Métodos para a linearização da função de produção hidráulica em estudos de leilão de energia no mercado do dia seguinte
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Data
2022-08-31
Autores
Cabral, Marcelo Fernandes
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Os mercados de energia são fechados por algoritmos de Procedimento de Compensação de Mercado (PCM), os quais resolvem os leilões de energia e alocam o despacho de geração e a demanda elástica, bem como os preços horários de equilíbrio de mercado. O PCM tem como objetivo a maximização do bem-comum e a minimização dos custos de partida e parada, sujeito ao atendimento das restrições operacionais das unidades termelétricas e hidrelétricas. Um aspecto complicador da modelagem do PCM para sistemas hidrotérmicos consiste na linearização da função de produção. Esta dissertação tem como objetivo investigar quatro dos principais métodos propostos na literatura para a linearização desta função, adaptando-os para a utilização em algoritmos de PCM. Além disso, propõe-se uma metodologia de avaliação dessas linearizações, que envolve a proposição de um modelo de Leilão de Sistemas Hidrotérmicos Não Linear (LSH-NL), utilizado como referência de comparação para os modelos linearizados. Diferentemente das abordagens de avaliação descritas na literatura, na metodologia proposta, os erros de linearização em todas as variáveis e funções podem ser analisados. Um novo método de linearização baseado nos envelopes de McCormick também é proposto, a partir da introdução de uma nova técnica de calibração de suas faixas operacionais. Os resultados obtidos mostram que, a partir das adaptações realizadas nas técnicas de linearização investigadas, as quatro abordagens obtiveram bom desempenho para os períodos seco e úmido, sendo que a abordagem de linearização baseada nos envelopes de McCormick obteve o melhor desempenho para o período seco, enquanto a abordagem de linearização tridimensional obteve o melhor desempenho para o período úmido.
Energy markets are cleared by Market Clearing Procedure (PCM) algorithms, which resolve energy auctions and calculate the generation dispatch and elastic demand, as well as hourly market clearing prices. PCM algorithms aim at maximizing the social welfare, and minimize start-up and shutdown costs, while meeting the operational constraints of thermal and hydro units. A complicating aspect regarding the PCM models for hydropower systems is the linearization of the production function. This paper aims at investigating the four main methods proposed in the literature for the linearization of this function, adapting them for use in PCM algorithms. Furthermore, a methodology for evaluating these linearization methods is proposed, which involves the proposition of an Auction Model for Non-Linear Hydrothermal Systems (LSH-NL), used as a reference for comparison for the linearized models. Unlike the evaluation approaches described in the literature, in the proposed methodology, linearization errors in all variables and functions may be analyzed. A new linearization method based on McCormick envelopes is also proposed, from the introduction of a novel technique for calibrating its operating ranges. The results obtained show that, from the adaptations proposed in the investigated linearization techniques, the four approaches obtained good performance for the dry and wet periods. The proposed linearization approach based on McCormick envelopes obtained better performance for the dry period, while the three-dimensional linearization approach featured the best performance for the wet period.
Energy markets are cleared by Market Clearing Procedure (PCM) algorithms, which resolve energy auctions and calculate the generation dispatch and elastic demand, as well as hourly market clearing prices. PCM algorithms aim at maximizing the social welfare, and minimize start-up and shutdown costs, while meeting the operational constraints of thermal and hydro units. A complicating aspect regarding the PCM models for hydropower systems is the linearization of the production function. This paper aims at investigating the four main methods proposed in the literature for the linearization of this function, adapting them for use in PCM algorithms. Furthermore, a methodology for evaluating these linearization methods is proposed, which involves the proposition of an Auction Model for Non-Linear Hydrothermal Systems (LSH-NL), used as a reference for comparison for the linearized models. Unlike the evaluation approaches described in the literature, in the proposed methodology, linearization errors in all variables and functions may be analyzed. A new linearization method based on McCormick envelopes is also proposed, from the introduction of a novel technique for calibrating its operating ranges. The results obtained show that, from the adaptations proposed in the investigated linearization techniques, the four approaches obtained good performance for the dry and wet periods. The proposed linearization approach based on McCormick envelopes obtained better performance for the dry period, while the three-dimensional linearization approach featured the best performance for the wet period.
Descrição
Palavras-chave
Função de produção hidráulica, Leilão de energia, Mercado de energia do dia seguinte, Sistemas hidrotérmicos, Hydro production function, Energy auctions, Day ahead energy market, Hydrothermal systems