[論文レビュー] Exogenous Approach to Grid Cost Allocation in Peer-to-Peer Electricity Markets

Thomas Baroche, Pierre Pinson+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2018

Smart Grid Energy Management参考文献 9被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、ピアツーピア（P2P）電力市場におけるグリッド使用コストの割当を、3種類の異なるコスト配分メカニズム（均等、ゾーニング、電気的距離に基づく料金）を用いた、外部的で市場ベースのアプローチを提案する。これらの料金を分散型最適化フレームワーク内の製品差別化要因として組み込むことで、物理的制約を直接強制することなく、ネットワークの混雑を参加者に低減させるインcentiveを提供する。主な貢献は、電気的距離に基づく料金が、線路の過負荷を最も効果的に低減するとともに、コスト回収を可能にすることを示したことである。これはIEEE 39バス系統を用いたシミュレーションで確認された。

ABSTRACT

The deployment of distributed energy resources, combined with a more proactive demand side, is inducing a new paradigm in power system operation and electricity markets. Within a consumer-centric market framework, peer-to-peer approaches have gained substantial interest. Peer-to-peer markets rely on multi-bilateral direct negotiation among all players to match supply and demand, and with product differentiation. These markets can yield a complete mapping of exchanges onto the grid, hence allowing to rethink our approach to sharing costs related to usage of common infrastructure and services. We propose here to attribute such costs in a number of alternative ways that reflects different views on usage of the grid and on cost allocation, i.e., uniformly and based on the electrical distance between players. Since attribution mechanisms are defined in an exogenous manner and made transparent they eventually affect the trades of the market participants and related grid usage. The interest of our approach is illustrated on a test case using the IEEE 39 bus test system, underlying the impact of attribution mechanisms on trades and grid usage.

研究の動機と目的

• 発展中の消費者中心のピアツーピア電力市場において、グリッドコスト配分メカニズムの欠如に応えること。
• 物理的制約を直接強制することなく、市場の結果に影響を与える透明性の高い外部的コスト配分手法を提示すること。
• 異なるコスト配分メカニズムがP2P市場枠組み内での市場効率性、グリッド利用度、コスト回収に与える影響を評価すること。
• システム運用者が、望ましい混雑レベルと収益目標を達成するために、ネットワーク料金を設定する実用的ツールを提供すること。

提案手法

• ネットワーク使用料金を別個の製品的要因として扱う、製品差別化を組み込んだP2P市場を定式化する。
• 3つの外部的コスト配分メカニズムを導入する：1MWhあたりの均等料金、事前に定義されたゾーンに基づくゾーニング料金、および電力転送分布係数から導出される電気的距離に基づく料金。
• 各参加者が局所的な最適化問題を解きながらも、グローバルな市場清算条件を満たすように、分散型最適化アルゴリズムを用いて市場を清算する。
• グリッドをDC潮流モデルでモデル化し、線路負荷と市場結果の妥当性を評価する。
• ネットワーク料金を市場パラメータとして適用し、参加者の取引意欲に影響を与え、結果としてグリッド使用パターンを形作る。
• 異なる料金水準下で、IEEE 39バス系統上で市場結果をシミュレートし、混雑度と収益の結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる外部的コスト配分メカニズムは、P2P電力市場におけるネットワーク混雑度にどのように影響するか？
• RQ2 物理的制約を直接強制することなく、製品差別化要因として適用されたネットワーク使用料金が、線路の過負荷をどの程度低減できるか？
• RQ3 どのコスト配分メカニズムが、システム運用者のための混雑度低減とコスト回収の間で最も効率的なトレードオフを実現できるか？
• RQ4 システム運用者は、この料金設定メカニズムを、市場の柔軟性とネットワークセキュリティのバランスを取る実用的ツールとして使用できるか？
• RQ5 市場の柔軟性が、料金水準、徴収収益、達成可能な混雑度低減の関係にどのように影響するか？

主な発見

• 電気的距離に基づくコスト配分政策は、均等料金やゾーニング料金よりも平均的および最大の線路負荷率をより効果的に低減させ、混雑度を低下させた。
• 高水準のネットワーク料金下では、3つの政策すべてで線路使用量が線形に減少したが、電気的距離政策は参加者にとっての過剰コストを低く抑えながら、実現可能な市場結果を達成した。
• ゾーニングコスト配分政策は、均等政策よりも混雑度低減に効果がなく、最も負荷の高い線路が1つのゾーン内に存在したためである。
• 均等料金政策では、徴収収益に局所的最大値が観察された。これは、市場の柔軟性とコスト回収可能性の間のトレードオフを示している。
• システム運用者は、料金水準、線路負荷、徴収収益の間のグラフィカルな関係を用いて、望ましい混雑度と収益目標を達成する最適な料金を設定できる。