Ανάλυση της επίδρασης των ευέλικτων συστημάτων μεταφοράς στην τιμολόγηση των χρηστών του συστήματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

Σε μια ανταγωνιστική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, η εγκατάσταση ευέλικτων συστημάτων μεταφοράς μπορεί να βελτιώσει την ικανότητα μεταφοράς ηλεκτρικής ισχύος και να βοηθήσει τους συμμετέχοντες στην αγορά να υλοποιήσουν το σχεδιασμό τους και ταυτόχρονα να διατηρήσουν την ανταγωνιστική συμπεριφορά τους. Συγκεκριμένα, τα ευέλικτα συστήματα μεταφοράς μπορούν να βοηθήσουν το σύστημα να λειτουργεί εντός των φυσικών του ορίων και να μειώσουν το συνολικό κόστος παραγωγής δεδομένου ότι μειώνεται η επιπλέον ενέργεια που απαιτείται λόγω περιορισμένης μεταφοράς. Επιπρόσθετα, μια ανταγωνιστική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί μια αξιόπιστη μέθοδο για τον επιμερισμό των δαπανών λόγω συμφόρησης, τη χρησιμοποίηση του δικτύου και την τιμολόγηση των υπηρεσιών μεταφοράς. Για το λόγο αυτό, είναι συχνά αναγκαίο να ανιχνευτεί η συμβολή του κάθε συμμετέχοντα στη χρησιμοποίηση του δικτύου και στις δαπάνες συμφόρησης, και στη συνέχεια να υπολογιστούν οι χρεώσεις βάσει αυτής της συμβολής. Είναι συνήθης πρακτική να χρησιμοποιούνται οι συντελεστές κατανομής για τον υπολογισμό αυτής της συμβολής. Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται ένα μαθηματικό μοντέλο για την επίδραση των ευέλικτων συστημάτων στην τιμολόγηση των χρηστών του συστήματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Το μοντέλο αυτό βασίζεται στη ροή φορτίου συνεχούς ρεύματος. Επίσης, στην παρούσα εργασία δημιουργήθηκε και παρουσιάζεται λογισμικό σε περιβάλλον MATLAB, το οποίο εφαρμόστηκε σε σύστημα 4 ζυγών και στο σύστημα των 14 ζυγών RTS του IEEE. Το λογισμικό αυτό στηρίχθηκε στο προαναφερθέν μαθηματικό μοντέλο και μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε σύστημα με Ν ζυγούς και Μ γραμμές, ανεξαρτήτως της τοπολογίας αυτού. Επιπλέον, μπορεί να εφαρμοστεί τόσο στην περίπτωση εισαγωγής του ενοποιημένου ελεγκτή ροής ισχύος (UPFC) όσο και στην περίπτωση εισαγωγής του ελεγχόμενου σύγχρονου αντισταθμιστή σειράς (SSSC) στη γραμμή μεταφοράς. Αρχικά, για κάθε δίκτυο που εξετάζεται, λύνεται το πρόβλημα της βέλτιστης dc ροής φορτίου και υπολογίζεται η παραγωγή κάθε ζυγού. Στη συνέχεια, υπολογίζονται οι βασικές παράμετροι του συστήματος, οι ροές των γραμμών, οι συντελεστές κατανομής και τέλος υπολογίζεται η χρησιμοποίηση του δικτύου από τον κάθε χρήστη τόσο στην περίπτωση εισαγωγής του ενοποιημένου ελεγκτή ροής ισχύος (UPFC) όσο και στην περίπτωση εισαγωγής του ελεγχόμενου σύγχρονου αντισταθμιστή σειράς (SSSC) στη γραμμή μεταφοράς. Ακολούθως, γίνεται επιμερισμός του κόστους μεταφοράς χρησιμοποιώντας τις μεθόδους χρέωσης γραμματοσήμου (postage stamp) και MW-mile καθώς και τις παραλλαγές αυτής της μεθόδου. Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των εφαρμογών, σχολιάζονται και προτείνονται τρόποι επέκτασης της εργασίας.

In a competitive electricity market, installing Flexible AC Transmission Systems (FACTS) can improve power transfer capability and help market participants keep their schedules to preferred ones and at the same time may retain the competitive behaviour of participants. To be more specific, FACTS may assist system to operate within its physical limits and reduce total generation cost associates with out-of-merit order caused by constrained transmission. Moreover, a competitive electricity market necessitates a reliable method to allocate congestion charges, transmission usage and transmission pricing in an unbiased, open-accessed, basis. Therefore, it is usually necessary to trace contribution of each participant to line usage and congestion charges and then to calculate charges based on these contributions. It has been a common practice to use distribution factors to calculate these contributions. In the present diploma thesis, a mathematical model is presented that is used to quantify the impacts of FACTS on transmission pricing. This model is based on dc load flow. Moreover, in the present diploma thesis, a software under MATLAB environment is developed for solving the above mentioned problem. This software is applied to a 4-bus test system and IEEE RTS 14-bus system. It can be used for every electrical power system with N buses and M lines regardless of its topology. Furthermore, this software can be used in case of inclusion of Unified Power Flow Controller (UPFC) or Static Synchronous Series Compensator (SSSC) in a transmission line. Firstly, the problem of dc optimal power flow is solved for each network and the generation of each bus is calculated. After that, the basic system parameters, line flows, distribution factors and transmission usage are calculated for both cases (inclusion of UPFC or SSSC). Moreover, the total grid cost allocation is evaluated using transmission pricing methods such as postage stamp and MW-mile method with its variations. Finally, the results of optimal power flow are presented, as far as the two systems and the above two cases are concerned, and the comparisons on these results, as well as some possible extensions of this diploma thesis are provided.