چکيده:در سالهاي اخير، با گسترش فزايندهي مصرف برق، نياز به افزايش توليد انرژي و استفاده از منابع تجديدپذير در توليد انرژي الکتريکي به دلايل زيستمحيطي و اقتصادي افزايش يافته است که در اين ميان واحدهاي توليد پراکنده مورد توجه قرار گرفتهاست. در ساختار عمودي، اغلب سياستهاي يکساني براي مصرفکنندگان متفاوت در نظر گرفته ميشود در صورتيکه در سيستم تجديدساختار شده، اين امکان براي مصرفکنندگان فراهم است که با مشارکت در بازار برق مشارکت داشته باشند.در اين پاياننامه، تأثير حضور واحد توليد پراکنده از نوع حرارتي بر عملکرد خردهفروش در بازار برق در بازه زماني کوتاهمدت و ميانمدت مورد مطالعه قرار گرفته است. خردهفروش مورد نظر در اين پاياننامه قرارداد آينده و قيمت فروش پيشنهادي به مصرفکنندگان خود را تعيين مينمايد، بطوريکه عدمقطعيت در قيمتهاي بازار اشتراکي و تقاضاي مصرفکننده را در نظر ميگيرد. نوآوري انجام شده در اين پاياننامه اين است که فرض شده است خردهفروش واحد توليد پراکندهي مقياس کوچک از نوع حرارتي در اختيار دارد و ميتواند علاوه بر مشارکت در بازار اشتراکي و آينده، در برخي از ساعتها بخشي از بار مورد نياز خود را از طريق واحد مقياس کوچک تأمين نمايد. به منظور مدلسازي عدم قطعيت قيمت بازار لحظهاي و تقاضاي مصرفکنندگان از مجموعهاي از سناريوها استفاده شده است. با توجه به بالا بودن حجم مسئله، به منظور کاهش حجم محاسبات با دقت مطلوب، از يک روش کاهش سناريو استفاده شده است. مدل برنامهريزي تصادفي دو مرحلهاي ارائه شده يک مسئله برنامهريزي آميختهي عدد صحيح (MILP) است که با استفاده از نرمافزار GAMS حل ميشود. مدل ارئه شده در دو مطالعه موردي به ترتيب با بازهي زماني کوتاهمدت و ميانمدت مورد آزمايش قرار گرفته است. نتايج بدست آمدهبه ازاء مقادير مختلف هزينه بهرهبرداري واحد حرارتي و مقادير مختلف ضريب نفوذ واحد حرارتي نشان ميدهد، استفاده از منابع انرژي پراکنده در بخش خردهفروشي، علاوه بر اينکه سود خردهفروش را افزايش ميدهد باعث کاهش ريسک و کاهش قيمت فروش پيشنهادي به مصرفکنندگان نيز ميشود.کلمات کليدي:بازار برق، بازار آينده، توليد پراکنده، بازار اشتراکي، خردهفروش، عدمقطعيت فهرست مطالب:عنوان صفحهفصل اول: مقدمه .............. 11-1پيشگفتار .. 21-2معرفي ساختار پاياننامه.. 3فصل دوم: برنامهريزی تصادفی و مروري بر تحقيقات انجام شده در زمينه عملکرد خردهفروش در بازار برق ............................................................................................................................ 52-1مقدمه.. 62-2تجديد ساختار .. 62-3بازار برق .. 82-3-1 انواع بازار برق.. 82-3-2 نهادهاي بازار.. 92-3-3 مدل بازار اشتراکي.. 102-3-4 بازار آينده.. 112-4توليد پراکنده.. 112-4-1 طبقهبندي انواع DG.. 122-5برنامهريزي تصادفي.. 122-5-1 متغيرهاي تصادفي.. 132-5-2 مسائل برنامهريزي تصادفي.. 132-5-2-1مسائل برنامهريزيتصادفي دو مرحلهاي.. 132-5-2-2مسائل برنامهريزي تصادفي چند مرحلهاي.. 142-5-3 مقدار مورد انتظار اطلاعات کامل و مقدار از راه حل تصادفي 152-5-3-1مقدار مورد انتظار اطلاعات کامل.. 162-5-3-2مقدار جواب تصادفي.. 162-5-4 توليد سناريو.. 172-5-4-1توليد سناريو با استفاده از مدل ARIMA.. 182-5-4-2 کاهش سناريو .. 212-5-5 مدلسازي ريسک.. 232-5-5-1مسائل برنامهريزي تصادفي شامل مدلسازي ريسک.. 252-5-5-2اندازهگيري ريسک.. 252-6مروري بر تحقيقات انجام شده.. 282-7جمعبندي.. 30فصل سوم: ارائه مدل پيشنهادي براي مطالعه عملکرد خردهفروش مجهز به منابع تولید پراکنده.323-1مقدمه.. 333-2معرفي چارچوب پيشنهادي.. 343-2-1 چارچوب تصادفي.. 353-2-2 متغيرهاي تصادفي.. 