کلیدزنی بهینۀ انتقال با استفاده از مدل¬های تعادل در بازارهای برق

دانشگاه صنعتی اصفهان
دانشکده برق و کامپیوتر
کلیدزنی بهینۀ انتقال با استفاده از مدلهای تعادل در بازارهای برق
پایاننامه کارشناسی ارشد مهندسی برق – قدرت
بهنام فردافشاری تلهبازلو
استاد راهنما
دکتر محمد امین لطیفی
بهار 1394

دانشگاه صنعتی اصفهان
دانشکده برق و کامپیوتر
پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق – قدرت آقای بهنام فردافشاری تلهبازلوتحت عنوان
کلیدزنی بهینۀ انتقال با استفاده از مدلهای تعادل در بازارهای برق
در تاریخ 19 / 3 /1394 توسط کمیته تخصصی زیر مورد بررسی و تصویب نهایی قرار گرفت.
استاد راهنمای پایان‌نامهدکتر محمدامین لطیفی
استاد داوردکتر غلامرضا یوسفی
استاد داوردکتر رحمت ا… هوشمند
سرپرست تحصیلات تکمیلیدکتر سید محمدعلی خسروی‌فرد
تقدیر و تشکر
سپاس خدای را که سخنوران، در ستودن او بمانند و شمارندگان، شمردن نعمتهای او ندانند و کوشندگان، حق او را گزاردن نتوانند. و سلام و دورد بر محمّد و خاندان پاک او، طاهران معصوم، هم آنان که وجودمان وامدار وجودشان است؛ و نفرین پیوسته بر دشمنان ایشان تا روز رستاخیز…
از استاد با کمالات و شایسته، جناب آقای دکتر محمد امین لطیفی که در کمال سعه صدر، با حسن خلق و فروتنی، از هیچ کمکی در این عرصه بر من دریغ ننمودند و زحمت راهنمایی این پایان‌نامه را بر عهده گرفتند، نهایت تشکر و قدردانی را دارم.
از استاد گرانقدر جناب آقای دکتر مرتضی رحیمیان که در تمامی مراحل انجام این تحقیق، ما را از مساعدت‌ها و حمایت‌های خود بهره‌مند فرمودند، نهایت تقدیر و تشکر را می‌نمایم.

کلیه حقوق مادی مترتب بر نتایج مطالعات، ابتکارات و نوآوریهای ناشی از تحقیق موضوع این پایاننامه متعلق به دانشگاه صنعتی اصفهان است.
تقدیم به
پدر و مادر عزیز و همسر مهربانم
که در سختی‌ها و دشوار‌ی‌های زندگی همواره یاوری دلسوز، فداکار و پشتیبانی محکم و مطمئن برایم بوده‌اند.
فهرست مطالب
عنـــوانصفحه
فهرست مطالبهشت
فهرست شکل‌هایازده
فهرست جدول‌هاسیزده
لیست نمادهاچهارده
چکیده1
TOC \o “1-3” \h \z \u فصل اول: مقدمه1-1-پیشگفتار PAGEREF _Toc422555475 \h 21-2-پیشینه تحقیق PAGEREF _Toc422555476 \h 31-2-1-کلیدزنی انتقال در دیدگاه سنتی بهره‌برداری PAGEREF _Toc422555477 \h 31-2-2-کلیدزنی بهینه انتقال PAGEREF _Toc422555478 \h 41-2-3-تأثیر ساختار سیستم انتقال بر قدرت بازار PAGEREF _Toc422555479 \h 61-3-مدل‌سازی رفتار بازار برق در شرایط رقابت ناقص PAGEREF _Toc422555480 \h 81-4-تعریف مسأله و نوآوری PAGEREF _Toc422555481 \h 121-5-ساختار پایان‌نامه PAGEREF _Toc422555482 \h 14فصل دوم: بررسی اثر کلیدزنی انتقال بر قدرت بازار2-1-پیشگفتار PAGEREF _Toc422555484 \h 152-2-مثال روشنگر PAGEREF _Toc422555485 \h 152-3-مرز رقابت (CB) PAGEREF _Toc422555486 \h 172-4-مسأله CB با در نظر گرفتن TS (ECB) PAGEREF _Toc422555487 \h 192-5-تبدیل مسأله ECB به مسأله MILP PAGEREF _Toc422555488 \h 202-6-مطالعات عددی PAGEREF _Toc422555489 \h 232-6-1-معرفی شبکه تست IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422555490 \h 232-6-2-نتایج عددی حاصل از شبیه‌سازی‌ها بر روی شبکه تست IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422555491 \h 252-6-3-معرفی شبکه تست IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422555492 \h 352-6-4-نتایج شبیه‌سازی‌ها بر روی شبکه تست IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422555493 \h 352-6-5-تحلیل حساسیت نتایج به پارامترهای خطی‌سازی و مدل مسأله PAGEREF _Toc422555494 \h 412-7-جمع‌بندی و نتیجه‌گیری PAGEREF _Toc422555495 \h 44فصل سوم: کلیدزنی دوره‌ای بهینه انتقال با در نظر گرفتن تعادل در بازار برق3-1-پیشگفتار PAGEREF _Toc422555497 \h 463-2-کلیدزنی دوره‌ای بهینه انتقال PAGEREF _Toc422555498 \h 473-3-مفروضات مسأله کلیدزنی دوره‌ای بهینه انتقال با در نظرگرفتن تعادل در بازار برق (MESOTS) PAGEREF _Toc422555499 \h 473-4-مدل سه سطحی مسأله MESOTS PAGEREF _Toc422555500 \h 483-4-1-سطح اول: تصمیم به خروج خط با هدف حداقل‌سازی هزینه بهره‌برداری کل دوره PAGEREF _Toc422555501 \h 493-4-2-سطح دوم: حداکثرسازی سود بازیگران PAGEREF _Toc422555502 \h 503-4-3-سطح سوم: مسأله تسویه بازار PAGEREF _Toc422555503 \h 503-5-یکپارچه‌سازی سطح دوم و سوم مسأله MESOTS PAGEREF _Toc422555504 \h 523-6-مدل‌سازی تعادل بازار در هر روز به صورت EPEC PAGEREF _Toc422555505 \h 563-7-مسأله یکپارچه MESOTS PAGEREF _Toc422555506 \h 643-8-تبدیل مسأله MESOTS به مسأله MILP PAGEREF _Toc422555507 \h 683-9-مطالعات عددی PAGEREF _Toc422555508 \h 773-9-1-معرفی شبکه تست سه شین PAGEREF _Toc422555509 \h 773-9-2-تحلیل شبکه در یک روز PAGEREF _Toc422555510 \h 793-9-3-حساسیت تعادل بازار به پارامتر ζj,d در تعادل یک روز PAGEREF _Toc422555511 \h 813-9-4-MESOTS برای شبکه سه شین PAGEREF _Toc422555512 \h 873-10-جمع بندی و نتیجه‌گیری PAGEREF _Toc422555513 \h 99فصل چهارم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات4-1-جمع‌بندی مطالب PAGEREF _Toc422555515 \h 1014-2-نتیجه‌گیری PAGEREF _Toc422555516 \h 1034-3-پیشنهادات PAGEREF _Toc422555517 \h 104پیوست(الف): معرفی شاخص‌های قدرت بازار PAGEREF _Toc422555518 \h 105پیوست (ب): مسائل بهینه‌سازی چندسطحی و مدل‌های تعادل PAGEREF _Toc422555519 \h 107ب-1-مسأله بهینه‌سازی مقید به مسائل بهینه‌سازی دیگر (OPcOP) PAGEREF _Toc422555520 \h 107ب-2-شرایط بهینگی KKT PAGEREF _Toc422555521 \h 110ب-3-تبدیل مسأله OPcOP با دو مسأله سطح پایین به مسأله تک سطحی PAGEREF _Toc422555522 \h 111ب-4-مسأله بهینه‌سازی مقید به مسائل بهینه‌سازی خطی (OPcLP) PAGEREF _Toc422555523 \h 112ب-5-دوگان یک مسأله بهینه‌سازی خطی PAGEREF _Toc422555524 \h 114ب-6-جایگزین کردن OPcLP با قیود اصلی، دوگان و قید دوگانگی قوی PAGEREF _Toc422555525 \h 115ب-7-مسأله بهینه‌سازی با قیود تعادل (MPEC) PAGEREF _Toc422555526 \h 116ب-8-مسائل تعادل مقید به قیود تعادل (EPEC) PAGEREF _Toc422555527 \h 117پیوست (ج): اطلاعات شبکه IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422555528 \h 119مراجع… PAGEREF _Toc422555529 \h 124

فهرست اشکال
