Elektrik enerji piyasalarında iletim hat parametrelerinin tıkanıklık üzerine etkileri
The effects of transmission line parameters on congestion in competitive power markets
- Tez No: 166631
- Danışmanlar: DOÇ.DR. CANBOLAT UÇAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2005
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
ELEKTRİK ENERJİ PİYASALARINDA İLETİM HAT PARAMETRELERİNİN TIKANIKLIK ÜZERİNE ETKİLERİ ÖZET Elektrik endüstrisi tüm dünyada hızlı bir şekilde yeni bir yapılanmaya doğru gitmektedir. Bu yapılanma 1980'lerde İngiltere ve bazı Latin Amerika ülkelerinde başlamış ve 1990'larda daha da hız kazanarak yaygınlaşmıştır. Elektrik endüstrisini yeniden yapılanmaya sürükleyen nedenler ülkeden ülkeye farklılık gösterir. Bazı ülkelerde yatırımların ağır yükünü devletten özel sektöre kaydırmak için özel sektörün ilgisini çekmek amaçlanmıştır. Özel sektörün enerji sektöründe sözkonusu olduğu sistemlerde ise amaç, rekabeti artırmaktır. Geleneksel sistemler üretim, iletim ve dağıtımın tek bir elde toplandığı dikey yapılı sistemlerdir. Elektrik sektöründe yeni yapılanmayla birlikte üretim, iletim ve dağıtım birbirlerinden ayrılmıştır ve serbest piyasa rekabetinin elektrik enerji sektörüne girmesiyle beraber yeni yapılar yatay yapılı sistemler olarak isimlendirilmiştir. Yatay yapılı sistemler etkili rekabeti teşvik eder ve aynı zamanda güvenilirliği en iyi şekilde gerçekleştirmek için gerekli koordinasyonu sağlar. Üretim birimleri ürettikleri elektriği satmak için serbest piyasada rekabet eder. İletim sektörü doğal tekel özelliğini korur, üretim ve yük arasında rekabetçi ortamı sağlamaya çalışır. Müşteriler yerel dağıtım şirketlerinden güç satın almaya devam eder. Yeniden yapılanmayla birlikte birçok piyasa modelleri ortaya çıkmıştır. Bu piyasa modelleri ve bu modellerin yapısal bileşenleri çalışmanın bir bölümü olarak incelenmiştir. Her ülkeye uyan standart bir piyasa modelinin olmadığı görülmüştür. Temelde güç alışverişlerine göre piyasa modelleri havuz modeli ve ikili anlaşma modeli olarak iki ana grupta toplanabilmesine rağmen modeli oluşturan ana bileşenlerde ve görevlerinde farklılıklar vardır. En önemli yapısal bileşenler, bağımsız sistem operatörü (BSO) ve güç borsasıdır. Sistem operatörü iletim şebekesini çalıştırır ve tüm iletim müşterilerine iletim servisi sağlar. Güç borsasımn birincil görevi, ileri doğru enerji piyasasında enerji üretimi ve talebini eşleştirmek için bir ortam sağlamaktır. Ancak güç borsasımn daha bilinen görevi, enerji üretim ve talep teklifleri için bir havuz olarak etki etmek ve piyasa takas fiyatım oluşturmaktır. Elektrik enerji sistemlerinin yeniden yapılandırılması, iletim şebekesinin planlanması aşamasında tahmin edilemeyen alışılmadık kullanımına yol açmıştır. Yeni yapılanmada generatörler ve yükler iletim sistemlerine ayrım gözetilmeden ve eşit bir şekilde serbestçe erişebilirler, iletim sistemlerine serbest erişim, elektrik enerjisi sektöründeki sağlıklı rekabet için oldukça önemlidir. Yeniden yapılandırılmış ortamlarda, üreticiler ve müşteriler piyasada güç alışverişlerini alıp satabilirler. Bu alışverişler bazen elektrik şebekelerinde tıkanıklığa (enerji darboğazına) sebep olurlar. Tıkanıklık düzenleme bu yapıda güç alışverişlerinin sayısının ve miktarının artması nedeniyle daha önemli ve zor olmuştur. Bir güç piyasasında, üreticiler ve ıxmüşteriler arasındaki güç alışverişleri hat parametreleri