بهینه‌سازی سبد تولید سبز در بازار خرده‌فروشی برق با در نظر گرفتن کش‌سانی مصرف‌کنندگان

نویسندگان

دانشگاه سمنان - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

چکیده

در این مقاله، روشی جهت بهینه‌سازی سبد تولید سبز از دیدگاه خرده‌فروش در محیط رقابتی بازار پیشنهاد شده است. بدین‌منظور، عدم قطعیت موجود در قیمت برق و تولید انرژی بادی و خورشیدی با استفاده از متغیرهای تصادفی در نظر گرفته شده است. علاوه بر آن، به‌منظور تأمین بار مشتریان، از قراردادهای پیش‌خرید استفاده شده تا ریسک ناشی از خرید برق از دیدگاه مشتریان کاهش داده شود. به‌موازات استفاده از قراردادهای پیش‌خرید، روش شاخص و بلوک مطرح‌شده در این مقاله مصرف‌کنندگان و خرده‌فروشان را قادر می‌سازد تا بتوانند ریسک و سود ناشی از شرکت در بازار خرده‌فروشی را مدیریت کنند. با هدف بهینه‌سازی سبد تولید انرژی پاک، عدم قطعیت‌های مسئله با استفاده از برنامه‌ریزی تصادفی و سری‌های زمانی، مدل ARIMA و روش نمونه‌برداری مونت‌کارلو لحاظ شده‌اند. همچنین، مطالعات تحلیل ریسک و خاصیت کش‌سانی بار، مصرف‌کنندگان و خرده‌فروشان را قادر می‌سازد تا تعادل مناسبی بین سود و ریسک ناشی از فعالیت خود در محیط بازار خرده‌فروشی فراهم نمایند. در پایان، شبیه‌سازی‌ها و مثال‌های عددی ارائه‌شده نشان می‌دهند که روش پیشنهادی به‌خوبی قادر است ضمن بیشینه‌سازی استفاده از انرژی‌های پاک، تعادل مناسبی بین سود و ریسک در بازار برقرار نماید.

