بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از چالش های پیش روی شرکت کنندگان در بازار بخصوص برای مصرف کنندگان عمده توان حضور استراتژیک در بازار انرژی می باشد. چرا که بار مصرفی شبکه فرآیندی تصادفی بوده و پیش بینی دقیق آن ساده نیست. لذا بار مصرفی همواره همراه با عدم قطعیت می باشد. همین عدم قطعیت موجود در بار مصرفی سبب می شود مصرف کنندگان عمده حضور استراتژیکی در بازار انرژی نداشته باشند و نتوانند سود خود را بهینه کنند. در اکثر پژوهش ها تمرکز اصلی بر روی عدم قطعیت سمت تولید می باشد و تعداد معدودی از پژوهش ها که بر روی عدم قطعیت سمت تقاضا تمرکز داشته اند نیز به روش های پیش بینی دقیق تر مصرف و لذا کاهش عدم قطعیت بار پرداخته اند.
ایده اصلی این پژوهش بر روی تلفیق خریدار عمده توان - aggregator - و یکی از واحد های حرارتی شرکت کننده در بازار می باشد. هدف از پیشنهاد این ایده اینست که عدم قطعیت موجود در پیش بینی مصرف از سویی کاهش پیدا کند و از سوی دیگر واحد حرارتی که واحد گران شبکه بوده و معمولا در بازار برنده تولید نمیباشد و تنها در پیک بار در مدار قرار می گیرد بتواند حضور فعال تری در بازار انرژی داشته باشد. واضح است که یک واحد مشخص دارنده و صاحب طرح تلفیقی بوده و لذا سود مجموع مورد نظر می باشد.
به منظور بررسی دقیق تر طرح پیشنهادی شبکه نمونه 30 شینه IEEE به عنوان شبکه نمونه انتخاب شده و یکی از واحد ها به منظور بررسی طرح با واحد خریدار عمده توان تلفیق شده و مدل بازار با هدف افزایش سود شرکت کنندگان در بازار مدل می شود. در نهایت می توان برای تک تک واحد های شبکه نیز طرح تلفیق را مورد ارزیابی و مقایسه قرار داد.
در ادامه پس از مقدمه به ادبیات موضوع و پیشینه تحقیق پرداخته میشود، در این قسمت با مرور مقالات معتبر به بررسی کارهای انجام گرفته در سال های اخیر در خصوص استراتژی بهینه حضور راهبردی بخش تقاضا در بازار برق و شبکه های هوشمند پرداخته و ادبیات موضوع به روشنی بیان خواهد شد. سپس به بررسی دقیقتر شبکه های هوشمند انرژی و بررسی بازار انرژی و مفاهیم اساسی در این زمینه خواهیم پرداخت و در نهایت پس از بیان روش پیشنهادی به شبیه سازی آن در محیط نرم افزار گمز و نتایج شبیه سازی پرداخته خواهد شد.
کلمات کلیدی: بازار برق، شبکه های هوشمند، خرید برق، عدم تعادل منفی، عدم تعادل مثبت، پاسخگویی بار، مدیریت سمت تقاضا، اپراتور مستقل سیستم، منحنی عرضه، منحنی تقاضا، منابع تولید پراکنده
.1 مقدمه
با ظهور تجدید ساختار در صنعت برق و همچنین شبکههای هوشمند انرژی در تمام ابعاد سیستم قدرت، فرصتها و چالشهای جدیدی پیشروی بهرهبرداران و مصرفکنندگان انرژی بوجود آمد. تمرکز اصلی این پژوهش بر دو محور بازار انرژی و شبکه های هوشمند انرژی استوار است. بر اساس آمار اعلام شده حدود 30 درصد از کل سرمایه گذاری صنعت برق به سیستم توزیع اختصاص می یابد
به علاوه روند رشد شبکههای توزیع بخصوص در کشورهای در حال توسعه بالا است. با این حال فناوری این بخش نسبت به تولید و انتقال بسیار پایین است. بنا به نظر اکثر صاحبنظران، سیستم توزیع از رشد کیفی پایینی برخوردار است و وجود عواملی نظیر طرحهای غیرمهندسی، بالا بودن تلفات، نبود آمار و اطلاعات دقیق، عدم استفاده از ابزارهای مدیریتی نوین و ... از جمله دلایل اصلی عقبماندگی آن است.