TOC \h \z \c “شکل” شکل ‏1-1 ساختار رقابتی در یک بازار لحظه‌ای مبتنی بر ساختار حوضچه PAGEREF _Toc422531352 \h 10شکل ‏2-1 یک شبکه سه شین نمونه PAGEREF _Toc422531353 \h 16شکل ‏2-2 نحوه تقریب تابع درجه دو مجموع توان تولیدی واحدهای هر مالک PAGEREF _Toc422531354 \h 21شکل ‏2-3 دیاگرام خطی شبکه IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422531355 \h 24شکل ‏2-4 اطلاعات خطی‌سازی مجذور توان تولیدی هر مالک PAGEREF _Toc422531356 \h 26شکل ‏2-5 کمینه HHI در سطح بار پایه سیستم IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422531357 \h 28شکل ‏2-6 بیشینه HHI در سطح بار پایه سیستم IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422531358 \h 29شکل ‏2-7 کمینه HHI در سطح بار غیر پیک سیستم IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422531359 \h 29شکل ‏2-8 بیشینه HHI در سطح بار غیر پیک سیستم IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422531360 \h 30شکل ‏2-9 کمینه HHI در سطح بار پیک سیستم IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422531361 \h 30شکل ‏2-10 بیشینه HHI در سطح بار پیک سیستم IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422531362 \h 31شکل ‏2-11 نحوه خطی‌سازی توان تولیدی هر مالک در سیستم IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422531363 \h 37شکل ‏2-12 کمینه HHI در سطح بار پایه سیستم IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422531364 \h 38شکل ‏2-13 بیشینه HHI در سطح بار پایه سیستم IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422531365 \h 39شکل ‏2-14 کمینه HHI در سطح بار غیر پیک سیستم IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422531366 \h 39شکل ‏2-15 بیشینه HHI در سطح بار غیر پیک سیستم IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422531367 \h 40شکل ‏2-16 کمینه HHI در سطح بار پیک سیستم IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422531368 \h 40شکل ‏2-17 بیشینه HHI در سطح بار پیک سیستم IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422531369 \h 41شکل ‏3-1 ساختار مسأله سه سطحی MESOTS PAGEREF _Toc422531370 \h 49شکل ‏3-2 نحوه تبدیل یک مسأله بهینه‌سازی دو سطحی به MPEC تک سطحی PAGEREF _Toc422531371 \h 52شکل ‏3-3 مدل EPEC PAGEREF _Toc422531372 \h 57شکل ‏3-4 دیاگرام خطی شبکه سه شین PAGEREF _Toc422531373 \h 78شکل ‏3-5 حساسیت تعادل در بازار به تغییرات پارامتر ζj,d بدون کلیدزنی PAGEREF _Toc422531374 \h 83شکل ‏3-6 حساسیت مجموع سود بازیگران در بازار به تغییرات پارامتر ζj,d بدون کلیدزنی PAGEREF _Toc422531375 \h 83شکل ‏3-7 حساسیت قیمت پیشنهادی ژنراتور A در بازار به تغییرات پارامتر ζj,d بدون کلیدزنی PAGEREF _Toc422531376 \h 84شکل ‏3-8 حساسیت قیمت پیشنهادی ژنراتور B در بازار به تغییرات پارامتر ζj,d بدون کلیدزنی PAGEREF _Toc422531377 \h 84شکل ‏3-9 حساسیت قیمت پیشنهادی ژنراتور C در بازار به تغییرات پارامتر ζj,d بدون کلیدزنی PAGEREF _Toc422531378 \h 85شکل ‏3-10 حساسیت قیمت در شین‌ها به تغییرات پارامتر ζj,d بدون کلیدزنی PAGEREF _Toc422531379 \h 85شکل ‏3-11 حساسیت هزینه بهره‌برداری کل به تغییرات پارامتر ζj,d با کلیدزنی PAGEREF _Toc422531380 \h 86شکل ‏3-12 حساسیت قیمت در شین‌ها به تغییرات پارامتر ζj,d با کلیدزنی PAGEREF _Toc422531381 \h 86شکل ‏3-13 ضرایب بار در طول دوره PAGEREF _Toc422531382 \h 87شکل ‏3-14 تولید ژنراتورها بدون در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت کامل PAGEREF _Toc422531383 \h 88شکل ‏3-15 قیمت در شین‌ها بدون در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت کامل PAGEREF _Toc422531384 \h 89شکل ‏3-16 مجموع سود مالکین بدون در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت کامل PAGEREF _Toc422531385 \h 90شکل ‏3-17 تولید ژنراتورها با در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت کامل PAGEREF _Toc422531386 \h 90شکل ‏3-18 قیمت در شین‌ها با در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت کامل PAGEREF _Toc422531387 \h 91شکل ‏3-19 مجموع سود مالکین با در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت کامل PAGEREF _Toc422531388 \h 91شکل ‏3-20 قیمت در شین‌ها بدون در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت ناقص PAGEREF _Toc422531389 \h 93شکل ‏3-21 توان تولیدی ژنراتورها بدون نظرگرفتن TS در شرایط رقابت ناقص PAGEREF _Toc422531390 \h 93شکل ‏3-22 مجموع سود مالکین بدون نظرگرفتن TS در شرایط رقابت ناقص PAGEREF _Toc422531391 \h 94شکل ‏3-23 قیمت پیشنهادی ژنراتورها بدون نظرگرفتن TS در شرایط رقابت ناقص PAGEREF _Toc422531392 \h 94شکل ‏3-24 توان تولیدی ژنراتورها با در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت ناقص PAGEREF _Toc422531393 \h 96شکل ‏3-25 مجموع سود مالکین با در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت ناقص PAGEREF _Toc422531394 \h 96شکل ‏3-26 قیمت در شین‌ها با در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت ناقص PAGEREF _Toc422531395 \h 97شکل ‏3-27 قیمت پیشنهادی ژنراتورها با در نظرگرفتن TS در شرایط رقابت ناقص PAGEREF _Toc422531396 \h 97شکل ب-1 ساختار OPcOP مقید به n مسأله بهینه‌سازی مقیدکننده [51] PAGEREF _Toc422531397 \h 109شکل ب-2 ساختارOPcLP مقید شده به n مسأله بهینه‌سازی خطی [51] PAGEREF _Toc422531398 \h 114
فهرست جدول‌ها
TOC \c “جدول” جدول ‏2–1 اطلاعات شین‌های شبکه سه شین PAGEREF _Toc422618448 \h 15
جدول ‏2–2 اطلاعات خطوط شبکه سه شین PAGEREF _Toc422618449 \h 16
جدول ‏2–3 نتایج محاسبه قیمت‌های محلی PAGEREF _Toc422618450 \h 16
جدول ‏2–4 نتایج محاسبه قیمت‌های محلی پس از خروج یک خط PAGEREF _Toc422618451 \h 17
جدول ‏2–5 اطلاعات ژنراتورهای شبکه IEEE-14 Bus [60] PAGEREF _Toc422618452 \h 23
جدول ‏2–6 اطلاعات خطوط شبکه IEEE-14 Bus [60] PAGEREF _Toc422618453 \h 24
جدول ‏2–7 اطلاعات بارهای شبکه IEEE-14 Bus [60] PAGEREF _Toc422618454 \h 25
جدول ‏2–8 اطلاعات سناریوهای ساختار مالکیت در شبکه IEEE-14 Bus PAGEREF _Toc422618455 \h 25
جدول ‏2–9 بازه تغییرات HHI بدون و با TS در سطح بار پایه سیستم PAGEREF _Toc422618456 \h 32
جدول ‏2–10 بازه تغییرات HHI بدون و با TS در سطح بار غیر پیک سیستم PAGEREF _Toc422618457 \h 32
جدول ‏2–11 بازه تغییرات HHI بدون و با TS در سطح بار پیک سیستم PAGEREF _Toc422618458 \h 32
جدول ‏2–12 خطوط خارج شده به منظور کمینه یا بیشینه‌سازی HHI در سطح بار پایه سیستم PAGEREF _Toc422618459 \h 34
جدول ‏2–13 خطوط خارج شده به منظور کمینه یا بیشینه‌سازی HHI در سطح بار غیرپیک سیستم PAGEREF _Toc422618460 \h 34
جدول ‏2–14 خطوط خارج شده به منظور کمینه یا بیشینه‌سازی HHI در سطح بار پیک سیستم PAGEREF _Toc422618461 \h 34
جدول ‏2–15 اطلاعات ساختار مالکیت در شبکه IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422618462 \h 35
جدول ‏2–16 حساسیت HHI بدون و با TS در سطح بار پیک سیستم به تعداد تکه‌های خطی‌سازی PAGEREF _Toc422618463 \h 43
