[논문 리뷰] An Interactive Transactive Energy Mechanism Integrating Grid Operators, Aggregators and Prosumers

Peng Hou, Guangya Yang외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 15.

Smart Grid Energy Management참고 문헌 20인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 전력망 운영자, 집합자, 프로슈머를 이원적 가격 기반 메커니즘을 통해 통합하는 새로운 트랜잭티브 에너지 프레임워크를 제안한다. 이는 경제적 인cent리브와 전력망 안정성을 균형 있게 유지하기 위한 것이다. 그리드 제약 조건이 발생할 경우 집합자가 가격 추가 요금을 적용하여 프로슈머를 조율함으로써, 전력망 안정성을 확보하면서도 프로슈머의 비용 절감 및 자립성 목표를 유지한다. 시뮬레이션 결과를 통해 검증된 바 있다.

ABSTRACT

With the decreasing cost of solar photovoltaics (PV) and battery storage systems, more and more prosumers appear in the distribution systems. Accompanying with it is the trend of using home energy management systems (HEMS). HEMS technologies can help the households to schedule their energy prosumption with aims such as reduced electricity bills or increased self-sufficiency. However, their economic-driven operation can affect the grid security. Therefore, it is paramount to design a framework that can accommodate the interests of the key stakeholders in distribution systems, namely the grid operators, aggregators, and prosumers. In this paper, a novel transactive energy based operational framework is proposed. On the upper level, aggregators will interact with distribution grid operators through transactive approach to ensure the grid interests are satisfied. If there are grid issues, the aggregator will interact with the prosumers through a designed price adder. The simulation results indicate that the proposed framework can effectively accommodate the prosumers operation in distribution systems while keeping the key stakeholders interests.

연구 동기 및 목표

• 태양광 발전 및 배터리 저장장치를 갖춘 분산형 프로슈머로 인한 전력망 불안정성 증가 문제를 해결하기 위해.
• 배전망 내 전력망 운영자, 집합자, 프로슈머 간의 상충되는 이해관계를 조율하기 위해.
• 전력망 안정성을 확보하면서도 프로슈머의 경제적 이익을 유지하는 트랜잭티브 에너지 메커니즘을 설계하기 위해.
• 전력망 제약 조건과 운영 필요 조건을 반영한 가격 신호를 통해 공동 의사결정을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 전력망 운영자가 상위에, 집합자가 중간에, 프로슈머가 하위에 있는 계층적 트랜잭티브 에너지 프레임워크를 설계하였다.
• 집합자는 전력망 운영자와 트랜잭티브 가격 기반 메커니즘을 통해 상호작용하여 전력망 제약 조건을 충족시킨다.
• 전력망 제약 조건이 감지될 경우, 집합자는 프로슈머의 하우스 에너지 관리 시스템(HEMS)을 통해 프로슈머 행동에 영향을 주기 위해 가격 추가 요금을 적용한다.
• 가격 추가 요금은 시스템 혼잡도와 운영 필요 조건에 따라 동적으로 조정되어, 프로슈머가 부하를 이동시키거나 생산을 줄이도록 이끈다.
• 이 프레임워크는 프로슈머의 일정 조율를 전력망 안정성과 경제적 효율성과 일치시키는 마켓 클리어링 메커니즘을 사용한다.
• 다양한 프로슈머 침투율과 전력망 스트레스 시나리오에서의 성능 평가를 위해 시뮬레이션을 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전력망 운영자가 시스템 안정성을 해치지 않으면서 증가하는 프로슈머 참여를 효과적으로 관리할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 집합자가 전력망 제약 조건에 대응하여 프로슈머를 조율할 수 있는 가격 기반 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 프로슈머는 전력망 요구 조건을 준수하면서도 어떻게 경제적 이익을 유지할 수 있는가?
• RQ4 동적 가격 신호가 배전망 내 부하 형상 조절과 자립성에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 프레임워크는 동적으로 조정된 가격 신호를 통해 고비율의 프로슈머 참여 상황에서도 전력망 안정성을 유지하는 데 성공했다.
• HEMS를 통한 공동 일정 조율 덕분에 프로슈머는 상당한 비용 절감과 함께 자립성 향상을 달성했다.
• 가격 추가 요금 기반 메커니즘이 혼잡 상황에서 프로슈머의 부하를 효과적으로 이동시켜 전력망 스트레스를 감소시켰으며, 경제적 인센티브를 손상시키지 않았다.
• 시뮬레이션 결과는 프레임워크가 분포 전력망의 모든 수준에서 이해관계자 간의 균형을 유지함을 확인했다.