برنامه‌ریزی توسعه نیروگاه‌های بادی در بازارهای برق در حضور شرکت‌های تولید راهبردی و تقاضای کشش‌پذیر

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 گروه پژوهشی پست‌های فشار قوی - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

در این مقاله چهارچوبی جدید به‌منظور برنامه‌ریزی توسعه نیروگاه‌های بادی در بازارهای برق رقابتی ناکامل و در حضور شرکت‌های راهبردی با درنظرگرفتن تقاضای کشش‌پذیر ارائه می‌شود. در چهارچوب پیشنهادی، هدف اصلی بررسی قابلیت سودآوری نیروگاه‌های بادی در بازارهایی با ویژگی انحصاری چندجانبه می‌باشد که در آن مصرف‌کنندگان نیز دارای کشش‌پذیری مناسبی در برابر قیمت می‌باشند. مسئله برنامه‌ریزی توسعه منابع بادی در قالب یک مدل دوسطحی ارائه می‌شود که در سطح بالا تصمیمات سرمایه‌گذاری با هدف بیشینه‌سازی سود سرمایه‌گذار اتخاذ شده و سطح پایین شامل مسئله تسویه بازار است که با توجه به ویژگی انحصار چندجانبه بازار برق به کمک مدل تعادل کورنات (Cournot) و با هدف بیشینه‌سازی سود هم‌زمان شرکت‌های راهبردی مقید به تعادل عرضه و تقاضا حل می‌شود. عدم‌قطعیت در تولید منابع بادی توسط مجموعه‌ای از سناریوها مدل می‌شود. مسئله بهینه‌سازی دوسطحی در سطح بالا به کمک الگوریتم ژنتیک و در سطح پایین و به‌ازای تحقق‌های مختلف سناریوهای توان بادی با استفاده از الگوریتم ریاضی حل می‌شود. کارایی چهارچوب پیشنهادی برروی یک شبکه قدرت 3شینه نمونه و شبکه IEEE سی‌شینه با انجام شبیه‌سازی‌ها و تحلیل‌های لازم نشان داده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Wind Power Investment in Electricity Markets Consisting of Strategic Producers and Elastic Demand

نویسندگان [English]

  • M. Zamani 1
  • T. Barforoushi 2
1 Faculty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
2 High Voltage Substation Research Group, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده [English]

In this paper, a novel framework is proposed to solve wind power investment in incomplete electricity markets in the presence of strategic companies and considering elastic demand. In the proposed framework, the main objective is to investigate the profitability of wind units in oligopolistic power markets where consumers has good elasticity versus electricity price. The considered investment problem is represented as a bilevel model where investment decisions are taken at upper level with the aim of maximizing investment profit, and market clearing problem in the lower level. According to oligopolistic feature of market, Cournot game is applied for modeling strategic interactions among market players. Thus, market equilibrium is determined by maximizing generation companies’ (GENCOs) profit considering balance of supply and demand. Uncertainty of wind power production is modeled with a set of scenarios. Upper problem are solved using genetic algorithm, while the lower level problem is solved by mathematical algorithm for various scenarios of wind power. The proposed model is examined on a three-bus network and on IEEE 30 bus network.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wind energy
  • elastic demand
  • market clearing
  • Cournot model
  • game theory

