[論文レビュー] Decentralized P2P Energy Trading under Network Constraints in a Low-Voltage Network

Jaysson Guerrero, Archie C. Chapman+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 19, 2018

Smart Grid Energy Management参考文献 24被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、感度に基づく影響評価を用いてネットワーク制約を統合する、低圧配電網向けの分散型ピアツーピア（P2P）エネルギー取引メカニズムを提案する。連続二重入札（CDA）と、電力送電分布係数（PTDF）およびインジェクションシフト係数（ISF）に基づく入札検証を用いることで、取引が電圧制限や熱的制限に違反しないことを保証するとともに、ネットワーク損失および混雑コストを内部化する。その結果、ユーザーのエネルギー費用は30.7％削減され、技術的制約に違反せずに1日あたり75.92ドルの市場的利益が得られた。

ABSTRACT

The increasing uptake of distributed energy resources (DERs) in distribution systems and the rapid advance of technology have established new scenarios in the operation of low-voltage networks. In particular, recent trends in cryptocurrencies and blockchain have led to a proliferation of peer-to-peer (P2P) energy trading schemes, which allow the exchange of energy between the neighbors without any intervention of a conventional intermediary in the transactions. Nevertheless, far too little attention has been paid to the technical constraints of the network under this scenario. A major challenge to implementing P2P energy trading is that of ensuring that network constraints are not violated during the energy exchange. This paper proposes a methodology based on sensitivity analysis to assess the impact of P2P transactions on the network and to guarantee an exchange of energy that does not violate network constraints. The proposed method is tested on a typical UK low-voltage network. The results show that our method ensures that energy is exchanged between users under the P2P scheme without violating the network constraints, and that users can still capture the economic benefits of the P2P architecture.

研究の動機と目的

• 分散型P2Pエネルギー取引プラットフォームにおける技術的ネットワーク制約統合の欠如に対処すること。
• ピアツーピアエネルギー取引が低圧配電網における電圧制限や熱的制限に違反しないように保証すること。
• 物理的ネットワーク感度分析を用いて、ネットワーク混雑および損失コストを取引価格に内部化すること。
• プロシューマーおよび消費者に経済的利益をもたらすと同時に、システムの安全性および運用制限を維持すること。
• 集中型最適潮流（OPF）の複雑さを回避するスケーラブルな分散型市場メカニズムを開発すること。

提案手法

• 各取引が線路潮流および電圧プロファイルに与える影響を推定するために、電力送電分布係数（PTDF）およびインジェクションシフト係数（ISF）を用いた感度分析を実施する。
• 各入札は、PTDFおよびISFを用いてリアルタイムで検証され、その結果としての電力注入が熱的制限を超えないか、過電圧を引き起こさないかを確認する。
• 連続二重入札（CDA）メカニズムにより、集中最適化を用いずに分散型でリアルタイムに取引を清算する。
• 二重取引係数（BEC）を用いて、各取引のネットワークへの影響を定量化し、損失および混雑コストを割り当てる。
• システムはリアルタイムのネットワーク状態に基づいて取引の有効性を動的に調整し、物理的妥当性を保証する。
• 市場清算メカニズムにより、損失および線路負荷への貢献度に基づいて参加者にコストを課し、ネットワークコストを内部化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散型P2Pエネルギー取引は、どのようにしてネットワークの熱的および電圧制約を尊重しながら実装可能か？
• RQ2 ピアツーピアエネルギー取引は、低圧配電網における有効電力損失および電圧プロファイルにどのような影響を与えるか？
• RQ3 集中型最適潮流（OPF）最適化に依存せずに、分散型市場メカニズムがネットワーク混雑および損失コストを内部化できるか？
• RQ4 本手法は、従来の遮断に基づく戦略と比較して、エネルギー利用効率およびプロシューマー収入の観点でどのように異なるか？
• RQ5 分散型P2P取引は、システムの安全性を維持しつつ、ユーザーのエネルギー費用をどの程度削減できるか？

主な発見

• 提案手法は、すべてのP2P取引がネットワーク制約内に保たれることを保証しており、過電圧事象は観測されなかった。電圧レベルは0.945 puから1.022 puの範囲に維持された。
• システムは1日あたり75.92ドルの市場利益を達成し、従来の時制電力（ToU）および買取制度（FiT）レートと比較して、ユーザーのエネルギー費用が30.7％削減された。
• トリッピングに基づく遮断法と比較して、プロシューマーの収入はP2Pケースで0.70ドル増加した。これはエネルギーの無駄遣いが減少したためである。
• エネルギーの無駄遣いは、遮断法における70％からP2Pケースでは50％に削減され、分散型エネルギー資源の利用効率が向上したことを示している。
• 本手法は、BECおよび感度係数を用いて、損失および混雑影響を取引ごとに正確に内部化した。
• CDAに基づくメカニズムはスケーラビリティを示し、集中型OPFやDLMPモデルの計算負荷を回避した。