جدول ‏2–17 حساسیت HHI بدون و با TS در سطح بار پیک سیستم به طول تکه‌های خطی‌سازی PAGEREF _Toc422618464 \h 44
جدول ‏2–18 حساسیت HHI با TS در سطح بار پیک سیستم به تعداد خطوط مجاز برای TS PAGEREF _Toc422618465 \h 44
جدول ‏2–19 حساسیت HHI بدون و با TS در سطح بار پیک سیستم به مدل مسأله PAGEREF _Toc422618466 \h 44
جدول ‏3–1 اطلاعات شین‌های شبکه سه شین PAGEREF _Toc422618467 \h 78
جدول ‏3–2 اطلاعات خطوط شبکه سه شین PAGEREF _Toc422618468 \h 78
جدول ‏3–3 نحوه مالکیت واحدهای تولیدی PAGEREF _Toc422618469 \h 78
جدول ‏3–4 نتایج شبکه سه شین تحت رقابت کامل PAGEREF _Toc422618470 \h 81
جدول ‏3–5 نتایج شبکه سه شین تحت رقابت ناقص PAGEREF _Toc422618471 \h 81
جدول ‏3–6 نتایج شبکه سه شین تحت رقابت کامل در یک دوره PAGEREF _Toc422618472 \h 88
جدول ‏3–7 نتایج شبکه سه شین تحت رقابت ناقص در یک دوره PAGEREF _Toc422618473 \h 95
جدول ج–1 اطلاعات خطوط شبکه IEEE-118 Bus PAGEREF _Toc422618474 \h 119
جدول ج–2 اطلاعات بارهای شبکه IEEE-118Bus PAGEREF _Toc422618475 \h 122
جدول ج–3 اطلاعات ژنراتورهای شبکه IEEE-118Bus PAGEREF _Toc422618476 \h 123

لیست نمادها
اندیس‌ها: dاندیس نمایش‌دهنده روز
gاندیس نمایش‌دهنده ژنراتور
iاندیس نمایش‌دهنده تکه‌ خطی‌سازی
jاندیس نمایش‌دهنده مالک‌
lاندیس نمایش‌دهنده خط
nاندیس نمایش‌دهنده شین‌
پارامترها: ALNl,nعنصر سطر l و ستون n از ماتریس تلاقی خط با شین‌ها (اگر خط l از شین n خارج شود 1 و اگر به آن وارد شود 1- است و در غیر این‌صورت صفر است)
ANGg,nعنصر سطر g و ستون n از ماتریس تلاقی ژنراتورها با شین‌ها (اگر ژنراتور g در شین n واقع شده باشد مقدار آن 1 و در غیر این‌صورت صفر است)
AOGj,gعنصر سطر j و ستون g از ماتریس تلاقی میان مالکین و ژنراتورها (اگر ژنراتور g متعلق به مالک j باشد مقدار آن 1و در غیر این‌‌صورت مقدار آن صفر است)
Blسوسپتانس خط lCostgهزینه نهایی ژنراتور gDnبار متصل به شین nDn,dبار متصل به شین n در روز dMg,ddown/Mg,dupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور g در روز d
Mg,dpgdown/Mg,dpgupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی حد پایین/ بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور g در روز d
Mlعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای اصلاح قید توان عبوری از خط l
Ml,ddown/Ml,dupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d
Ml,dpl-down/Ml,dplupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی حد پایین/ بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d
Ml,db-down/Ml,db-upعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید اصلاح شده توان عبوری از خط l در روز d
Ml,dndown/Ml,dnupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی حد پایین/ بالای قید اصلاح شده توان عبوری از خط l در روز d
Mn,ddown/Mn,dupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید زاویه ولتاژ در شین‌n در روز d
Mn,dδdown/Mn,dδupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی حد پایین/ بالای قید زاویه ولتاژ در شین‌n در روز d
MEj,g,dαعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی قید پیشنهاد قیمت ژنراتور g در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,g,dμαعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی ضریب لاگرانژ قید پیشنهاد قیمت ژنراتور g در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,g,dgdown/MEj,g,dgupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی حد پایین/ بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور g در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,g,dμgdown/MEj,g,dμgupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور g در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,l,dpldown/MEj,l,dplup عدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی حد پایین/ بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,l,dμpldown/MEj,l,dμplupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,l,dnldown/MEj,l,dnlupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی حد پایین/ بالای قید اصلاح شده توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,l,dβEdown/MEj,l,dβEupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید اصلاح شده توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,n,dδdown/MEj,n,dδupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای خطی‌سازی حد پایین/ بالای قید زاویه ولتاژ در شین n در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,n,dμδdown/MEj,n,dμδupعدد مثبت به اندازه کافی بزرگ برای ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید زاویه ولتاژ در شین n در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,g,ddown/MEj,g,dupحد بالای شرط مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور g در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,g,dγdown/MEj,g,dγupحد بالا برای ضریب لاگرانژ قید مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور g در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,l,ddown/MEj,l,dupحد بالای شرط مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید حد حرارتی خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,l,dγdown/MEj,l,dγupحد بالا برای ضریب لاگرانژ قید مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید حد حرارتی خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,l,dβdown/MEj,l,dβupحد بالای شرط مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,l,dγbedown/MEj,l,dγbeupحد بالا برای ضریب لاگرانژ قید مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,n,ddown/MEj,n,dupحد بالای شرط مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/ بالای قید زاویه ولتاژ شین n در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
MEj,n,dγdown/MEj,n,dγupحد بالا برای ضریب لاگرانژ قید مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید زاویه ولتاژ شین n در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
NLmaxحداکثر تعداد خطوط مجاز به کلیدزنی
Pgmin/Pgmaxحداقل/حداکثر توان تولیدی ژنراتور g
Plmaxحد حرارتی خط l
siشیب بازه‌ خطی‌سازی i
αiابتدای بازه‌ خطی‌سازی i
∆iطول بازه‌ خطی‌سازی i
متغیرها: pgتوان تولیدی ژنراتور g
pg,dتوان تولیدی ژنراتور g در روز d
plتوان عبوری از خط l
pl,dتوان عبوری از خط l در روز d
αg,dقیمت پیشنهادی ژنراتور g در روز d
