[论文解读] Exogenous Approach to Grid Cost Allocation in Peer-to-Peer Electricity Markets

Thomas Baroche, Pierre Pinson+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2018

Smart Grid Energy Management参考文献 9被引用 15

一句话总结

本文提出一种外生的、基于市场的电网使用成本分配方法，应用于点对点（P2P）电力市场，采用三种不同的成本分摊机制：统一费率、区域费率和基于电气距离的费率。通过将这些费率作为产品差异化参数嵌入分布式优化框架，该方法激励参与者减少网络阻塞，而无需直接强制执行物理约束。关键贡献在于证明基于电气距离的费率最有效地降低线路过载，同时实现成本回收，仿真结果基于IEEE 39节点系统得出。

ABSTRACT

The deployment of distributed energy resources, combined with a more proactive demand side, is inducing a new paradigm in power system operation and electricity markets. Within a consumer-centric market framework, peer-to-peer approaches have gained substantial interest. Peer-to-peer markets rely on multi-bilateral direct negotiation among all players to match supply and demand, and with product differentiation. These markets can yield a complete mapping of exchanges onto the grid, hence allowing to rethink our approach to sharing costs related to usage of common infrastructure and services. We propose here to attribute such costs in a number of alternative ways that reflects different views on usage of the grid and on cost allocation, i.e., uniformly and based on the electrical distance between players. Since attribution mechanisms are defined in an exogenous manner and made transparent they eventually affect the trades of the market participants and related grid usage. The interest of our approach is illustrated on a test case using the IEEE 39 bus test system, underlying the impact of attribution mechanisms on trades and grid usage.

研究动机与目标

• 解决新兴以消费者为中心的点对点电力市场中缺乏电网成本分摊机制的问题。
• 提出一种透明的、外生的网络使用成本归属方法，影响市场结果而不强制执行物理约束。
• 评估不同成本分摊机制对P2P市场框架下市场效率、电网利用率和成本回收的影响。
• 为系统运营商提供一种实用工具，根据期望的阻塞水平和收入目标设定网络费率。

提出的方法

• 构建一个具有产品差异化的P2P市场，将网络使用费率视为独立的产品属性。
• 引入三种外生成本分摊机制：每兆瓦时统一费率、基于预设区域的区域费率，以及基于功率转移分布因子的电气距离费率。
• 使用分布式优化算法进行市场出清，每位参与者在遵守全局市场出清条件的前提下求解本地优化问题。
• 采用直流潮流模型对电网进行建模，以评估线路负载情况和市场结果的可行性。
• 将网络费率作为影响参与者交易意愿的市场参数，从而塑造电网使用模式。
• 在IEEE 39节点系统上对不同费率水平下的市场结果进行仿真，比较阻塞和收入结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同外生成本分摊机制如何影响P2P电力市场中的网络阻塞水平？
• RQ2 作为产品差异化参数应用的网络使用费率，在不强制执行物理约束的情况下，能在多大程度上减少线路过载？
• RQ3 哪种成本分摊机制能为系统运营商在减少电网阻塞和成本回收之间实现最有效的权衡？
• RQ4 系统运营商能否将费率设定机制作为实用工具，以平衡市场灵活性与网络安全性？
• RQ5 市场的灵活性如何影响费率水平、所收集收入与可实现阻塞减少之间的关系？

主要发现

• 基于电气距离的成本分摊政策比统一费率或区域费率更有效地降低线路的平均和最大负载率，从而实现更低的阻塞水平。
• 在较高网络费率下，所有三种政策下的线路使用量均呈线性下降，但基于电气距离的政策在为参与者带来更低超支成本的同时，实现了可行的市场结果。
• 区域成本分摊政策未能比统一政策更有效地缓解阻塞，因为最紧张的线路位于单一区域内。
• 统一费率政策观察到收入收集的局部最大值，表明市场灵活性与成本回收潜力之间存在权衡。
• 系统运营商可利用费率水平、线路负载率与所收集收入之间的图形关系，为实现期望的阻塞水平和收入目标设定最优费率。