Cálculo y descomposición del costo marginal nodal de corto plazo basado en flujo óptimo DC retroalimentado con flujo AC

Abstract

El Costo Marginal Nodal de Corto Plazo (CMgN) es fundamental para el diseño de mercados eléctricos pues al ser usado como una señal de precio, induce a un comportamiento eficiente de los agentes del mercado el cual se refleja en la operación económica del sistema o en la maximización del beneficio social. Sin embargo, la falta de capacidad en la red de transmisión origina congestiones imprevistas o programadas que provocan una variación significativa del CMgN entre barras. Dicha variación causa un perjuicio económico para los agentes; por tanto, para cubrir dicho riesgo surge la necesidad de descomponer el CMgN porque entre sus componentes existe una que permite cuantificar y/o valorizar mecanismos que mitiguen el perjuicio económico. Además, el CMgN también tiene otra componente que valoriza el servicio económico de la transmisión. En suma, la determinación de las componentes del CMgN es el primer paso para la implementación de nuevos instrumentos en el mercado que conduzcan a la competencia y mejor desempeño de los agentes. El objetivo de esta tesis es desarrollar e implementar computacionalmente un método para el cálculo y descomposición en tres componentes del CMgN, considerando un modelamiento en AC de la red de transmisión para un cálculo más exacto del CMgN y sus componentes. En esencia, el método es un algoritmo iterativo en el cual en cada iteración los despachos que resultan de un modelo de flujo óptimo DC con pérdidas (modelo DCOPF- with-losses) se ingresan a un cálculo de flujo AC; los resultados de este flujo AC retroalimentarán al modelo DCOPF-with-losses y luego se iniciará una nueva iteración. Luego de cumplir cierta tolerancia, el método contiene una formulación matemática capaz de calcular el CMgN y sus tres componentes: Componente de Energía, Componente de Pérdidas y Componente de Congestión. Se realizan simulaciones en sistemas de dos, cinco, catorce y treinta barras. Se analiza los resultados y luego se confronta con otros métodos de investigaciones afines.

Locational Marginal Pricing (LMP) is substantial to design of electricity market, since it is used as price signal, induces an efficient behaviour of market participants that reflects in economic operation system or maximizing welfare social. Nevertheless, the lack of enough capacity of network transmission origins unexpected or scheduled congestions, which causes an important variation of LMP between buses. Such variation causes an economic damage to market participants; thus, in order to drag this risk down, it is necessary to decompose LMP because among their components, there is one that allows quantifying or valuing mechanism decreasing the economic damage. In addition to this, LMP has another component that allows valuing economic service of network. To summarize, the computation of LMP’s components is the first step to set up new mechanisms in market to promote competition and a better performance of market players. The aim of this thesis work is to develop and implement computationally, a method to calculate and decompose LMP in three components. This method accounts for a modelling AC of network in order to obtain more accurate LMP and components. In essence, the method is an iterative algorithm such that each iteration consists on the fact that level generation obtained by means of a DC Optimal Power Flow model which considers network losses (DCOPF model-with-losses), is entered an AC power flow calculation which then feedbacks the DCOPF model-with-losses and finally, new iteration starts. After reaching a gap, a math formulation contained in the method is capable to calculate and decompose LMP in three components: Energy Component, Loss Component and Congestion Component. Electrical systems of two, five, fourteen and thirty buses are simulated. The results are analysed and then compared with other methods presented in related works.