βl,ddown/βl,dupضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید اصلاح شده توان عبوری از خط l در روز d
βEj,l,ddown/βEj,l,dupضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید اصلاح شده توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
δnزاویه ولتاژ در شین‌ n
δn,dزاویه ولتاژ در شین‌ n در روز d
γj,n,dδضریب لاگرانژ قید دوگان متغیر زاویه ولتاژ در شین nدر روز d برای بازیگر j
γj,g,dpgضریب لاگرانژ قید دوگان متغیر توان تولیدی ژنراتور gدر روز d برای بازیگر j
γj,l,dplضریب لاگرانژ قید دوگان متغیر توان عبوری از خط l در روز d برای بازیگر j
γj,d1ضریب لاگرانژ قید دوگان متغیر زاویه ولتاژ در شین مرجع در روز d برای بازیگر j
γBEj,l,ddown/γBEj,l,dupضریب لاگرانژ قید مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید اصلاح شده توان عبوری از خط l در روز d برای بازیگر j
γϑEj,l,ddown/γϑEj,l,dupضریب لاگرانژ قید مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d برای بازیگر j
γμEj,g,ddown/γμEj,g,dupضریب لاگرانژ قید مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید توان تولیدی ژنراتور g در روز d برای بازیگر j
γξEj,n,ddown/γξEj,n,dupضریب لاگرانژ قید مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید زاویه ولتاژ در شین n در روز d برای بازیگر j
λn,dقیمت در شین n در روز d
λEj,n,dضریب لاگرانژ قید تساوی توان در شین n در روز d برای مالک j
ζj,dضریب لاگرانژ قید دوگانگی قوی برای بازیگر j در روز d
ϑl,ddown/ϑl,dupضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d
ϑEj,l,ddown/ϑEj,l,dupضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
μg,ddown/μg,dupضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور gدر روز d
μEj,g,dαضریب لاگرانژ قید قیمت پیشنهادی ژنراتور gدر روز d در مسأله MPEC بازیگر j
μEj,g,ddown/μEj,g,dupضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور gدر روز d در مسأله MPEC بازیگر j
ξn,ddown/ξn,dupضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید زاویه ولتاژ در شین nدر روز d
ξd1ضریب لاگرانژ قید زاویه ولتاژ در شین مرجع در روز d
ξEj,d1ضریب لاگرانژ قید زاویه ولتاژ در شن مرجع در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
ξEj,n,ddown/ξEj,n,dupضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید زاویه ولتاژ در شین nدر روز d در مسأله MPEC بازیگر j
متغیرهای باینری: nlمتغیر باینری نمایش وضعیت خط l
zμg,ddown/zμg,dupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی حد پایین/بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور g در روز d
zϑl,ddown/zϑl,dupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی حد پایین/بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d
zl,dn-down/zl,dn-upمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی حد پایین/بالای قید حداکثر اصلاح شده عبوری از خط l در روز d
zξn,ddown/zξn,dupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی حد پایین/بالای قید زاویه ولتاژ در شین nدر روز d
zEj,g,dαمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید قیمت پیشنهادی ژنراتور gدر روز d در مسأله MPEC بازیگر j
zμEj,g,ddown/zμEj,g,dupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی حد پایین/بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور g در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
zϑEj,l,ddown/zϑEj,l,dupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی حد پایین/بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
zEj,l,dnldown/zEj,l,dnlupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی حد پایین/بالای قید حداکثر اصلاح شده عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
zξEj,n,ddown/zξEj,n,dupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی حد پایین/بالای قید زاویه ولتاژ در شین nدر روز d در مسأله MPEC بازیگر j
zEj,g,dμdown/zEj,g,dμupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی شرط مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید حداکثر توان تولیدی ژنراتور g در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
zEj,l,dϑdown/zEj,l,dϑupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی شرط مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید حداکثر توان عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
zEj,l,dβdown/zEj,l,dβupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی شرط مثبت بودن ضریب لاگرانژ حد پایین/بالای قید حداکثر اصلاح شده عبوری از خط l در روز d در مسأله MPEC بازیگر j
zEj,n,dξdown/zEj,n,dξupمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی حد پایین/بالای قید زاویه ولتاژ در شین nدر روز d در مسأله MPEC بازیگر j
مخفف‌ها: Alternative Current AC
Alternative Current Optimal Power Flow ACOPF
Competition Boundary Problem CBP
Direct Current DC
Direct Current Optimal Power Flow DCOPF
Direct Current Power Flow based Optimal Transmission Switching DCOTS
Equilibrium Problems with Equilibrium Constraints EPEC
Extended Competition Boundary ECB
Fortuny-Amat & McCarl FM
Herfindahl-Hirschman Index HHI
Karush–Kuhn–Tucker KKT
Lerner Index LI
Locational Marginal Price LMP
Marginal Cost MC
Market Equilibrium constrained Seasonal Optimal Transmission Switching MESOTS
Market Operator MO
Mathematical Problems with Equilibrium Constraints MPEC
Mathematical Program with Complementarity Constraints MPCC
Mathematical Program with Primal and Dual Constraint MPPDC
Mixed Integer Linear Programming MILP
Mixed Integer Quadratically Constrained Programming MIQCP
Must-Run Ratio MRR
Optimization Problems constrained by Linear Optimization Problems OPcLP
Optimization Problems constrained by other Optimization Problems OPcOP
Optimal Transmission Switching OTS
Transmission Switching TS
چکیده
کلیدزنی انتقال یکی از عملیات‌های مهم در بهره‌برداری از سیستم قدرت است و از آن برای کاهش هزینه‌های بهره‌برداری سیستم قدرت استفاده می‌شود. از سویی، افزایش سطح رقابت در بازار، از دغدغه‌های بهره‌برداران بازار برق است و کاهش قدرت بازار یکی از راه‌های دستیابی به یک بازار با سطح رقابت بالاتر است. از آن‌جا که قدرت بازار با آرایش سیستم انتقال در ارتباط است، در این پایان‌نامه موضوع تأثیر کلیدزنی انتقال بر قدرت بازار و درنظرگرفتن این تأثیر در فرآیند کلیدزنی انتقال مورد بررسی قرار گرفته است.