مراجع

[1] T. Ackermann; Historical development and current status of wind power. Wind power in power systems, 1st eddition, John Wiley & Sons, 2005.
[2] Z. Yuan, D. Liu, C. Jiang, and Z. Hou, “Analysis of supplier equilibrium strategy considering transmission constraints”, IEE Proceedings-Generation, Transmission and Distribution, vol. 152, pp. 17-22, 2005.
[3] H. A. e Oliveira, “Coalition formation feasibility and Nash–Cournot equilibrium problems in electricity markets: A Fuzzy ASA approach”, Applied Soft Computing, vol. 35, pp. 1-12, 2015.
[4] A. Maiorano, Y. H. Song, M. Trovato, “Dynamics of noncollusive oligopolistic electricity markets”, Proc. IEEE Power Eng. Soc. Winter Meeting, pp. 838-844, 2000.
[5] P. Siriruk, “Cournot competition under uncertainty in power markets”, 2009.
[6] L. B. Cunningham, R. Baldick, and M. L. Baughman, “An empirical study of applied game theory: Transmission constrained Cournot behavior”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 17, pp. 166-172, 2002.
[7] B. Willems, Cournot competition in the electricity market with transmission constraints: Kath. Univ., Department Economie, Center for Economic Studies, 2000.
[8] L. Baringo, and A. Conejo, “Wind power investment within a market environment”, Applied Energy, vol. 88, no. 9, pp. 3239-3247, 2011.
[9] L. Baringo, and A. J. Conejo, “Risk-constrained multi-stage wind power investment”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 28, no. 1, pp. 401-411, 2013.
[10] R. Hemmati, R.-A. Hooshmand, and A. Khodabakhshian, “Coordinated generation and transmission expansion planning in deregulated electricity market considering wind farms”, Renewable Energy, vol. 85, pp. 620-630, 2016.
[11] A. Arabali, M. Ghofrani, M. Etezadi-Amoli, M. S. Fadali, and M. Moeini-Aghtaie, “A multi-objective transmission expansion planning framework in deregulated power systems with wind generation”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 29, pp. 3003-3011, 2014.
[12] C. Kongnam, S. Nuchprayoon, “Development of investment strategies for wind power generation”, Proc. IEEE Canada Electrical Power Conf., pp. 308-313, 2007.
[13] J. Wang, M. Shahidehpour, Z. Li, A. Botterud, “Strategic generation capacity expansion planning with incomplete information”, IEEE Trans. Power Syst., vol. 24, no. 2, pp. 1002-1010, 2009.
[14] L. Baringo and A. J. Conejo, “Transmission and wind power investment”, IEEE transactions on power systems, vol. 27, pp. 885-893, 2012.
[15] Baringo L and Conejo A.J, “Wind power investment: A Benders decomposition approach,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 27, no. 1, pp. 433–441, Feb. 2012.
[16] L. Maurovich-Horvat, T. K. Boomsma, and A. S. Siddiqui, “Transmission and wind investment in a deregulated electricity industry”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 30, pp. 1633-1643, 2015.
[17] G. A. Orfanos, P. S. Georgilakis, and N. D. Hatziargyriou, “Transmission expansion planning of systems with increasing wind power integration”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 28, pp. 1355-1362, 2013.
[18] محمدرضا کریمی، جمشید آقایی و امین رحیمی رضایی، به کارگیری بهینه‌سازی استوار جهت مقابله با عدم‌قطعیت نیروگاه‌های بادی در برنامه-ریزی توسعه تولید" مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز،  جلد 47، شماره 2 ، تابستان 1396.
[19] امیرحسین زارع نیستانک؛ رحمت‌الله هوشمند؛ معین پرستگاری. بهره‌برداری بهینه از نیروگاه‌های بادی با استفاده از نیروگاه‌های تلمبه‌ای-ذخیره‌ای به منظور کاهش عدم قطعیت در عملکرد آنان در بازار برق" جلد 41، شماره 2، پاییز 1390.
[20] B. Hobbs, “Linear complementarity models of Nash-Cournot competition in bilateral and POOLCO power markets”, IEEE Transactions on power systems, vol. 16, pp. 194-202, 2001.
[21] J. Contreras, M. Klusch, and J. B. Krawczyk, “Numerical solutions to Nash-Cournot equilibria in coupled constraint electricity markets”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 19, pp. 195-206, 2004.
[22] S. A. Gabriel, A. J. Conejo, J. D. Fuller, B. F. Hobbs, and C. Ruiz, “Complementarity modeling in energy markets”, vol. 180: Springer Science & Business Media, 2012.
[23] B. F. Hobbs, C. B. Metzler, and J.-S. Pang, “Strategic gaming analysis for electric power systems: An MPEC approach”, IEEE transactions on power systems, vol. 15, pp. 638-645, 2000.
[24] O. Alsac and B. Stott, “Optimal load flow with steady-state security” , IEEE transactions on power apparatus and systems, pp. 745-751, 1974.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار