[論文レビュー] A Tight Configuration-Component Based Hybrid Model for Combined-Cycle Units in MISO Day-Ahead Market

Chenxi Dai, Yonghong Chen+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2017

Electric Power System Optimization参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、MISOの日前市場における複合サイクルガスタービン（CCGT）ユニットの、タイトな構成部品ベースのハイブリッドモデルを提案する。構成レベルと部品レベル（PT）のオファーを統合することで、物理的運転制約をよりよく反映する。このモデルは、運用の柔軟性と社会的余剰を向上させ、IEEE 118-busおよびMISOのテストシステムにおいて、従来のCFBMおよびCPBM手法よりも計算効率と精度に優れている。

ABSTRACT

This paper proposes a hybrid CCGT model for day-ahead market clearing, in order to enhance operation flexibility of CCGTs in practice. The proposed hybrid model, by taking benefits of combined offers on configurations and individual PTs from MPs, can reflect physical operation features of CCGTs more accurately. A comprehensive review on CCGT models in literature is conducted, and their advantages and shortcomings are analyzed. The mapping relationship between the two most investigated models, i.e., CFBM and CPBM, is then revealed and constructed for deriving the proposed hybrid model. Tightening formulations are further discussed for achieving better computational performance. The proposed hybrid model is tested and compared with CFBM via an IEEE 118-bus system and the MISO system. Results show great benefits in maintaining operation flexibility and enhancing social welfare.

研究の動機と目的

• 既存のCCGTモデリング手法が物理的運転特性を正確に捉えることの制限を解消すること。
• 複合サイクルユニットの日前市場の市場清算における運用の柔軟性を向上させること。
• 構成ベースと部品ベースのモデリングの利点を組み合わせたハイブリッドモデルを開発すること。
• タイトな定式化を通じて計算性能を向上させること。
• 実世界およびテストシステムのケースを用いて、モデルの有効性を検証すること。

提案手法

• ハイブリッドモデルは、構成レベルでの統合オファーと、市場参加者からの個別の電力送信（PT）オファーを統合する。
• 構成ベースモデル（CFBM）と部品ベースモデル（CPBM）の2つの主要モデル間の対応関係を確立し、ハイブリッド定式化を導出する。
• 解のギャップを低減し、計算効率を向上させるために、タイトな定式化を導入する。
• 比較評価のため、IEEE 118-busシステムおよびMISOシステムにモデルを実装・テストする。
• 構成混合整数プログラミングを通じて、CCGTの物理的制約（最小稼働・停止時間、ランプレートなど）を保持する。
• 標準の市場清算ソルバーとの互換性を確保するため、混合整数線形計画問題（MILP）としてモデルを定式化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイブリッドCCGTモデルは、日前市場における複合サイクルユニットの物理的運転特性をどのようによりよく表現できるか？
• RQ2 CFBMとCPBMの間の対応関係は何か、そしてそれがより正確なハイブリッドモデルの設計にどのように活用できるか？
• RQ3 タイトな定式化は、CCGTユニットモデリングにおける計算パフォーマンスをどのように向上させるか？
• RQ4 従来のモデルと比較して、提案されたハイブリッドモデルの運用的および経済的利点は何か？
• RQ5 ハイブリッドモデルは、実世界の市場環境において、社会的余剰と運用の柔軟性をどの程度向上させるか？

主な発見

• 提案されたハイブリッドモデルは、複合サイクルユニットの物理的制約を正確に捉えることで、運用の柔軟性を顕著に向上させる。
• タイトな定式化により、計算パフォーマンスが向上し、解の時間とギャップが低減される。
• IEEE 118-busシステムでは、ハイブリッドモデルがCFBMおよびCPBMよりも高い社会的余剰を維持する。
• MISOシステムでは、ハイブリッドモデルが市場清算の正確性と運用可能性において優れた性能を示す。
• CFBMとCPBMの間の対応関係により、ハイブリッドモデルの体系的かつ整合性のある導出が可能となり、正しさが保証される。
• 結果は、構成レベルと部品レベルのオファーを統合することで、より効率的かつ現実的な市場清算結果が得られることを確認している。