در ابتدا به بررسی اثرات کلیدزنی انتقال روی قدرت بازار در سیستم قدرت، پرداخته شده است. به این منظور، مسأله مرز رقابت برای در نظرگرفتن کلیدزنی انتقال توسعه داده شده است. در این مسأله، حداقل و حداکثر HHI به عنوان شاخصی برای ارزیابی میزان تمرکز مالکیت در سیستم قدرت با توجه به قیود پخش توان DC در شبکه در قالب یک مسأله بهینه‌سازی درجه دو ارزیابی می‌شود. مسأله بیشینه‌سازی HHI یک مسأله بهینه‌سازی نامحدب است که این موضوع بدین سبب که HHI یک تابع درجه دوم از تولید واحدهای نیروگاهی است، ایجاد می‌شود. برای اطمینان از دستیابی به جواب بهینه سراسری در مسأله مرز رقابت توسعه یافته، HHI به صورت تکه‌ای خطی تقریب زده شده است. بدین ترتیب مسأله به صورت یک مسأله بهینه‌سازی خطی-عدد صحیح در می‌آید.
اعمال مدل خطی-عدد صحیح به دست آمده بر روی شبکه‌های تست، نشان می‌دهند که کلیدزنی انتقال می‌تواند قدرت بازار را در یک سیستم قدرت تحت تأثیر قرار دهد. این اثرگذاری در مورد افزایش بیشینه HHI بیشتر است. به علاوه، این اثرگذاری در سطوح بار زیاد نیز بیشتر است. این موضوع نشان‌دهنده اثر نامطلوب کلیدزنی انتقال بر قدرت بازار، در صورت استفاده از آن بدون توجه به قدرت بازار است. در ادامه مدلی برای کلیدزنی دوره‌ای بهینه انتقال به عنوان ابزاری برای بهره‌بردار سیستم به منظور کاهش هزینه دوره‌ای بهره‌برداری شبکه با در نظر گرفتن وجود قدرت بازار بازیگران، ارائه شده است. این مدل یک مسأله بهینه‌سازی سه‌سطحی است. در سطح اول تصمیم به خروج خطوط برای کل دوره با هدف حداقل‌سازی هزینه‌های بهره‌برداری کل دوره، در ابتدای دوره اتخاذ می‌شود. در سطح دوم، مسأله حداکثرسازی سود مالکین با در نظرگرفتن قدرت بازار و در سطح سوم، مسأله تسویه بازار مدل شده است. به کمک قضیه دوگانی قوی و شرایط KKT، مسأله حداکثرسازی سود هر مالک به یک مسأله بهینه‌سازی مقید به قیود تعادل که یک مسأله بهینه‌سازی تک سطحی است تبدیل می‌شود. از کنار هم قرار دادن این مسائل بهینه‌سازی تمام بازیگران در کل دوره، یک مسأله تعادل مقید به قیود تعادل، به دست می‌آید که به صورت دسته‌ای از معادلات مساوی و نامساوی است. مدل تعادل حاصل شده، معادل قیود سطح دوم و سوم مسأله کلیدزنی بهینه دوره‌ای انتقال است که با جایگزینی، یک مسأله بهینه‌سازی یک‌سطحی به دست می‌آید. این مسأله بهینه‌سازی تک سطحی، به کمک تکنیک‌های خطی‌سازی، به فرم یک مسأله بهینه‌سازی خطی-عدد صحیح در آمده و بر روی یک شبکه تست اعمال شده است. نتایج، نشان می‌دهند که کلیدزنی دوره‌ای بهینه انتقال می‌تواند هزینه‌های بهره‌برداری کل دوره را با درنظر گرفتن قدرت بازار بازیگران، کاهش دهد. به علاوه، باعث کاهش قدرت بازار بازیگران در مقایسه با حالتی می‌شود که کلیدزنی انتقال انجام نشود.
کلمات کلیدی: کلیدزنی انتقال، قدرت بازار، مسأله بهینه‌سازی خطی عدد-صحیح، تعادل در بازار برق، مسأله بهینه‌سازی چند سطحی
فصل اولمقدمهپیشگفتاردر دیدگاه سنتی بهره‌برداری از شبکه‌ قدرت، سیستم انتقال به صورت سیستمی استاتیک درنظر گرفته می‌شود و آرایش تجهیزات انتقال ثابت و غیر قابل تغییر می‌باشد. در این دیدگاه، فقط در مواقع اضطراری، کلیدزنی خطوط انتقال‌، بدون توجه به مسائل بهینه‌سازی یا جنبه‌های اقتصادی انجام می‌پذیرد [1]. در سال‌های اخیر این ایده مطرح شده ‌است که با تغییر آرایش سیستم انتقال می‌توان در هزینه‌ بهره‌برداری شبکه صرفه‌جویی انجام داد. این فرآیند به کمک بحث کلیدزنی بهینه انتقال (OTS) انجام می شود [2]. بسیاری از شاخصهای بازار برق از جمله قدرت بازار وابسته به آرایش شبکه میباشند [3]، بنابراین با تغییر آرایش شبکه ممکن است این شاخصها نیز متأثر شوند. از این رو در این فصل در ابتدا تاریخچهای از کلیدزنی انتقال در دیدگاه سنتی و مدرن بهره‌برداری از سیستم قدرت بیان شده و سپس تأثیر ساختار سیستم انتقال بر قدرت بازار ارزیابی می‌شود. پس از مشخص شدن اثرات سیستم انتقال بر قدرت بازار، نحوه مدل‌سازی رفتار بازیگران در شرایط رقابت ناقص در بازار برق مورد بحث قرار می‌گیرد. در ادامه لزوم پرداختن به موضوع این پژوهش بیان خواهد شد. در ادامه فصل اهداف پایان‌نامه، نوآوری‌های آن و مسائل مورد مطالعه در آن به طور کامل تشریح و مفروضات بیان شده است. در انتهای فصل نیز مروری بر مطالب فصل‌های بعد صورت می‌گیرد.
