رهیافت تعادل استکلبرگ در مسائل تسویه بازارهای محلی برق با حضور منبع تجدیدپذیر راهبردی با استفاده از روش بهینه‌سازی محدب

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه قدرت، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

محدودیت‌های سرمایه‌گذاری در توسعه منابع تولیدی بزرگ و شبکه‌های انتقال و توزیع، چالش‌های زیست‌محیطی وابسته به آن‌ها و وجود مشوق‌های مناسب، منجر به شکل‌گیری کانون‌های تولید از طریق منابع تجدیدپذیر در سطح شبکه توزیع گشته است. اگرچه افزایش میزان نفوذ این منابع و تسهیل ورود آن‌ها به کمک مقررات‌زدایی، زمینه‌ساز استقرار بازارهای محلی برق شده‌است، چنین شرایطی در شبکه‌های در حال گذار انرژی که تعداد بازیگران محلی در آن‌ها محدود است، منجر به ظهور پدیده قدرت بازار خواهد شد. در این راستا، مقاله حاضر به ارزیابی و تحلیل قیمت تعادلی برق و اثرات آن بر رفاه اجتماعی و مازاد خالص مشتریان در موقعیتی که بازیگران راهبردی در بازار محلی شبکه توزیع در قالب یک بازی استکلبرگ با هم رقابت می‌کنند، می‎پردازد. هدف مذکور به کمک رویکردی نوین مبتنی بر بهینه‌سازی محدب جهت یافتن نقطه تعادل استکلبرگ در بازارهای محلی دنبال شده و صحت عملکرد روش پیشنهادی با استفاده از اصل تقارن و نامساوی‌های تغییراتی که از قضایای ریاضیاتی می‌باشند، به همراه شبیه‌سازی‌های عددی اثبات می‌شود. مطابق نتایج حاصله، رقابت کورنو و استکلبرگ بین منبع انرژی راهبردی تجدیدپذیر و بهره‌بردار شبکه توزیع در مقایسه با بازار رقابت کامل، به ترتیب منجر به کاهش 17 و 5/15 درصدی در رفاه اجتماعی می‌شود. به‏علاوه، مقدار عرضه و تقاضای انرژی در سطح بازار محلی نیز به ترتیب کاهش 40 و 38 درصدی را تجربه خواهد کرد. بنابراین، منابع تجدیدپذیر مقیاس‏کوچک فرصت دستکاری قیمتی و کسب سودنامتعارف ناشی از اعمال قدرت در سطح یک بازار محلی و محدود در حال گذار انرژی خواهند شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Determining Stackelberg Price Equilibrium in Local Electricity Markets with Strategic Renewable Resource Based on Convex Optimization

نویسندگان [English]

  • Hassan Geramifar 1
  • Majid Shahabi 2
  • Taghi Barforoushi 3
1 Faculty of Electrical and computer engineering, Babol Noshirvani university of technology
2 Faculty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
3 Faculty of electrical and computer engineering, Babol Noshirvani university of technology
چکیده [English]

The growth of renewable energy resources in distribution networks has been driven by investment constraints in large-scale generation and transmission systems, environmental factors, and supportive incentives. This expansion, alongside market deregulation, has fostered the development of local electricity markets. However, these emerging markets may enable the exercise of market power in transitional networks with few participants. This study examines equilibrium prices and their effects on social welfare and consumer surplus in settings where strategic entities compete in local distribution markets, conceptualized through Stackelberg game theory. This paper presents a new convex optimization methodology for determining Stackelberg equilibria in local electricity markets, employing variational inequalities to characterize the equilibrium conditions. By leveraging the principle of symmetry, uniqueness properties of the equilibrium solutions are established. According to the results, Cournot and Stackelberg competition between the strategic renewable energy resource and the distribution system operator, compared to a perfect competition market, leads to a 17% and 15.5% reduction in social welfare, respectively. Furthermore, the energy supply and demand at the local market level will experience reductions of 40% and 38%, respectively. Therefore, small-scale renewable resources have the opportunity to manipulate prices and gain unconventional profits by exercising market power within a limited, local, and transitional energy market, leading to a reduction in social welfare compared to a broad, perfectly competitive market.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Local electricity markets
  • Market clearing
  • Stackelberg equilibrium
  • Market power
  • Strategic renewable resources