دانلود مقاله چارچوبی برای مدیریت تراکم و تسویه انرژی و ذخیره در بازارهای برق چندگانه با word
دانلود مقاله چارچوبی برای مدیریت تراکم و تسویه انرژی و ذخیره در بازارهای برق چندگانه با word دارای 10 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد دانلود مقاله چارچوبی برای مدیریت تراکم و تسویه انرژی و ذخیره در بازارهای برق چندگانه با word کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی دانلود مقاله چارچوبی برای مدیریت تراکم و تسویه انرژی و ذخیره در بازارهای برق چندگانه با word،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن دانلود مقاله چارچوبی برای مدیریت تراکم و تسویه انرژی و ذخیره در بازارهای برق چندگانه با word :
مقدمه
شرکتهای برق در بسیاری از نقاط جهان در سالهای اخیر با مفاهیم تجدید ساختار، خصوصیسازی و دسترسی آزاد به شبکه روبهرو شدهاند. در ساختار جدید، منابع تولیدی در انحصار دولت نبوده و امکان انجام فعالیتهای اقتصادی به گونهای مناسب برای تولیدکنندگان انرژی الکتریکی فراهم میشود. مصرفکنندگان نیز گزینههای بیشتری را برای انتخاب پیش روی دارند و میتوانند انرژی مورد نیاز خود را از تولیدکننده مطلوب نظر خود خریداری کنند. از طرفی، شبکههای انتقال به عنوان عنصر اصلی و ارتباطی در شبکههای قدرت، نقش بسیار پررنگی در تأمین نیاز مصرفکنندگان دارند. اتصال شبکهها و نواحی مختلف از سالها پیش در بسیاری از نقاط دنیا شروع شده است. در محیط بازار برق، تبادل توان بین نواحی مختلف نه تنها با حدود فنی و امنیتی محدود میگردد، بلکه از الگوی تبادل اقتصادی در بازار برق نیز تأثیر میپذیرد. یکی از شاخصهایی که در تبادلات بین نواحی به منظور حفظ امنیت سیستم قدرت بیان میشود، قابلیت در دسترس انتقال (ATC)1 است. در محیط رقابتی برق،
این مقاله در تاریخ 25 اردیبهشت ماه 1392 دریافت و در تاریخ 30 آذر ماه 1392 بازنگری شد.
علی کریمی ورکانی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، .(email: ali.karimi@modares.ac.ir)
حسین سیفی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران،
.(email: seifi_ho@modares.ac.ir)
محمدکاظم شیخالاسلامی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، .(email: aleslam@modares.ac.ir)
1 Available Transmission Capacity
سعی بر فراهمنمودن امکان دسترسی آزاد تمام بازیگران بازار به شبکه انتقال است، به طوری که هر ناحیه بتواند برای تأمین نیاز خود از منابع ارزانتر انرژی موجود در سایر نواحی بهرهمند شود .[1]
یکی از مسایل مهمی که امروزه در شبکههای قدرت مدرن، خصوصاً کشورهای اروپایی مطرح شده، کوپلینگ بازارهای برق است [2] و .[3] بر اساس تعریف EMCC2، با حراج ضمنی3 تبادلات توان در دو یا چند ناحیه، کوپلینگ بازار به وجود میآید [4] و پیادهسازی این کوپلینگ میتواند از روشهای مختلفی انجام گیرد. به عنوان نمونه، یک نهاد میتواند تبادلات بین دو ناحیه که با قیمتهای مجزایی بهرهبرداری میشوند را مدیریت نماید. با کوپلینگ بازارهای برق که البته درجههای متفاوتی دارد، مسایل مختلفی برای بهرهبرداران بازار و شبکههای انتقال به وجود میآید. برخی از این مسایل عبارتند از نحوه انجام معاملات بینناحیهای و مرزی، مدیریت بازار و هماهنگی بین بازارهای انرژی و انتقال با وجود نواحی مختلف کنترلی و استراتژی پیشنهاددهی بازیگران در بازارهای همجوار. از این رو یکی از مهمترین و جدیدترین موضوعات مرتبط با سیستمهای چندناحیهای، طراحی ساختار بازار برق و هماهنگی بهرهبرداری اقتصادی از این نوع شبکهها است. در ادامه، تحقیقات اخیر در مورد سیستمهای چندناحیهای و چندبازاری مرور میگردد.