353-3مدلسازي و فرمولبندي مسئله.. 373-3-1بازار آينده ........................................................................................................................... 373-3-2 بازار اشتراکي.. 383-3-3واحد توليد پراکنده .. 393-3-4 تأمين برق مصرفکنندگان.. 393-3-5 تعادل انرژي الکتريکي.. 413-3-6 سود مورد انتظار.. 423-3-7 مدلسازي ريسک.. 423-3-7-1ارزش ريسک شرطي.. 433-3-8فرمولبندي مسئله با CVaR.. 433-4جمعبندي .. 44فصل چهارم: شبیهسازی و تحلیل نتایج .. 464-1مقدمه.. 474-2مطالعهي موردي اول.. 474-3مطالعهي موردي دوم.. 544-3-1 معرفي سيستم مورد مطالعه.. 544-3-2 نتايج شبيهسازي با در نظر گرفتن CVaR.. 574-4جمعبندي .. 68فصل پنجم: جمعبندی، نتیجهگیری و ارائه پیشنهادات.. 705-1نتيجهگيري.. 715-2پيشنهادها .. 72مراجع.. 85 فهرست جدولهاعنوان صفحهجدول (4-1): اطلاعات منحني قرارداد آينده .................................................................................. 48جدول (4-2): سناريوهاي تقاضاي مصرفکنندگان و قيمت بازار اشتراکي ..................................... 49جدول (4-3): سود انتظاريو CVaRبدون واحد توليد حرارتي ................................................... 49جدول (4-4): سود انتظاري و CVaRبا واحد توليد حرارتي و ۱۰۰= MC ................................... 49جدول (4-5): سود انتظاريو CVaRبا واحد توليد حرارتي و ۱۱۰= MC ..................................... 49جدول (4-6): خريد از قرارداد آينده بدون واحد توليد حرارتي (مگاوات ساعت) ........................ 50جدول (4-7): خريد از قرارداد آينده، با واحد توليد حرارتي و ۱۰۰=MC (مگاوات ساعت) ......... 50جدول (4-8): خريد از قرارداد آينده، با واحد توليد حرارتي و ۱۱۰= MC (مگاوات ساعت) ........ 50جدول (4-9): قيمت پيشنهادي به مصرفکننده بدون واحد توليد حرارتي ($/MWh) .................... 51جدول (4-10): قيمت پيشنهادي به مصرفکننده با واحد توليد حرارتي ($/MWh) و ۱۰۰=MC ... 51جدول (4-11): قيمتپيشنهادي به مصرفکنندهبا واحد توليد حرارتي ($/MWh)و ۱۱۰= MC..... 51جدول (4-12): انرژي خريداري شده به ازاء 0=β و بدون واحد توليد حرارتي(MWh) ............... 51جدول (4-13): انرژي خريداري شده به ازاء 0=β ، با واحد توليد حرارتي(MWh) و 100= MC ..52جدول (4-14): انرژي خريداري شده به ازاء 0=β ، با واحد توليد حرارتي(MWh) و ۱۱۰= MC...52جدول (4-15): انرژي خريداري شده به ازاء 100=β و بدون واحد توليد حرارتي(MWh) ........... 53جدول (4-16): انرژي خريداري شده به ازاء 100=β ، با واحد توليد حرارتي(MWh) و ۱۰۰= MC ......................................................................................................................................................... 53جدول (4-17): انرژي خريداري شده به ازاء 100=β ، با واحد توليد حرارتي(MWh) و 110= MC . ..........................................................................................................................................................53جدول (4-18): پارامترهاي مدل ARIMA (4-1) ........................................................................... 55جدول (4-19): دادههاي منحني قرارداد آينده ................................................................................. 