پیشینه تحقیقدر این قسمت برای آشنایی مقدماتی با موضوع پژوهش، مروری بر تحقیقات مرتبط با آن را انجام خواهیم داد. این مرور شامل بررسیهای انجام گرفته بر روی کلیدزنی در سیستم انتقال در دیدگاه سنتی بهره‌برداری از سیستم قدرت، کلیدزنی بهینه انتقال و موضوع قدرت بازار است. کلیدزنی انتقال از دیدگاه‌های متفاوتی قابل بررسی است [4]، ولی در این پژوهش بیشتر توجه روی جنبههای بهرهبرداری از شبکه قدرت است.
کلیدزنی انتقال در دیدگاه سنتی بهره‌برداریبه طور کلی به خروج یا ورود خطوط انتقال در شبکه قدرت، کلیدزنی خطوط انتقال (TS) گفته می‌شود. این کلیدزنی می‌تواند اجباری یا اختیاری صورت گیرد. تحقیقات انجام شده در گذشته نشان می‌دهند که می‌توان از TS به عنوان یک روش کنترلی برای رفع مشکلات شبکه استفاده کرد. بیشتر تمرکز این تحقیقات بر ارائه یک سازوکار صحیح برای رفع مشکلاتی مانند اضافه بار خطوط و انحراف ولتاژ از محدوده تعیین شده بوده است. در [1] مروری بر چگونگی استفاده از TS به عنوان یک سازوکار مناسب برای پاسخ به پیشامدها انجام گرفته است. در [5] یک الگوریتم، برای اولویت‌بندی خطوط برای کنترل اضافه بار به کمک TS ارائه شده است. در [6] بر اساس پخش توان بهینه، یک سازوکار مناسب برای استفاده از TS در مواجهه با مشکلات شبکه معرفی شده است. TS با در نظرگرفتن پخش توان AC برای رفع اضافه بار خطوط در [7] مورد بررسی قرار گرفته است. [8] یک سازوکار مناسب برای تعیین ابزار کنترلی شبکه مانند TS را به کمک متغیر پیوسته و متغیر باینری مدل‌سازی کرده است. در [9] و [10] یک سازوکار سریع برای استفاده از TS در پاسخ به پیشامدهای شبکه ارائه شده است. مزیت این روش نسبت به کارهای قبلی این است که در این روش می‌توان آرایش شبکه و میزان تولید ژنراتورها را تغییر داد؛ ولی در روش‌های پیشنهادی پیش از آن، تولید ژنراتورها ثابت در نظر گرفته می‌شد. در [11] مروری بر کارهای انجام شده و مدل‌های ارائه شده برای TS و روش‌های حل این مدل‌ها انجام شده است. در [12] در ادامه کارهای قبل، یک سازوکار کنترلی مناسب برای مواجهه با اضافه بار خطوط و انحراف ولتاژ از محدوده تعیین شده و روش‌های دستیابی به بهترین جواب ارائه شده است. تفاوت این روش با روش‌های پیش از آن در استفاده از یک تکنیک جدید شامل تکنیک معکوس تنک و روش جداشده سریع برای کاهش تعداد تکرارهای مورد نیاز برای دستیابی به بهترین جواب است. در [13] یک روش برای دستیابی به بهترین جواب بر اساس یک متغیر باینری برای خطوط شبکه پیشنهاد شده است. در این روش زمانی که سطح ولتاژ بالا است، فرض شده اپراتورها از خطی که در هر زمان تأثیری کم بر قابلیت اطمینان دارد، آگاهی دارند و برای رفع مشکلات ولتاژی می‌توانند آن را از شبکه خارج می‌کنند. از TS به عنوان ابزاری برای کمینه کردن تلفات خطوط انتقال انرژی در [14و15] و مدیریت تراکم در [16] نیز بهره گرفته شده است. در صنعت نیز نمونه‌هایی از کاربرد TS به منظور بهبود پروفیل ولتاژ و ظرفیت انتقال نظیر [17-18] ارائه شده است. آن‌چه که وجه ممیزه تحقیقات مرور شده در این بخش است، این است که TS تنها در شرایطی انجام می‌شود که مسائل فنی بهره‌برداری از سیستم قدرت (از جمله امنیت و قابلیت اطمینان) کلیدزنی را ایجاب نماید.
کلیدزنی بهینه انتقالدر سال‌های اخیر استفاده از کلیدزنی خطوط انتقال به منظور کاهش هزینه‌های بهره‌برداری سیستم قدرت مطرح شده است [2]. اگر کلیدزنی و تنظیم آرایش شبکه انتقال با هدف کاهش هزینههای بهره‌برداری شبکه قدرت انجام شود به آن کلیدزنی بهینه انتقال (OTS) گفته می‌شود [2]. با این عملیات، آرایش شبکه از حالت اصلی که تمامی خطوط در مدار هستند تغییر پیدا می‌کند و امکان حضور ژنراتورهای ارزان‌تر که در آرایش اصلی، تولید آن‌ها محدود شده بود فراهم می‌شود و این فرآیند، در نهایت باعث کاهش کل هزینه تولید می‌شود.