برخی از مقالات مشارکت واحدهای نیروگاهی، توزیع اقتصادی توان و هماهنگی تبادلات شبکههای چندناحیهای را بررسی کردهاند. در [5] چارچوب کلی مسأله MA – UCED4 ارائه شده است. در این مسأله، انواع قراردادهای سلف، حقوق خرید و فروش و اجباراً در مدار مدلسازی شده است. در [6] و [7] مسأله مشارکت واحدهای تولیدی در سیستمهای چندناحیهای با در نظر گرفتن قراردادهای دوجانبه پیشنهاد شده و مسأله با روش برنامهریزی دینامیکی حل شده است. در [8] یک روش بهرهبرداری غیرمتمرکز برای هماهنگسازی تبادلات بین شرکت های مختلف برق (مناطق مختلف یا کشورهای مختلف) پیشنهاد شده است.
در بازارهای روزفروش که به صورت مرکزی برای یک سیستم سازماندهی میشوند، فرایند حراج به منظور تسویه انرژی و خدمات جانبی سیستم، به دو روش غیر همزمان (ابتدا انرژی تسویه شده و سپس خدمات جانبی مورد نظر، مانند ذخیره بهرهبرداری تسویه میگردد) و همزمان انجام میشود. مرجع [9] جزء اولین مقالاتی است که توزیع اقتصادی انرژی و ذخیره بهرهبرداری را به صورت همزمان در بازار رقابتی چندناحیهای به صورت برنامهریزی خطی پیادهسازی نموده است. در [10] روش جستجوی مستقیم ترکیبی به منظور توزیع اقتصادی همزمان انرژی و ذخیره در یک سیستم چندمنطقهای پیشنهاد شده و در [11] مدل ذخیره منطقهای برای بازار زمان- حقیقی ISO New England پیشنهاد شده
2 European Market Coupling Company 3. Implicit 4. Multi – Area Unit Commitment and Economic Dispatch
011 نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران، الف- مهندسی برق، سال 12، شماره 2، پاییز 1393
شکل :1 ساختار کلی بازارهای چندگانه در سیستم چندناحیهای.
است. در این مدل، انرژی و ذخیره به صورت همزمان بهینه میشوند و انواع ذخیرهها شامل ذخیره گردان 10 دقیقهای، ذخیره غیر گردان 10 دقیقهای و ذخیره بهرهبرداری 30 دقیقهای در نظر گرفته شده است. در [12] مدلی برای تسویه بازار راکتیو در یک سیستم چندناحیهای پیشنهاد شده است. اکثر روشهایی که برای تسویه سیستمهای چندناحیهای ارائه شدهاند، بر مبنای مدل قیمتگذاری گرهای یا منطقهای هستند که به صورت یکنواخت برای بار و تولید هر منطقه در نظر گرفته میشوند. این روشها نمیتوانند در سیستمهایی که قواعد قیمتگذاری پیچدهتری دارند (قیمتهای عرضه و تقاضا در یک ناحیه متفاوت باشد) مورد استفاده قرار گیرند. در [13] یک روش ریاضی برای حل مسأله تسویه بازار انرژی (ذخیره سیستم مدلسازی نشده که معادل غیر همزمان بودن تسویه است) در سیستمهای چندناحیهای که در آن قواعد قیمتگذاری به گونهای است که در هر ناحیه قیمت عرضه و تقاضا متفاوت میباشد، ارائه گردیده است. مبنای اصلی این مقاله معرفی دو مفهوم قیمت حدی و قیمت ضمنی در شرایطی که بازارها با هم کوپل شدهاند، در یک سیستم چندناحیهای است. قیمتهای حدی مستقیماً از پیشنهاد شرکتکنندگان در بازار مشخص میگردند، اما قیمتهای ضمنی به صورت توابعی از قیمتهای حدی هستند. در [14] مدل مقاله [13] توسعه داده شده است به طوری که با اضافهنمودن مسأله تسویه ذخیره های تنظیم و بهرهبرداری، همزمان با تسویه انرژی، مدل کاملتر شده است.
