ارائه مدلی تحلیلی جهت تعیین اثرات پارامترهای توربین بادی و مشخصه احتمالی سرعت باد بر میانگین قیمت گرهی بازار برق

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 گروه برق، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

2 گروه برق، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

3 دانشگاه حکیم سبزواری

چکیده

با نفوذ رو به افزایش نیروگاه‏های بادی در سیستم‏های قدرت، ضرورت آنالیز اثرات تولید تصادفی آن‏ها در قیمت‏های بازار برق احساس می‏شود. تحقیقات انجام شده در این زمینه، غالباً با ابزار شبیه‏سازی انجام شده و مدل‏سازی تحلیلی ریاضی به ندرت دیده می‏شود. هدف این مقاله، ارائه روشی تحلیلی برای ارزیابی اثرات پارامترهای مولد بادی بر قیمت‏های گرهی بازار برق، بر پایه اصول علم احتمال می‏باشد. برای رسیدن به این هدف، از تجزیه قیمت گرهی در یک بازار مقید به قیود انتقال استفاده می‏گردد. در این راستا، با استفاده از توزیع رایلی برای سرعت باد، تابعیت غیر خطی توان مولد بادی نسبت به سرعت باد و اصول ریاضی احتمالات، توزیع احتمال توان یک مولد بادی بصورت تحلیلی تعیین شده است. سپس، متوسط توان بادی با یک حل دقیق و مفصل ریاضی، در یک فرم بسته و بصورت تابعی از مشخصات احتمالی سرعت باد و مشخصات توربین بادی بدست می‏آید. در نهایت، برای متوسط قیمت در هر باس یک رابطه تحلیلی دقیق تعیین می‏شود. روش پیشنهادی، بر روی شبکه 24 باسه استاندارد IEEE آزمایش شده است. مقایسه نتایج روش تحلیلی پیشنهادی با نتایج شبیه‏سازی و آنالیز حساسیت انجام شده، دقت و کارایی مدل پیشنهادی را بخوبی نشان می‏دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

An Analytical Model to Evaluate the Effects of Wind Turbine Parameters and the Probabilistic Characteristic of Wind Speed on the Average LMP of the Power Market

نویسندگان [English]

  • Elahe Zakikhani 1
  • Mahdi Samadi 2
  • Mohammad Ebrahim Hajiabadi 3
1 Electrical and computer engineering faculty, Hakim Sabzevari univerisity, Sabzevar, Iran
2 Electrical and Computer Engineering Faculty, Hakim Sabzevari univerisity, Sabzevar, Iran.
3 Hakim Sabzevari University
چکیده [English]

With the increase of wind penetration in the power systems, analysis of the probabilistic production on the market prices becomes more essential. Researches in this field are often focused on the simulation tools and analytical modeling is rarely used. The aim of this paper is to provide an analytical method for assessing the effects of wind power plants on the Locational Marginal Price (LMP) based on some strong mathematical foundation. In order to achieve this goal, we utilize the LMP decomposition in the transmission-constrained electricity market. In this regard, using Rayleigh distribution for wind speed, nonlinear relationship between the wind power output and the wind speed and mathematical principles of probability, the probability density function of the wind power is determined analytically. Then, the average wind power with a precise mathematical formulation is obtained in a closed form and as a function of the wind turbine parameters and the probabilistic characteristic of wind speed. Finally, for the average LMP of each bus, an exact analytical relationship is determined. The proposed method is tested on the IEEE 24 bus system. The results show the efficiency of the proposed model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electricity market
  • Analytical modeling
  • Weibull distribution
  • Wind Turbine Parameters
  • Locational Marginal Price

