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 پاك او، طاهران معصوم، هم آنان که وجودمان وامدار وجودشان است؛ و نفرين پيوسته بر دشمنان ايشان تا روز رستاخيز…
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

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

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