با کوپلشدن بازارهای مختلف، تعامل بهرهبرداران بازار و بهرهبرداران شبکه انتقال TSO)1 ها) در تسویه بازار اهمیت دارد و این تعاملات بستگی به هماهنگی هر یک از این نهادها در نواحی مختلف دارد. کیفیت کوپلینگ بازارها ممکن است در محدوده وسیعی تغییر کند [3] و .[15] در [16] و [17] ارزیابی اولیه به منظور ایجاد کوپلینگ بازار بین دانمارک شرقی و آلمان و ارزیابی سازوکارهای حراج انجام شده و در [18] نیز نحوه اتصال بازار در شرق دانمارک و آلمان (Kontek Cable) مورد بررسی قرار گرفته است. در [19] اهمیت هماهنگسازی قیمتها در بازارهای کوپلشده بررسی گردیده و در [20] مسأله مدیریت تراکم در شرایط کوپل بازارها در یک سیستم ساده شششینه انجام شده است. در [21] مسأله معاملات مرزی بین نواحی با توجه به درجه هماهنگی بین بازارهای انرژی و انتقال و TSO های مختلف تحلیل شده است. در [22] و [23] امکان پیشنهاددهی شرکتکنندگان در بازارهای برق مختلف بررسی و تخصیص انرژی و شبکه انتقال بین بازارها انجام شده است. در [24]، مدلی غیر متمرکز برای مدیریت تراکم تبادلهای چندجانبه2 در بازار سلف
1 Transmission System Operator 2. Multilateral Transactions
پیشنهاد شده و در [25] نیز در مورد تخصیص حقوق مالی و فیزیکی شبکه انتقال مرزی3 در بلندمدت بحث شده است.
با توجه به مقالات بررسیشده، ساختار بازارهای چندگانه و موضوع مدیریت تراکم در آنها و تبادل انرژی و ذخیره در سیستمهای چندناحیهای از جمله مسایل مهم در شبکههای قدرت مدرن است. در این مقاله، یک چارچوب جدید برای تعامل بازارهای برق چندگانه مطرح شده که در این چارچوب، بازارهای مختلفی که هر کدام ممکن است مسئول تسویه بازار در یک ناحیه یا بخشی از یک ناحیه و یا حتی چند ناحیه باشند به صورت کاملاً مستقل در نظر گرفته شدهاند. برای این که بتوان تبادلات اقتصادی را بین نواحی مختلف داشت، امکان این که یک بازیگر بتواند در بازارهای مختلف شرکت کند برقرار شده و بدین منظور، یک نهاد هماهنگکننده برای تخصیص شبکه انتقال (مدیریت تراکم) با هماهنگی بهرهبرداران شبکه انتقال پیشنهاد شده است. هر بازار به صورت محرمانه و با توابع هدف خود میتواند چیدمان انرژی و ذخیره را اجرا و نتایج آن را به هماهنگکننده ارسال کند. در صورت اضافهبار در شبکه، هماهنگکننده، شبکه انتقال را به صورت سهم- محور به هر بازار تخصیص میدهد و این روش به صورت تکراری تا رسیدن به نقطه تعادل ادامه مییابد. همچنین سه روش برای تسویه همزمان انرژی و ذخیره پیشنهاد و امکان پیادهسازی آنها در شرایط بازارهای چندگانه بحث شده است. برای نشاندادن کارایی چارچوب پیشنهادی، آزمایش بر روی یک سیستم سهناحیهای 15شینه و سیستم استاندارد IEEE RTS -96 در شرایط سهبازاری انجام و مزیت آن نسبت به روش های دیگر تشریح شده است.