56جدول (4-20): سود انتظاريو CVaRبدون واحد توليد حرارتي (ميليون دلار) ............................58جدول (4-21): سود انتظاريو CVaRبا واحد توليد حرارتي (ميليون دلار)، هزينه بهرهبرداري 50 دلار بر مگاوات ساعت و ضريب نفوذ 10%، 15% و 20% .................................................................58جدول (4-22): سود انتظاريو CVaRبا واحد توليد حرارتي (ميليون دلار)، هزينه بهرهبرداري 70 دلار بر مگاوات ساعت و ضريب نفوذ 10%، 15% و 20% .................................................................59جدول (4-23): سود انتظاريو CVaRبا واحد توليد حرارتي (ميليون دلار)، هزينه بهرهبرداري 100 دلار بر مگاوات ساعت و ضريب نفوذ 10%، 15% و 20% .................................................................59جدول (4-24): مقدار توان خريداري شده از قراردادهاي آينده بدون واحد توليد حرارتي(MW) ...60جدول (4-25): قيمت فروش پيشنهادي به مصرفکنندگان در غياب واحد توليد حرارتي($/MWh)60جدول (4-26): قيمت فروش پيشنهادي به مصرفکنندگان در حضور واحد توليد حرارتي با هزينه بهرهبرداري 50 دلار بر مگاوات-ساعت و به ازاء ضريب نفوذ 10%، 15% و 20%($/MWh) ........... 61جدول (4-27): قيمت فروش پيشنهادي به مصرفکنندگان در حضور واحد توليد حرارتي با هزينه بهرهبرداري 70 دلار بر مگاوات-ساعت و به ازاء ضريب نفوذ 10%، 15% و 20%($/MWh) ............62جدول (4-28): قيمت فروش پيشنهادي به مصرفکنندگان در حضور واحد توليد حرارتي با هزينه بهرهبرداري 100 دلار بر مگاوات-ساعت و به ازاء ضريب نفوذ %10، 15% و 20%($/MWh) ..........62 فهرست شکلهاعنوان صفحهشکل (2-1): روند تجديد ساختار .................................................................................................... 7شکل (2-2): مرحلهي مجزا سازي در تجديد ساختار ...................................................................... 7شکل (2-3): وظاييف بهرهبردار مستقل سيستم ................................................................................10شکل (2-4): مدل بازار اشتراکي..................................................................................................... 11شکل (2-5): نمونهاي از درخت سناريوي سه مرحلهاي]12[ ........................................................ 17شکل (2-6): الگوريتم توليد سناريو................................................................................................ 20شکل (2-7): الگوريتم کاهش سناريو.............................................................................................. 23شکل (2-8): مفهوم ريسک]12[ ...................................................................................................... 24شکل (2-9): مثالي از حد مؤثر]12[ ................................................................................................ 26شکل (3-1): چارچوب تصميمگيري]12[ ....................................................................................... 34شکل (3-2): درخت سناريو]12[ .................................................................................................... 35شکل (3-3): شماتيک چارچوب پيشنهادي ................................................................................... 36شکل (3-4): مثالي از منحني قرارداد آينده]12[ .............................................................................. 38شکل (3-5): مثالي از منحني سهميهبندي قيمت]12[ ...................................................................... 40شکل (3-6): درآمد حاصل از فروش به مصرفکنندگان]12[ ......................................................... 