[論文レビュー] A Multi-Period Market Design for Markets with Intertemporal Constraints

Jinye Zhao, Tongxin Zheng+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2018

Electric Power System Optimization参考文献 16被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、エネルギー貯蔵や燃料制限付き発電所などの時間的制約を持つ資源のスケジューリングと価格設定を最適化するため、フォワード市場とスポット市場を統合した新規なマルチペリオド市場設計を提案する。フォワードスケジュールと機会費用を連携させることで、経済的効率性、ディスパッチ従順インセンティブ、信頼性を達成し、数値実験において短視眼的手法を上回る性能を示した。

ABSTRACT

The participation of renewable, energy storage, and resources with limited fuel inventory in electricity markets has created the need for optimal scheduling and pricing across multiple market intervals for resources with intertemporal constraints. In this paper, a new multi-period market model is proposed to enhance the efficiency of markets with such type of resources. It is also the first market design that links a forward market and a spot market through the coordination of schedule and price under the multi-period paradigm, achieving reliability, economic efficiency and dispatch-following incentives simultaneously. The forward market solves a multi-period model with a long look-ahead time horizon whereas the spot market solves a series of multi-period dispatch and pricing problems with a shorter look-ahead time horizon on a rolling basis. By using the forward schedules and opportunity costs of intertemporal constraints as a guideline, the spot market model is able to produce economically efficient dispatch solutions as well as prices that incentivize dispatch following under the perfect forecast condition. The proposed scheme is applied to the dispatch and pricing of energy storage resources. Numerical experiments show that the proposed scheme outperforms the traditional myopic method in terms of economic efficiency, dispatch following and reliability.

研究の動機と目的

• 電力市場における時間的制約を持つ資源の効率的スケジューリングと価格設定の課題に対処すること。
• マルチペリオドフレームワーク下でフォワード市場とスポット市場を連携する市場メカニズムを設計すること。
• 経済的効率性とシステム信頼性を維持しながら、ディスパッチ従順インセンティブを確保すること。
• 再生可能エネルギーおよび貯蔵の統合に適用可能なスケーラブルで理論的根拠を持つ市場設計を提供すること。

提案手法

• フォワード市場は、時間的制約のスケジュールと機会費用を決定するため、長期的なマルチペリオド最適化問題を解く。
• スポット市場は、短い時間窓を用いたローリングホライゾンアプローチを用い、リアルタイムでディスパッチと価格設定問題を解く。
• フォワード市場からの機会費用が、スポット市場での意思決定を長期スケジュールに一致させるための指針として用いられる。
• モデルは、完全な予測条件下で参加者がディスパッチ指示に従うよう価格信号をインcentivizeする。
• 混合整数線形プログラミング（MILP）に基づく数理定式化を用いて、マルチペリオドディスパッチと価格設定問題を表現する。
• 設計は、ネットワーク制約および物理的制約を尊重しながら、すべての入札・出願を市場清算することを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間的制約を持つ市場における効率性を向上させるために、フォワード市場とスポット市場をどのように連携できるか？
• RQ2 機会費用は、スポット市場意思決定を長期スケジュールに一致させる役割を果たすか？
• RQ3 マルチペリオド市場設計は、経済的効率性、信頼性、ディスパッチ従順インセンティブを同時に達成できるか？
• RQ4 性能指標の観点から、本手法は従来の短視眼的市場設計と比べてどのように異なるか？
• RQ5 予測精度の向上が、本提案市場メカニズムの有効性に与える影響は何か？

主な発見

• 数値実験において、本提案市場設計は従来の短視眼的手法に比べて経済的効率性が著しく向上した。
• 完全な予測条件下では、ディスパッチ従順インセンティブが効果的に達成され、参加者がディスパッチ指示に従うことが保証された。
• エネルギー貯蔵の充放電制限や燃料在庫の上限といった時間的制約を尊重することで、システム信頼性が維持された。
• フォワード市場のスケジュールと機会費用の活用により、スポット市場の清算における非効率が低減され、連携が改善された。
• 再生可能エネルギーの高比率や貯蔵資源を含むさまざまなテストケースにおいて、本手法は頑健な性能を示した。
• 数値結果から、マルチペリオドアプローチが、すべての主要な性能指標において単一期間または短視眼的代替手法を上回ることが確認された。