[论文解读] Pricing Multi-Interval Dispatch under Uncertainty Part II: Generalization and Performance

Cong Chen, Ye Guo+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2019

Electric Power System Optimization参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文提出时序节点边际电价（TLMP）作为一种在不确定性条件下多时段经济调度的非均匀定价机制，将价格分解为电能、阻塞和爬坡三个组成部分。TLMP 消除了市场外补贴，确保了调度跟随激励，并实现了对爬坡能力的诚实披露，相较于 LMP 和统一定价方案，其消费者支付更低，系统收入充足性更高。

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 for generators under the locational marginal pricing (LMP) and temporal locational marginal pricing (TLMP) policies. Extending the theoretical results developed in Part I, Part II evaluates a broader set of performance measures under a general network model. For networks with power flow constraints, TLMP is shown to have an energy-congestion-ramping price decomposition. Under the one-shot dispatch and pricing model, this decomposition leads to a nonnegative merchandising surplus equal to the sum of congestion and ramping surpluses. It is also shown that, comparing with LMP, TLMP imposes a penalty on generators with limited ramping capabilities, thus giving incentives for generators to reveal their ramping limits truthfully and improve their ramping capacities. Several benchmark pricing mechanisms are evaluated under the rolling-window dispatch and pricing models. The performance measures considered are the level of out-of-the-market uplifts, the revenue adequacy of the system operator, consumer payment, generator profit, level of discriminative payment, and price volatility.

研究动机与目标

• 解决在存在预测不确定性的多时段调度中，统一定价方案缺乏调度跟随激励的问题。
• 评估定价机制在爬坡极限真实申报方面的激励相容性。
• 从多个指标评估性能：收入充足性、社会福利分配、价格波动性和补贴。
• 证明 TLMP 在消除市场外补贴并提升网络约束下的系统效率方面具有优越性。
• 在滚动窗口和一次性调度模型中，将 TLMP 与 LMP、CMP、MLMP 和 PMP 在一系列性能指标上进行比较。

提出的方法

• 提出一个包含潮流约束的一般网络模型，以在单节点以外的场景下评估定价机制。
• 利用对偶理论，将 TLMP 进行时空分解，划分为电能、阻塞和爬坡价格分量。
• 定义并计算在 TLMP 下的 merchandising surplus（商品化盈余），即阻塞租金与爬坡盈余之和，证明其非负。
• 通过事后机会损失（LOC）支付衡量调度跟随激励，零 LOC 表明完全激励相容。
• 使用滚动窗口调度模型模拟动态定价，并在预测误差变化的情况下，随时间评估性能。
• 采用财务中性假设：ISO 盈余通过返利或额外支付返还给消费者，影响消费者成本和价格波动性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在任意需求预测精度下，TLMP 是否能消除多时段调度中对市场外补贴的需求？
• RQ2 TLMP 在激励真实申报爬坡极限方面，相较于 LMP 和统一定价方案表现如何？
• RQ3 定价机制对 ISO 收入充足性及相应消费者支付有何影响？
• RQ4 不同定价机制如何影响价格波动性以及发电商与用户之间的社会福利分配？
• RQ5 爬坡约束在 TLMP 与 LMP 下对商品化盈余和系统盈余的形成起到何种作用？

主要发现

• TLMP 实现了零机会损失（LOC）支付，表明具备完全的调度跟随激励，而 LMP 和统一定价方案则表现出显著的 LOC 支付。
• 在一次性调度且预测准确的情况下，TLMP 产生的商品化盈余为正，等于阻塞租金与爬坡盈余之和，而 LMP 仅覆盖阻塞租金。
• 由于高效的收入征收集与再分配，TLMP 在所有评估机制中导致最低的消费者支付和最低的发电机组利润。
• TLMP 下的 ISO 盈余随爬坡限值增加而减少，原因在于惩罚收入降低；而其他方案中，随着 LOC 支付减少，ISO 盈余则上升。
• 价格波动性（以小时价格的归一化标准差衡量）在 TLMP 下始终最低，尤其在预测误差较高和爬坡约束更紧时表现更优。
• 在更大网络中的仿真结果表明，TLMP 同时保持了来自阻塞和爬坡的正向商品化盈余，并在透明度和效率方面持续优于 LMP 和统一定价方案。