[論文レビュー] An Interactive Transactive Energy Mechanism Integrating Grid Operators, Aggregators and Prosumers

Peng Hou, Guangya Yang+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2019

Smart Grid Energy Management参考文献 20被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、電力網運用者、集約者、プロスムアーを二段階価格メカニズムを通じて統合する画期的なトランザクティブエネルギー枠組みを提案する。この枠組みにより、経済的インcentiveとグリッドセキュリティの両立が図られる。グリッド制約が生じた際、集約者がプロスムアーを管理するための価格加算を適用することで、グリッドの安定性を確保するとともに、プロスムアーのコスト削減および自己充足目標を維持する。シミュレーション結果により、本フレームワークの有効性が検証された。

ABSTRACT

With the decreasing cost of solar photovoltaics (PV) and battery storage systems, more and more prosumers appear in the distribution systems. Accompanying with it is the trend of using home energy management systems (HEMS). HEMS technologies can help the households to schedule their energy prosumption with aims such as reduced electricity bills or increased self-sufficiency. However, their economic-driven operation can affect the grid security. Therefore, it is paramount to design a framework that can accommodate the interests of the key stakeholders in distribution systems, namely the grid operators, aggregators, and prosumers. In this paper, a novel transactive energy based operational framework is proposed. On the upper level, aggregators will interact with distribution grid operators through transactive approach to ensure the grid interests are satisfied. If there are grid issues, the aggregator will interact with the prosumers through a designed price adder. The simulation results indicate that the proposed framework can effectively accommodate the prosumers operation in distribution systems while keeping the key stakeholders interests.

研究の動機と目的

• 太陽光発電およびバッテリーストレージを備えた分散型プロスムアーの増加に起因するグリッド不安定化の増大する課題に対処すること。
• 配電系統における電力網運用者、集約者、プロスムアーの間で対立する利害を調和させること。
• グリッドセキュリティを確保しつつ、プロスムアーの経済的利点を維持するトランザクティブエネルギーメカニズムを設計すること。
• グリッド制約や運用ニーズを反映した価格シグナルを通じて、意思決定の協調を可能にすること。

提案手法

• 電力網運用者を最上位とし、その下に集約者、さらにその下にプロスムアーを配置する階層的トランザクティブエネルギー枠組みを設計する。
• 集約者は、グリッド制約の遵守を保証するために、トランザクティブ価格メカニズムを通じて電力網運用者と連携する。
• グリッド制約が検出された場合、集約者はプロスムアーの行動に影響を与えるために、そのホームエネルギー管理システム（HEMS）を介して価格加算を適用する。
• 価格加算は、システムの混雑状況や運用ニーズに基づいて動的に調整され、プロスムアーが負荷をシフトするか、出力を制限するよう誘導する。
• 本フレームワークは、プロスムアーのスケジューリングをグリッドセキュリティと経済的効率性に整合させるマーケットクリアリングメカニズムを用いる。
• 本フレームワークの性能を、さまざまなプロスムアー浸透率およびグリッドストレスシナリオ下で評価するためにシミュレーションが実施された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グリッド運用者が、システムセキュリティを損なわせることなく、増加するプロスムアー参加を効果的に管理する方法は何か？
• RQ2 集約者がグリッド制約に応じてプロスムアーをどのように協調的に管理できる価格メカニズムか？
• RQ3 プロスムアーは、グリッド要件を遵守しつつも、どのように経済的利点を維持できるか？
• RQ4 動的価格シグナルが配電ネットワークにおける負荷形状と自己充足性に与える影響は何か？

主な発見

• 提示されたフレームワークは、価格シグナルの動的調整により、高水準のプロスムアー浸透率下でもグリッドセキュリティを的確に維持した。
• HEMSを通じた協調スケジューリングのおかげで、プロスムアーは顕著なコスト削減と自己充足性の向上を達成した。
• 価格加算メカニズムは、混雑時にプロスムアーの負荷を効果的にシフトさせ、グリッドストレスを低減したが、経済的インcentiveを損なわせなかった。
• シミュレーション結果から、本フレームワークが配電システムのあらゆるレベルにおいて関係者間の利害をバランスさせることが確認された。