[论文解读] A Stochastic Electricity Market Clearing Formulation with Consistent Pricing Properties

Ví­ctor M. Zavala, Kibaek Kim+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2015

Electric Power System Optimization参考文献 21被引用 8

一句话总结

本文提出了一种随机电力市场出清公式，通过惩罚日前与实时能量电量之间的偏差，确保日前与实时定价的一致性。证明了价格扭曲程度受报价价格的限制，且当扭曲消失时，日前电量将收敛至实时电量的分位数，显著减少补偿支付并改善确定性模型的经济激励。

ABSTRACT

We argue that deterministic market clearing formulations introduce arbitrary distortions between day-ahead and expected real-time prices that bias economic incentives and block diversification. We extend and analyze the stochastic clearing formulation proposed by Pritchard et al. (2010) in which the social surplus function induces penalties between day-ahead and real-time quantities. We prove that the formulation yields price distortions that are bounded by the bid prices, and we show that adding a similar penalty term to transmission flows and phase angles ensures boundedness throughout the network. We prove that when the price distortions are zero, day-ahead quantities converge to the quantile of real-time counterparts. The undesired effects of price distortions suggest that stochastic settings provide significant benefits over deterministic ones that go beyond social surplus improvements. We propose additional metrics to evaluate these benefits.

研究动机与目标

• 解决由确定性出清公式引起的日前与实时电力市场之间的价格扭曲问题。
• 消除人为导致的价格扭曲，避免经济激励偏差并提升市场效率。
• 通过在随机优化框架中对电量偏差施加惩罚项，确保价格扭曲有界。
• 证明当价格扭曲最小化时，日前电量会收敛至实时电量的分位数。
• 评估随机公式相较于确定性公式的改进，超越社会总 surplus 的提升。

提出的方法

• 构建一个随机市场出清问题，以最小化预期社会总 surplus，同时对日前与实时电量之间的偏差施加惩罚。
• 引入对发电与负荷在日前与实时计划之间偏差的惩罚项，以确保价格一致性。
• 将公式扩展至包含输电潮流与相角偏差，确保整个网络中扭曲程度有界。
• 利用随机规划的对偶变量推导出一致的日前与实时价格，确保经济激励与系统运行保持一致。
• 将模型应用于 IEEE-118 节点系统，并与确定性公式进行对比，量化补偿支付与价格扭曲。
• 采用线性规划求解器计算解，并通过不同算法分析对偶解，评估退化性与价格收敛性。

实验结果

研究问题

• RQ1 确定性市场出清公式如何在日前与实时市场之间引入任意的价格扭曲？
• RQ2 带有电量偏差惩罚项的随机市场出清公式能否确保日前与实时价格的有界且一致？
• RQ3 价格扭曲与日前市场中实时电量分位数之间存在何种关系？
• RQ4 与确定性模型相比，随机公式在多大程度上减少了补偿支付？
• RQ5 对潮流与相角施加的网络级惩罚如何影响价格一致性与扭曲界限？

主要发现

• 在 IEEE-118 系统中，与确定性公式相比，随机公式的补偿支付减少了四倍。
• 最大价格扭曲从确定性情况下的 2.331 降低至随机公式的 0.003，接近于零。
• ISO 收入从 -2306 降低至 -2009，表明财务稳定性得到改善。
• 当价格扭曲为零时，日前电量收敛至实时电量的分位数，与理论预期一致。
• 对网络潮流与相角的惩罚参数可设为任意小值，而不影响社会总 surplus，从而以低成本实现一致定价。
• 对偶单纯形法与原始单纯形法均得到一致的对偶解，证实了价格收敛性与公式的鲁棒性。