همواره تلفات بالاتر از حد استاندارد، از صفات منفی شبکههای توزیع بوده است و روشهای زیادی نیز درجهت کاهش آن ارایه و اجرا شده است. یکی از این روشها نفوذ استراتژیک سمت تقاضا در بازار انرژی می باشد. در شرایط بازار انرژی هر مصرفکننده ملزم به کاهش هزینه های خود و لذا کاهش توان مصرفی و بهینه سازی انرژی می باشد. بازار برق سیستمی برای خرید و فروش برق با استفاده از شرایط عرضه و تقاضا به منظور تعیین قیمت برق است.
در سالهای اخیر با تجدید ساختار و مقرراتزدایی در سیستم قدرت، کلیه شرکتکنندگان در بازار انرژی بهدنبال حداکثر کردن سود خود میباشند. هر بازیگر بازار برای کسب سود بیشتر به رقابت با دیگر بازیگران در بازار برق میپردازد. با رشد تکنولوژی در عرصه ارتباطات، در شبکه های هوشمند انرژی استفاده از ارتباط دو طرفه و زیر ساخت های اندازه گیری دقیق فرصتی را برای شرکت کنندگان در بازار - عرضه و تقاضا - بوجود آورده است که بتوانند حضور فعالی در بازار انرژی داشته باشند. در این پژوهش بهدنبال تعیین استراتژی بهینه برای شرکت کنندگان در بازار در بخش تقاضا می باشیم.
یکی از مهمترین و اساسی ترین مفاهیم در بازار انرژی به منظور حضور کاربردی در این بازار پیش بینی قیمت انرژی می باشد. بارزترین ویژگی بازار برق، بیثباتی آن است. بیثباتی، میزان تغییر قیمت برق در یک دوره زمانی معین میباشد و اغلب به صورت درصد بیان و به صورت انحراف سالانه استاندارد درصد تغییرات قیمت روزانه محاسبه میشود - همچنین میتوان از دیگر قیمتها همچون قیمتهای هفتگی یا ماهانه استفاده نمود - .
در مقایسه با بار، قیمت برق در بازار برق تجدید ساختار شده، دارای بیثباتی بیشتری است. گرچه قیمت برق دارای بیثباتی زیادی است، اما پدیده ای اتفاقی نیست. بنابراین میتوان الگوها و قواعد مشخصی را غالب بر بیثباتی بازار شناسایی کرد. برای مثال، تراکم انتقال باعث جهش قیمت میشود که این جهش دائمی نیست زیرا که قیمت برق به یک سطح منطقیتر، باز میگردد - این مساله در علم آمار تحت عنوان بازگشت به میانگین شناخته میشود - . استفاده از قیمتهای پیشین برای پیشبینی قیمتها امکان پذیر است. بنابراین، در روند آموزش از الگوهای مشاهده شده برای پیشبینی قیمت برق استفاده میشود.
دلیل اصلی بیثباتی قیمت برق در این است که عرضه و تقاضا باید ثانیه به ثانیه با هم برابر باشند. دلایل دیگر از این قرارند :
- بی ثباتی قیمت سوخت عدم قطعیت بار تغییرات در تولید برق آبی
- عدم قطعیت تولید - وقفهها - تراکم انتقال
- رفتار شرکت کنندگان در بازار - براساس قیمت قابل پیشبینی - دست کاری بازار - قدرت بازار، ریسک همکاری -
طی تحقیقات به عمل آمده تمرکز اکثر پژوهش ها بر روی بخش تولید در بازار انرژی می باشد و کمتر به بحث تقاضا پرداخته شده است. هدف از این پژوهش بررسی حضور استراتژیک مصرف کنندگان و سمت تقاضا در بازار برق یک ریزشبکه می باشد. در این راستا باید شناخت دقیقی از شبکه های هوشمند انرژی و بازار برق داشته باشیم.
