[论文解读] Decentralized P2P Energy Trading under Network Constraints in a Low-Voltage Network

Jaysson Guerrero, Archie C. Chapman+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 19, 2018

Smart Grid Energy Management参考文献 24被引用 6

一句话总结

本文提出了一种针对低压配电网的去中心化对等（P2P）电力交易机制，通过基于灵敏度的影响评估整合网络约束。通过使用基于功率转移分布因子（PTDF）和注入转移因子（ISF）的投标验证的连续双重拍卖机制，该方法确保交易不会违反电压或热极限，同时内部化网络损耗和阻塞成本——在不违反技术约束的前提下，使用户能源支出减少30.7%，并实现每日75.92美元的市场收益。

ABSTRACT

The increasing uptake of distributed energy resources (DERs) in distribution systems and the rapid advance of technology have established new scenarios in the operation of low-voltage networks. In particular, recent trends in cryptocurrencies and blockchain have led to a proliferation of peer-to-peer (P2P) energy trading schemes, which allow the exchange of energy between the neighbors without any intervention of a conventional intermediary in the transactions. Nevertheless, far too little attention has been paid to the technical constraints of the network under this scenario. A major challenge to implementing P2P energy trading is that of ensuring that network constraints are not violated during the energy exchange. This paper proposes a methodology based on sensitivity analysis to assess the impact of P2P transactions on the network and to guarantee an exchange of energy that does not violate network constraints. The proposed method is tested on a typical UK low-voltage network. The results show that our method ensures that energy is exchanged between users under the P2P scheme without violating the network constraints, and that users can still capture the economic benefits of the P2P architecture.

研究动机与目标

• 解决去中心化P2P电力交易平台中缺乏技术网络约束整合的问题。
• 确保对等电力交易不会在低压配电网中违反电压或热极限。
• 通过物理网络灵敏度分析，将网络阻塞和损耗成本内化到交易定价中。
• 在保持系统安全和运行极限的前提下，为产消者和消费者提供经济效益。
• 开发一种可扩展的去中心化市场机制，避免集中式最优潮流（OPF）的复杂性。

提出的方法

• 该方法通过功率转移分布因子（PTDF）和注入转移因子（ISF）进行灵敏度分析，以估算每笔交易对线路潮流和电压水平的影响。
• 每笔投标均通过PTDF和ISF实时验证，以确保结果功率注入不会超过热极限或引起过电压。
• 连续双重拍卖（CDA）机制实现了去中心化、实时的交易清算，无需集中优化。
• 双边交换系数（BEC）用于量化每笔交易的网络影响，并分配损耗和阻塞成本。
• 系统根据实时网络状况动态调整交易资格，确保物理可行性。
• 市场清算机制通过根据参与者对损耗和线路负载的贡献程度收费，将网络成本内化。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在尊重网络热极限和电压约束的前提下实施去中心化P2P电力交易？
• RQ2 对等电力交易对低压配电网中主动功率损耗和电压水平有何影响？
• RQ3 去中心化市场机制能否在不依赖集中式最优潮流（OPF）优化的情况下，内化网络阻塞和损耗成本？
• RQ4 与传统的切除策略相比，该方法在能源利用率和产消者收入方面表现如何？
• RQ5 去中心化P2P交易在保持系统安全的前提下，能在多大程度上降低用户能源成本？

主要发现

• 所提方法确保所有P2P交易均在电网约束范围内，未观察到过电压事件——电压水平保持在0.945 pu至1.022 pu之间。
• 系统实现了每日75.92美元的市场收益，与传统的分时电价（ToU）和上网电价（FiT）相比，用户能源支出降低了30.7%。
• 与基于跳闸的切除方法相比，产消者收入在P2P模式下增加了0.70美元，这是由于减少了能源溢出。
• 能源溢出从切除方法中的70%降低至P2P模式下的50%，表明分布式能源资源的利用率更高。
• 该方法成功地将网络成本内化，通过BEC和灵敏度因子将损耗和阻塞影响按交易分配。
• 基于CDA的机制表现出良好的可扩展性，避免了集中式OPF或DLMP模型的计算负担。