[論文レビュー] A Forward Electricity Contract Price Projection: A Market Equilibrium Approach

Mateus A. Cavaliere, S. Granville+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2019

Electric Power System Optimization被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、各市場参加者がリスク調整済み期待収益またはコストを最適化するように供給と需要をモデル化することにより、市場均衡に基づく電力先物契約価格の予測手法を提案する。主な貢献は、確率的線形計画法における全社会的福祉最適化問題の双対変数として先物価格が導かれる点にあり、これにより不確実性下での時間経過に伴う価格分布の変化を含めた市場均衡価格の推定が可能になる。

ABSTRACT

This work presents a methodology for forward electricity contract price projection based on market equilibrium and social welfare optimization. In the methodology supply and demand for forward contracts are produced in such a way that each agent (generator/load/trader) optimizes a risk adjusted expected value of its revenue/cost. When uncertainties are represented by a discrete number of scenarios, a key result in the paper is that contract price corresponds to the dual variable of the equilibrium constraints in the linear programming problem associated to the optimization of total agents' welfare. Besides computing an equilibrium contract price for a given year, the methodology can also be used to compute the evolution of the probability distribution associated to a contract price with a future delivery period; this an import issue in quantifying forward contract risks. Examples of the methodology application are presented and discussed

研究の動機と目的

• 市場均衡の原則に基づいて、前向きな電力先物契約価格を体系的に予測する手法の開発。
• 発電業者、需要家、トレーダーの各参加者がリスク調整済み期待福祉を最適化することで、先物市場行動をモデル化。
• 確率的線形計画法フレームワーク内での双対変数として先物契約価格を導出。
• 不確実性下での時間経過に伴う将来の契約価格の確率分布の予測を可能にする。
• 電力市場における先物契約リスクを定量化する実用的ツールの提供。

提案手法

• 各参加者（発電業者、需要家、トレーダー）が離散的シナリオ下でリスク調整済み期待福祉を最大化する確率的最適化問題を定式化。
• 個々の参加者意思決定を統合してシステム全体の福祉最大化問題を構築することで、市場清算メカニズムを構築。
• 制約条件として市場清算および参加者参加を表す制約を含め、線形計画法で集約福祉最適化問題を解く。
• 最適化問題における市場清算制約に関連する双対変数として先物契約価格を特定。
• 将来の電力価格および需要の不確実性をシナリオベースでモデル化。
• 双対変数の解を用いて、均衡価格の予測に加え、時間経過に伴う価格分布の変化も予測。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして市場均衡フレームワークを用いて電力先物契約価格を予測できるか？
• RQ2 確率的状況下で、先物価格と全社会的福祉最適化の間の数学的関係は何か？
• RQ3 不確実性下での時間経過に伴う先物価格分布の変化をどのようにモデル化できるか？
• RQ4 福祉最大化問題の双対変数を市場清算先物価格として解釈できるか？
• RQ5 リスク調整が参加者行動に与える役割と、それが先物価格形成に与える影響は何か？

主な発見

• 電力先物契約価格は、システム全体の福祉最適化問題における市場清算制約の双対変数として数学的に同等である。
• 本手法により、シナリオベースの結果を分析することで、将来の先物価格の確率分布全体を予測可能である。
• 本アプローチは、特定の納入年度における静的価格推定と、時間経過に伴う価格リスクの動的分析の両方を支援する。
• モデルは、リスク選好、市場参加、価格形成の間の相互作用を捉えている。
• 数値例により、本手法が現実的な市場シナリオにおいて実現可能で頑健であることが示された。
• 双対変数の解釈は、経済的に意味があり、計算的にも扱いやすい先物価格導出法を提供する。