With the emergence of energy communities, where a number of prosumers invest in shared generation and storage, the issue of fair allocation of benefits is increasingly important. The Shapley value has attracted increasing interest for redistribution in energy settings - however, computing it exactly is intractable beyond a few dozen prosumers. In this paper, we first conduct a systematic review of the literature on the use of Shapley value in energy-related applications, as well as efforts to compute or approximate it. Next, we formalise the main methods for approximating the Shapley value in community energy settings, and propose a new one, which we call the stratified expected value approximation. To compare the performance of these methods, we design a novel method for exact Shapley value computation, which can be applied to communities of up to several hundred agents by clustering the prosumers into a smaller number of demand profiles. We perform a large-scale experimental comparison of the proposed methods, for communities of up to 200 prosumers, using large-scale, publicly available data from two large-scale energy trials in the UK (UKERC Energy Data Centre, 2017, UK Power Networks Innovation, 2021). Our analysis shows that, as the number of agents in the community increases, the relative difference to the exact Shapley value converges to under 1% for all the approximation methods considered. In particular, for most experimental scenarios, we show that there is no statistical difference between the newly proposed stratified expected value method and the existing state-of-the-art method that uses adaptive sampling (O'Brien et al., 2015), although the cost of computation for large communities is an order of magnitude lower.


翻译:随着能源界的出现,一些造价者在共同生产和储存方面进行投资,公平分配利益的问题越来越重要。 Shapley值吸引了越来越多的能源环境对再分配的兴趣 — — 然而,计算它完全难以超过几十个造价。 在本文中,我们首先系统地审查关于能源相关应用中使用Shapley值的文献,并努力进行计算或估算。 其次,我们正式确定在社区能源环境中接近Shapley值的主要方法,并提出一个新的方法,我们称之为Strenal预期值近似。为了比较这些方法的性能,我们设计了一种新的方法,精确地计算它超出了几十个pley值的难度。 在本文中,我们首先对在能源相关应用Shapreality值的文献进行了系统化审查,然后对拟议方法进行了大规模的实验性比较,对多达200个活度的社区,使用大规模公开的数据,从两个大规模能源试验(UKERC能源中心, 2017, UK Power Neteral Commational commations) 提供了新的方法, 2021。 我们的预期值的数值分析显示, 也就是的数值, 也就是的数值是所有数值的数值的数值的数值的数值的数值, 。 我们的数值的数值的数值的数值的数值的数值的数值的数值的数值的数值的数值, 显示的数值是整个的精确法的数值是整个的数值, 。

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