تسویه هماهنگ بازارهای رقابتی برق و گاز مستقل

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی نوشیروانی بایل- دانشکده برق

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

در این مقاله مدل خطی تسویه هماهنگ بازارهای برق و گاز ارائه شده است که در آن، قیمت‌ها و تصمیمات شبکه‌های برق و گاز در بازارهای رقابتی تعاملی به‌دست می‌آید. تسویه هر یک از بازارها توسط بهره‌بردار هر شبکه و هماهنگ با تصمیمات بازار دیگر انجام می‌شود. بهره‌بردار بازار برق، تصمیمات شبکه برق برای روز بعد را با توجه به قیمت تسویه شده در بازار گاز، اخذ می‌کند. بازار گاز نیز متاثر از میزان مصرف نیروگاه‌های گازسوز بوده که از تسویه بازار برق بدست می‌آید. در این مقاله با معرفی مدل جدید خطی‌سازی قیود شبکه گاز بدون متغیر عددصحیح، تسویه بازارهای برق و گاز با استفاده از روش‌ها دوگان و KKT به صورت هماهنگ و همزمان حل شده است. مدل پیشنهادی بر روی شبکه شش شینه نمونه و 118 شینه IEEE، شبیه‌سازی شده است. نتایج به‌دست آمده کارایی مدل ارائه شده برای عملکرد هماهنگ بازارهای برق و گاز و کاهش هزینه‌ها و قیمت‌های مکانی برق و گاز را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Clearing for Coordinated Electricity and Gas Markets

نویسندگان [English]

  • Esmaeil Abedini 2
  • Meysam Jafari nokandi 2
2 Department of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology. Babol. Iran
چکیده [English]

In this paper, a new linear programming model is presented for Clearing of Coordinated Electricity and Gas Markets, so that Prices and decisions of electricity and gas networks are obtained in interactive competitive markets. These markets are cleared by their own market operator in coordination with other markets. The power market operator makes day ahead decisions based on a cleared gas market. The gas market is also affected by the decisions of the electricity market. In this model, the linearization of gas network constraints without integer and binary variables is introduced. Cleaning of coordinated and simultaneous electricity and gas markets has been solved using the duality theorem and KKT method. The proposed model is applied to a 6 bus test system and the IEEE 118-bus network. The results illustrate the effectiveness of the proposed model for the Clearing of the Coordinated Electricity and Gas Markets and the reduction of the operation costs and local prices of electricity and gas networks.

کلیدواژه‌ها [English]