42شکل (4-1): منحني سهميهبندي قيمت]12[ ................................................................................... 48شکل (4-2): منحني سهميهبندي قيمت]12[ ................................................................................... 56شکل (4- 3): سناريوهاي قيمت بازار اشتراکي ............................................................................... 57شکل (4- 4): سناريوهاي تقاضاي مصرفکنندگان......................................................................... 57شکل (4- 5): مقدار توان خريداري شده از بازار اشتراکي در غياب واحد توليد حرارتي و به ازاء ............................................................................................................................................... 63شکل (4-6): مقدار توان خريداري شده از بازار اشتراکي در غياب واحد توليد حرارتي و به ازاء ............................................................................................................................................ 63شکل (4- 7): مقدار توان خريداري شده از بازار اشتراکي در حضور واحد توليد حرارتي با هزينه بهرهبرداري 50 دلار بر مگاوات ساعت و ضريب نفوذ 10% الف) و ب) ................. 64شکل (4- 8): مقدار توان خريداري شده از بازار اشتراکي در حضور واحد توليد حرارتي با هزينه بهرهبرداري 70 دلار بر مگاوات ساعت و ضريب نفوذ 10% الف) و ب) ................. 64شکل (4- 9): مقدار توان خريداري شده از بازار اشتراکي در حضور واحد توليد حرارتي با هزينه بهرهبرداري 100 دلار بر مگاوات ساعت و ضريب نفوذ 10% الف) و ب) .............. 65شکل (4- 10): مقدار توليد واحد حرارتي با هزينه بهرهبرداري 50 دلار بر مگاوات ساعت الف) ضريب نفوذ 10%، ب) ضريب نفوذ 15% و ج) ضريب نفوذ 20% ................................................... 66شکل (4- 11): مقدار توليد واحد حرارتي با هزينه بهرهبرداري 70 دلار بر مگاوات ساعت الف) ضريب نفوذ 10%، ب) ضريب نفوذ 15% و ج) ضريب نفوذ 20% ................................................... 67شکل (4- 12): مقدار توليد واحد حرارتي با هزينه بهرهبرداري 100 دلار بر مگاوات ساعت الف) ضريب نفوذ 10%، ب) ضريب نفوذ 15% و ج) ضريب نفوذ 20% ................................................... 68فهرست پيوستهاعنوان صفحهپيوست1: ضمائم...................................................................................................................... 73پيوست2: کد GAMS مربوط به مطالعه موردي1 (بدون واحد حرارتي) ................................. 75پيوست3: کد GAMS مربوط به مطالعه موردي1 (در حضور واحد حرارتي) ......................... 79پيوست4: احتمال سناریوهای مربوط به مطالعه موردي2....................................................... 83 فصل اول مقدمه 1-1 پيشگفتارازجملهمباحثيكههماكنونپيشرويتصميمگيرانوسياستگذارانصنعتبرقدر بسياريازكشورهاي دنياقراردارد،تفكرتغييرشكلساختاراينصنعتمطابقباروندافزايش كاراييورقابتدرديگرصنايعميباشد. لزومحركتدراينمسيربهدلايلمختلفيچونسرمايهبر بودن،ناكارآيياقتصاديساختارسنتيوانحصاريبودنآنغيرقابلانكارميباشد.با گسترش فزايندهي مصرف برق، نياز به افزايش توليد انرژي و استفاده از منابع تجديدپذير در توليد انرژي الکتريکي به دلايل زيستمحيطي و اقتصادي افزايش يافته است که در اين ميان واحدهاي توليد پراکنده مورد توجه قرار گرفتهاست ]1[. انتظار ميرود در آيندهاي نزديک استفاده از واحدهاي توليد پراکنده در بخش خردهفروشي بازار برق بطور قابل ملاحظهاي افزايش يابد. شرکتهاي خردهفروشي در بازار برق به عنوان واسط بين توليدکنندگان و مصرفکنندگان فعاليت مينمايند. فعاليت خردهفروشان شامل خريد انرژي از بازار عمدهفروشي به منظور فروش آن به مصرفکنندگان ميباشد.