[論文レビュー] Risk-Informed Participation in T&D Markets.

Hafiz Anwar Ullah Khan, Jip Kim+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2020

Electric Power System Optimization参考文献 16被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、単一リーダー・マルチ・フォロワー（SLMF）ゲームモデルを用いて、共同および逐次的清算方式の送電・配電（T&D）市場における戦略的電力生産者によるリスクを考慮した参加戦略を提案する。問題は数学的計画問題として均衡制約（MPEC）に定式化され、非凸・非滑らか性を解消するためシューツェスの緩和スキームが適用され、価格の不確実性を管理するために条件付きリスク価値（CVaR）と確率制約（CC）が組み込まれている。主な発見は、局所的 marginal価格（LMP）および配電LMP（DLMP）の不確実性に起因する収益リスクが増加するため、規制された配電市場と比較して、自由化された配電市場では戦略的生産者の利益が最大で83.8％低下することである。

ABSTRACT

Power producers can exhibit strategic behavior in electricity markets to maximize their profits. This behavior is more pronounced with the deregulation of distribution markets, which offers an opportunity for profit arbitrage between transmission and distribution (T&D) markets. However, the temporally distinct nature of these two markets introduces a significant risk in profit for such producers. This paper derives its motivation from the perspective of a strategic producer and develops a Single Leader Multi-Follower (SLMF) game for deriving its participation strategies in T&D markets, while accounting for different T&D coordination schemes based on the individual market Gate Closure Times (GCT). We compare and contrast joint and sequential market clearing models with regulated and deregulated distribution environments and evaluate the risk of producer by leveraging consistent and coherent risk measures. SLMF game is reformulated as a Mathematical Program with Equilibrium Constraints (MPEC) and is solved using the seminal Scholtes's relaxation scheme. We validate the efficacy of our model and solution approach via the case study carried out on the 11-zone New York ISO, and 7-bus Manhattan power networks, used as transmission and distribution markets, respectively.

研究の動機と目的

• 新興の競争的T&D電力市場に参加する戦略的生産者向けのリスクを考慮した戦略を開発すること。
• 共同清算対比逐次清算という異なる市場調整方式が、生産者利益に与える影響を分析すること。
• CVaRや確率制約といった一貫したリスク指標を用いて、自由化された配電市場が引き起こす利益リスクを定量すること。
• 市場不確実性の財務的影響を分離するために、規制された配電タリフ環境と比較して性能をベンチマークすること。
• 11ゾーンのNYISO送電ネットワークと7母線のマンハッタン配電ネットワークという現実的なネットワークを用いて、モデルの妥当性を検証すること。

提案手法

• 戦略的生産者をリーダーとし、送電・配電市場をフォロワーとする単一リーダー・マルチ・フォロワー（SLMF）ゲームを定式化する。
• SLMFゲームを数学的計画問題として均衡制約（MPEC）に再定式化し、数学的最適化による解法を可能にする。
• 非凸・非滑らか性を有するMPECを解くためにシューツェスの緩和スキームを適用し、解への収束を実現する。
• リスク指標として、条件付きリスク価値（CVaR）と確率制約（CC）を組み込み、局所的 marginal価格（LMP）および配電LMP（DLMP）の不確実性をモデル化・内部化する。
• 送電市場と配電市場のそれぞれに異なるゲートクロージャタイム（GCT）を設け、時間的・空間的分離を反映する階層的市場清算構造を採用する。
• 季節的負荷および価格条件の異なる状況下で、11ゾーンのNYISO送電ネットワークと7母線のマンハッタン配電ネットワークを用いて、モデルを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるゲートクロージャタイム（GCT）を有するT&D市場における、共同清算対比逐次清算の市場清算方式が、戦略的生産者の利益に与える影響は何か？
• RQ2 規制されたタリフ環境と比較して、自由化された配電市場を導入した場合、戦略的生産者の利益およびリスク露出にどのような影響が生じるか？
• RQ3 CVaRや確率制約（CC）といったリスク指標は、価格の不確実性下で生産者の市場参加行動および収益結果にどのように影響を与えるか？
• RQ4 規制された配電市場環境から競争的市場環境に移行した場合、戦略的生産者の利益がどの程度減少するか？
• RQ5 負荷およびLMP/DLMPパターンの季節的変動は、リスクを考慮した参加戦略の有効性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 自由化された配電市場ケース（ケースC）では、価格アービタージュ機会のおかげで、規制ケースと比較して送電市場からの生産者の収益が98.4％増加した。
• 規制されたタリフ環境と比較して、競争的配電市場の導入により、戦略的生産者の利益は最低で81.6％（ケースA対B）低下し、最大で83.8％（ケースA対D）低下した。主な要因は、DLMPに起因する収益の不確実性である。
• CVaRをリスク管理に用いる場合、CCと比較してより慎重な入札行動をとるため、収益は低下する。これは、CVaRが下流リスクの緩和を優先するためである。
• 逐次市場清算ケース（ケースD）では、高タリフ規制ケース（ケースB）と比較して、生産者の収益が最低水準にまで低下し、83.8％の減少を示した。
• 共同清算ケース（ケースA）は2番目に高い収益を達成したが、依然として規制タリフケース（ケースB）と比較して81.6％の大幅な減少を示しており、市場の不確実性が利益を大きく圧迫していることを示している。
• 特にマンハッタン（母線#10）のような高負荷地域において、LMPおよびDLMPの空間的・時間的変動がアービタージュ機会を生み出す一方で、収益リスクも顕著に増大する。このリスクは、提案されたリスクを考慮したモデルによって効果的に捉えられている。