  • electricity market
  • Gas market
  • Coordinated operation
  • Linearization
  • duality and KKT methods
[1] M. Mac Kinnon, J. Brouwer and S. Samuelsen, "The role of natural gas and its infrastructure in mitigating greenhouse gas emissions, improving regional air quality, and renewable resource integration", in Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 64, 2018, pp. 62-92.
[2] M. Farrokhifar, Y. Nie and D. Pozo, "Energy systems planning: A survey on models for integrated power and natural gas networks coordination", in Applied Energy, Vol. 262, 2020, p. 114567.
[3] سید حسن ابراهیمی و احمد جعفرزاده افشاری، « ارائة یک مدل ریاضی جهت بهینه‌سازی عملیات شبکة انتقال گاز»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 14، شمارة 44، بهار 1395، صفحة 93-104.
[4] A.V. Zlotnik, A.M. Rudkevich, R.G. Carter, P.A. Ruiz, S.N. Backhaus and J.D. Taft, "Grid architecture at the gas-electric interface", Los Alamos National Laboratory, Santa Fe, NM, USA, Tech. Rep. LA-UR-17-23662, Jun. 2017.
[5] C. Liu, M. Shahidehpour, Y. Fu and Z. Li, "Security-Constrained Unit Commitment With Natural Gas Transmission Constraints", in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 24, No. 3, 2009, pp. 1523–1536.
[6] X. Zhang, M. Shahidehpour, A. Alabdulwahab and A. Abusorrah, "Hourly Electricity Demand Response in the Stochastic Day-Ahead Scheduling of Coordinated Electricity and Natural Gas Networks", in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 31, No. 1, 2016, pp. 592–601.
 [7] J. Fan, X. Tong and J. Zhao, "Multi-period optimal energy flow for electricity-gas integrated systems considering gas inertia and wind power uncertainties", in International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 123, 2020, pp. 106263.
[8] A. Zlotnik, L. Roald, S. Backhaus, M. Chertkov and G. Andersson, "Coordinated Scheduling for Interdependent Electric Power and Natural Gas Infrastructures", in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 32, No. 1, Jan. 2017, pp. 600-610.
[9] B. Zhao, A. J. Conejo and R. Sioshansi, "Unit commitment under gas-supply uncertainty and gas-price variability", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 32, No. 3, 2017, pp. 2394–2405.
[10] G. Li, R. Zhang, T. Jiang, H. Chen, L. Bai and X. Li, "Security constrained bi-level economic dispatch model for integrated natural gas and electricity systems considering wind power and power-to-gas process", Applied energy, Vol. 194, 2017, pp. 696–704.
[11] M. H. Sham and M. Shahabi, "Optimal Operation Scheduling of a Microgrid in Presence of Energy Hubs Considering Energy System Security and Demand Response", Tabriz Journal of Electrical Engineering (TJEE), Vol. 47, No. 3, 2018, pp. 1523-1535.
[12] Overview of natural gas: Natural gas marketing. NaturalGas.org. [Online]. Available: http://naturalgas.org/naturalgas/marketing/.
[13] R. LaCount, "Natural Gas and Electric Market Coordination Takes Center Stage with FERC Docket AD12-12-000", M.J. Bradley & Associates, Issue Brief, rep., 2012.
[14] M.G. Lauby, “Special Reliability Assessment: Potential Bulk Power System Impacts Due to Severe Disruptions on the Natural Gas System", North American Electric Reliability Corporation (NERC), 2017.
[15] نیما امجدی، بهداد وطنی و حسین شریف‌زاده، «آرایش بهینة تصادفی تولید برای شرکت‌های مولّد با در نظر گرفتن بازار انرژی و قراردادهای دوجانبه»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 9، شمارة 24، بهار 1390، صفحة 21-28.
[16] مهدی محمّدی، سیدمرتضی بیاره و محمّد کوثری، «مدل‌سازی عملکرد توربین‌های گازی سه‌محوره محرّک کمپرسور ایستگاه‌های تقویت فشار گاز از دیدگاه اکسرژی»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 17، شمارة 56، بهار 1398، صفحة 33-50.
[17] M. Fernándeza, F.D. Muñoz and R. Moreno, "Analysis of imperfect competition in natural gas supply contracts for electric power generation: A closed-loop approach", Energy Economics, Vol. 87, March 2020, 104717.
[18] N. Thomas, "Gas Market Report 2015", Department of Industry, Innovation and Science, rep., 2016.
[19] R. Chen, J. Wang and H. Sun, "Clearing and Pricing for Coordinated Gas and Electricity Day-Ahead Markets Considering Wind Power Uncertainty", in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 33, No. 3, May 2018, pp. 2496-2508.
[20] M. Gil, P. Duenas and J. Reneses, "Electricity and Natural Gas Interdependency: Comparison of Two Methodologies for Coupling Large Market Models Within the European Regulatory Framework", in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 31, No. 1, 2016, pp. 361–369.
[21] Z. Ji and X. Huang, "Day-Ahead Schedule and Equilibrium for the Coupled Electricity and Natural Gas Markets", in IEEE Access, Vol. 6, 2018, pp. 27530-27540.
[22] C. Wang, W. Wei, J. Wang, F. Liu and S. Mei, "Strategic Offering and Equilibrium in Coupled Gas and Electricity Markets", in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 33, No. 1, 2018, pp. 290-306.
[23] B. Zhao, A. Zlotnik, A.J. Conejo, R. Sioshansi and A.M. Rudkevich, "Shadow Price-Based Co-Ordination of Natural Gas and Electric Power Systems", in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 34, No. 3, May 2019, pp. 1942-1954.
[24] C. Wang, W. Wei, J. Wang, L. Wu and Y. Liang, "Equilibrium of Interdependent Gas and Electricity Markets With Marginal Price Based Bilateral Energy Trading", in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 33, No. 5, Sept. 2018, pp. 4854-4867.
[25] https://markets.businessinsider.com [Online].