[論文レビュー] Flexible Market for Smart Grid: Coordinated Trading of Contingent Contracts

Junjie Qin, Ram Rajagopal+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2017

Smart Grid Energy Management参考文献 23被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、スマートグリッドにおける柔軟で調整された多者間取引フレームワークを提案し、エネルギー供給が不確実な条件に依存する「条件付き契約」の取引を可能にするとともに、ネットワーク制約に違反する取引のみを系統運用者（SO）が制限することで、システムの信頼性を確保する。このプロセスは、中央集権的な価格設定を伴わず、不確実性下でのアロウ＝ドブリュー均衡を実現しつつ経済的効率性を達成し、ロケーションマージナルプライス（LMPs）を発見する。

ABSTRACT

A coordinated trading process is proposed as a design for an electricity market with significant uncertainty, perhaps from renewables. In this process, groups of agents propose to the system operator (SO) a contingent buy and sell trade that is balanced, i.e. the sum of demand bids and the sum of supply bids are equal. The SO accepts the proposed trade if no network constraint is violated or curtails it until no violation occurs. Each proposed trade is accepted or curtailed as it is presented. The SO also provides guidance to help future proposed trades meet network constraints. The SO does not set prices, and there is no requirement that different trades occur simultaneously or clear at uniform prices. Indeed, there is no price-setting mechanism. However, if participants exploit opportunities for gain, the trading process will lead to an efficient allocation of energy and to the discovery of locational marginal prices (LMPs). The great flexibility in the proposed trading process and the low communication and control burden on the SO may make the process suitable for coordinating producers and consumers in the distribution system.

研究の動機と目的

• 再生可能エネルギーの導入率が高い電力系統において、柔軟で条件付き契約を支援する市場メカニズムの設計を目的とする。
• 均一な価格設定や同時清算を要しない資源配分の効率化を実現することを目的とする。
• SOによるネットワーク監視と違反取引の制限を通じて、電力系統の安全性を確保することを目的とする。
• 市場参加者の自利的取引から内生的にロケーションマージナルプライス（LMPs）を発見することを目的とする。
• 不確実性のある市場環境下で、アロウ＝ドブリュー均衡を支持することを目的とする。

提案手法

• 参加者が系統運用者（SO）に、天候や負荷シナリオに依存する多者間条件付き取引（例：天候に応じたエネルギー供給）を提示する。
• SOは各提案された取引についてネットワーク制約違反の有無を評価し、それに応じて受容または制限する。
• SOはリアルタイムでネットワーク混雑状況のフィードバックを提供し、将来の取引提案を支援する。
• プロセスは、より効率的な取引方向が他に存在しなくなるまで繰り返し、利益を生む取引方向を特定する。
• この方法は、効率性のベンチマークを定義するための確率的経済ディスpatchフレームワークに依存する。
• SOは価格設定やコストデータの収集、経済的意思決定への干渉を行わず、信頼性の確保のみに特化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 不確実性が高いスマートグリッド環境において、分散型で条件付き取引プロセスが効率的なエネルギー配分を達成できるか？
• RQ2 柔軟で標準化されていない契約を許容しつつ、ネットワークセキュリティをどのように維持できるか？
• RQ3 ロケーションマージナルプライス（LMPs）は、中央集権的な計算ではなく、市場行動から内生的に発見可能か？
• RQ4 提案された取引プロセスは、ベンチマークの社会的余剰最大化問題と一致する効率的ディスpatchに収束するか？
• RQ5 不確実性下で、このプロセスはアロウ＝ドブリュー均衡を支持できるか？

主な発見

• 調整された取引プロセスは、中央集権的な確率的経済ディスパッチ問題の解と一致する効率的ディスパッチに収束する。
• 例示された最終的な累積取引は、ベンチマークの社会的余剰最大化問題（11）の最適解と一致する。
• プロセスは、参加者の局所的マージナルコストから最適なロケーションマージナルプライス（LMPs）を発見する。
• 最終的な結果は、不確実性下での理論的効率性を裏付けるアロウ＝ドブリュー均衡を支持する。
• 系統運用者の役割は限定的であり、ネットワーク制約に違反する取引の制限とフィードバック提供に限定され、価格設定やコストデータ収集は行わない。
• このフレームワークはグリッドへのオープンアクセスを可能とし、競争を促進し、分散型エネルギー資源および柔軟な負荷の導入を支援する。