مدل بازار برق محلی غیر متمرکز با استفاده از سازنده بازار خودکار

تمایل به پروسومرها برای شرکت در بازارها منجر به راه اندازی بازارهای برق محلی غیر متمرکز (DLEM) شده است. این بازارها معمولاً در یک مکان جغرافیایی کوچک ، اغلب با تعداد کمی از شرکت کنندگان محدود می شوند. چنین بازارهایی برای تجارت شرکت کنندگان نقدینگی بسیار کمی دارند ، بنابراین کشف قیمت به یک فرآیند دست و پا گیر تبدیل می شود. برای حل مسئله نقدینگی بازار ، این مقاله یک مدل DLEM را معرفی می کند که در آن شرکت کنندگان در بازار می توانند با یک استخر نقدینگی (LP) ایجاد شده توسط واحدهای ذخیره انرژی (ESU) تجارت کنند. مدل بازار با استفاده از یک پروتکل خودکار سازنده بازار (AMM) ، کشف قیمت عاری از تکرار را ارائه می دهد ، که به طور خودکار قیمت انرژی را در LP بر اساس تعادل تقاضا و پشتیبانی به روز می کند. کارآیی AMM با استفاده از مفهوم نقدینگی متمرکز با محدود کردن دامنه تجارت ، بیشتر بهبود می یابد. از روش جبران خسارت شبکه برای اطمینان از معاملات DLEM بر قراردادهای برق که قبلاً مرتکب شده اند تأثیر نمی گذارد. مطالعات شبیه سازی در IEEE 33 BUS و 123 شبکه توزیع اتوبوس برای سناریوهای مختلف تقاضای انرژی برای نشان دادن عملکرد مدل بازار پیشنهادی انجام شده است.

معرفی

انقلاب فن آوری با منابع انرژی توزیع شده مانند تولید تجدید پذیر و ذخیره انرژی ، همراه با تکنیک های پاسخ به تقاضا ، تبدیل مصرف کنندگان انرژی را به متخصصان تبدیل می کند. پروسومرها شرکت کنندگان در مقیاس کوچک هستند که با توجه به اوضاع می توانند هم تولید کننده و هم مصرف کننده انرژی باشند. افزایش مشارکت در بازارها در بازارها به کاهش تلفات انتقال ، جبران توسعه زیرساخت های جدید در تولید و انتقال و بهبود استفاده از انرژی سبز برای اهداف انتشار CO 2 کمک می کند [1] ، [2].

حتی اگر متخصصان دهنده تمام این مزایا را به سیستم قدرت ارائه دهند ، مشارکت آنها در بازار برق بسیار محدود است. پیش بینی کننده های در مقیاس کوچک مجاز به شرکت در بازارهای عمده فروشی انرژی تحت سلطه ژنراتورها و برنامه های بزرگ نیستند. آنها هنگام تزریق قدرت اضافی به شبکه ، قیمت ثابت به نام Feed-in-Tariff (FIT) دریافت می کنند. برای برآورده کردن کمبود انرژی خود ، مجوزداران نیز باید از خرده فروش در تعرفه شبکه غالب بخرند. تعرفه شبکه معمولاً بسیار بالاتر از تناسب است همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است [3]. این تفاوت در مشوق های تعرفه ای که در بازارهای برق محلی (LEM) ایجاد می شود ، که در آن افراد پرومتر می توانند با قیمت های سود متقابل در بین یکدیگر تجارت کنند [4].

LEM را می توان با روشی متمرکز یا غیر متمرکز اجرا کرد. در یک LEM متمرکز ، یک شخص ثالث قابل اعتماد (مانند مدیر بازار یا اپراتور سیستم توزیع (DSO)) به عنوان واسطه ای بین افراد مختلف برای بهره برداری از بازار عمل می کند. واسطه مسئولیت جمع آوری پیشنهادات از طرفداران مختلف ، یافتن قیمت پاکسازی بازار ، شامل محدودیت های شبکه و جبران خسارات شبکه را بر عهده می گیرد [5]. حتی اگر مدل های متمرکز می توانند بسیار کارآمد باشند ، قدرت زیادی را به واسطه می دهد و برای اطمینان از انصاف به مقررات خارجی نیاز دارد. چنین مقررات ممکن است برای بازارهای در مقیاس کوچک امکان پذیر نباشد. واسطه همچنین دسترسی منحصر به فرد به ترجیحات قیمت Prosumers ، که ممکن است منجر به دستکاری در بازار و همچنین نگرانی های مربوط به حریم خصوصی برای کاربران شود ، می شود [6].

یک رویکرد جایگزین این است که یک DLEM بدون هیچ واسطه ای برای مدیریت عملکرد بازار داشته باشد. مدل های بازار غیرمتمرکز در ادبیات به طور معمول از حراج مضاعف یا معاملات دو طرفه برای کشف قیمت استفاده می کنند. در بازارهای حراج مضاعف ، تمام پیشنهادات شرکت کنندگان در همان زمان در نظر گرفته می شود و قیمت تمیز کردن بازار مشترک محاسبه می شود. پیشنهادات خرید به ترتیب نزولی قیمت و پیشنهادات فروش به ترتیب صعودی برای به دست آوردن منحنی های تقاضا و عرضه قرار می گیرد ، که نقطه ملاقات آنها قیمت و کمیت بازار را می دهد [7]. از مدل های بازار مبتنی بر حراج برای کشف قیمت در [8] ، [9] ، [10] ، [11] استفاده شد. حتی اگر این مدل های بازار کشف سریع قیمت را ارائه می دهند ، محدودیت ها و ضررهای شبکه در نظر گرفته نمی شود. تلاش برای شامل محدودیت ها و ضررهای شبکه در بازار حراج مضاعف در [12] انجام شد ، اما به واسطه ای مانند DSO برای اعتبارسنجی معاملات و جبران خسارات نیاز داشت.

در معاملات دو جانبه ، شرکت کنندگان با یکدیگر در یک تعامل با یکدیگر در تعامل هستند تا قیمت و کمیت تجارت را پس از هماهنگی نهایی کنند. یک فرآیند تعدیل قیمت تکراری برای تجارت دو جانبه در [13] ارائه شده است. از یک پلت فرم معاملاتی همکار (P2P) ، Elecbay در [14] برای رسیدگی به پیشنهادات Prosumer استفاده می شود و قیمت پاکسازی بازار با یافتن تعادل NASH از یک بازی غیر تعاونی تعیین می شود. بهینه سازی تجزیه دوگانه غیر متمرکز در [15] ، [16] برای تطبیق همسالان برای به حداکثر رساندن رفاه همه شرکت کنندگان استفاده می شود. یک رویکرد معاملات دو طرفه دو مرحله ای در [17] استفاده می شود. مرحله اول با توجه به پیشنهادات و حرص و طمع هر یک از شرکت کنندگان ، یک روند تطبیق همسالان است. مرحله دوم شامل مذاکره دو جانبه توسط پیشنهادات و پیشنهادات پیشخوان است ، تا اینکه هر دو طرف از قیمت معاملات راضی نباشند. در [15] ، [17] ، محدودیت های جریان خط با محاسبه جریان انرژی اضافی در طی معاملات با استفاده از ضریب توزیع انتقال نیرو (PTDF) مدل می شوند. ضررهای شبکه به دلیل معاملات در [16] ، [17] با اضافه کردن هزینه اضافی به تعرفه در نظر گرفته می شود و اپراتور شبکه ضرر را جبران می کند. چنین رویکردی می تواند منجر به احتقان شبکه ناخواسته شود که قدرت اضافی برای جبران خسارات از شبکه بالادست گرفته شود. تمام این روشهای مبتنی بر مذاکره دو جانبه برای کشف قیمت به تعداد زیادی تکرار نیاز دارند. بنابراین ، استفاده از چنین مدلهایی برای بازارهای برق در زمان واقعی یک چالش است.

DLEM ها معمولاً در یک مکان جغرافیایی کوچک، اغلب با تعداد کمی از شرکت کنندگان، محدود می شوند. هنگامی که تعداد شرکت کنندگان در یک بازار کمتر باشد، تفاوت بین قیمت پیشنهادی پیشنهادی توسط خریداران و قیمت درخواستی ارائه شده توسط فروشندگان می تواند قابل توجه باشد [18]. بنابراین خریدار قادر به یافتن فروشنده مناسب برای تکمیل معامله نیست. و فروشنده قادر به یافتن خریدار مناسب نیست. از این مشکل به عنوان کمبود نقدینگی در بازار یاد می شود. نقدینگی معیاری است از سرعت خرید یا فروش یک دارایی در بازار بدون اینکه بر قیمت آن تأثیر بگذارد [19]. بازارهای مالی سنتی مشکل نقدینگی را با داشتن معامله گرانی با فرکانس بالا حل می کنند که هم پیشنهادات پیشنهادی و هم پیشنهادی را با اختلاف قیمت معین ارائه می کنند [20]. با رقابت کافی در میان چنین معامله گرانی با فرکانس بالا، اسپرد "پیشنهاد" - "پرسش" کاهش می یابد و نقدینگی بازار را بهبود می بخشد [21]. چنین تجارت با فرکانس بالا در یک محیط غیرمتمرکز مانند DLEM امکان پذیر نیست. صرافی های غیرمتمرکز ارزهای دیجیتال مانند Uniswap، Balancer، و Curve [22]، [23]، [24] مشکل نقدینگی را با استفاده از پروتکل های Automated Market Maker (AMM) حل می کنند. یک LP با تهیه توکن های ارز دیجیتال از شرکت کنندگان ایجاد می شود. این امر خریداران و فروشندگان را قادر می سازد تا در مقابل LP معامله کنند، نه علیه یکدیگر. LP تضمین می کند که یک طرف مقابل همیشه برای معامله در دسترس است و نقدینگی نامحدودی در بازار ایجاد می کند [25].

این کار مفهوم AMM را به بازارهای برق می آورد. با بهترین دانش نویسندگان، این اولین اثری است که بر بهبود نقدینگی در یک DLEM در مقیاس کوچک به روشی جامع تمرکز دارد. تلاش قبلی برای استفاده از AMM برای تجارت انرژی در [26] انجام شد. اما این کار فقط به لایه مالی محدود می شد و محدودیت ها و ضررهای شبکه را در نظر نمی گرفت. همچنین، [26] از عبارت پایه AMM استفاده کرد که تأثیر قیمت بالاتری در طول معاملات دارد و در نتیجه قیمت های پایین تری ایجاد می کند. تاثیر قیمت انحراف در قیمت انرژی است که به دلیل یک معامله خاص ایجاد می شود. در کار ما، از مفهوم نقدینگی متمرکز برای کاهش تاثیر قیمت، بهبود کارایی AMM استفاده شده است [27].

بر خلاف مدل بازار مبتنی بر حراج در [12] ، مدل بازار پیشنهادی می تواند محدودیت های شبکه و جبران خسارت را بدون هیچ واسطه ای پیاده سازی کند. کالاها ، انرژی و پول در دنیای واقعی برای تجارت در یک blockchain با استفاده از قراردادهای هوشمند نشانه گذاری می شوند. این نشانه ها به ردیابی معاملات اتفاق در Dlem کمک می کنند. این امر به پروتکل قرارداد هوشمند دسترسی به وضعیت واقعی انرژی متعهد شده و انرژی مورد نیاز در هر اتوبوس می دهد ، که به اجرای یک برنامه جریان برق کمک می کند تا از نقض محدودیت های شبکه اطمینان حاصل شود. DLEM پیشنهادی برای جبران خسارات مانند [16] ، [17] به اپراتور شبکه بستگی ندارد. ضرر اضافی ناشی از معامله توسط خریدار یا فروشنده جبران می شود. یکی دیگر از مزیت های مدل بازار پیشنهادی نسبت به روشهای مبتنی بر معاملات دو جانبه ، کشف سریع و بدون تکرار قیمت است و آن را برای بازارهای برق در زمان واقعی مناسب می کند. قیمت انرژی موجود در LP را می توان با دانش تعداد نشانه های موجود در استخر بسیار سریع محاسبه کرد.

عمده ترین سهم مقاله به شرح زیر خلاصه می شود

• 1. یک مدل بازار جدید که از AMM برای بهبود نقدینگی در DLEM در مقیاس کوچک استفاده می کند. مدل بازار از نمایندگی توکن شده از کالاهای واقعی مانند انرژی و پول برای تجارت در blockchain با استفاده از قراردادهای هوشمند استفاده می کند.
• 2. از مفهوم نقدینگی متمرکز برای استفاده از محدوده معاملاتی باریک DLEM (تجارت بین تناسب و تعرفه شبکه) برای کاهش تأثیر قیمت معاملات با AMM استفاده می شود.
• 3. الگوریتم های دو مرحله از بهره برداری از بازار - اضافه نقدینگی و معامله انرژی توسعه یافته است.
• 4- اجرای محدودیت شبکه و جبران خسارت توسط پروتکل قرارداد هوشمند با استفاده از وضعیت توکن زمان واقعی در هر اتوبوس در شبکه انجام می شود.

بقیه مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است. بخش 2 مفهوم اساسی AMM را معرفی می کند. مفهوم نقدینگی متمرکز برای بهبود راندمان AMM نیز توضیح داده شده است. بخش 3 دو مرحله عملکرد در DLEM پیشنهادی را شرح می دهد. بخش 4 نتایج به دست آمده با آزمایش مدل بازار در اتوبوس IEEE 33 و 123 شبکه توزیع اتوبوس را نشان می دهد. سرانجام ، بخش 5 مقاله را نتیجه می گیرد.

قطعه قطعه

مدل اصلی AMM

در الگوی بازار مبتنی بر AMM ، شرکت کنندگان به جای مقابل یکدیگر ، علیه LP تجارت می کنند. LP می تواند از 2 یا چند نوع مختلف از نشانه های معامله شده در یک blockchain تشکیل شود. از آنجا که ما به تجارت انرژی نگران هستیم ، اجازه دهید این دو نشانه را در نظر بگیریم-E-Token (که نمایانگر یک واحد انرژی است). و m-token (که نمایانگر یک واحد پول است). LP با هر دو توکن با نسبت از پیش تعیین شده پر شده است. ESU هایی که قادر به تحویل و جذب مقدار مساوی هستند

عملکرد DLEM

مدل DLEM پیشنهادی کشف سریع و بدون تکرار را ارائه می دهد. بنابراین ، برای بازارهای برق در زمان واقعی مناسب است ، که به طور معمول یک ساعت قبل از انتقال انرژی واقعی عمل می کند. DLEM را می توان تحت نظارت DSO اجرا کرد زیرا مالکیت شبکه توزیع با DSO در اکثر مکان ها است [28]. برای شرکت در DLEM ، افراد طرفدار باید در DSO ثبت نام کنند. این تضمین می کند که فقط شرکت کنندگان مشروع وارد بازار می شوند. DSO همچنین ارائه می دهد

نتایج

مدل بازار در شبکه های توزیع اتوبوس IEEE 33 و IEEE 123 آزمایش شده است [29]. محدودیت ولتاژ به عنوان V min = 0 فرض می شود. 9 P. U. ، v Max = 1. 1 P. U. برای هر دو شبکه. محدودیت جریان برق خط به عنوان P L _MAX = 4000 کیلو وات برای کلیه خطوط توزیع گرفته می شود. تجزیه و تحلیل برای یک شکاف از فاصله تحویل انرژی از طول ، t d = 1 ساعت انجام می شود. فرض بر این است که یک تکن E 1 کیلووات ساعت انرژی را نشان می دهد و یک M-Token فرض می شود که 1 ¢ پول را نشان می دهد. فرض کنید حد قیمت پایین تر انرژی (P L O) 10 ¢/کیلووات ساعت است و

نتیجه

در این مقاله یک مدل بازار جدید برای عملکرد DLEM در مقیاس کوچک ارائه شده است. مدل پیشنهادی از LP استفاده می کند ، که به عنوان یک طرف مقابل برای تجارت انرژی برای اطمینان از نقدینگی همیشه در بازار موجود است. مفهوم نقدینگی متمرکز برای ایجاد نشانه های مجازی اضافی در بازار برای کاهش تأثیر قیمت معاملات انرژی استفاده می شود.

کشف قیمت توسط مدل بازار پیشنهادی براساس میزان Tokens E و M-Tokens باقی مانده در LP است. وقتی تقاضا برای انرژی است

بیانیه مشارکت در نویسندگی اعتباری

Bevin K. C: مفهوم سازی ، روش شناسی ، نرم افزار ، اعتبار سنجی ، نوشتن - پیش نویس اصلی ، تجسم. Ashu Verma: مفهوم سازی ، منابع ، اعتبار سنجی ، نوشتن - بررسی و ویرایش ، نظارت.

اعلام علاقه رقیب

نویسندگان اعلام می كنند كه آنها هیچ منافع مالی رقیب یا روابط شخصی را كه به نظر می رسد بر اثر گزارش شده در این مقاله تأثیر می گذارد ، ندارند.

تصدیق

نویسندگان می خواهند از وزارت علوم و فناوری (DST) ، هند بخاطر تأمین بودجه این کار از طریق پروژه "توسعه ابزارها و تکنیک های عملکرد سیستم توزیع نامتعادل آینده" با شماره پرونده: CRG/2018/002411 تشکر کنند.