-2 شرح مدل
1-2 ساختار چندبازاری
ساختار کلی بازارهای چندگانه که در یک سیستم چندناحیهای فعال هستند، در شکل 1 آمده که یک سیستم سهناحیهای فرض شده که بهرهبرداران شبکه انتقال آنها TSO1، TSO2 و TSO3 میباشند (مسئول برقراری امنیت سیستم). سه بهرهبردار بازار A (MO)4، B و C در این سیستم مسئول تسویه بازارهای انرژی و ذخیره هستند و تولیدکنندگان و مصرفکنندگان در هر ناحیه میتوانند به بازارهای مختلف پیشنهاد قیمت و تولید یا مصرف بدهند. به طور مثال در معاملات بازار A (که در شکل به صورت دایره مشخص شده) بازیگران در هر سه ناحیه 1، 2 و 3 فعال هستند. اطلاعات هر بازار محرمانه است و میتواند قواعد مخصوص به خود را در تسویه داشته باشد. TSO ها اطلاعات شبکه انتقال را دارند و باید به صورت عادلانه شبکه انتقال را مدیریت نمایند.
ساختار چندبازاری فوق برای صنعت برق در آینده نزدیک میتواند کاربردی باشد. مثلاً در کشورهای اروپایی ایدههای اولیه آن پیادهسازی شده [2] تا [4] و یا در برخی از کشورهای عربی در آینده، پیشبینی فروش انرژی به صورت بینالمللی مطرح شده است [26] و .[27]
2-2 راهکارهای تسویه بازارهای چندگانه
1-2-2 راهکارهای اولیه
یکی از راهکارهایی که برای تسویه سیستمهای چندناحیهای و کوپلینگ آنها در بسیاری از مقالات مطرح شده، تسویه سیستم به صورت
3 Cross – Border 4. Market Operator
کریمی ورکانی و همکاران: چارچوبی برای مدیریت تراکم و تسویه انرژی و ذخیره در بازارهای برق چندگانه 111
شکل :2 تعامل هماهنگکننده و بازارهای چندگانه برای مدیریت تراکم.
یکپارچه است به طوری که قیود ناحیهای برآورده شوند. از جمله مشکلات این روش، بالارفتن هزینههای برخی از بازارها نسبت به حالت ایزوله کامل و مستقلنبودن فعالیتهای آنها و مزیت این روش نیز بیشینهشدن رفاه اجتماعی کل سیستم است. در این روش معمولاً قیود انتقال همزمان با تسویه انرژی لحاظ میشود.
یکی دیگر از روشهایی که میتوان برای تبادلات بینناحیهای در شرایط چندبازاری مطرح نمود، ایزولهبودن بازارها از هم و تبادل انرژی از طریق قراردادهای دوجانبه است. در این روش، اولاً از ظرفیت شبکه بینناحیهای استفاده بهینه نمیشود و بازیگران فرصت کسب درآمد بیشتر را از دست میدهند. ثانیاً در صورتی که شبکه انتقال بین ناحیهای از مشهای زیادی برخوردار باشد، مدیریت تراکم شبکه مشکل خواهد بود.