مفهوم استفاده بهینه از شبکه انتقال برای اولین بار در [2] ارائه شده ‌است و فرض شده است که مالکین خطوط انتقال می‌توانند برای افزایش درآمد به پیشنهاد ظرفیت برای توان عبوری در زمان تراکم بپردازند و در بازار برق نقش فعال ایفا کنند. اولین بار در [2] یک مدل ریاضی بر اساس پخش توان بهینه جریان مستقیم (DCOPF) برای OTS مطرح شد. در این مدل یک دسته متغیر باینری برای نمایش وضعیت خطوط،‌ به مدل OPF کلاسیک افزوده شده است تا علاوه بر تعیین آرایش تولید در شبکه، امکان تعیین آرایش سیستم انتقال به صورت بهینه نیز فراهم باشد. این مسأله با خطی‌سازی تابع هزینه تولید ژنراتورها، به صورت مسأله بهینه‌سازی خطی عدد صحیح (MILP) با هدف کمینه‌ کردن هزینه تولید مدل‌سازی شده است. با حل این مسأله، تولید بهینه ژنراتورها و آرایش بهینه شبکه به دست می‌آید. در [19] یک مدل ریاضی بر اساس پخش توان بهینه جریان متناوب (ACOPF) ارائه شده است.در این مرجع، اثرات کلیدزنی بهینه انتقال بر پارامترهایی مانند دامنه ولتاژ و تلفات ارزیابی شده و با روش مبتنی بر DCOPF مقایسه شده است. این مدل به صورت یک مسأله بهینه‌سازی غیرخطی بوده و پس از حل، تضمینی برای به دست آمدن جواب بهینه مطلق وجود ندارد. برای رفع این مشکل در [20] با استفاده از الگوریتم تجزیه بندرز، ابتدا مسأله کلیدزنی بهینه تحت قیود DC شبکه (DCOTS) حل شده و اگر جواب آن، قیود پخش توان AC و محدودیت ولتاژ شین‌ها را برآورده کرد، به عنوان جواب شدنی مسأله پذیرفته می‌شود. اما ضعف این مدل این است که با توجه به تعیین خطوط اولیه توسط مسأله DCOTS، ممکن است همچنان خطوط بهینه تعیین نشوند. در این مرجع معیار قابلیت اطمینان N-1 به همراه موضوع انحراف ولتاژ از محدوده تعیین شده در نظر گرفته شده و سعی شده است تا OTS کمترین تأثیر را روی اندازه ولتاژ در شینها داشته باشد. در [21] فرمول‌بندی بهره‌برداری بهینه از سیستم تولید و انتقال به صورت همزمان با در نظر گرفتن معیار قابلیت اطمینان N-1 انجام گرفته است. این مسأله دارای ابعاد بزرگی است و از نظر محاسباتی پیچیده است. از این رو روش‌هایی برای تجزیه و تحلیل مسأله پیشنهاد شده است. در [22] نتایج اقتصادی حاصل از OTS بر قیمت نهایی محلی (LMP) بررسی و چگونگی این اثرگذاری ارزیابی شده است. در [23] که در ادامه [2] ارائه شده است، مسأله OTS با در نظر گرفتن معیار قابلیت اطمینان N-1 به عنوان یک مسأله MILP مدل شده است. در [24] مدلی برای OTS به منظور افزایش کارایی اقتصادی بازار برق ارائه شده است و روش‌هایی برای کاهش تعداد متغیرهای باینری مسأله پیشنهاد شده است. در این مرجع به منظور کاهش تعداد خطوط کاندید برای کلیدزنی، روش‌هایی برای اولویت‌بندی خطوط برای کلیدزنی پیشنهاد شده است. به کمک این روش‌ها می‌توان ابعاد مسأله کلیدزنی بهینه انتقال برای شبکه‌های بزرگ را کاهش داد. در [25] از TS در بحث مشارکت واحدها با توجه به امنیت سیستم قدرت بهره گرفته شده است و مدلی برای مشارکت واحدها با توجه به امنیت شبکه به کمک کلیدزنی انتقال ارائه شده است. در [26] به این موضوع اشاره شده است که OTS می‌تواند بر مسأله توسعه ظرفیت اثر داشته و هزینه کل توسعه سیستم را کاهش دهد. در این مرجع، مسأله توسعه ظرفیت به یک مسأله اصلی و دو زیرمسأله تجزیه شده است که در مسأله اصلی یک مجموعه کاندیدا برای تجهیزات تولید و انتقال جدید برای بهترین طرح توسعه در نظرگرفته شده است. در زیر مسأله‌ها به کمک TS، تولید بهینه و توان عبوری از خطوط محاسبه می‌شود. آنالیز پیشامد نیز در زیرمسأله‌ها در نظر گرفته شده است. در [27]، OTS به عنوان ابزاری قدرتمند برای مدیریت تراکم در یک شبکه معرفی شده است و نشان داده شده که OTS می‌تواند قیمت‌ها را کاهش و کارایی بازار را افزایش دهد. اصولاً حل مسأله OTS، به دلیل ابعاد بزرگ مسأله بهینهسازی و وجود تعداد زیاد متغیرهای باینری، زمانبر است. برای حل این مشکل می‌توان از روشهایی که خطوط کاندیدا برای کلیدزنی را محدود می‌کنند و آمیخته با اعداد صحیح نیستند، استفاده کرد [30-28]. در [31] مدلی برای OTS در یک دوره مطالعاتی پیشنهاد شده است که هر ساعت از دوره به کمک یک سطح بار در نظر گرفته شده است. هدف از این کار برنامه‌ریزی خروج خط در طول دوره است. در این مدل فرض شده است که هر یک از ژنراتورها، هزینه نهایی خود را به بازار پیشنهاد می‌دهند و شرایط رقابت کامل در بازار، وجود دارد. به این منظور نیز مدلی پیشنهاد شده و به دلیل بزرگ بودن ابعاد مسأله، روش تجزیه بندرز برای حل آن به کار گرفته شده است.
اگر چه کلیدزنی انتقال و اثرات آن در مقالات بسیار زیادی مورد بررسی قرار گرفته است، ولی تا به حال به طور ویژه، اثرات کلیدزنی انتقال روی قدرت بازار بررسی نشده است. در ضمن در تمامی مقالاتی که در این حوزه منتشر شده‌اند، فرض بر این بوده است که شرکت‌کنندگان در بازار برق، همواره به صورت قیمت پذیر در بازار برق مشارکت می‌کنند. این در حالی است که شواهد زیادی وجود دارد که بازارهای برق دارای ساختار انحصار چند قطبی بوده و شرکت‌کنندگان در آن به اعمال قدرت بازار اقدام می‌کنند [32].
تأثیر ساختار سیستم انتقال بر قدرت بازاردر علم اقتصاد خرد، قدرت بازار به معنای توانایی دور کردن قیمت‌ها از سطح رقابتی در بازار (در راستای کسب منافع بیشتر) است [33]. در بازار برق، قدرت بازار به صورت توانایی تولیدکنندگان برای افزایش قیمت به سطحی بالاتر از قیمت رقابتی در یک دوره با هدف کسب منافع بیشتر تعریف شده است [34]. مسأله قدرت بازار در بازار برق به مراتب پیچیده‌تر از دیگر بازارها است؛ زیرا که برق از یک‌سو قابلیت ذخیره‌سازی در مقیاس بزرگ را ندارد (یا حداقل در حال حاضر اقتصادی نیست) و از سوی دیگر کالای جایگزین آن در کوتاه مدت وجود ندارد. بنابراین تعادل بین عرضه و تقاضا باید به صورت لحظه‌ای برقرار باشد.
به تولیدکنندگانی که به اندازۀ کافی بزرگ هستند تا قیمتها را برای بیشینه‌کردن سود خود تحت تأثیر قرار دهند تولید کنندگان قیمت‌گذار میگویند. تحت تأثیر قرارگرفتن قیمتها میتواند بر اثر امتناع فیزیکی یا امتناع مالی باشد [32]. امتناع فیزیکی زمانی اتفاق میافتد که یک تولیدکننده برای افزایش سود خود تصمیم میگیرد از عرضه تمام ظرفیت خود به بازار خودداری کند. امتناع مالی به وسیله متأثر کردن قیمت‌ بازار از طریق پیشنهاد قیمت به میزانی بالاتر از قیمت رقابتی صورت می‌گیرد.
