임밸런스 패널티 구조에 따른 공급형 VPP의 시장 행태 분석 = Analysis of Supply-side VPPs’ Market Behavior under Imbalance Penalty Structures

국문 초록 (Abstract)

최근 탄소 중립 목표 이행에 따라 재생에너지 자원의 비중이 빠르게 증가하면서, 실시간 전력 수급의 안정성과 시장 참여자의 책임 있는 운영을 확보하기 위한 임밸런스 패널티 제도의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 본 연구는 공급형 가상발전소를 대상으로, 임밸런스 패널티 구조가 시장 참여 행태와 수익성에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 특히, 입찰가 지불 방식과 시장가격 지불 방식이라는 상이한 경매 구조 하에서의 입찰 전략 차이를 비교하고, 시나리오 기반 확률론적 최적화 기법을 통해 다양한 변수들을 통합적으로 고려한 최적 입찰 전략 모델을 설계하였다. 해당 모델은 사례 연구에 적용되었으며, 이를 통해 실제 시장 조건 하에서의 참여자 행태를 분석하였다. 분석 결과, 임밸런스 패널티 구조는 단순한 비용 부과 수단을 넘어, 입찰 전략, 출력 제한 행동, 에너지 활용성 등 시장 전반에 걸쳐 중요한 유인 기제로 작용함이 확인되었다. 특히, 패널티 계수의 크기와 방향에 따라 수익성, 오차 억제 효과, 에너지 낭비 수준이 유의미하게 달라지는 것으로 나타나, 정교한 제도 설계의 필요성이 제기된다. 본 논문은 재생에너지 중심의 전력시장 전환 과정에서 임밸런스 패널티 제도의 구체적 설계 방향을 제시함으로써, 향후 시장 제도 개선과 정책 수립에 실질적인 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the growing emphasis on achieving net-zero targets, the volatility and uncertainty associated with renewable energy integration are expanding, highlighting the need for effective imbalance penalty structures to ensure real-time grid stability and responsible market participation. This study quantitatively analyzes the impact of imbalance penalty structures on the profitability, power deviations, and energy utilization of supply-side virtual power plants through a scenario-based stochastic optimization model that integrates penalty schemes, auction mechanisms, and market price volatility. The results reveal that imbalance penalties function not merely as cost-imposing tools but as key incentives influencing bidding behavior, operational decisions, and overall energy efficiency. Based on these findings, the study offers practical implications for the design of imbalance penalty structures in renewable energy-driven electricity markets, providing valuable insights for institutional reform and policy-making.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 탄소 중립 목표와 글로벌 정책 동향 1
• 제 2 절 VPP와 전력 시장 6
• 제 3 절 논문의 기여점 및 구성 8
• 제 2 장 이론적 배경 및 선행연구 고찰 11
• 제 1 절 임밸런스 패널티와 시장 행태 11
• 제 2 절 Pay-as-Clear와 Pay-as-Bid 13
• 제 3 절 국가별 전력시장 구조 17
• 제 3 장 공급형 VPP의 시장 행태 19
• 제 1 절 임밸런스 패널티 구조별 영향 분석 19
• 1. 임밸런스 패널티 구조 분류 19
• 2. 시간 간 독립적 의사결정에 기반한 VPP 입찰 전략 21
• 3. 임밸런스 패널티 구조에 따른 시장 행태 24
• 제 2 절 임밸런스 패널티 구조 하 경매 방식 비교 29
• 1. 경매 방식 고려 필요성 29
• 2. 경매 방식에 따른 시장 행태 30
• 제 3 절 입찰 전략 모델의 구조적 확장 33
• 제 4 장 VPP 입찰전략 최적화 모델 35
• 제 1 절 방향별 임밸런스 패널티 구조 정식화 36
• 제 2 절 최적화 모델 구성 37
• 1. 시나리오 생성 37
• 2. 목적 함수 40
• 3. 입찰 및 발전 제약 조건 40
• 4. 선형화 45
• 5. 모델 내의 VPP 운영자의 시장 참여 49
• 제 5 장 사례 연구 51
• 제 1 절 시뮬레이션 환경 51
• 제 2 절 시뮬레이션 결과 52
• 1. VPP 운영자의 수익 분석 52
• 2. 입찰 오차 분석 55
• 3. 에너지 활용성 분석 56
• 제 6 장 논의 58
• 제 7 장 결론 63
• 참고문헌 65
• Abstract 71