براي يک بازه زماني ميانمدت، اين شرکتها بايد براي غلبه بر ريسکي که به دليل متغير بودن قيمتهاي بازار اشتراکي به وجود ميآيد، در مورد جايگاه خود در بازار آينده تصميمگيري کنند. مسئله مهم اين است که خردهفروشان به يک دانش و آگاهي دقيق در مورد قيمتهاي بازار اشتراکي در طول بازه زماني قراردادهاي آينده دست يابند تا بتوانند تصميمات درستي را در مورد اين قراردادها اتخاد نمايند.امروزه با ايجاد رقابت در سيستمهاي قدرت و تجديد ساختار آن، بسياري از مسائل گذشته تغيير کرده و مسائل جديد و عدمقطعيتهايي در مسائل وارد شده که اين مسئله انگيزهاي بسيار قوي جهت استفاده از برنامهريزي تصادفي را در حل مسائل ايجاد نموده است. برنامهريزي تصادفي يک چارچوب مدلسازي مناسب را فراهم ميآورد بطوريکه در آن مسائل تصميمگيري تحت شرايط عدم قطعيت به طور مناسب فرمولبندي ميشود ]2[ و ]3[ . برنامهريزي تصادفي به داشتن اطلاعاتي در مورد توابع توزيع پارامترهاي غيرقطعي مثل، قيمت بازار اشتراکي متکي است. هنگاميکه پارامترهاي غيرقطعي با استفاده از توابع توزيع پيوسته يا گسسته مدل ميشوند، امکان فرمولنويسي يک مسئله برنامهريزي رياضي که عدمقطعيت در اين پارامترها را در نظر ميگيرد امکانپذير خواهد شد. هر پارامتر غيرقطعي توسط مجموعهاي از نتايج يا سناريو مدل ميشود، بطوريکه هر کدام از سناريوها يک تحقق محتمل از پارامترهاي غيرقطعي را با يک احتمال وقوع مربوطه نشان ميدهد. معمولا تعداد سناريوهاي مورد نياز براي نشان دادن يک پارامتر غيرقطعي بسيار زياد است. براي اين منظور از روشهاي کاهش سناريو براي کاهش تعداد سناريوها استفاده ميشود در حاليکه مشخصات تصادفي پارامترهاي غيرقطعي محفوظ بماند.عمدهترين هدف شرکت در بازار آينده غلبه بر ريسک مربوط به عدمقطعيت قيمت بازار اشتراکي است. بنابراين، مدل کردن ريسک مرتبط با تصميمات گرفته شده توسط نمايندگان بازار منطقي است. اين کار را ميتوان مستقيمأ از طريق وارد کردن مقدارهاي ريسک در مسئله برنامهريزي تصادفي انجام داد ]4[ .پاياننامهحاضر ضمنارائه يكيازمصاديق تجديدساختار در صنعت برق(نقشواحد توليد پراکندهي مقياس کوچک بر عملکرد خردهفروش در بازار برق) نتايجحاصلازحضورآندربازاربرقراموردبررسيقرارخواهدداد. دراينفصلبه معرفياهدافکليطرحومحتوياتفصلهايآيندهپرداختهميشود.خردهفروش در نظر گرفته شده در اين پاياننامه براي تعيين قرارداد آينده و قيمت فروش پيشنهادي به مصرفکنندگان خود بايد عدمقطعيت در قيمتهاي بازار اشتراکي و تقاضاي مصرفکننده را در نظر بگيرد، همچنين بايد اين احتمال را در نظر بگيرد که اگر قيمت فروش پيشنهادي به مصرفکنندگان تا حد کافي رقابتي نباشد مصرف کننده ممکن است خردهفروش ديگري را انتخاب کند. پس از تصميمگيري در مورد بازار آينده و انتخاب قيمت فروش، خردهفروش بايد خريد و فروش خود را در بازار اشتراکي تعيين کند.نوآوري اين پاياننامه اين است که فرض شده است خردهفروش واحد توليد پراکندهي مقياس کوچک از نوع حرارتي در اختيار دارد و ميتواند علاوه بر مشارکت در بازار اشتراکي و آينده، در برخي از ساعتها بخشي از بار مورد نياز خود را از طريق واحد مقياس کوچک تأمين نمايد و از اين طريق به حداکثر سود دست يابد. با توجه به اينکه قيمت بازار اشتراکي و تقاضاي مصرفکنندگان در مدل پيشنهادي داراي عدم قطعيت ميباشد، مدل ارائه شده از نوع تصادفي است. مدل برنامهريزي ميانمدت تصادفي دو مرحلهاي ارائه شده يک مسئله برنامهريزي آميختهي عدد صحيح (MILP) است که با استفاده از نرمافزار GAMS مدل شده است.