tarafından sınırlandırılır ve bu sınırlamalar mevcutsa elektrik enerjisi üretim maliyeti artar. Aynı zamanda tıkanıklık nedeniyle bazı bölgelerde piyasa gücü de oluşabilir. Bu durumda o bölgedeki üretici istediği fiyattan enerjisini satar, rekabet koşullan sağlanamaz. iletim tıkanıklığını düzenleme yöntemleri, kısa süreli ve uzun süreli düzenleme olarak ikiye ayrılmıştır. Tıkanıklığın kısa süreli düzenlenmesi, kurallara ve fıyatlandırmaya dayalı olarak gerçekleştirilir. Tıkanıklık daima elektrik enerjisi maliyetini artırır ve iletim hatlarının benzer baralan arasında sürekli oluşan tıkanıklıklar uzun süreli olarak kaldırılmalıdır aksi takdirde amaçlanan rekabetçi enerji piyasası sağlanamaz. İletim baralan arasında uzun süreli tıkanıklık düzenleme iletim hatlarını güçlendirerek gerçekleştirilir. İletim hatlarının güçlendirilmesi ya tıkanıklık oluşan baralar arasına yeni bir hat inşa ederek yada esnek alternatif akım iletim sistemleri (FACTS) ile mevcut hattın kapasitesini artırarak sağlanır. Her ikisi de suseptans değişimine ve hat kapasitesi artışına sebep olur. Bu nedenle bu çalışmada amaç, hat suseptansı ve hat kapasitesi değişiminin tıkanıklık üzerindeki etkilerini görmektir. Suseptans ve kapasite değişimi üretim maliyetini değiştirir. Bu nedenle sistem tıkanıklıkları üretim maliyetlerine dayandırılarak incelenmiştir. Öncelikle üretim maliyetlerinin hat suseptanslarına duyarlılığı matematiksel model oluşturularak hesaplanmıştır. Tıkanıklık oluşan hat suseptansının üretim maliyeti üzerinde diğer hatlardan daha büyük bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Bu hattın suseptansını değiştirmek hem sistem maliyeti hem de tıkanıklık üzerinde oldukça etkili olmuştur. Ayrıca hat parametrelerinin değişimiyle üretim maliyetlerinin değişimi ve ortaya çıkan tıkanıklık bölgeleri sequential quadratic programlama (SQP) ile belirlenmiştir. Hat parametreleri değiştirilirken sistemde tıkanıklık olmayan bölgeler geliştirilen algoritma ile tespit edilmiştir. Bu çalışmada tıkanıklıktan uzaklaşmak için her hat suseptansının belirli bir aralığı olabileceği gözlemlenmiştir. Suseptansın bu değer aralığında tıkanıklık oluşmazken bu aralığın altındaki ve üstündeki değerlerde tıkanıklık oluşabilir. FACTS aygıtı hattın suseptansını bu optimal suseptans aralığında kalacak şekilde ayarlarsa sistem tıkanıklıktan kurtulmuş olur. Bu sonuç özellikle hattan akan güç kontrolünde gelecekte FACTS sistemlerinin (esnek alternatif akım iletim sistemleri) kullanılmasının yaygınlaşması ile birlikte önemli olmaktadır. İletim suseptansı üzerinde doğrudan etkiye sahip TCSC ile suseptans değiştirilirken TCSC aygıtım kontrol etmek için nasıl bir kontrol algoritması oluşturulması gerektiği konusunda da önemli bilgiler elde edilmiştir. Bir kontrol algoritması bir zamanda sadece bir hatta bakarsa ve diğer kontrol edilebilen hatlara dikkat etmeden suseptansı ayarlamaya çalışırsa optimal çözüm bulamayabilir. Böylece algoritmalar iterasyonun her adımında bütün kontrol edilebilen hatlan dikkate alarak optimal çözümü daha hızlı ve daha iyi bir şekilde bulma şansına sahip olurlar. Tıkanıklığın uzun süreli düzenlenmesi, hat parametrelerine maliyet duyarlılığının dikkatli bir analizini gerektirir. Bu analizler tıkanıklığı uzun süreli olarak verimli bir şekilde ortadan kaldırmak için hangi hatların öncelikli olarak güçlendirilmesi gerektiği aşamasında planlayıcılara rehberlik edecektir.
