[论文解读] Pricing Multi-Interval Dispatch under Uncertainty Part I: Dispatch-Following Incentives

Ye Guo, Cong Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2019

Electric Power System Optimization参考文献 14被引用 5

一句话总结

本文提出时序节点边际电价（Temporal Locational Marginal Pricing, TLMP），一种非均匀定价机制，可在预测不确定性下的多时段经济调度中同时捕捉电能与爬坡引起的机会成本。TLMP 消除了对歧视性场外补贴的依赖，并确保无论预测准确度如何，均能完全实现调度跟随激励，从而保障利润最大化发电机组的诚实报价。

ABSTRACT

Pricing multi-interval economic dispatch of electric power under operational uncertainty is considered in this two-part paper. Part I investigates dispatch-following incentives of profit-maximizing generators and shows that, under mild conditions, no uniform-pricing scheme for the rolling-window economic dispatch provides dispatch-following incentives that avoid discriminative out-of-the-market uplifts. A nonuniform pricing mechanism, referred to as the temporal locational marginal pricing (TLMP), is proposed. As an extension of the standard locational marginal pricing (LMP), TLMP takes into account both generation and ramping-induced opportunity costs. It eliminates the need for the out-of-the-market uplifts and guarantees full dispatch-following incentives regardless of the accuracy of the demand forecasts used in the dispatch. It is also shown that, under TLMP, a price-taking market participant has incentives to bid truthfully with its marginal cost of generation. Part II of the paper extends the theoretical results developed in Part I to more general network settings. It investigates a broader set of performance measures, including the incentives of the truthful revelation of ramping limits, revenue adequacy of the operator, consumer payments, generator profits, and price volatility under the rolling-window dispatch model with demand forecast errors.

研究动机与目标

• 解决在需求预测误差和爬坡约束下滚动窗口多时段经济调度中缺乏调度跟随激励的问题。
• 识别统一定价方案（如 R-LMP）在预测不准确时难以维持激励相容性的根本局限。
• 提出一种非均匀定价机制，将爬坡成本内生于市场出清过程，以消除场外补贴需求。
• 确保利润最大化发电机组无动机偏离调度安排或虚报爬坡限值。
• 建立适用于具有预测不确定性的实际电力系统运行的稳健、激励相容定价机制的理论基础。

提出的方法

• 引入包含跨时段爬坡约束与预测误差的滚动窗口经济调度模型。
• 将标准滚动窗口节点边际电价（R-LMP）定义为面向所有发电机组和时间区间的统一定价机制。
• 从经济调度优化的对偶变量中推导出非均匀定价机制 TLMP，以捕捉电能与爬坡机会成本。
• 利用爬坡约束的影子价格，反映为未来爬坡支持而保留发电能力的成本。
• 基于对偶理论与边际成本定价原则，分析 TLMP 下的激励结构。
• 通过理论分析与数值调度与定价结果的示例，对比 TLMP 与 R-LMP 及其他基准方案。

实验结果

研究问题

• RQ1 在任意需求预测误差下，R-LMP 等统一定价机制能否在多时段调度中确保调度跟随激励？
• RQ2 当存在爬坡约束与预测不确定性时，统一定价为何会失效，无法维持诚实报价与调度跟随激励？
• RQ3 能否设计一种非均匀定价机制，以将爬坡引起的成本内生化，从而消除场外补贴需求？
• RQ4 TLMP 是否能确保利润最大化发电机组无动机偏离调度安排或虚报其爬坡限值？
• RQ5 与 CIMP 和 FRP 等现有方案相比，TLMP 在激励相容性与市场效率方面表现如何？

主要发现

• 任何用于滚动窗口调度的统一定价机制，若不依赖歧视性场外补贴，均无法在任意预测误差下保证调度跟随激励。
• TLMP 作为 LMP 的非均匀扩展，通过调度优化的对偶变量捕捉了电能与爬坡引起的的机会成本。
• 在 TLMP 下，发电机组因保留发电能力而产生的机会成本得到完全补偿，从而无需场外补贴。
• TLMP 确保利润最大化发电机组即使在任意预测误差下，也无动机偏离调度安排。
• 在 TLMP 下，价格接受型发电机组有激励按其发电的边际成本真实报价，而 R-LMP 则不具备此特性。
• 在数值示例中，由于爬坡约束，G2 在第 1 个时段的报价比 LMP 高出 5/MWh，完全补偿了机会成本，而 TLMP 下则无需此类补贴。