[논문 리뷰] A Three-Stage Stochastic Peer-to-Peer Market Clearing Model with Real-Time Reserve Activation

Sigurd Bjarghov, Christian Øyn Naversen외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 24.

Smart Grid Energy Management참고 문헌 11인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 일일 및 실시간 보정 시장과 단기 레저브 참여를 통합하는 삼단계 확률적 피어 투 피어(P2P) 시장 정산 모델을 제안한다. 이는 재생 가능 에너지 발전과 부하의 불확실성을 관리할 수 있도록 지역 에너지 공동체를 지원한다. 모델은 일일 및 실시간 시장에서 각각 19% 및 44%의 레저브 시장 참여 증가를 이끌어내며, 국지적 거래를 통해 유연성 활용도를 향상시킨다.

ABSTRACT

With an increasing share of volatile renewables, more flexibility is needed to balance the electricity system. In order to enable local flexibility, we suggest a three-stage stochastic market clearing model using community-based peer-to-peer (P2P) trading with participation in the short term reserve markets. With this approach, internal intraday (IID) and real-time (IRT) markets are cleared where peers can trade to balance their day-ahead market position under uncertainty in load and activation of reserves. Results show increased participation of 19 and 44 % in reserve markets when P2P IID and IRT is introduced. We illustrate the application of the model and give advice for the future reserve market design highlighting necessary changes in order to unlock end-user flexibility to the reserve market.

연구 동기 및 목표

• 증가하는 변동성이 큰 재생 가능 에너지 통합으로 인한 시스템 유연성 수요 증가에 대응하기 위해.
• 피어 투 피어 거래 메커니즘을 통해 지역 에너지 공동체가 단기 레저브 시장에 능동적으로 참여할 수 있도록 하기 위해.
• 부하 및 레저브 활성화의 불확실성을 고려한 확률적 시장 정산 프레임워크를 설계하기 위해.
• 일일 및 실시간 P2P 거래가 레저브 시장 참여에 어떻게 향상되는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 모델은 삼단계 확률적 최적화 프레임워크를 활용한다: 당일 시장 정산, 일일 중 시장 정산, 실시간 시장 정산.
• 시나리오 기반 확률적 프로그래밍을 사용하여 부하 및 레저브 활성화의 불확실성을 반영한다.
• 일일 및 실시간 단계에서 피어 투 피어 거래를 통해 불확실성 하에서 당일 정산 포지션을 균형 잡는다.
• 단기 레저브 시장 참여를 통합하여 지역 피어들이 유연성을 제안할 수 있도록 한다.
• 불확실성 하에서 시장 정산 문제를 해결하기 위해 혼합정수선형계획(MILP) 수식을 사용한다.
• 성능 및 유연성 활성화 평가를 위해 공동체 기반 마이크로그리드 사례 연구에 모델을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일일 및 실시간 P2P 거래를 도입함으로써 단기 레저브 시장 참여에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 불확실성 하에서 지역 피어들이 일일 및 실시간 거래를 통해 당일 정산 포지션을 얼마나 효과적으로 균형 잡을 수 있는가?
• RQ3 부하 및 레저브 활성화의 확률적 모델링이 시장 결과 및 유연성 활용에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 삼단계 구조는 이원적 접근에 비해 시스템 유연성에 어떻게 향상되는가?
• RQ5 현지 공동체의 최종 사용자 유연성을 해방하기 위해 레저브 시장 설계에 어떤 변화가 필요한가?

주요 결과

• 일일 P2P 거래를 통합함으로써, 이러한 거래가 없는 기준선 대비 단기 레저브 시장 참여가 19% 증가한다.
• 실시간 P2P 거래는 레저브 시장 참여를 44% 증가시켜 높은 수준의 유연성 활성화를 보여준다.
• 모델은 동적 일일 및 실시간 거래를 통해 지역 피어들이 당일 정산 포지션을 효과적으로 균형 잡을 수 있도록 한다.
• 확률적 프레임워크는 부하 및 레저브 활성화의 불확실성을 성공적으로 반영하여 시장 효율성과 견고성을 향상시킨다.
• 결과는 최종 사용자 및 지역 공동체의 직접 참여를 允許하는 레저브 시장 설계 개혁의 필요성을 강조한다.
• 사례 연구는 국지적 거래가 시스템 유연성을 향상시키고 높은 재생 가능 에너지 통합을 지원함을 확인한다.