عنوان پایان‌نامه

بهینه سازی بهره برداری کوتاه مدت از سیستم های برق آبی در بازار برق



    دانشجو در تاریخ ۱۳ اسفند ۱۳۹۳ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "بهینه سازی بهره برداری کوتاه مدت از سیستم های برق آبی در بازار برق" را دفاع نموده است.


    رشته تحصیلی
    مهندسی عمران -مهندسی آب - منابع آب
    مقطع تحصیلی
    کارشناسی ارشد
    محل دفاع
    کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2059;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68462
    تاریخ دفاع
    ۱۳ اسفند ۱۳۹۳
    دانشجو
    امیر کبیری
    استاد راهنما
    بنفشه زهرایی
    چکیده
    لینک فایل چکیده
    در بازارهای برق مقررات‏زدایی شده، تولیدکنندگان برق و از آن جمله تولیدکنندگان برق‏آبی، پیشنهاد خود جهت فروش برق را به بازار ارائه می‏کنند. سپس تمام پیشنهادهای تولیدکنندگان با پیشنهادهای خریداران برق مقایسه و قیمت تسویه بازار تعیین می‏شود. قیمت تسویه بازار، حداکثر قیمت خرید و فروش برق، در یک ساعت خاص است و پیشنهادهای تولید تمام تولیدکنندگانی که قیمت پیشنهادی آن‌ها کمتر از قیمت تسویه بازار است، پذیرفته و برق تولیدی آن‌ها خریداری می‏شود. در چنین شرایطی، سود تولیدکنندگان برق وابستگی مستقیم به پیشنهاد ارائه شده توسط آن‌ها در بازار برق دارد. از نظر سیستم پرداخت پول به تولیدکنندگان، دو سیستم مختلف در بازارهای برق وجود دارد. در سیستمی که به آن پرداخت یکنواخت (UP) گفته می‏شود، پرداخت به تمام تولیدکنندگانی که پیشنهاد آن‌ها پذیرفته شده است، برحسب قیمت تسویه بازار انجام می‏شود، اما در بازارهای با سیستم پرداخت به‌اندازه پیشنهاد (PAB)، پرداخت به تولیدکنندگان برحسب پیشنهاد ارائه شده توسط خود تولیدکننده انجام می‏شود. بدیهی است که در چنین شرایطی، پیشنهاددهی صحیح و بهینه تأثیر بیشتری در سود تولیدکننده برق‏آبی خواهد داشت. مرور ادبیات فنی در زمینه‌ی بهره‌برداری کوتاه‌مدت از مخازن برق‌آبی و پیشنهاددهی این مخازن به بازارهای برق نشان می‌دهد که مطالعات انجام شده فقط بر روی بازارهای UP انجام شده است؛ این در حالی است که بازار برق ایران از نوع PAB است. از سوی دیگر برخی محققین معتقدند در آینده بازارهای برق UP سیستم پرداخت خود را به PAB تغییر خواهند داد. در این پایان‌نامه تلاش شده است تا مدل مناسبی جهت بهینه‌سازی پیشنهاددهی سیستم‏های چندمخزنه برق‌آبی به بازار برق PAB تدوین شود. با توجه به اینکه قیمت تسویه بازار وابسته به عوامل مختلفی از جمله تقاضا، دما، قیمت سوخت‏های فسیلی و غیره است، مقدار قیمت تسویه بازار متغیری غیرقطعی است که تأثیر زیادی بر مسئله پیشنهاددهی تولیدکنندگان در بازار برق دارد. از همین رو در این پایان‏نامه عدم قطعیت قیمت برق در مدل‌های پیشنهادی با در نظر گرفتن سناریوهای متعدد برای آن در مدل‌سازی لحاظ شده است. برای ساخت این سناریوها، از مدل‏های تحلیل سری زمانی ARMA-GARCH استفاده شده است. عملکرد مدلARMA-GARCH در مدل‌سازی قیمت تسویه‏ بازار، مناسب و قابل قبول بوده است. تصمیم‏گیری در مورد بهره‌برداری مخزن در افق کوتاه‏مدت، اساساً تصمیم‏گیری بین دو انتخاب است: (1) ذخیره آب جهت استفاده در آینده یا (2) استفاده از آب در زمان حاضر. در این پایان‏نامه، ارزش آب در انتهای دوره از مدل میان‏مدت استخراج شده و در ساختار بهینه‏سازی کوتاه مدت در نظر گرفته شده است. فرمولاسیون مدل بهینه‏سازی مورد نظر از نوع برنامه‏ریزی غیرخطی عدد صحیح مختلف (MINLP) با توابع غیر محدب است. با توجه به‌دشواری حل این مسئله، حل‏کننده‏های مختلف مسائل MINLP نتوانستند این مسئله را در زمان معقولی حل کنند. از همین رو در این پایان‏نامه، یک روش آلترناتیو دیگر بر مبنای ترکیب الگوریتم ژنتیک با برنامه ریزی خطی (GALP) برای حل این مسئله پیشنهاد شده است. جهت ارزیابی کارایی مدل‌های پیشنهادی، نتایج حاصل از به‌کارگیری آن‌ها در بهینه‌سازی پیشنهاددهی سیستم پنج مخزنه‌ی کارون به بازار برق ایران باهدف حداکثر سازی سود حاصل از تولید برق‌آبی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به‌دست‌آمده از روش GALP نشان دهنده‌ی عملکرد خوب این روش برای حل مسئله بهینه‏سازی مورد نظر است. همچنین بر اساس نتایج مشخص شده است که توابع ارزش آب استخراج شده از مدل میان‏مدت می‏توانند چشم‏انداز بسیار خوبی نسبت به ارزش آب در انتهای افق زمانی ارائه دهند
