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近日，黃建偉教授和普渡大學(xué)林曉俊教授的合作團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇題為“Distribution-Level Markets under High Renewable Energy Penetration”的論文。研究成果發(fā)表于A(yíng)CM e-Energy 2022國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議并獲得最佳論文獎(jiǎng)（Best Paper Award）。該工作探究了可再生能源市場(chǎng)在配電層（distribution-level）的應(yīng)用，為其建立更高效公平的市場(chǎng)提出了深刻的見(jiàn)解。

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01?會(huì)議簡(jiǎn)介

第十三屆 ACM 未來(lái)能源系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議 (Thirteenth ACM International Conference on Future Energy Systems，ACM e-Energy) 及其同地研討會(huì)于 2022 年 6 月 28 日至 7 月 1 日在線(xiàn)舉行，會(huì)議內(nèi)容涵蓋計(jì)算、通信、智能能源系統(tǒng)（包括智能電網(wǎng)、智能建筑和智能城市）以及節(jié)能計(jì)算和通信系統(tǒng)。該會(huì)議通過(guò)將研究人員聚集在一個(gè)高質(zhì)量的單軌（single-track）會(huì)議上，為個(gè)人和小組互動(dòng)提供重要機(jī)會(huì)，是塑造該領(lǐng)域未來(lái)的演講和討論的主要論壇。今年該會(huì)議收到了許多高質(zhì)量的投稿：共計(jì)收到92篇論文投稿，其中27 篇被全文接受。

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02?研究背景

電網(wǎng)由輸電層（transmission level）和配電層（distribution-level）組成。在輸電層，可再生能源供應(yīng)商通過(guò)已有的日前市場(chǎng)（day-ahead market）和實(shí)時(shí)市場(chǎng)（real-time market）進(jìn)行交易。而對(duì)于配電層，可再生能源則是要么只用于本地，要么由配電公司（utility）以統(tǒng)一的定價(jià)收購(gòu)（net-metering/feed-in-tariff）。收購(gòu)定價(jià)由配電公司、政府管理人員、可再生能源供應(yīng)商、消費(fèi)者代表協(xié)商確定。值得注意的是，由于協(xié)定價(jià)格的各方通常有利益上的沖突，確定的收購(gòu)價(jià)格并不一定十分合理，且定價(jià)的過(guò)程常常會(huì)有激烈的爭(zhēng)執(zhí)。

為了解決這一問(wèn)題，方案之一是建立一個(gè)自由交易的市場(chǎng)。在這個(gè)配電層的電力市場(chǎng)上，可再生能源供應(yīng)商和消費(fèi)者可以直接進(jìn)行交易，并有望通過(guò)市場(chǎng)“無(wú)形的手”，使得可再生能源的定價(jià)和交易變得更加高效和合理。

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03?研究問(wèn)題

該研究以太陽(yáng)能發(fā)電板為例，考慮可再生能源的不確定性和零邊際成本（zero marginal-cost）對(duì)于配電層市場(chǎng)的影響。該研究對(duì)不同形式的市場(chǎng)的價(jià)格波動(dòng)、社會(huì)利益的最大化、剩余分配的公平性、交易結(jié)果的可預(yù)見(jiàn)性等方面進(jìn)行了深入的分析，并提出且研究了新的市場(chǎng)架構(gòu)——太陽(yáng)能發(fā)電板租賃市場(chǎng)的可行方案及其優(yōu)點(diǎn)。

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04?研究方法

該論文考慮的配電層市場(chǎng)由生產(chǎn)者、消費(fèi)者、配電公司構(gòu)成。對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)市場(chǎng)（real-time market）用于交易太陽(yáng)能板所發(fā)電量的情況，文章作者利用博弈論（game theory）和納什均衡（Nash equilibrium）理論推導(dǎo)出太陽(yáng)能發(fā)電特性對(duì)于實(shí)時(shí)市場(chǎng)交易結(jié)果的影響。除此之外，該論文還考慮了生產(chǎn)者為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)價(jià)格的波動(dòng)而人為縮減太陽(yáng)能發(fā)電量的情況。通過(guò)分析實(shí)時(shí)市場(chǎng)的缺點(diǎn)，該論文進(jìn)一步提出了租賃市場(chǎng) （rental market）在該場(chǎng)景的應(yīng)用，即交易的產(chǎn)品為太陽(yáng)能發(fā)電板未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)（例如一個(gè)月）的使用權(quán)而非實(shí)時(shí)的發(fā)電量。為了研究該租賃市場(chǎng)的特性，文章作者對(duì)消費(fèi)者的需求建立了模型并推導(dǎo)了太陽(yáng)能板租賃的需求函數(shù)與太陽(yáng)能發(fā)電不確定性的關(guān)系，從而進(jìn)一步對(duì)市場(chǎng)的交易結(jié)果是否理想進(jìn)行了分析與驗(yàn)證。

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05?研究結(jié)論

該文章研究了高可再生能源滲透率下不同形式的配電層能源市場(chǎng)。研究結(jié)論表明：由于價(jià)格劇烈波動(dòng)或不公平的剩余分配，實(shí)時(shí)市場(chǎng)可能不是一個(gè)好的選擇。相反，該文章新提出的租賃市場(chǎng)可以是一個(gè)更好的選擇，在一定條件下，該租賃市場(chǎng)能消除之前提到的實(shí)時(shí)市場(chǎng)的弊端，并且仍然可以實(shí)現(xiàn)效率和公平的結(jié)果。同時(shí)，該研究的分析揭示了太陽(yáng)能發(fā)電不確定性對(duì)理想市場(chǎng)結(jié)果的重要影響：雖然不確定性在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中是一個(gè)導(dǎo)致價(jià)格劇烈波動(dòng)或不公平的剩余分配的缺點(diǎn)，但在租賃市場(chǎng)中卻變成了一個(gè)促進(jìn)需求彈性和理想結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)。

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06?作者簡(jiǎn)介

鞠培中（論文第一作者）

鞠培中是俄亥俄州立大學(xué)的博士后研究員。他2021年于普渡大學(xué)獲得博士學(xué)位，2016年于北京大學(xué)獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位。他目前的研究方向包括機(jī)器學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等。

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林曉?。ㄕ撐耐ㄓ嵶髡撸?/p>

林曉俊為普渡大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院教授。他是 IEEE Fellow。他于1994年從中山大學(xué)獲得了本科學(xué)位，并分別于2000和2005年從普渡大學(xué)獲得了碩士和博士學(xué)位。之后，他加入普渡大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，任助理教授，自2017年8月起擔(dān)任教授。他的研究興趣是大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析，控制和優(yōu)化，包括通信網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（例如智能電網(wǎng)）。

他獲得了 ACM e-Energy 2022最佳論文獎(jiǎng), ACM MobiHoc 2021最佳論文獎(jiǎng), IEEE INFOCOM 2008最佳論文獎(jiǎng)和《通信與網(wǎng)絡(luò)雜志》2005年度最佳論文獎(jiǎng)。他在2007年獲得了 NSF（美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)）職業(yè)獎(jiǎng)。他曾擔(dān)任IEEE / ACM Transactions on Networking 副主編和（Elsevier）Computer Networks Journal 的分區(qū)主編，并曾擔(dān)任（Elsevier）Ad Hoc Networks 期刊客座主編。

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黃建偉

黃建偉教授現(xiàn)任香港中文大學(xué)（深圳）校長(zhǎng)講座教授，理工學(xué)院副院長(zhǎng)，兼任深圳市人工智能與機(jī)器人研究院副院長(zhǎng)和群體智能研究中心主任。他是深圳市鵬城特聘教授，IEEE Fellow，IEEE通信學(xué)會(huì)杰出講者，湯森路透計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域全球高被引科學(xué)家。

黃教授長(zhǎng)期專(zhuān)注于網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)學(xué)和群體智能交叉領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性研究，其特色是通過(guò)融入經(jīng)濟(jì)學(xué)理論給出網(wǎng)絡(luò)中資源分配和優(yōu)化的解決方案。他已發(fā)表7部學(xué)術(shù)專(zhuān)著和300余篇國(guó)際一流期刊和會(huì)議論文，被谷歌學(xué)術(shù)引用超過(guò)14890 次，H-index為 61，9篇論文入選ESI高引論文，1篇文章入選ESI熱點(diǎn)論文。他的論文10次獲得國(guó)際會(huì)議和期刊的最佳論文獎(jiǎng)，連續(xù)于2016、2017年入圍科睿唯安（原湯森路透）全球高被引科學(xué)家榜（即發(fā)表的ESI高引論文數(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域排名全球前1%），2021年入選斯坦福大學(xué)評(píng)選的“世界前2%頂尖科學(xué)家”，2022年入選愛(ài)思唯爾“中國(guó)高被引學(xué)者”。

黃建偉教授長(zhǎng)期活躍于IEEE通信學(xué)會(huì)，現(xiàn)任IEEE Transactions on Network Science and Engineering（JCR Q1）的主編（Editor-in-Chief）。曾先后擔(dān)任IEEE Open Journal of the Communications Society的副主編（Associate Editor-in-Chief），IEEE Communications Society Technology News 副主編（Associate Editor-in-Chief）。

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