[論文レビュー] A Three-Stage Stochastic Peer-to-Peer Market Clearing Model with Real-Time Reserve Activation

Sigurd Bjarghov, Christian Øyn Naversen+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2019

Smart Grid Energy Management参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、日次およびリアルタイムのバランス市場と短期予備電力参加を統合した、三段階の確率的ピアツーピア（P2P）市場清算モデルを提案する。このモデルにより、地域エネルギーコミュニティは再生可能エネルギーおよび負荷の不確実性を管理できる。モデルは、日次市場およびリアルタイム市場において予備電力市場参加をそれぞれ19%および44%増加させ、局所的取引を通じて柔軟性の活用が向上することを示している。

ABSTRACT

With an increasing share of volatile renewables, more flexibility is needed to balance the electricity system. In order to enable local flexibility, we suggest a three-stage stochastic market clearing model using community-based peer-to-peer (P2P) trading with participation in the short term reserve markets. With this approach, internal intraday (IID) and real-time (IRT) markets are cleared where peers can trade to balance their day-ahead market position under uncertainty in load and activation of reserves. Results show increased participation of 19 and 44 % in reserve markets when P2P IID and IRT is introduced. We illustrate the application of the model and give advice for the future reserve market design highlighting necessary changes in order to unlock end-user flexibility to the reserve market.

研究の動機と目的

• 再生可能エネルギーの統合に伴う増加するシステムの柔軟性ニーズに対応すること。
• ピアツーピア取引メカニズムを通じて、地域エネルギーコミュニティが短期予備電力市場に能動的に参加できることを可能にすること。
• 負荷および予備電力起動の不確実性を考慮した確率的市場清算フレームワークの設計。
• 日次およびリアルタイムP2P取引が予備電力市場参加に与える影響を評価すること。

提案手法

• モデルは三段階の確率的最適化フレームワークを採用する：前日市場清算、日次市場清算、リアルタイム市場清算。
• シナリオベースの確率的プログラミングを用いて、負荷および予備電力起動の不確実性を組み込む。
• 日次およびリアルタイム段階でピアツーピア取引を可能にし、不確実性下での前日ポジションを均衡化する。
• 短期予備電力市場への参加を統合し、地域のピアが柔軟性を提供できるようにする。
• 不確実性下での市場清算問題を解くために、混合整数線形プログラミング（MILP）定式化を用いる。
• パフォーマンスおよび柔軟性の活性化を評価するために、コミュニティベースのマイクログリッドケーススタディにモデルを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 日次およびリアルタイムP2P取引を導入することで、短期予備電力市場参加にどのような影響を与えるか？
• RQ2 不確実性下で、地域ピアは日次およびリアルタイム取引を通じて、どの程度前日ポジションをバランスできるか？
• RQ3 負荷および予備電力起動の確率的モデリングが、市場の結果および柔軟性活用に与える影響は何か？
• RQ4 三段階構造は、二段階アプローチと比較して、どのようにシステムの柔軟性を向上させるか？
• RQ5 エンドユーザーおよび地域コミュニティからの柔軟性を解き放つために、予備電力市場設計にどのような変更が必要か？

主な発見

• 日次P2P取引を組み込むことで、そのような取引がないベースラインと比較して、短期予備電力市場参加が19%増加する。
• リアルタイムP2P取引は、予備電力市場参加を44%増加させ、顕著な柔軟性の活性化を示している。
• モデルは、動的かつ日次およびリアルタイム取引を通じて、地域ピアが前日ポジションを効果的にバランスできることを可能にする。
• 確率的フレームワークは、負荷および予備電力起動の不確実性を的確に捉えており、市場の効率性およびロバストネスが向上している。
• 結果は、エンドユーザーおよび地域コミュニティの直接参加を可能にするために、予備電力市場設計の見直しが不可欠であることを示している。
• ケーススタディは、局所的取引がシステムの柔軟性を高め、より高い再生可能エネルギー統合を支援することを確認している。