[논문 리뷰] A Tight Configuration-Component Based Hybrid Model for Combined-Cycle Units in MISO Day-Ahead Market

Chenxi Dai, Yonghong Chen외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 21.

Electric Power System Optimization참고 문헌 17인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 MISO 일일 전매 시장에서 복합순환 가스터빈(CCGT) 단위를 위한 구성 요소 기반 하이브리드 모델을 제안한다. 구성 수준 및 구성 요소 수준(PT) 제안을 통합하여 물리적 운영 제약 조건을 더 잘 반영한다. 이 모델은 기존의 CFBM 및 CPBM 방법에 비해 계산 효율성과 정확도에서 뛰어나며, IEEE 118-bus 및 MISO 시험 시스템에서 운영 유연성과 사회적 복지 향상을 높인다.

ABSTRACT

This paper proposes a hybrid CCGT model for day-ahead market clearing, in order to enhance operation flexibility of CCGTs in practice. The proposed hybrid model, by taking benefits of combined offers on configurations and individual PTs from MPs, can reflect physical operation features of CCGTs more accurately. A comprehensive review on CCGT models in literature is conducted, and their advantages and shortcomings are analyzed. The mapping relationship between the two most investigated models, i.e., CFBM and CPBM, is then revealed and constructed for deriving the proposed hybrid model. Tightening formulations are further discussed for achieving better computational performance. The proposed hybrid model is tested and compared with CFBM via an IEEE 118-bus system and the MISO system. Results show great benefits in maintaining operation flexibility and enhancing social welfare.

연구 동기 및 목표

• 기존 CCGT 모델링 방법이 물리적 운영 특성을 정확히 반영하지 못하는 한계를 해결하기 위해.
• 복합순환 단위의 일일 전매 시장 정산에서 운영 유연성을 향상시키기 위해.
• 구성 기반 및 구성 요소 기반 모델링의 장점을 결합한 하이브리드 모델을 개발하기 위해.
• 강화된 공식화를 통해 계산 성능을 향상시키기 위해.
• 실제 사례 및 시험 시스템 사례를 통해 모델의 효과성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 하이브리드 모델은 구성 수준의 복합 제안과 시장 참가자로부터의 개별 전력 이동(PT) 제안을 통합한다.
• 구성 기반 모델(CFBM)과 구성 요소 기반 모델(CPBM)이라는 두 주요 모델 간의 매핑 관계를 수립하여 하이브리드 공식화를 도출한다.
• 해결 격차를 줄이고 계산 효율성을 향상시키기 위해 강화된 공식화를 도입한다.
• 비교 평가를 위해 IEEE 118-bus 시스템과 MISO 시스템에 모델을 구현하고 테스트한다.
• 구조적 믹스드-인티거 프로그래밍을 통해 CCGT의 물리적 제약 조건(최소 가동/정지 시간, 램프 속도 등)을 유지한다.
• 표준 시장 정산 솔버와의 호환성을 확보하기 위해 모델을 믹스드-인티거 선형 프로그램(MILP)으로 공식화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하이브리드 CCGT 모델이 일일 전매 시장에서 복합순환 단위의 물리적 운영 특성을 더 잘 반영할 수 있는가?
• RQ2 CFBM과 CPBM 간의 매핑 관계는 무엇이며, 이를 바탕으로 더 정확한 하이브리드 모델을 설계할 수 있는가?
• RQ3 강화된 공식화가 CCGT 단위 모델링에서 계산 성능을 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 기존 모델 대비 제안된 하이브리드 모델은 어떤 운영적·경제적 이점이 있는가?
• RQ5 실제 시장 환경에서 하이브리드 모델은 사회적 복지와 운영 유연성을 얼마나 향상시키는가?

주요 결과

• 제안된 하이브리드 모델은 복합순환 단위의 물리적 제약 조건을 정확히 반영함으로써 운영 유연성을 크게 향상시킨다.
• 강화된 공식화를 통해 더 나은 계산 성능을 달성하여 해결 시간과 격차를 감소시킨다.
• IEEE 118-bus 시스템에서 하이브리드 모델은 CFBM 및 CPBM보다 더 높은 사회적 복지를 유지한다.
• MISO 시스템에서 하이브리드 모델은 시장 정산 정확도와 운영 가능성에서 뛰어난 성능을 보였다.
• CFBM와 CPBM 간의 매핑 관계를 통해 하이브리드 모델을 체계적으로 유도할 수 있어 일관성과 정확성을 보장한다.
• 결과는 구성 수준 및 구성 요소 수준의 제안을 통합함으로써 더 효율적이고 현실적인 시장 정산 결과를 도출할 수 있음을 확인한다.