Προσομοίωση αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και στρατηγική συμπεριφορά παραγωγών ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

The research effort of this dissertation focuses on the development of three mathematical models for the determination of the optimal bidding strategy for an electric power producer. The first model addresses the problem of developing an optimal bidding strategy for a strategic producer who participates in the day-ahead market and acts as a price-maker. The model includes all the operating constraints of producer’s generating units, as well as the transmission network under two different approaches based on the Nodal and PTDF formulation. The second methodology refers to a simulation model which studies the short-term operation of a pool-based oligopolistic electricity market with multi-period auctions. A detailed producer’s profit maximization model as well as a detailed non-convex independent system operator market clearing algorithm are used. Finally, the model includes two innovative characteristics, namely, a correction of the Residual Demand Curve, and the use of Reinforcement Learning, which both contribute to the convergence of the simulation in a fixed point. Finally, the third model addresses the optimal bidding strategy problem of a commercial virtual power plant (CVPP), which comprises of distributed energy resources, battery storage systems and electricity consumers. Specifically, a three stage stochastic bi-level optimization model is formulated, for the solution of the self-scheduling problem of a CVPP participating in the day-ahead and balancing market. The model includes a novel demand response scheme, as well as, the conditional value-at-risk metric.

Η ερευνητική προσπάθεια στην παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην ανάπτυξη τριών μαθηματικών μοντέλων, τα οποία στοχεύουν στην εύρεση της βέλτιστης στρατηγικής προσφορών ενός παραγωγού ηλεκτρικής ενέργειας. Το πρώτο μοντέλο αφορά την κατάστρωση της βέλτιστης στρατηγικής ενός παραγωγού που συμμετέχει στην αγορά επόμενης ημέρας και συμπεριφέρεται ως διαμορφωτής τιμής. Το μοντέλο περιλαμβάνει όλους τους περιορισμούς που διέπουν τη λειτουργία των μονάδων του παραγωγού, ενώ ταυτόχρονα ενσωματώνει και τους περιορισμούς του δικτύου μεταφοράς στο πρόβλημα του παραγωγού, μέσω δύο διαφορετικών προσεγγίσεων, της μεθοδολογίας των Κόμβων και της μεθοδολογίας PTDF. Το δεύτερο μοντέλο αφορά την ανάπτυξη ενός μοντέλου προσομοίωσης για τη μελέτη της βραχυχρόνιας λειτουργίας μιας ολιγοπωλιακής Κοινοπραξίας Ισχύος με διαδοχικές χρονικές περιόδους. Για τη διαμόρφωση του μοντέλου αναπτύσσεται ένα λεπτομερές μοντέλο μεγιστοποίησης του κέρδους ενός στρατηγικού παραγωγού, καθώς και ένα λεπτομερές μοντέλο για την εκκαθάριση της αγοράς, ενώ τέλος, ενσωματώνονται και δύο καινοτομίες, μια πρωτότυπη διόρθωση της Καμπύλης Υπολειπόμενης Ζήτησης και η χρήση της Ενισχυτικής Μάθησης, οι οποίες συμβάλλουν σημαντικά στη σύγκλιση της προσομοίωσης σε ένα σταθερό σημείο. Τέλος, το τρίτο μοντέλο που αναπτύσσεται, μελετά το πρόβλημα εύρεσης της βέλτιστης στρατηγικής προσφορών ενός εμπορικού εικονικού σταθμού παραγωγής (ΕΕΣΠ), ο οποίος περιλαμβάνει διανεμημένες μονάδες παραγωγής, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας. Συγκεκριμένα, διαμορφώνεται ένα στοχαστικό δι-επίπεδο μοντέλο τριών σταδίων για την επίλυση του προβλήματος αυτοπρογραμματισμού ενός ΕΕΣΠ που συμμετέχει στις αγορές επόμενης ημέρας και εξισορρόπησης. Στο μοντέλο ενσωματώνεται ένα καινοτόμο μοντέλο απόκρισης ζήτησης, καθώς και η έννοια της «υπό συνθήκη αξίας σε κίνδυνο».