[論文レビュー] Transactive Energy Auction with Hidden User Information in Microgrid

M. Nazif Faqiry, Sanjoy Das|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2016

Smart Grid Energy Management参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、マイクログリッドにおけるトランザクティブエネルギー取引のためのプライバシー保護型オークションメカニズムを提案する。マイクログリッドコントローラー（MC）は、ユーザーのプライベートな効用データにアクセスせずに入札を調整する。反復的で凸最適化に基づくメカニズムを用いることで、社会的厚生の最大化、個人的合理性、弱い予算バランスを達成する。最大エントロピーを用いた公平な再分配により、シミュレーションで検証された。

ABSTRACT

This research proposes a novel auction mechanism for transactive energy exchange between buyers and sellers, modeled as agents in a microgrid. The mechanism is implemented by a separate microgrid controller (MC) agent, and requires big data flow with the other agents through an iterative bidding process. Although private user information remains hidden to the MC, a theoretical analysis shows that under the assumption of convexity of the agents utilities, the proposed auction is still able to maximize the social welfare (SW), i.e. the aggregate utilities of the agents. In addition, it is shown that the mechanism exhibits the key desirable features of individual rationality and weak budget balance, guaranteeing that neither the payoff to any agent nor the net monetary revenue after termination, is negative. The proposed approach also incorporates a mechanism to redistribute the sellers shares in a fair manner. As an example, a maximum entropy based fair redistribution scheme is addressed. The theoretical analysis reported here is accompanied by extensive set of simulations that illustrate the various aspects of the proposed mechanism.

研究の動機と目的

• マイクログリッドにおける社会的厚生を最大化する一方で、ユーザーのプライバシーを保護するトランザクティブエネルギーオークションメカニズムの設計。
• すべてのエージェントが損失を被らないように保証する個人的合理性と、純収益が非負である弱い予算バランスの確保。
• 最大エントロピーに基づくスキームを用いて、売り手間で余剰利益を公平に再分配すること。
• マイクログリッドコントローラーに効用関数を暴露せずに、安全で分散型のエネルギー取引を可能にすること。
• 現実的なマイクログリッド環境下でのメカニズムの妥当性を、広範なシミュレーションにより検証すること。

提案手法

• 入札者は、自身のプライベートな効用関数を明らかにせずに、入札を提出する反復的オークションプロセスを採用する。
• マイクログリッドコントローラー（MC）は中間者として機能し、市場を清算し社会的厚生を最大化するための凸最適化問題を解く。
• エージェントの効用関数の凸性仮定に依存することで、最適割り当てへの収束を保証する。
• 最大エントロピーに基づく再分配スキームにより、取引完了後の売り手間における余剰利益の公平な分配を実現する。
• MCは、下位の効用関数ではなく、入札数量と価格のみを観測するため、プライバシーが保護される。
• 分散計算を可能にするために、双対分解法を用いてオークションを実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 トランザクティブエネルギーオークションは、マイクログリッドコントローラーがユーザーの効用関数を把握しないまま、社会的厚生を最大化できるか？
• RQ2 提案されたメカニズムは、参加によりエージェントが損を被らない個人的合理性を満たすか？
• RQ3 弱い予算バランスが維持され、すべてのエージェントが純額面での損失を被らないか？
• RQ4 プライバシーや効率性を損なわず、売り手の余剰利益をどのように公平に再分配できるか？
• RQ5 現実的で動的なマイクログリッド環境下でのメカニズムの性能はいかがなものか？

主な発見

• 提案されたオークションメカニズムは、凸効用関数の仮定のもとで、ユーザー情報が非公開であっても社会的厚生の最大化を達成する。
• 個人的合理性が保証されており、参加による負の報酬を受け取るエージェントは存在しない。
• 弱い予算バランスが維持されており、取引完了後の純収益がすべてのエージェントに対して非負である。
• 最大エントロピーに基づく再分配スキームにより、参加者間で売り手の余剰利益が公平に分配される。
• シミュレーションにより、さまざまな負荷および発電プロファイル下でもメカニズムの収束性と安定性が確認された。
• 本メカニズムは、中央コントローラーに機微なユーザー情報を暴露することなく、効率的かつプライバシー保護型のエネルギー取引を可能にする。