[論文レビュー] Pricing Multi-Interval Dispatch under Uncertainty Part I: Dispatch-Following Incentives

Ye Guo, Cong Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2019

Electric Power System Optimization参考文献 14被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、予測不確実性下でのマルチインターバル経済 dispatch において、エネルギーおよびラーピング誘発型機会費用を捉える非一様価格設定メカニズム、Temporal Locational Marginal Pricing (TLMP) を提案する。TLMP は差別的でない市場外の補填を不要とし、予測精度にかかわらず完全なディスpatch従順インセンティブを保証する。これにより、利益最大化を志向する発電所による真実の入札が保証される。

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.

研究の動機と目的

• 需要予測誤差およびラーピング制約が存在するローリングウインドウ型マルチインターバル経済 dispatch において、ディスパッチ従順インセンティブの欠如を解決すること。
• 予測が不正確な場合にインcentive-compatible を維持できない、均一価格方式（例：R-LMP）の根本的限界を特定すること。
• 市場清算プロセス内にラーピングコストを内生化することで、市場外補填を排除する非一様価格設定メカニズムを提案すること。
• 利益最大化を志向する発電所がディスパッチから逸脱する、またはラーピング制限を不正に報告するインセンティブを持たないことを保証すること。
• 予測不確実性を伴う現実の電力系統運用に適用可能な、強固でインセンティブ-compatible な価格設定メカニズムの理論的基盤を確立すること。

提案手法

• 時間的相互依存性を有するラーピング制約と予測誤差を含むローリングウインドウ型経済 dispatch モデルを導入する。
• 標準的なローリングウインドウ型 LMP（R-LMP）を発電所および時間区間全体にわたる均一価格設定メカニズムとして定義する。
• 経済 dispatch 最適化問題の双対変数から導出される非一様価格設定メカニズム、TLMP を定式化し、エネルギーおよびラーピング機会費用を捉える。
• ラーピング制約のシャドウプライスを用いて、将来のラーピング支援のための発電量の抑止に伴うコストを反映する。
• 双対性理論および限界費用価格設定の原則を用いて、TLMP 下でのインセンティブ構造を分析する。
• 理論的分析と数値的ディスパッチ・価格結果を示す例題を用いて、TLMP を R-LMP や他のベンチマーク方式と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 任意の需要予測誤差が存在するマルチインターバルディスパッチにおいて、R-LMP のような均一価格設定方式がディスパッチ従順インセンティブを保証できるか？
• RQ2 ラーピング制約と予測不確実性が存在する状況で、なぜ均一価格設定が真実の入札およびディスパッチ従順インセンティブを維持できないのか？
• RQ3 ラーピング誘発型機会費用を内生化し、市場外補填の必要を排除できる非一様価格設定メカニズムを設計可能か？
• RQ4 TLMP は利益最大化を志向する発電所がディスパッチから逸脱する、またはラーピング制限を不正に報告するインセンティブを持たないことを保証するか？
• RQ5 CIMP や FRP といった既存の方式と比較して、TLMP はインセンティブ適合性および市場効率性においてどのように異なるか？

主な発見

• ローリングウインドウ型ディスパッチにおけるいかなる均一価格設定方式でも、差別的でない市場外補填に依存しない限り、ディスパッチ従順インセンティブを保証できない。
• TLMP は LMP の非一様拡張として、ディスパッチ最適化問題の双対変数を用いて、エネルギーおよびラーピング誘発型機会費用を捉える。
• TLMP では、発電量を抑止することに起因する機会費用が発電所に対して完全に補填されるため、市場外補填の必要がなくなる。
• TLMP では、任意の予測誤差が存在する状況下でも、利益最大化を志向する発電所がディスパッチから逸脱するインセンティブを持たない。
• 価格受容型発電所は、TLMP では自らの発電限界費用に応じて真実に入札するインセンティブを持つが、R-LMP ではそうではない。
• 数値例では、G2 はラーピング制約のため第1区間で LMP より 5$/MWh 高く支払われ、機会費用が完全に補填されている。一方、TLMP では同様の補填は不要である。