Özet (Çeviri)
THE EFFECTS OF TRANSMISSION LINE PARAMETERS ON CONGESTION İN COMPETITIVE POWER MARKETS SUMMARY Around the world, the electric industry is undergoing sweeping restructuring. The trend started in 1980s in the U.K. and some Latin American countries, and has gained momentum in the 1990s. The main motivation and driving forces for restructuring of the electric industry in different countries are not necessarily the same. in some countries, privatization of the electric industry has provided a means of attracting funds from the private sector to relieve the burden of heavy government subsidies. in other countries where the electric industry has for the most part been ovvned by the private sector, the trend is toward increased competition and reduced regulation. The electric power business in many countries, at present, is largely in the hands of vertically integrated utilities which own generation - transmission - distribution systems that supply power to the customer at regulated rates. Together with restructuring the electric sector, the generation of power has been unbundled from transmission and distribution systems and these utilities are known as horizontally integrated utilities. A new operating paradigm is needed for a restructured industry that encourages efficient competition and at the same time maintains necessary coordination to guarantee a high standard of reliability. Generation utilities compete in a free market to seli electricity they produce. The transmission sector is regarded as a natural monopoly, and in general remains regulated in order to permit a competitive environment for generation and load services. The retail customers continue to buy from the local distribution company. Together with restructuring many market models are emerged vvithin different countries. A section of this study presents an overview of the evolvhıg structural models and the main structural components of the emerging deregulated electricity industry. The central structural components are namely, hıdependent system operatör (İSO) and power exchange (PX). The İSO operates the transmission grid and provides transmission services to ali transmission customers. The primary function of a power exchange is to provide a forum to match electric energy supply and demand in the fonvard energy markets. However, the more usual function of the power exchange is to act as a pool for energy supply and demand bids, and establish a market clearing price (MCP). The restructuring of power systems has led to an unusual usage of transmission grids not foreseen at the design stage. in the restructuring environment, generators and loads can access transmission system in a non-discriminatory and equitable manner. Öpen access to transmission systems are very important for healthy competition in power industry. in a deregulated environment, producers and consumers seli and buy electrical energy through transactions in a market. These transactions when xiimplemented may sometimes cause the electric power network to become congested. Therefore, congestion management has become more important and difficult in the emerging deregulated electricity markets as the number and magnitude of power transactions increase. In a power market, transactions between producers and consumers are limited by line parameters, when the limitations exist, cost of electrical energy production will increase. Also, because of the congestion, in some regions market power may prevail. Transmission congestion management may be categorized into short-term and long- term. The short-term transmission management is based on rules and pricing. Congestion always increases the cost of electrical energy and congestions persisting in similar zones of the transmission line must be removed in long-term so that competitive energy market can be accomplished again. Long-term congestion relief between zones can be achieved by the strengthening the transmission lines. The strengthening of a transmission line can be accomplished either by building another transmission line between the congested zones or by increasing the capability of the original line with FACTS devices. Both of these actions will cause susceptance change and line capacity increase between the two points. The goal of this study is to see the effects of line susceptance and line capacity on congestion. Congestion relief as a function of line susceptance and line capacity is investigated based on the minimum generation cost. To achieve this, mathematical derivations to calculate sensitivities of the generation cost to the line susceptances are given. And then, numerical studies are done by using sequential quadratic optimization programming (SQP) to determine the congestion region and the cost of generation when line capacities and line susceptances are changed. This study shows that there may be an optimum susceptance range which above and below values will increase the total cost when only the susceptance is varied and the line capacity is kept constant. Optimum susceptance may be important when the line parameters are changed dynamically by using FACTS devices widely in the future. The operation of the network for relieving congestions may require tracking these optimal parameter ranges when system state changes in time. This study shows also important information on how to propose an algorithm to control the TCSC devices. If control algorithm looks only to one line at a time and tries to adjust the susceptance accordingly without taking into account the other controllable lines, it may not find an optimal solution. Thus, control algorithms may have a faster and a better chance of finding an optimal solution when they take all controllable lines into account in every step of the iterations instead of one line at a time. Congestion management for long-term requires a careful study of cost sensitivity to the line parameters. These studies will guide planners to decide which lines must be strengthened primarily to eliminate long-term congestion efficiently. xu
Benzer Tezler
- Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanıldığı elektrik dağıtım şebekelerinde enerji depolama ve dağıtım operasyonu kararları optimizasyonu
Optimization of energy storage decisions in power networks with renewable generation
CANSU AĞRALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN GÜLTEKİN
YRD. DOÇ. DR. SALİH TEKİN
- Rüzgar enerji santralları üretim ve işletme değişkenlerinin çoklu-yarıvariogram yöntemi ile alansal tahmini
Spatial forecast of production and operation parameters from wind power plants using multi-semivariogram method
MURAT DURAK
Doktora
Türkçe
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET DURAN ŞAHİN
- Energy Markets of Turkey and application of variance - covariance method in value at risk method for Turkey electricity stocks
Türkiye'de enerji piyasaları ve Türkiye elektrik hisse senetleri üzerine riske maruz değer metodunda yer alan varyans-kovaryans metodunun uygulanması
BÜŞRA YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Ekonomiİzmir Ekonomi ÜniversitesiFinans Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYLA OĞUŞ BİNATLI
- Elektrik üreticileri perspektifinden uzun dönem elektrik üretimi yatırımlarının planlanmasına yönelik bir karar destek modeli
A decision support model for long-term investment planning of electricity generation from the perspective of generation companies
BERNA TEKTAŞ SİVRİKAYA
Doktora
Türkçe
2016
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERHAN ÇEBİ
- Short term electrıcıty consumptıon forecastıng usıng long short-term memory cells
Uzun kisa vadeli̇ hafiza ağlari i̇le kisa vadeli̇ elektri̇k tüketi̇m tahmi̇ni̇
ANIL TÜRKÜNOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BARUTÇU