2-2-2 راهکار پیشنهادی
راهکار پیشنهادی برای بازارهای چندگانه در این مقاله به گونهای است که نهاد هماهنگکننده برای مدیریت تراکم شبکه چندناحیهای ایجاد میگردد. البته این نهاد هماهنگکننده با همکاری TSO ها، دسترسی به اطلاعات شبکه انتقال دارد و در تعامل با بازارهای مختلف، امنیت شبکه را حفظ می کند. هر بهرهبردار بازار یا MO به صورت کاملاً مستقل و محرمانه، بدون در نظر گرفتن محدودیتهای شبکه، بازار انرژی و ذخیره را تسویه میکند و نتایج آن (توان تزریقی به شینهای شبکه) را به صورت همزمان با سایر بازارها برای هماهنگکننده ارسال میکند. هماهنگکننده امنیت سیستم را بررسی کرده و در صورتی که در شاخهای از شبکه (خطوط، ترانسفورماتورها و سایر عناصر سری سیستم) اضافهبار رخ دهد، آن شاخه را به صورت عادلانه (به نسبت سهم هر بازار از آن شاخه) بین بازارها تقسیم میکند تا اضافهبار حل شود. تخصیص ظرفیت شاخههای دارای اضافهبار از طریق اعمال قیود اضافه به بازارها اعلام میگردد. به این ترتیب، دوباره بازارها بر اساس تخصیص ظرفیت معینشده، اجرا شده و نتیجه را به هماهنگکننده ارسال میکنند که این بازی تا رسیدن به نقطه تعادل ادامه مییابد (روندنمای راهکار پیشنهادی در شکل 2 آمده است).
3-2 مدلسازی بازارهای چندگانه
هر یک از بازارها برای خود توابع هدف و قیودی دارند که ممکن است با هم متفاوت باشد. در حالت کلی، مسئول اجرای هر یک از بازارها را
میتوان MO، PX1 (که مثلاً در اروپا فعال است)، یک کارگزار بازار2 و یا حتی یک TSO که وظایف بازاری نیز دارد، بسته به قوانین فرض کرد. در این مقاله، مسئول اجرای بازار را MO مینامیم و هماهنگکننده نیز مسئول هماهنگی بازارها برای حفظ امنیت سیستم است. با توجه به این که در این مقاله، هدف ارائه چارچوب کلی بازارهای چندگانه است، از مدل پخش بار DC استفاده میشود و بنابراین هماهنگکننده تنها قیود
بارگذاری شبکه را چک میکند. روابط (1) تا (7) مدلسازی بازار m
(MOm ) را که به عنوان نمونه با تابع هدف کمینهسازی هزینه بازار
(بیشینهسازی رفاه اجتماعی)، تسویه انرژی و ذخیره بهرهبرداری را انجام میدهد، نشان می دهند
(1) m {{ci ,mu .pg i ,mu i,mu .rgi,mu } im . plim } mmmin
u i pli pg i ,u ,rg i ,u ,
(2) pgi ,mu plim
i u i
(3) 0 pgi,mu pg i , umax,m
(4) 0 rgi,mu rg i , umax,m
(5) 0 pgi,mu rg i ,mu pg i , umax,m
(6) 0 plim plimax,m
(7) rgi,mu Rm
u i
در روابط بیانشده i اندیس شینهای شبکه، u اندیس واحد ژنراتوری
بر روی شین i ، c و به ترتیب قیمت پیشنهادی فروش انرژی و
ذخیره بهرهبرداری ژنراتورها، قیمت پیشنهادی خرید انرژی توسط
بارها و pg ، rg و pl به ترتیب توان تولیدی واحد ژنراتوری، ذخیره
بهرهبرداری واحد ژنراتوری و توان بار هستند که به عنوان متغیرهای تصمیمگیری هر یک از بازارها مد نظر میباشند. Rm نیز ذخیره مورد نیاز هر بازار است که البته در مورد مقدار آن در بخش 3، روشهایی پیشنهاد
میشود. pgi, umax,m (یا ( plimax,m مقدار بیشینه پیشنهادی توان تولیدی در
شین i ام (یا مصرفی) به بازار m و rgi,umax,m نیز مقدار بیشینه پیشنهادی
ذخیره ژنراتورها در شین i ام به بازار m ام است.