تجدید ساختار صنعت برق، نقطهی عطفی در تاریخ این صنعت بود. با واگذاری واحدهای تولید توان به بخش خصوصی، امکان رقابت این شرکتها به عنوان بازیگران بازار فراهم شد . در چنین بازاری هر شرکت کننده سعی میکند توان تولید شده خود را بسته به نوع بازار، به بیشترین میزان و یا قیمت ممکن بفروش برساند. و از دیگر سوی، خریداران برق سعی می کنند انرژی مورد نیاز خود را با کمترین قیمت خریداری کنند. در این پژوهش تمرکز بر نقش پر رنگ سمت تقاضا در بازار برق می باشد.
- 2 مروری بر مفاهیم اولیه
در یک بازار برق، قیمت برق، مهمترین سیگنال برای همه شرکت کنندگان بازار و قیمت تسویه بازار - MCP - * پایه ای ترین مفهوم قیمت گذاری، میباشد. اغلب، وقتی تراکم انتقال وجود ندارد، MCP تنها قیمت موجود در سیستم میباشد. با این وجود، وقتی تراکم انتقال وجود دارد، قیمت ناحیهای تسویه بازار - ZMCP - یا قیمت محلی نهایی - LMP - قابل استفاده خواهد بود.
ZMCP ممکن است برای نواحی مختلف، متفاوت باشد، اما برای یک ناحیه، یکسان است. LMP برای شین های مختلف میتواند متفاوت باشد.
محاسبه : MCP پس از دریافت پیشنهاد قیمتها، اپراتور مستقل سیستم - ISO - ، تمام پیشنهادهای قیمت برای تولید را
به صورت یک منحنی عرضه - S - ** و تمام پیشنهادهای قیمت برای مصرف را به صورت منحنی تقاضا - D - جمعآوری میکند. محل برخورد منحنی های - S - و - D - ، MCP میباشد.
محاسبه : ZMCP اگر در یک دوره زمانی مشخص، ISO، در یک مسیر انتقال با تراکم مواجه شود، برای برطرف نمودن تراکم، در دو انتهای هر مسیر، برنامه ریزی ناحیهای مربوطه را اجرا خواهد نمود. بنابراین، MCP های دو ناحیه میتواند متفاوت باشد که از آن تحت عنوان MCP ناحیهای - یا - ZMCP یاد شده است. با استفاده از ZMCP، بهای تراکم - یا بهای استفاده - برای هر مسیر دارای تراکم محاسبه میشود.
محاسبه LMP : LMP عبارتست از هزینه افزایش یک مگاوات بار در یک مکان خاص، با در نظر گرفتن هزینه نهایی تولید، هزینه تراکم انتقال و تلفات. به عبارت دیگر، LMP، برابر مجموع هزینه نهایی تولید، هزینه تراکم انتقال و هزینه نهایی تلفات است؛ اگرچه اغلب از هزینه تلفات چشم پوشی میشود. وقتی تراکم انتقال وجود ندارد، LMP، برابر MCP است. اما وقتی تراکم انتقال وجود دارد، در حل پخش بار بهینه - OPF - ، قیود خطوط انتقال لحاظ میشود تا بدین وسیله تعادل بین تولید و مصرف در هر شین برقرار باشد. هزینه نهایی در هر شین همان LMP میباشد.
یکی از چالش های پیش روی استفاده از طرح های تشویقی برای ورود به مدیریت مصرف امکان استفاده از دستگاههای اندازه گیری پیشرفته می باشد.
