资源供应端主体的价格、资源量和供需系数信息后，调用用户优化模型进行优化资源配置，若所有资源需求端主体的需求量变动幅度均小于或等于预设值b,则博弈状态达到均衡状态，分析终止，输出均衡状态信息；若有资源需求端主体的需求量变动幅度大于所述预设值b，则资源需求端主体向市场及资源供应端主体反馈需求信息；

资源供应端主体获取所述需求信息、竞争对手信息和市场信息，结合销售目标进行市场评价；

根据所述市场评价结果确定或更新销售目标，迭代循环。

本发明具有以下有益效果：(1)首次应用因子图理论对天然气能源主体博弈关系进行仿真建模，在有限寡头博弈的基础上，进一步考虑了城市燃气公司、直供用户、监管机构以及可替代能源对博弈关系的影响；(2)在整体和个体两个维度应用系统动力学理论对能源博弈关系进行了系统性分析：在市场整体层面，充分考虑了外部环境对市场博弈状态的影响，并对关键的影响因素进行了量化分析，建立了市场动力学响应模型；在能源主体层面，对市场状态参数及外部环境影响因素进行了权重分析，按照影响程度与反应灵敏度分析了其对能源主体的影响，建立了能源主体动力学响应模型；(3)根据用户购气行为特点，将用户分为了城市燃气公司与直供用户两类，聚类分析了每一类用户的市场反应特点，建立了差异化的模型参数数据库；(4)从空间维度和时间维度两个层面对能源博弈状态进行了研究：在空间维度，考虑了用户与周围用户之间的用气行为影响，模拟了用户的趋同性和从众心理；在时间维度，能源博弈过程可以持续进行，当博弈状态达到纳什均衡条件时，单个主体参数变化将会打破纳什均衡状态，使其重新寻找新的纳什均衡状态点。

综上所述，本发明能够模拟出天然气市场寡头之间的博弈关系和博弈状态，通过数理模型直观准确地描述各寡头博弈过程中的资源量波动状态与价格调整策略，并进一步分析出外部环境变化对天然气能源主体博弈策略的影响。通过分析天然气市场寡头为实现决策目标而表现出来的系统动力学特性，可以为我国天然气市场上的企业决策提供技术支撑。本发明技术方案是对多种博弈关系理论的综合应用，包含了行为策略、库恩定理、不完全信息博弈、主体通信机制、子博弈完美均衡、重复博弈等多项博弈研究理论，研究成果更贴近于实际的能源主体博弈状态，并且各主体是在不完全信息状态下进行的混合策略博弈，更符合实际情况，可以更好的服务于能源主体行为决策。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的博弈关系分析方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

一种天然气多主体能源博弈分析方法，所述多主体包括资源供应端主体、资源需求端主体、政府或监管部门和天然气能源替代端主体，所述方法包括以下步骤：

对各主体进行评价指标分析；对所述资源供应端主体的评价指标从销售量、市场占有率和效益三方面进行评价；对所述资源需求端主体的评价指标从资源成本方面进行评价；所述政府或监管部门用于对市场价格和门站价格进行监管；

由所述分析结果确定各主体之间的博弈关系；所述各主体博弈关系为：资源供应端主体获取用户数量、用气需求量和可承受价格信息，通过价格调整经济方法分析处理后将更新后的信息传递至资源需求端主体；资源需求端主体获取资源供应端主体提供的更新后的用户数量、用气需求量和可承受价格信息，通过优化资源配置确定自身用气需求量和资源供应商，再将信息传递给所述资源供应商；政府和监管部门将天然气的价格控制在指定范围内，然后反馈给资源供应端主体和资源需求端主体；其中资源供应端主体之间存在竞争关系；

由所述博弈关系分析各主体间的博弈过程与达到均衡状态时的条件和影响因素；具体方法如图1所示：

分别初始化环境变量(包括替代能源价格、管网输送能力约束)、资源需求端主体变量(包括用户数量、用气需求量和价格承受能力)和资源供应端主体变量(包括资源量、成本等)；

资源供应端主体获取市场信息，根据市场信息确定或更新销售目标；

资源供应端主体调用供应商优化模型，优化市场营销策略，若所有资源供应商的价格变动幅度均价格变动均小于或等于3％，则博弈状态达到均衡状态，分析终止，输出均衡状态信息；若有资源供应商的价格变动大于3％，则资源供应端主体向资源需求端主体传递价格、资源量和供需系数信息；

资源需求端主体获取各资源供应端主体的价格、资源量和供需系数信息后，调用用户优化模型进行优化资源配置，若所有资源需求端主体的需求量变动幅度均小于或等于3％,则博弈状态达到均衡状态，分析终止，输出均衡状态信息；若有资源需求端主体的需求量变动幅度大于3％，则资源需求端主体向市场及资源供应端主体反馈需求信息；

资源供应端主体获取所述需求信息(包括自身用气需求量和资源供应商)、竞争对手信息和市场信息，结合销售目标进行市场评价；

根据所述市场评价结果确定或更新销售目标，迭代循环。

进一步地，所述资源需求端主体包括城市燃气公司和直供用户；所述城市燃气公司包括城市燃气用户群和单城燃用户，所述直供用户包括直供用户群和单直供用户；所述方法基于以下假设条件：

直供用户群、城市燃气用户群按照城市划分，每个城市的天然气资源量上限给定，模拟管网公司的供气能力；

单城市燃气用户的需求量是确定的，模型中不对最小单位的城市燃气用户仿真建模，而是运用概率论和数理统计的方法，分析城燃用户的用气规律，采用散点分布的方式对城市燃气公司和直供用户进行仿真建模，并依据概率统计的数据设定各用户的天然气需求量；

资源供应端主体在调整价格后，首先将价格信息传递给政府，政府核准没问题后，再将价格信息推送至市场；

资源供应端主体在对市场营销状况进行评价时，将资源量与需求量的比值作为评价资源供应紧张程度的系数，当所述系数小于1时，表示供小于求，供应商将向市场反馈资源充裕的信号，当所述系数大于1时，表示供大于求，供应商将向市场反馈资源紧张的信号；

用户提出资源购买意向的考虑因素：价格是否可接受、生产经营是否无可替代能源、周围的其他用户是否使用了天然气、是否着急使用天然气；

用户提出合同签订意向的考虑因素：价格是否有优势、是否低于市场平均价格、是否还有其它更划算的资源、周围的其他用户使用了哪家的资源、是否着急使用天然气。

根据上述天然气多主体博弈分析方法，本发明还提供一种天然气多主体能源博弈分析系统，所述多主体包括资源供应端主体、资源需求端主体、政府或监管部门和天然气能源替代端主体，所述系统包括以下模块：

评价模块，用于对各主体进行评价指标分析；所述评价模块的评价指标具体为：对所述资源供应端主体的评价指标从销售量、市场占有率和效益三方面进行评价；对所述资源需求端主体的评价指标从资源成本方面进行评价；所述政府或监管部门用于对市场价格和门站价格进行监管

确定模块，用于确定各主体之间的博弈关系，具体为：资源供应端主体获取用户数量、用气需求量和可承受价格信息，通过价格调整经济方法分析处理后将更新后的信息传递至资源需求端主体；资源需求端主体获取资源供应端主体提供的更新后的用户数量、用气需求量和可承受价格信息，通过优化资源配置确定自身用气需求量和资源供应商，再将信息传递给所述资源供应商；政府和监管部门将天然气的价格控制在指定范围内，然后反馈给资源供应端主体和资源需求端主体；其中资源供应端主体之间存在竞争关系；

分析模块，用于分析各主体间的博弈过程与达到均衡状态时的条件和影响因素，具体为：分别初始化环境变量、资源需求端主体变量和资源供应端主体变量；

资源供应端主体获取市场信息，根据市场信息确定或更新销售目标；

资源供应端主体调用供应商优化模型，优化市场营销策略，若所有资源供应商的价格变动幅度均价格变动均小于或等于3％，则博弈状态达到均衡状态，分析终止，输出均衡状态信息；若有资源供应商的价格变动大于3％，则资源供应端主体向资源需求端主体传递价格、资源量和供需系数信息；

资源需求端主体获取各资源供应端主体的价格、资源量和供需系数信息后，调用用户优化模型进行优化资源配置，若所有资源需求端主体的需求量变动幅度均小于或等于3％,则博弈状态达到均衡状态，分析终止，输出均衡状态信息；若有资源需求端主体的需求量变动幅度大于3％，则资源需求端主体向市场及资源供应端主体反馈需求信息；

资源供应端主体获取所述需求信息、竞争对手信息和市场信息，结合销售目标进行市场评价；

根据所述市场评价结果确定或更新销售目标，迭代循环。

综上所述，在市场起步阶段：在资源供应端，天然气资源供应商公开资源信息，包括天然气资源供应量与天然气销售价格；在资源需求端，用户根据自身生产、生活需要，产生天然气资源需求，并结合从市场中获取的资源供应商供气信息，比选天然气资源，向指定资源供应商，提出购气需求。

在市场博弈阶段：该阶段的特征是市场价格波动较大，用户需求变动明显，在资源供应端，天然气资源供应商从市场中获取天然气供需信息，包括用户总体需求量，用户类型，市场平均价格，竞争对手的资源供应量与供应价格。然后对市场供需状况、自身经营状况、竞争对手竞争策略等进行总体评估，根据评估结果进行价格和政策调整，向市场公开更新后的资源信息与政策信息；在资源需求端，用户根据从市场中获取的最新的资源信息与政策信息，调用资源配置优化模型，重新优化购气需求，并向指定的资源供应商，提出购气需求。该过程将迭代循环一段时间，使市场充分竞争。

在市场稳定阶段：该阶段的特征是市场价格波动较小，用户需求变动较小。在资源供应端，天然气资源供应商在根据市场信息进行价格和政策调整后，天然气销售价格基本维持不变，或者变动幅度很小；在资源需求端，用户根据市场中的天然气资源供应信息，调用资源配置优化模型后，购气需求基本不变。用户与资源供应商开始签订购气合同。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。