کلیدواژه‌ها


   [1]      M. Shahidehpour, H. Yamin, and Z. Li, Market Operations in Electric Power Systems, Wiley Publications, 2002.
   [2]      D.S. Kirschen, and G. Strbac, Fundamentals of Power System Economics, Wiley Publications, 2004.
   [3]      A. Mohsenian-Rad, and A. Leon-Garcia, “Optimal residential load control with price prediction in real-time electricity pricing environments,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 1, no. 2, pp. 120-133, 2010.
   [4]      M. Marzband, A. Sumper, A. Ruiz-Álvarez, J.L. Domínguez-García., and B. Tomoiag˘a, “Experimental evaluation of a real time energy management system for stand-alone microgrids in day-ahead markets,” Applied Energy, vol. 106, pp. 365-76, 2013.
   [5]      M. Marzband, A. Sumper, J. Domínguez-García, and R. Gumara-Ferret, “Experimental validation of a real time energy management system for microgrids in islanded mode using a local day-ahead electricity market and MINLP,” Energy Conversion and Management, vol. 76, pp. 314-22, 2013.
   [6]      M. Marzband, M. Ghadimi, A. Sumper, and J. Dom´ınguez-Garc´ıa, “Experimental validation of a real-time energy management system using multi-period gravitational search algorithm for microgrids in islanded mode,” Applied Energy, vol. 128, pp. 164-74, 2014.
   [7]      M. Shafie-Khah, and J.P.S. Catalao, “A stochastic multi-layer agent-based model to study electricity market participants behavior,” IEEE Transaction on Power Systems, vol. 30, pp. 867-881, 2015.
   [8]      S.  Kazempour, A.J.  Conejo, and C. Ruiz, “Strategic bidding for a large consumer,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 30, pp. 848-856, 2015.
   [9]      D.S. Kirschen, "Demand-side view of electricity markets,” IEEE Transaction on Power Systems, vol. 18, pp.  520-527, 2003.
[10]      Q. Zhang, and X. Wang, “Hedge contract characterization and risk-constrained electricity procurement,” IEEE Transactions Power Systems, vol. 24, no. 3,  pp. 1547-1558, 2009.
[11]      J.R. Birge, and F. Louveaux, Introduction to Stochastic Programming, Springer Publications, 1997.
[12]      A. Hatami, H. Seifi, and M. Sheik-el-Eslami, “A stochastic-based decision-making framework for an electricity retailer: time-of-use pricing and electricity portfolio optimization,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 26, no. 4, pp. 1808-1816, 2009.
[13]      C.K. Woo, R.I. Karimov, and I. Horowitz, “Managing electricity procurement cost and risk by a local distribution company,” Energy Policy, vol. 32, pp. 635-645, 2004.
[14]      C.K. Woo, “Efficient frontiers for electricity procurement by an LDC with multiple purchase options,” Omega, vol. 34, no. 1, pp. 70-80, 2006.
[15]      M. Carrión, A.J. Conejo, and J.M. Arroyo, “Forward contracting and selling price determination for a retailer,” IEEE Transactions on Power System, vol. 22, pp. 2105-2114, 2007.
[16]      M.H. Albadi, and E.F. El-Saadany, “A summary of demand response in electricity markets,” Electric Power Systems Research, vol. 78, no. 11, pp. 1989-1996, 2008.
[17]      A.R. Hatami, H. Seifi, and M.K. Sheikh-El-Eslami, “Optimal selling price and energy procurement strategies for a retailer in an electricity market,” Electric Power Systems Research, vol. 79, pp. 246-254, 2009.
[18]      S.A. Gabriel, A.J. Conejo, M.A. Plazas, and S. Balakrishnan, “Optimal price and quantity determination for retail electric power contracts,”  IEEE Transactions on Power System, vol. 21, no. 1, pp. 180-187, 2006.
[19]      I. Horowitz, and C.K. Woo, “Designing Pareto-superior demand-response rate options,” Energy (Oxford), vol. 31, no. 6-7, pp. 1040-1051, 2006.
[20]      J.M. Yusta, I.J. Ramrez-Rosado, J.A. Dominguez-Navarro, and J.M. Perez-Vidal, “Optimal electricity price calculation model for retailers in a deregulated market,” International Journal of Electric Power and Energy Systems, vol. 27, pp. 437-447, 2005.
[23]      R. Rockafellar, and S. Uryasev, “Optimization of conditional value-at-risk,” Journal of Risk, pp. 21-41, 2000.
[24]      R.T. Rockafellar, and S. Uryasey,“Conditional value-at-risk for general loss distributions,” Journal of Banking and Finance, vol. 26, pp. 1443-1471, 2002.
[25]      S. Huang, and K.R.  Shih, “Short-term load forecasting via ARMA model identification including non-Gaussian process considerations,” IEEE Transactions on Power System, vol. 18, pp. 673-679, 2003.
[26]      C. Chatfield, The Analysis Of Time Series: An Introduction, Chapman & Hall/CRC Publications, 2004.
[27]      G.E.P. Box, G.M. Jenkins, and G.C. Reinsel, Time Series Analysis: Forecasting and Control, Wiley Publications, 1994.
[28]      P. Chen, T. Pedersen, B. Bak-Jensen, and Z. Chen, “ARIMA-based time series model of stochastic wind power generation,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 25, pp. 667-676, 2010.
[29]      K. Turkman, M.G. Scotto, and Z.B. Patrícia, Non-Linear Time Series, Springer Publications, 2014.
[30]      http://www.sas.com
[31]      M. Oritz , J. Rios , and M. Acosta,“Wind generation and power system interaction analysis using probabilistic techniques,” 8th International Conference on Electrical Power Quality and Utilization, pp. 12-14, 2008.
[32]      S.T. Rachev, Probability Metrics and the Stability of Stochastic Model, Wiley Publications, 1991.
[33]      J.M. Morales, M. Carrion, S. Pineda, and A.J. Conejo,“Scenario reduction for futures market trading in electricity markets, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 24, no. 2, pp. 878-888, 2009.
[34]      H. Heitsch, and W. Römisch, “Scenario reduction algorithms in stochastic programming,” Computational Optimization and Applications, vol. 24, pp. 187-206, 2003.
[35]      A. Rosa, Fundamental of Renewable Energy Processes, Elsevier Publications, 2009.
[36]      R.H. Liang, and J.H.  Liao, “A Fuzzy-Optimization Approach for Generation Scheduling With Wind and Solar Energy Systems,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 22, pp. 1665-1674, 2007.
[37]      http://www.pjm.com/.
[38]      http://www.me.utexas.edu/~solarlab/tsrdb/index.html/.
[39]      R. Sioshansi, and W. Short, “Evaluating the impacts of real-time pricing on the usage of wind generation,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 24, no. 2, pp. 516-524, 2009.