[論文レビュー] Pricing Multi-Interval Dispatch under Uncertainty Part II: Generalization and Performance

Cong Chen, Ye Guo+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2019

Electric Power System Optimization参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、予測不確実性下での多時間インターバル経済 dispatch に対して非一様価格設定メカニズムとして、時間的局所マージナルプライシング（TLMP）を提案し、価格をエネルギー、潮流、レート変化の3要素に分解する。TLMPは市場外の補填を排除し、dispatch に従うインセンティブを確保するとともに、正確なレート変化能力の申告を促進する。その結果、LMP や均一価格設定方式と比較して、消費者負担が低減され、システム収益の適正性が向上する。

ABSTRACT

Pricing multi-interval economic dispatch of electric power under operational uncertainty is considered in this two-part paper. Part I investigates dispatch-following incentives for generators under the locational marginal pricing (LMP) and temporal locational marginal pricing (TLMP) policies. Extending the theoretical results developed in Part I, Part II evaluates a broader set of performance measures under a general network model. For networks with power flow constraints, TLMP is shown to have an energy-congestion-ramping price decomposition. Under the one-shot dispatch and pricing model, this decomposition leads to a nonnegative merchandising surplus equal to the sum of congestion and ramping surpluses. It is also shown that, comparing with LMP, TLMP imposes a penalty on generators with limited ramping capabilities, thus giving incentives for generators to reveal their ramping limits truthfully and improve their ramping capacities. Several benchmark pricing mechanisms are evaluated under the rolling-window dispatch and pricing models. The performance measures considered are the level of out-of-the-market uplifts, the revenue adequacy of the system operator, consumer payment, generator profit, level of discriminative payment, and price volatility.

研究の動機と目的

• 予測不確実性を伴う多時間インターバル dispatch における均一価格設定方式の dispatch に従うインセンティブの欠如を解決すること。
• レート変化制限の真実の申告を促進するインcentive 同一性の評価。
• 収益適正性、社会的福祉の分配、価格変動性、補填の観点から、複数の指標でのパフォーマンス評価。
• ネットワーク制約下でのシステム効率性向上と市場外補填の排除を実証し、TLMP の優位性を示すこと。
• ローリングウィンドウおよびワンショット dispatch モデルにおいて、LMP、CMP、MLMP、PMP と比較して、多様なパフォーマンス指標で TLMP の優位性を評価すること。

提案手法

• 単一ノードを超える設定での価格メカニズムの評価を可能にする、潮流制約を含む一般化されたネットワークモデルを提案。
• 双対性理論を用いて、TLMP の空間的・時間的分解をエネルギー、潮流、レート変化の価格成分に実施。
• TLMP 下で、潮流賃借とレート変化余剰の和として定義されるマーチャンダイジング・サープラスを定義・計算し、それが非負であることを証明。
• 事後的な機会損失（LOC）支払いを用いて、dispatch に従うインセンティブを測定し、LOC がゼロであれば完全なインcentive 同一性が達成されていることを示す。
• 変動する予測誤差を伴う動的価格設定と時間経過にわたるパフォーマンス評価を可能にする、ローリングウィンドウ dispatch モデルを用いる。
• 財務中立性仮定を適用：ISO の余剰は、消費者への還付または追加支払いとして分配され、これにより消費者負担と価格変動性に影響を与える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 任意の需要予測精度下での多時間インターバル dispatch において、TLMP は市場外補填の必要性を排除できるか？
• RQ2 LMP や均一価格設定方式と比較して、TLMP はレート変化制限の真実の申告を促進するインセンティブをどのように提供するか？
• RQ3 価格メカニズムの選択が、ISO の収益適正性とそれに伴う消費者負担に与える影響は何か？
• RQ4 異なる価格メカニズムは、発電事業者と消費者間の価格変動性および社会的福祉の分配にどのように影響を与えるか？
• RQ5 レート変化制約は、TLMP と LMP の両方において、マーチャンダイジング・サープラスとシステムサープラスをどのように規定するか？

主な発見

• TLMP は機会損失（LOC）支払いがゼロに達し、完全な dispatch に従うインセンティブを示すが、LMP や均一価格設定方式では顕著な LOC 支払いが見られる。
• 完全な予測下でのワンショット dispatch において、TLMP は潮流賃借とレート変化余剰の和に相当する正のマーチャンダイジング・サープラスを生成するが、LMP は潮流賃借のみをカバーする。
• TLMP は、効率的な収益回収と再分配のおかげで、評価されたすべてのメカニズムの中で消費者負担が最低かつ発電事業者の利益が最低となる。
• TLMP における ISO の余剰は、レート変化制限が拡大するにつれて低下する（ペナルティ収集が減少するため）が、他のメカニズムでは LOC 支払いの減少に伴い ISO 余剰が増加する。
• 価格変動性（時間当たりの価格の正規化標準偏差で測定）は、TLMP において一貫して最低であり、特に予測誤差が大きく、レート変化制限が厳しい状況で顕著である。
• 大規模ネットワークにおけるシミュレーションでは、TLMP が潮流とレート変化の両方からの正のマーチャンダイジング・サープラスを維持し、透明性と効率性の点で LMP や均一価格設定方式を常に上回ることが確認された。