[论文解读] A Multi-Period Market Design for Markets with Intertemporal Constraints

Jinye Zhao, Tongxin Zheng+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2018

Electric Power System Optimization参考文献 16被引用 4

一句话总结

本文提出了一种新颖的多期市场设计，将远期市场与现货市场相结合，以优化具有时间跨期约束的资源（如储能设备和燃料受限发电机组）的调度与定价。通过协调远期计划与机会成本，该模型实现了经济效率、调度跟随激励以及可靠性，其数值测试结果优于短视方法。

ABSTRACT

The participation of renewable, energy storage, and resources with limited fuel inventory in electricity markets has created the need for optimal scheduling and pricing across multiple market intervals for resources with intertemporal constraints. In this paper, a new multi-period market model is proposed to enhance the efficiency of markets with such type of resources. It is also the first market design that links a forward market and a spot market through the coordination of schedule and price under the multi-period paradigm, achieving reliability, economic efficiency and dispatch-following incentives simultaneously. The forward market solves a multi-period model with a long look-ahead time horizon whereas the spot market solves a series of multi-period dispatch and pricing problems with a shorter look-ahead time horizon on a rolling basis. By using the forward schedules and opportunity costs of intertemporal constraints as a guideline, the spot market model is able to produce economically efficient dispatch solutions as well as prices that incentivize dispatch following under the perfect forecast condition. The proposed scheme is applied to the dispatch and pricing of energy storage resources. Numerical experiments show that the proposed scheme outperforms the traditional myopic method in terms of economic efficiency, dispatch following and reliability.

研究动机与目标

• 解决电力市场中具有时间跨期约束的资源在调度与定价方面的高效问题。
• 设计一种在多期框架下协调远期市场与现货市场的市场机制。
• 在确保经济效率与系统可靠性的同时，提供调度跟随激励。
• 提供一种可扩展且理论基础扎实的市场设计，适用于可再生能源与储能的集成。

提出的方法

• 远期市场求解一个长期多期优化问题，以确定具有时间跨期约束的资源的调度计划与机会成本。
• 现货市场采用滚动时域方法，以较短时间窗口实时求解调度与定价问题。
• 远期市场中的机会成本被用作现货市场中的指导依据，以使现货决策与长期计划保持一致。
• 该模型确保价格信号在完美预测条件下激励参与者遵循调度指令。
• 基于混合整数线性规划（MILP）的数学公式被用于表示多期调度与定价问题。
• 该设计确保市场出清能够清理由所有投标与报价，同时遵守网络与物理约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何协调远期市场与现货市场，以提升具有时间跨期约束市场的效率？
• RQ2 机会成本在使现货市场决策与长期计划保持一致方面发挥什么作用？
• RQ3 多期市场设计能否同时实现经济效率、可靠性与调度跟随激励？
• RQ4 与传统短视市场设计相比，该方案在性能指标上的表现如何？
• RQ5 预测精度对所提出市场机制有效性的影响是什么？

主要发现

• 在数值实验中，所提出的市场设计相比传统短视方法显著提升了经济效率。
• 在完美预测条件下，调度跟随激励得到有效实现，确保参与者遵循调度指令。
• 通过尊重储能设备的充放电限制与燃料库存边界等时间跨期约束，该模型维持了系统可靠性。
• 利用远期市场计划与机会成本可减少现货市场出清中的低效现象，并改善协调性。
• 该方案在各种测试案例中表现出稳健性能，包括高比例可再生能源与储能资源的情景。
• 数值结果证实，多期方法在所有关键性能维度上均优于单期或短视替代方案。