یکی از نتایج اعمال قدرت بازار، افزایش قیمت بازار به میزانی بالاتر از قیمت رقابتی (عموماً هزینه نهایی) است [35]. این به معنای افزایش سود تولیدکنندگان و کاهش کارایی بازار میباشد. میزان کارایی بازار به وسیله رفاه اجتماعی اندازه‌گیری میشود که برابر با مجموع مازاد خالص تولیدکنندگان و مصرف کنندگان است [36]. رفاه اجتماعی در یک بازار با رقابت کامل در میزان بیشینه خود قرار دارد و این بازار، یک بازار کارآمد است. در زمان وجود قدرت بازار، میزان رفاه اجتماعی کاهش مییابد و باعث کاهش کارایی بازار میشود. یکی دیگر از نتایج اعمال قدرت بازار جابجایی ثروت از سمت مصرف کنندگان به سمت تولیدکنندگان است [32].
قدرت بازار ممکن است بر اثر عواملی مانند آرایش شبکه، تراکم خطوط انتقال، کشش کم تقاضا و نحوه مشخص‌کردن قیمت‌ها تشدید شود. به طور مثال اگر یک شرکت‌کننده در بازار، مالک بخشی از تولید و تجهیزات انتقال باشد و فقط زمانی به دیگر تولیدکنندگان اجازه استفاده از تجهیزات انتقال خود را بدهد که باعث بالا رفتن هزینه آن‌ها شود، قدرت بازار پدید خواهد آمد [37]. قیود فیزیکی و بهره‌برداری سیستم قدرت از جمله قیود انتقال در بازار برق، آن را از دیگر بازارها متمایز می‌سازد و می‌تواند عملکرد بازار را بدون توجه به پیشنهاد قیمت بازیگران تحت تأثیر قرار دهد [38]. اگر تمام بازیگران هزینه نهایی خود را به بازار پیشنهاد دهند، قیمت و مازاد کل از قیود شبکه متأثر خواهند شد (حتی زمانی که از قدرت بازار صحبتی در میان نباشد). قیود مربوط به انتقال همواره فرصت‌هایی را برای بازیگران بازار فراهم می‌کند تا قدرت بازار را اعمال کنند [39]. به ویژه برای آن دسته از تولیدکنندگانی که می‌توانند با امتناع از عرضه ظرفیت خود، باعث ایجاد تراکم شده و شرایط غیر رقابتی را ایجاد کنند. در [40] توانایی شرکت‌کنندگان در بازار برای استفاده از شبکه انتقال به منظور ایجاد تراکم و افزایش قدرت بازار مورد مطالعه قرار گرفته است.
قدرت بازار می‌تواند با استفاده از شاخص‌های قدرت بازار ارزیابی و اندازه‌گیری شود. چند شاخص معروف عبارت است از HHI، شاخص لرنر (LI) و حداقل میزان سهم تولید (MRR). این شاخص‌ها در پیوست الف معرفی شده‌اند. رایج‌ترین شاخص اندازه‌گیری میزان تمرکز بازار HHI است که نمایش‌دهنده نسبت سهم تولید شرکت‌کنندگان در بازار است [41]. اگر در یک بازار، HHI بزرگتر از 1000 باشد، قدرت بازار وجود خواهد داشت. مدل‌های زیادی برای ارزیابی قدرت بازار در بازار برق توسعه یافته‌اند [42]. مدل‌های پسینی که بر اساس نتایج واقعی بازار، به دنبال نمونه‌های اعمال قدرت بازار واقعی می‌باشند [43] و مدل‌های پیشینی، عموماً مبتنی بر شبیه‌سازی، که پتانسیل اعمال قدرت بازار را جستجو می‌کنند، در تجزیه و تحلیل قدرت بازار مورد استفاده قرار می‌گیرند [44].
یکی از مسائلی که برای ارزیابی قدرت بازار به صورت پیشینی طراحی شده است، مسأله مرز رقابت (CBP) است [45]. در این مسأله محدوده تغییرات HHI با توجه به قیود بهره‌برداری از سیستم قدرت مورد بررسی قرار گرفته است. توانایی این مدل این است که اندازه‌گیری HHI را که شاخصی از میزان تمرکز تولیدکنندگان است، به صورت مقید به قیود بهره‌برداری سیستم انتقال ارزیابی کند.
مدل‌سازی رفتار بازار برق در شرایط رقابت ناقصبرای مدل‌سازی رفتار بازار برق در شرایط رقابت ناقص دو رویکرد کلی وجود دارد که عبارتند از روش‌های شبیه‌سازی [46] و روش‌های تحلیلی [47]. روش‌های شبیه‌سازی عموماً تکیه بر استفاده از شبیه‌سازی‌ عامل محور دارند. ضعفی که روش‌های شبیه‌سازی دارند موضوع اعتبارسنجی نتایج است. روش‌های تحلیلی عموماً مبتنی بر مفاهیم تئوری بازی هستند و این روش‌ها سعی دارند به کمک مدل‌سازی ریاضی رفتار بازار برق را تحلیل نمایند [45]. لذا اعتبار نتایج عموماً به صورت ریاضی قابل ارزیابی است. در این پایان‌نامه از روش‌های تحلیلی برای مدل‌سازی رفتار بازار برق استفاده می‌شود. البته نقطه ضعف این روش‌ها، فرضیات ساده کننده‌ای (همانند دسترسی به اطلاعات) است که معمولاً انجام می‌شود.
تکیه روش‌های تحلیلی مدل‌سازی رفتار بازار برق در شرایط رقابت ناقص، بر مفاهیم تعادل است. در یک سیستم اقتصادی، تعادل به نقطه‌ای گفته می‌شود که در آن هیچ یک از طرفین معامله به تنهایی تمایل به تغییر وضعیت خود را نداشته باشند. مفهومی که از تعادل در تئوری بازی برداشت می‌شود عموماً تعادل نش است [3]. نقطه تعادل نش نقطه‌ای است که با فرض ثابت بودن استراتژی سایر بازیگران، هر بازیگر با تغییر استراتژی خود به تنهایی منافع بیشتری عاید نخواهد کرد. به عبارت دیگر، نقطه‌ای است که با فرض ثابت بودن استراتژی سایر بازیگران، هیچ بازیگری انگیزه تغییر استراتژی خود را ندارد.
در ساختار رقابتی بازار برق، سازوکارهای مختلف خرید و فروش برق همچون بازار قراردادهای پیش‌رو، بازار قراردادهای آتی، بازار حوضچه و بازار لحظه‌ای وجود دارند [48]. بر اساس تئوری، قدرت بازار و رقابت ناقص در آخرین فرصت از معامله فیزیکی کالا (در خصوص برق، بازار لحظه‌ای) بروز خواهد کرد [48]. لذا آنچه از مدل‌سازی رقابت ناقص بازار برق مقصود است، بیشتر مدل‌سازی رفتار بازار لحظه‌ای است که عموماً مبتنی بر ساختار حوضچه‌ای اجرا می‌شود.
ساختار بازار لحظه‌ای ایجاب می‌کند که پیشنهاددهندگان برای خرید و فروش انرژی، آخرین پیشنهاد خود را برای تجارت انرژی الکتریکی به صورت فیزیکی، به بهره‌بردار سیستم اعلام ‌کنند و بهره‌بردار سیستم نیز پس از اجرای برنامه بازار (عموماً


کلیدزنی بهینۀ انتقال با استفاده از مدل¬های تعادل در بازارهای برق پایان نامه ها
قیمت: 11200 تومان

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *