Dynamic Incentives for Optimal Control of Competitive Power Systems

Technologisch herausfordernde Transformationsprozesse wie die Energiewende können durch passende Anreizsysteme entscheidend beschleunigt werden. Ziel solcher Anreize ist es hierbei, ein Umfeld idealerweise so zu schaffen, dass das Zusammenspiel aller aus Sicht der beteiligten Wettbewerber individuell optimalen Einzelhandlungen auch global optimal im Sinne eines übergeordneten Großziels ist. Die vorliegende Dissertation schafft einen regelungstechnischen Zugang zur Frage optimaler Anreizsysteme für heutige und zukünftige Stromnetze im Zieldreieck aus Systemstabilität, ökonomischer Effizienz und Netzdienlichkeit. Entscheidende Neuheit des entwickelten Ansatzes ist die Einführung zeitlich wie örtlich differenzierter Echtzeit-Preissignale, die sich aus der Lösung statischer und dynamischer Optimierungsprobleme ergeben. Der Miteinbezug lokal verfügbarer Messinformationen, die konsequente Mitmodellierung des unterlagerten physikalischen Netzes inklusive resistiver Verluste und die durchgängig zeitkontinuierliche Formulierung aller Teilsysteme ebnen den Weg von einer reinen Anreiz-Steuerung hin zu einer echten Anreiz-Regelung. Besonderes Augenmerk der Arbeit liegt in einer durch das allgemeine Unbundling-Gebot bedingten rigorosen Trennung zwischen Markt- und Netzakteuren. Nach umfangreicher Analyse des hierbei entstehenden geschlossenen Regelkreises erfolgt die beispielhafte Anwendung der Regelungsarchitektur für den Aufbau eines neuartigen Echtzeit-Engpassmanagementsystems. Weitere praktische Vorteile des entwickelten Ansatzes im Vergleich zu bestehenden Konzepten werden anhand zweier Fallstudien deutlich. Die port-basierte Systemmodellierung, der Verzicht auf zentralisierte Regeleingriffe und nicht zuletzt die Möglichkeit zur automatischen, dezentralen Selbstregulation aller Preise über das Gesamtnetz hinweg stellen schließlich die problemlose Erweiterbarkeit um zusätzliche optionale Anreizkomponenten sicher

Dynamic Incentives for Optimal Control of Competitive Power Systems

This work presents a real-time dynamic pricing framework for future electricity markets. Deduced by first-principles analysis of physical, economic, and communication constraints within the power system, the proposed feedback control mechanism ensures both closed-loop system stability and economic efficiency at any given time. The resulting price signals are able to incentivize competitive market participants to eliminate spatio-temporal shortages in power supply quickly and purposively

Dynamic Incentives for Optimal Control of Competitive Power Systems

This work presents a real-time dynamic pricing framework for future electricity markets. Deduced by first-principles analysis of physical, economic, and communication constraints within the power system, the proposed feedback control mechanism ensures both closed-loop system stability and economic efficiency at any given time. The resulting price signals are able to incentivize competitive market participants to eliminate spatio-temporal shortages in power supply quickly and purposively