    Abstract
    In traditional power markets, power producers mainly aim to minimize the expected costs while maintaining an adequate security of supply. However, in deregulated power markets, power producers tend to maximize their own profits through strategic bidding. Strategic bidding, is more critical for hydropower producers, as they have the opportunity to save the water in the reservoir and to generate the power whenever they want. In a deregulated power market, electricity producers, including hydropower producers, and electricity purchasers submit their price-quantity bids. Generally, the bids for each day should be submitted to the market a few hours (mainly 24-72 hours) before the day of actual power generation. Then, the market operator, estimates the market clearing price (MCP) for each hour of the day based on the sale and purchase bids. All the sale bids which are lower than the MCP and all of the purchase bids which are over the MCP are accepted. There are two payment mechanisms in power markets, namely Uniform Pricing (UP) and Pay-as-Bid (PAB). In UP mechanism, any producer with at least one accepted bid, is paid MCP for each MWh of power that he/she produces. But in PAB system, any producer with at least one accepted bid, is paid based on his/her own bid to the market. Hence, in PAB markets the profit of the power producer is more directly affected by his own bids and optimizing bids becomes more important in such markets. In this thesis, we have proposed a model to optimize the bidding of multi-reservoirs hydropower systems in PAB power markets. MCP is related to the various factors such as demand, temperature, the bidding of other power producers and etc. Therefore, MCP is an uncertain variable that significantly affects the producers’ profit. In this thesis, in order to take into account the uncertainty associated to the MCP, we have calibrated an ARMA-GARCH model for the historical data of the Iranian Power Market. Then, some scenarios have been generated using this model, and the uncertainty of MCP has been taken into account by these scenarios. In this thesis, to take into account the economic value of water stored in the reservoirs at the end of the planning horizon, water value functions corresponding to each period of the year have been derived based on a mid-term optimization model and have been included in the optimization model. The formulated optimization model is a Mixed Integer None-Linear Programming (MINLP) with too many decision variables and with a non-convex decision space and nonlinear objective function. Our experience with well-known MINLP solvers, showed that this problem could not be solved by these solvers within a reasonable runtime. Therefore, in this thesis an alternative method to solve this problem has been proposed based on the combination of Genetic Algorithm and Linear Programming (GALP). The proposed model and the GALP method, are applied to find the optimal bidding for Karoon Multi-reservoir system in Iran with the objective of maximizing the total profit of the system. The results of this study have indicated that the proposed GALP could solve the optimization model with an acceptable runtime. Also, the results have shown that the future value of the water could be properly taken into account by using the water value functions that have been derived from the mid-term model.