Mathematical modeling and solution approaches for balancing turkish electricity day ahead market

Abstract

{Türkiye Elektrik Piyasası'nda, elektrik ticaretinin büyük bir kısmı uzun dönemli İkili Anlaşmalar vasıtası ile yapılmakta, bu anlaşmalar sonrasında oluşan kısa süreli dengesizlikler ise başta Gün Öncesi Piyasası olmak üzere, Dengeleme Güç Piyasası'nda giderilmektedir. Gün Öncesi Piyasası'nda, katılımcıların bir sonraki günün her bir saati için ayrı ayrı fiyat-miktar ikilileri şeklinde verdiği teklifler, Piyasa İşletmecisi tarafından bir optimizasyon aracı kullanılarak değerlendirilir. Bu değerlendirme sonucunda, ertesi günün her bir saati için bir Piyasa Takas Fiyatı ve bu fiyata bağlı olarak kabul edilen teklif miktarları açıklanır. Bu çalışmada Türkiye Gün Öncesi Piyasası'nın bir günlük dengelenmesi için matematiksel bir model önerilmiştir. Bu modelde piyasadaki tüm teklif tipleri (saatlik, blok ve esnek teklifler) dikkate alınmaktadır. Modelin amaç fonksiyonu olarak, tüketici fazlası ve üretici fazlasının toplamı olan `toplam ekonomik refah` kullanılmıştır. Modelin çözümünde `paradoksal reddedilen blok teklifler` de göz önüne alınmış ve bu amaçla çift kriterli bir çözüm yaklaşımı oluşturulmuştur. İkinci bir çözüm yaklaşımı olarak, ilk yöntemin bir uzantısı kullanılmıştır. Önerilen matematiksel modelin karışık tamsayılı doğrusal olmayan bir model olmasından kaynaklanan çözüm aşamasındaki olası güçlükleri gidermek için amaç fonksiyonunun doğrusal yaklaştırması da önerilmiş ve bu modeller oluşturulan farklı veri setleri üzerinden, önerilen çift kriterli çözüm yaklaşımları kullanılarak test edilmiştir. Çözüm yaklaşımlarındaki iki kriter olarak, toplam ekonomik refah ve paradoksal reddedilen blok teklif sayısı belirlenmiştir. Çalışmanın sonunda, önerilen yöntemlerin sonuçları ve performansı tartışılmıştır.

In the Turkish Electricity Market, electricity trade is carried out largely through Bilateral Agreements and the emerging short term imbalances are settled in the Balancing Power Market, particularly the Day Ahead Market. In the Day Ahead Market, the participants submit their bids for each hour of the next day in the form of price-quantity pairs and the Market Operator evaluates those bids using an optimization tool. After the evaluation of the bids, a Market Clearing Price at every hour of the next day and the accepted bids are announced. In this thesis, a mathematical model for balancing a day in the Turkish Electricity Day Ahead Market is proposed. All types of bids, including hourly, block and flexible bids, are included in the model. As the objective function of the model, `total economic welfare`, which is the sum of consumer surplus and producer surplus, is used. In the model, `paradoxically rejected block orders` are also taken into consideration and a bi-criteria solution approach is proposed for this purpose. An extension of this solution method is also applied as a second approach. Since the proposed model is a mixed integer non-linear programming model, a linear approximation to the objective function is proposed in order to overcome the possible problems at the solution phase. Both models are tested by using several different, generated data sets, and applying the proposed bi-criteria solution approaches. Both solution approaches include total economic welfare and the number of paradoxically rejected block orders as the two criteria. The results and performance of the proposed methods and models are discussed at the end of the study.