[论文解读] Flexible Market for Smart Grid: Coordinated Trading of Contingent Contracts

Junjie Qin, Ram Rajagopal+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2017

Smart Grid Energy Management参考文献 23被引用 8

一句话总结

本文提出了一种灵活、协调的多边电力市场交易框架，支持代理在不确定条件下进行或有条件交易（即能源交付取决于不确定条件），并通过系统运营商（SO）仅削减违反网络约束的交易来确保系统可靠性。该过程实现了经济效率并内生发现节点边际电价（LMPs），无需集中定价，支持在不确定性下的Arrow-Debreu均衡。

ABSTRACT

A coordinated trading process is proposed as a design for an electricity market with significant uncertainty, perhaps from renewables. In this process, groups of agents propose to the system operator (SO) a contingent buy and sell trade that is balanced, i.e. the sum of demand bids and the sum of supply bids are equal. The SO accepts the proposed trade if no network constraint is violated or curtails it until no violation occurs. Each proposed trade is accepted or curtailed as it is presented. The SO also provides guidance to help future proposed trades meet network constraints. The SO does not set prices, and there is no requirement that different trades occur simultaneously or clear at uniform prices. Indeed, there is no price-setting mechanism. However, if participants exploit opportunities for gain, the trading process will lead to an efficient allocation of energy and to the discovery of locational marginal prices (LMPs). The great flexibility in the proposed trading process and the low communication and control burden on the SO may make the process suitable for coordinating producers and consumers in the distribution system.

研究动机与目标

• 设计一种市场机制，以支持高比例可再生能源渗透电力系统中的灵活或有条件合约。
• 在无需统一定价或同步清算的情况下，实现资源的高效配置。
• 通过SO对网络约束的监控和对违规交易的削减，确保电力系统安全。
• 通过市场参与者的自利交易行为，内生发现节点边际电价（LMPs）。
• 在随机、不确定的市场环境中，支持Arrow-Debreu均衡。

提出的方法

• 参与者向系统运营商（SO）提交多边、或有条件交易（例如，能源交付取决于天气或负荷情景）的提案。
• SO评估每项提议交易是否违反网络约束，并据此接受或削减该交易。
• SO向参与者提供实时网络阻塞反馈，以指导未来的交易提案。
• 该过程迭代识别出有利可图的交易方向，直至无法再进行更高效的交易。
• 该方法依赖于随机经济调度框架来定义效率基准。
• SO不设定价格、不收集成本数据，也不干预经济决策——仅确保系统可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 去中心化的或有条件交易过程是否能在高不确定性的智能电网中实现高效的能源配置？
• RQ2 在允许灵活、非标准化合约的同时，如何维持网络安全性？
• RQ3 节点边际电价（LMPs）是否可以通过市场行为内生发现，而非通过集中计算？
• RQ4 所提出的交易过程是否收敛到与基准社会福利最大化问题相匹配的高效经济调度？
• RQ5 该过程是否能在不确定性下支持Arrow-Debreu均衡？

主要发现

• 协调的交易过程收敛到与集中式随机经济调度问题解一致的高效经济调度。
• 示例中最终累计的交易结果与基准社会福利最大化问题（11）的最优解相匹配。
• 通过本地参与者的边际成本，该过程内生发现最优的节点边际电价（LMPs）。
• 最终结果支持Arrow-Debreu均衡，证实了该市场在不确定性下的理论效率。
• 系统运营商的角色极为有限——仅削减违反网络约束的交易并提供反馈，不设定价格或收集成本数据。
• 该框架支持电网开放接入，促进市场竞争，并支持分布式能源资源和灵活负荷的采用。