[论文解读] An Interactive Transactive Energy Mechanism Integrating Grid Operators, Aggregators and Prosumers

Peng Hou, Guangya Yang+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2019

Smart Grid Energy Management参考文献 20被引用 4

一句话总结

本文提出了一种创新的综合能源管理框架，通过两级定价机制整合电网运营商、聚合商和产消者，以在经济激励与电网安全之间取得平衡。通过在电网约束出现时，允许聚合商利用价格加成来协调产消者，该框架在确保电网稳定的同时，维持了产消者的成本节约和自给自足目标，仿真结果已验证其有效性。

ABSTRACT

With the decreasing cost of solar photovoltaics (PV) and battery storage systems, more and more prosumers appear in the distribution systems. Accompanying with it is the trend of using home energy management systems (HEMS). HEMS technologies can help the households to schedule their energy prosumption with aims such as reduced electricity bills or increased self-sufficiency. However, their economic-driven operation can affect the grid security. Therefore, it is paramount to design a framework that can accommodate the interests of the key stakeholders in distribution systems, namely the grid operators, aggregators, and prosumers. In this paper, a novel transactive energy based operational framework is proposed. On the upper level, aggregators will interact with distribution grid operators through transactive approach to ensure the grid interests are satisfied. If there are grid issues, the aggregator will interact with the prosumers through a designed price adder. The simulation results indicate that the proposed framework can effectively accommodate the prosumers operation in distribution systems while keeping the key stakeholders interests.

研究动机与目标

• 解决由具有太阳能光伏和储能的分布式产消者引起的电网不稳定性日益加剧的挑战。
• 调和配电网中电网运营商、聚合商和产消者之间的利益冲突。
• 设计一种综合能源机制，确保电网安全的同时保留产消者的经济收益。
• 通过反映电网约束和运行需求的价格信号，实现协调决策。

提出的方法

• 设计了一种分层的综合能源管理框架，电网运营商位于顶层，其下为聚合商，产消者位于底层。
• 聚合商通过综合定价机制与电网运营商互动，以确保满足电网约束条件。
• 当检测到电网约束时，聚合商通过其家庭能源管理系统（HEMS）应用价格加成，以影响产消者的行为。
• 价格加成根据系统阻塞程度和运行需求动态调整，以引导产消者实现负荷转移或削减。
• 该框架采用市场出清机制，使产消者的调度与电网安全和经济效率保持一致。
• 通过仿真评估了该框架在不同产消者渗透率和电网压力情景下的性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 电网运营商如何在不损害系统安全的前提下，有效管理日益增加的产消者参与？
• RQ2 何种定价机制可使聚合商在电网约束下协调产消者行为？
• RQ3 产消者如何在遵守电网要求的同时维持经济收益？
• RQ4 动态价格信号对配电网中负荷形态塑造与自给自足的影响如何？

主要发现

• 所提出的框架通过动态调整价格信号，在高比例产消者渗透下成功维持了电网安全。
• 通过HEMS实现的协调调度，产消者实现了显著的成本节约和自给自足水平提升。
• 价格加成机制在电网阻塞期间有效转移了产消者负荷，减轻了电网压力，同时未损害经济激励。
• 仿真结果证实，该框架在配电网各层级均实现了利益相关方的平衡。