مراجع

[1]M.R. Dorostkar-Ghamsari, M. Fotuhi-Firuzabad, M. Lehtonen, A. Safdarian and A.S. Hoshyarzade, "Stochastic Operation Framework for Distribution Networks Hosting High Wind Penetrations", IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol. 10, No. 1, January 2019, pp. 344–354.
[2] M. Banaei, M. Oloomi-Buygi and S.M. Zabetian-Hosseini, "Strategic gaming of wind power producers joined with thermal units in electricity markets", Renewable Energy, Vol. 115, January 2018, pp. 1067-1074.
[3] M. Ramezani, C. Singh and M.R. Haghifam, "Role of clustering in the probabilistic evaluation of TTC in power systems including wind power generation", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 24, No. 2, 2009, pp. 849-58.
[4] X. Fang, B.M. Scott Hodge, E. Du, C. Kang and F. Li, "Introducing Uncertainty Components in Locational Marginal Prices for Pricing Wind Power and Load Uncertainties", IEEE Transactions on Power Systems, January 2019, Early Access.
[5] Y. Wang, Z. Zhou, A. Botterud and K. Zhang, "Optimal Wind Power Uncertainty Intervals for Electricity Market Operation", IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol. 9, No. 1 , January 2018, pp. 199–210.
[6] J.E. Aerodyn, "European wind energy association (ewea)", Journal of Wind Engineering And Industrial Aerodynamics, Vol. 1, 2012, pp. 91-100.
[7] N. Hatziargyriou and A. Zervos, "Wind power development in Europe" Proceedings of the IEEE, Vol. 89, No. 12, 2001, pp. 1765-1782.
[8] K. Andrew and P. Glenn, "Simple wind energy controller for an expanded operating range", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 20, No. 2, 2005, pp. 459-466.
[9] جمشید آقائی، امین رحیمی رضایی و محمّدرضا کریمی، «هماهنگی نیروگاه‌های بادی و دستگاه‌های ذخیره‌ساز سیستم قدرت در مسئلة برنامه‌ریزی امنیت-مقیّد مشارکت واحدها با استفاده از بهینه‌سازی استوار»، مجله مدل‌سازی در مهندسی، دورة 16، شمارة 53، تابستان 1397، صفحة 207-220.
[10] میلاد غلامی‌فرد، نیما امجدی و حسین شریف‌زاده، «پخش بار بهینه احتمالاتی به‌منظور تعیین قیمت‌های حاشیه‌ای محلّی در حضور تولید بادی»، مجله مدل‌سازی در مهندسی، دورة 15، شمارة 48، بهار 1396، صفحة 165-182.
[11] حسین شریف‌زاده و نیما امجدی، «ارزیابی امنیت استاتیک سیستم قدرت در حضور عدم‌قطعیت با استفاده از روش تخمین نقطه‌ای»، مجله مدل‌سازی در مهندسی، دورة 15، شمارة 51، زمستان 1396، صفحة 359-370.
[12] R.H. Zubo, G. Mokryani, H.S. Rajamani, J. Aghaei, T. Niknam and P. Pillai, "Operation and planning of distribution networks with integration of renewable distributed generators considering uncertainties: a review", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, Vol. 72, pp.1177-1198.
[13] J. Logan and S.M. Kaplan, "Wind power in the United States: Technology, economic, and policy issues", CRS Report for Congress, 2008.
[14] H. Shin, D. Lee and R. Baldick, "An Offer Strategy for Wind Power Producers That Considers the Correlation Between Wind Power and Real-Time Electricity Prices", IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol. 9, No. 2, April 2018, pp. 695–706.
[15] X. Yunpeng, W. Xifan, W. Xiuli, D. Can and L. Ming, "Behavior analysis of wind power producer in electricity market", Applied energy, Vol. 171, 2016, pp. 325-335.
[16] M. Banaei, M. Oloomi Buygi and H. Zareipour, "Impacts of strategic bidding of wind power producers on electricity markets", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 31, No. 6, 2016, pp. 4544-4553.
[17] V. Michael and B. Audun, "Wind power bidding in electricity markets with high wind penetration", Applied Energy, Vol. 118, 2014, pp. 141-155.
[18] X. Fang, Y. Wei and F. Li, "Evaluation of LMP Intervals Considering Wind Uncertainty", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 31, No. 3, May 2016, pp. 2495–2496.
[19] Q. Zhang, W. Feng, M.M. Kamel, B. Wang and F. Li, "Extended LMP under High-Penetration Wind Power", IEEE PES Transmission & Distribution Conference and Exhibition Latin America, Lima, Peru, September 2018.
[20] G. Mokryani and P. Siano, "Combined Monte Carlo simulation and OPF for wind turbines integration into distribution networks", Electric Power Systems Research, Vol. 103, June 2013, pp. 37– 48.
[21] H. Dehghani, B. Vahidi and S.H. Hosseinian, "Wind farms participation in electricity markets considering uncertainties", Renewable Energy, Vol. 101, September 2017, pp. 907-918.
[22] Y. Jiang, L. Guo and S. You, "Research on nodal wind power values and optimal accommodation based on locational marginal price", International journal of Electrical Power and Energy Systems, Vol. 109, February 2019, pp. 343–350.
[23] Z. Yao, W. Jianxue and W. Xifan, "Review on probabilistic forecasting of wind power generation", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 32, 2014, pp. 255-270.
[24] J.A. Carta, P. Ram´ ırez and S. Velázquez, "A review of wind speed probability distributions used in wind energy analysis: Case studies in the canary islands", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 13, 2009, pp. 933–955.
[25] پریا سفیدپری، علیرضا کیهانی، سید حسن پیشگر، مجید خانعلی و اسدالله اکرم، «پتانسیل‌سنجی تولید انرژی باد به کمک تحلیل آماری مشخّصه‌های باد، مطالعه در شهرستان اقلید در استان فارس»، مهندسی بیوسیستم ایران، دورة 47، 1395، صفحة 469-483.
[26] M. Samadi M and ME. Hajiabadi, "Assessment of the Collusion Possibility and Profitability in the Electricity Market: A New Analytical Approach", International Journal of Electrical Power & Energy Systems (IJEPES), Vol. 112, 2019, pp. 381-392.
[27] M.E. Hajiabadi and H. Rajabi Mashhadi, "LMP decomposition: A novel approach for structural market power monitoring", Electric Power Systems Research, Vol. 99, 2013, pp. 30-37.
[28] Y.M, Atwa and E.F. El-Saadany, "Probabilistic approach for optimal allocation of wind-based distributed generation in distribution systems", IET Renewable Power Generation, Vol. 5, No. 1, 2011, pp. 79-88.
[29] M. Hosseinpour, H. Rajabi Mashhadi and M.E. Hajiabadi, "A probabilistic model for assessing the reliability of wind farms in a power system", Journal of Zhejiang University Science C, Vol. 14, No. 6, 2013, pp. 464-474.
[30] نادر نعمت‌اللهی، آمار و احتمالات مهندسی، جلد 1، انتشارات دالفک، ایران، 1396.
[31] N. Edward and M. Geller, "A table of integrals of the error functions", Journal of Research of the National Bureau of Standards B, Vol. 73, No. 1, 1969, pp. 1-20.
[32] W. Ongsakul and N. Petcharaks, “Transmission constrained generation scheduling in a centralized electricity market by improved Lagrangian relaxation”, Power Engineering Society General Meeting, 2004, pp. 1156–1163
مدل سازی در مهندسی
دوره 18، شماره 62
آبان 1399
صفحه 31-42

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 21 بهمن 1397
  • تاریخ بازنگری: 07 مرداد 1398
  • تاریخ پذیرش: 17 مهر 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار