[논문 리뷰] Pricing Multi-Interval Dispatch under Uncertainty Part I: Dispatch-Following Incentives

Ye Guo, Cong Chen외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 13.

Electric Power System Optimization참고 문헌 14인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 예측 불확실성 하에서 다중 간격 경제적 운용에서 에너지와 램프링 유도 기회비용을 모두 반영하는 비균일 가격 설정 메커니즘인 시간적 위치별 마진가격(TLMP)을 제안한다. TLMP는 차별적 시장 외 보상이 필요로 하지 않으며, 예측 정확도에 관계없이 완전한 운용 이행 인센티브를 보장하여 이윤 극대화를 추구하는 발전소가 정직하게 입찰하도록 한다.

ABSTRACT

Pricing multi-interval economic dispatch of electric power under operational uncertainty is considered in this two-part paper. Part I investigates dispatch-following incentives of profit-maximizing generators and shows that, under mild conditions, no uniform-pricing scheme for the rolling-window economic dispatch provides dispatch-following incentives that avoid discriminative out-of-the-market uplifts. A nonuniform pricing mechanism, referred to as the temporal locational marginal pricing (TLMP), is proposed. As an extension of the standard locational marginal pricing (LMP), TLMP takes into account both generation and ramping-induced opportunity costs. It eliminates the need for the out-of-the-market uplifts and guarantees full dispatch-following incentives regardless of the accuracy of the demand forecasts used in the dispatch. It is also shown that, under TLMP, a price-taking market participant has incentives to bid truthfully with its marginal cost of generation. Part II of the paper extends the theoretical results developed in Part I to more general network settings. It investigates a broader set of performance measures, including the incentives of the truthful revelation of ramping limits, revenue adequacy of the operator, consumer payments, generator profits, and price volatility under the rolling-window dispatch model with demand forecast errors.

연구 동기 및 목표

• 수요 예측 오차와 램프링 제약 조건이 존재하는 윤곽 창 경제적 운용에서 운용 이행 인센티브의 부족을 해결한다.
• 예측이 정확하지 않을 경우 인센티브 호환성을 유지하는 데에 한계가 있는 균일 가격 체계(예: R-LMP)의 근본적 한계를 규명한다.
• 시장 정산 과정 내에서 램프링 비용을 내재화하여 시장 외 보상이 필요 없도록 하는 비균일 가격 설정 메커니즘을 제안한다.
• 이윤 극대화를 추구하는 발전소가 운용에서 이탈하거나 램프링 한계를 잘못 신고할 유인이 없도록 보장한다.
• 예측 불확실성이 존재하는 실세계 전력 시스템 운영에 적용 가능한 강력하고 인센티브 호환성 있는 가격 설정 메커니즘의 이론적 기초를 확립한다.

제안 방법

• 시간 간격 간의 램프링 제약 조건과 예측 오차를 고려한 윤곽 창 경제적 운용 모델을 도입한다.
• 모든 발전소와 시간 간격에 대해 균일하게 적용되는 표준 윤곽 창 LMP(R-LMP)를 정의한다.
• 경제적 운용 최적화의 이중 변수에서 유도된 비균일 가격 설정 메커니즘인 TLMP를 수립하며, 이는 에너지 비용과 램프링 기인 기회비용을 모두 반영한다.
• 램프링 제약 조건의 색다운 가격을 사용하여 향후 램프링 지원을 위해 발전을 보류하는 데서 발생하는 비용을 반영한다.
• 이중성 이론과 한계비용 가격 설정 원리를 활용해 TLMP 하에서의 인센티브 구조를 분석한다.
• 이론적 분석과 수치적 운용 및 가격 설정 결과를 포함한 예시를 통해 TLMP를 R-LMP 및 기타 기준 기준과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 간격 운용에서 임의의 수요 예측 오차가 존재하는 상황에서 R-LMP와 같은 균일 가격 체계가 운용 이행 인센티브를 보장할 수 있는가?
• RQ2 램프링 제약 조건과 예측 불확실성이 존재할 경우 균일 가격 체계가 정직한 입찰과 운용 이행 인센티브를 유지하지 못하는 이유는 무엇인가?
• RQ3 램프링 유도 기회비용을 내재화하고 시장 외 보상이 필요 없도록 하는 비균일 가격 체계를 설계할 수 있는가?
• RQ4 TLMP는 이윤 극대화를 추구하는 발전소가 운용에서 이탈하거나 램프링 한계를 잘못 보고할 유인이 없음을 보장하는가?
• RQ5 CIMP 및 FRP와 같은 기존 체계와 비교할 때 TLMP는 인센티브 호환성과 시장 효율성 측면에서 어떤가?

주요 결과

• 윤곽 창 운용을 위한 어떤 균일 가격 체계도 시장 외의 차별적 보상에 의존하지 않고서는 임의의 수요 예측 오차 하에서도 운용 이행 인센티브를 보장할 수 없다.
• TLMP는 LMP의 비균일 확장으로서, 운용 최적화의 이중 변수를 통해 에너지 비용과 램프링 기인 기회비용을 모두 반영한다.
• TLMP 하에서 발전소는 발전을 보류함으로써 발생하는 기회비용을 완전히 보상받기 때문에 시장 외 보상이 필요로 하지 않는다.
• TLMP 하에서는 예측 오차가 임의로 존재하더라도 이윤 극대화를 추구하는 발전소가 운용에서 이탈할 유인이 없다.
• 가격 수용자인 발전소는 TLMP 하에서는 자신의 발전 한계비용에 맞게 정직하게 입찰할 인센티브를 가지며, R-LMP와는 달리 이와 같은 인센티브가 없다.
• 수치 예제에서 G2는 1번 간격에서 LMP보다 $5/MWh 높은 가격을 받으며, 이는 기회비용을 완전히 보상하는 바이며, TLMP 하에서는 이러한 보상이 필요로 하지 않는다.