توان تزریقشده (np ) به شین i ام توسط بازار m به صورت (8)
بیان میشود
(8) npim pg i ,mu plim
u
رابطه فوق را میتوان به صورت برداری npm pg m pl m نیز بیان کرد (اندازه بردار به اندازه تعداد شینهای شبکه است) و کل توان تزریقشده به شینهای شبکه توسط همه بازارها را میتوان به صورت بردار (9) بیان کرد
(9) np npm ( pg m plm )
m m
برای تعیین همزمان فلوی شاخههای سیستم و قیمت محلی هر بازار در هر یک از شین های شبکه، میتوان از مفهوم ماتریس تلاقی (IM ) 3 شین و شاخههای سیستم استفاده نمود. درایههای ماتریس تلاقی میتواند 1، 0 و -1 باشد و تعداد سطرها و ستونهای آن به ترتیب تعداد شینهای
1 Power Exchange 2. Broker 3. Incidence Matrix
211 نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران، الف- مهندسی برق، سال 12، شماره 2، پاییز 1393
شکل :3 مثالی برای نشاندادن فلوی خلاف جهت بارگذاری.
شبکه و تعداد شاخههای شبکه است. درایههای ماتریس تلاقی در صورتی که یک شاخه از شین خارج شود، 1، به شین وارد شود -1 و اگر ارتباطی با شین نداشته باشد صفر است. فلوی شاخهها ( ( fbm و قیمت شینهای شبکه ( ( iLMP m توسط بازار m ام با (10) و (11) مشخص میگردد. b اندیس شاخههای شبکه، f m بردار فلوی شاخههای شبکه توسط بازار m ام، xb راکتانس شاخه b ام و m بردار زاویه شینهای شبکه است (زاویه شین اسلک صفر است)
(10) iLMPm npm IM × f m
(11) IM × m xb × fbm
b
4-2 نقش هماهنگکننده در مدیریت تراکم
با توجه به این که در فرایند تسویه هر بازار، بازیگران نواحی مختلف حضور دارند، مدیریت تراکم شبکه اهمیت زیادی دارد. در صورتی که بازار m بخواهد قیود محدودیت بارگذاری را لحاظ کند، (12) به مسأله اضافه میشود (به (1) تا f max .((7) بردار محدودیت بارگذاری شاخههای شبکه و m نشاندهنده سایر بازارها به جز m است
(12) f max f m f m f max
m
در این شرایط، بازار m باید بر اساس نتایج اعلامشده توسط بازارهای دیگر در تکرارهای قبلی، بهینهسازی جدید را انجام دهد. هرچه تعداد بازیگران از نواحی مختلف بیشتر باشد و یا شبکه چندناحیهای دارای مشهای بیشتری باشد، این استراتژی ناکارآمدتر خواهد بود و در واقع تعداد تکرارهای حل مسأله به شدت افزایش مییابد. همان طور که قبلاً در بخش 1-2-2 اشاره شد، روش دیگر این است که یک هماهنگکننده بر اساس توافق TSO های نواحی ایجاد گردد و مسئول بهینهسازی کل بازارها با حفظ قیود ناحیهای گردد (کوپلینگ یکپارچه) و در واقع هماهنگکننده (13) را حل نماید
(13) min (obj.fun.)m
m pg ,rg , pl
subject to : total system constraints
روش کوپلینگ یکپارچه گرچه از دید کل سیستم مطلوب است و رفاه اجتماعی کل سیستم را بیشینه می کند اما برخی از بازارها فرصت رفاه اجتماعی بیشتر را از دست میدهند و ممکن است همواره به این شرایط راضی نشوند.
بر اساس توضیحات فوق و ضرورت استقلال بازارها و محرمانهبودن اطلاعات بازارها، نقش هماهنگکننده تنها برای مدیریت امنیت سیستم و نه برای مشارکت در تسویه بازارها قابل توجه است. چارچوب پیشنهادی برای بازارهای چندگانه در این مقاله به این شکل است که ابتدا هر بازار بر اساس توابع هدف و قیود خود تسویه انرژی و ذخیره را انجام میدهد و نتایج را در قالب توان تزریقشده به هر شین به هماهنگکننده اعلام میکند (همه بازارها به صورت همزمان). هماهنگکننده بر اساس توان
اشتراک‌گذاری:
دانلود این فایل