[논문 리뷰] Exogenous Approach to Grid Cost Allocation in Peer-to-Peer Electricity Markets

Thomas Baroche, Pierre Pinson외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 06.

Smart Grid Energy Management참고 문헌 9인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 피어 투 피어(P2P) 전력 시장에서 네트워크 사용 비용을 할당하기 위해 외생적이고 시장 기반의 접근 방식을 제안한다. 이는 균일, 지구별, 전기적 거리 기반의 세 가지 별도의 비용 할당 메커니즘을 사용한다. 이러한 수수료를 분산 최적화 프레임워크 내의 제품 차별화 요소로 통합함으로써, 물리적 제약을 직접 강제하지 않고도 네트워크 혼잡도를 줄이도록 참가자를 유인한다. 주요 기여는 전기적 거리 기반 수수료가 선로 과부하를 가장 효과적으로 줄이고 비용 회수를 가능하게 한다는 것을 시뮬레이션을 통해 입증한 것이다. IEEE 39-bus 시스템에서의 결과가 이를 뒷받iesen다.

ABSTRACT

The deployment of distributed energy resources, combined with a more proactive demand side, is inducing a new paradigm in power system operation and electricity markets. Within a consumer-centric market framework, peer-to-peer approaches have gained substantial interest. Peer-to-peer markets rely on multi-bilateral direct negotiation among all players to match supply and demand, and with product differentiation. These markets can yield a complete mapping of exchanges onto the grid, hence allowing to rethink our approach to sharing costs related to usage of common infrastructure and services. We propose here to attribute such costs in a number of alternative ways that reflects different views on usage of the grid and on cost allocation, i.e., uniformly and based on the electrical distance between players. Since attribution mechanisms are defined in an exogenous manner and made transparent they eventually affect the trades of the market participants and related grid usage. The interest of our approach is illustrated on a test case using the IEEE 39 bus test system, underlying the impact of attribution mechanisms on trades and grid usage.

연구 동기 및 목표

• 발전하는 소비자 중심의 피어 투 피어 전력 시장에서 네트워크 비용 할당 메커니즘이 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 물리적 제약을 직접 강제하지 않고도 시장 결과에 영향을 주는 투명하고 외생적인 네트워크 사용 비용 할당 방법을 제안하기 위해.
• 다양한 비용 할당 메커니즘이 P2P 시장 프레임워크 내에서 시장 효율성, 그리드 활용도 및 비용 회수에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 시스템 운영자가 원하는 혼잡도 수준과 수익 수준을 고려해 네트워크 수수료를 설정할 수 있는 실용적인 도구를 제공하기 위해.

제안 방법

• 네트워크 사용 수수료를 별개의 제품 특성으로 간주하는 제품 차별화를 포함한 P2P 시장 구조를 수립한다.
• 세 가지 외생적 비용 할당 메커니즘을 도입한다: MWh당 균일 수수료, 사전 정의된 지구 기반 수수료, 전력 전송 분배 요인에서 유도된 전기적 거리 기반 수수료.
• 각 참가자가 국지 최적화 문제를 해결하면서도 전역 시장 정산 조건을 만족시키는 분산 최적화 알고리즘을 사용하여 시장을 정산한다.
• DC 전력 흐름 모델을 사용하여 선로 적재율과 시장 결과의 타당성을 평가한다.
• 네트워크 수수료를 시장 매개변수로 적용하여 참가자의 거래 의사결정에 영향을 주고, 이로써 그리드 사용 패턴을 형성한다.
• IEEE 39-bus 시스템에서 다양한 수수료 수준을 적용하여 시장 결과를 시뮬레이션하고 혼잡도 및 수익 결과를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 외생적 비용 할당 메커니즘이 P2P 전력 시장에서 네트워크 혼잡도 수준에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 물리적 제약을 직접 강제하지 않고도, 제품 차별화 요소로 적용된 네트워크 사용 수수료가 선로 과부하를 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ3 어느 비용 할당 메커니즘이 시스템 운영자 입장에서 혼잡도 감소와 비용 회수 사이의 가장 효율적인 트레이드오프를 제공하는가?
• RQ4 시스템 운영자는 수수료 설정 메커니즘을 시장의 유연성과 네트워크 안정성의 균형을 맞추는 실용적인 도구로 활용할 수 있는가?
• RQ5 시장의 유연성이 수수료 수준, 확보된 수익, 달성 가능한 혼잡도 감소 간의 관계에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 전기적 거리 기반 비용 할당 정책은 평균 및 최대 선로 사용률을 균일 또는 지구별 수수료보다 더 효과적으로 낮춰 더 낮은 혼잡도 수준을 이끌어냈다.
• 높은 네트워크 수수료 수준에서, 세 정책 모두 선로 사용률이 선형적으로 감소했지만, 전기적 거리 정책이 참가자들에게 더 낮은 과도한 비용을 유발하면서도 타당한 시장 결과를 달성했다.
• 지구별 비용 할당 정책은 균일 정책보다 혼잡도를 더 효과적으로 완화하지 못했으며, 가장 과부하가 걸린 선로가 하나의 지구 내에 위치해 있었기 때문이다.
• 균일 수수료 정책에서는 확보된 수익에 국소 최대값이 관찰되어, 시장의 유연성과 비용 회수 잠재력 사이의 트레이드오프를 시사했다.
• 시스템 운영자는 수수료 수준, 선로 사용률, 확보된 수익 간의 그래픽적 관계를 활용하여 원하는 혼잡도 및 수익 목표를 달성할 수 있는 최적의 수수료를 설정할 수 있다.