YENİ MODEL ELEKTRİK GÜÇ SİSTEMLERİNİN İNCELENMESİ VE YENİ BİR YÜK DAĞITIMI ALGORİTMASI Nurettin Çetinkaya Abdullah Ürkez 2 İset Erken 3,2 Selçuk Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüü - Konya 3 ODTÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüü - Ankara n_cetinkaya@yahoo.co 2 aburkez@selcuk.edu.tr 3 erken@etu.edu.tr Anahtar kelieler: Deregulated power systes, spot price, cost iniization, power syste anageent. ABSTRACT This paper presents a new algorith for solving econoic load dispatch in deregulated power systes which are partly applied in The European Union and our country. An independent syste operator (ISO anages deregulated power systes (DS. ISO ais to obtain iniu cost for entire power syste. But each participant ais to work by iniu cost for only theselves. Each participant in DS shares expensive operating and upkeep costs. The proposed algorith considers price / power bids, generating / deand balance and generating units constraints. The results are shown on the standart test syste which have 5 generating units. ÖZET Bu yayının aacı özellikle Avrupa Birliği ülkelerinde olduğu gibi ülkeizde de kısen uygulanaya başlanan serbest üretici ve serbest tüketicili yeni odel elektrik güç sistelerinin ülkeiz açısından incelenerek bu güç sistelerine uygun yeni bir yük dağıtıı algoritasının gerçekleştirilesidir. Yeni odel güç sistelerini yöneten bağısız bir siste operatörü (BSO sistein tüünde aliyeti iniu yapaya çalışırken, her iştirakçi sadece kendi aliyetini iniu yapacak olan işlete şartlarını belirleeye çalışır. Bu tür güç sistelerinde yüksek olan işlete ve bakı aliyetleri iştirakçiler arasında bölünüş olur. Bu yayında iştirakçilerin verdikleri fiyat / enerji iktarı tekliflerine göre, iştirakçilerin fiziksel durularını da göz önünde bulunduran ve güç sisteinin üreti - yük dengesini sürekli sağlayacak şekilde çalışan yeni bir yük dağıtıı algoritası yazılıştır. Elde edilen sonuçlar, 5 üreti grubu içeren standart bir test sistei üzerinde gösteriliştir.. GİRİŞ Son yıllarda birçok ülkenin elektrik piyasasında serbestleşe yönünde değişi yaşanaktadır [,2,3]. Bu değişile birlikte elektrik sisteinin yapısında bulunan kuruluşlar da farklı şekillerde yeni odel güç sistelerinde yer alaktadır. Yeni odel güç sistelerinin genel yapısı Şekil- de görülektedir. Şekil- Yeni odel güç sistei genel yapısı Yeni odel güç sistelerinde yer alan bazı kavraları aşağıdaki gibi özetleyebiliriz: Sistein yapısında bulunan kuruluşlar: Elektrik Üreti Şirketleri - EÜŞ Elektrik İleti Şirketleri - EİŞ Büyük Güçlü İştirakçiler - BGİ Elektrik Dağıtı Şirketleri - EDŞ erakende Satış Şirketleri - SŞ Elektrik Servis Şirketleri - ESŞ Bağısız Siste Operatörü - BSO Sistein yönetilesi ile ilgili kavralar [4]: Teklif vere : Güç sisteine elektrik enerjisi veren enerji üreticileri ve satıcıları, biri enerji fiyatı ve iktarı için teklif verirler. Yüklene : BSO yapılan teklifleri göz önüne alarak hangi iştirakçinin bir sonraki periyotta enerji alacağını veya satacağını belirler. Fakat bu duru ülkeiz için söz konusu değildir. Çünkü bu kadar serbest bir işle için yeteri kadar arz fazlasının bulunası gereklidir. Yük dağıtıı : BSO teklif bilgilerini kullanarak bir sonraki periyotta ileti sisteinin iniu
aliyetle işletilesini sağlayacak yük dağıtıını ve her iştirakçi veya bölge için spot fiyatı hesaplar. Ödeeler : Bütün generatörler veya iştirakçiler spot fiyat üzerinden verdikleri enerji kadar ücret alırlar; bütün üşteriler spot fiyat üzerinden tükettikleri enerji kadar ödee yaparlar. Bundan başka, iştirakçiler bazı durularda indiri yapabilir. Dengeleeler : Gerçek üreti ve tüketi ile yük dağıtıı arasındaki fark, finansal uzlaşa döneleri sonunda hesaplanır. Bu hesaplaalara göre taraflar arasındaki ödeeler gerçekleştirilir. 2. YENİ MODEL GÜÇ SİSTEMLERİNDE YÜK DAĞITIMI Tek erkezden yönetilen güç sistelerinde üreti kaynakları da erkezi olarak kontrol edilir ve üreti aliyetini iniu yapan güç dağıtıı yapılır. Uygun üreti kaynaklarının daha verili kullanılası ve yeni teknolojilere yatırı yapılası için elektrik endüstrisindeki rekabet teşvik edilir. Enerji kaynakları daha verili kullanılır ve enerji fiyatı, aliyetleri yansıtacak şekilde belirlenir. Yeni odel güç sisteinde bulunan iştirakçiler, bağısız güç üreticileri, dağıtı şirketleri vb. dir. Yükün beslenesi için yapılan teklifler güç sisteinde bulunan bütün iştirakçilerin birbirini etkileesine neden olur. Bağısız siste operatörü tarafından fiyat teklifleri alınır. En ucuz teklif veren iştirakçiden başlanarak belli bir sırayla (Yükü besleyebilek için gerekli üreti sağlanacak şekilde dağıtı yapılır. Buna göre, aşağıda belirtilen sınır şartlarına uyacak şekilde üreti gruplarının güçleri belirlenir. in j= F j ( j j j= i= l Bi j, in j j,ax (Üreti aliyetleri L = 0 (Yük dengesi (Aktif güç üreti sınırları f f (Hatlardaki yük akış sınırları,ax Birçok ülkede uygulanan yöneti anlayışında her iştirakçi kendi içindeki yük dağıtıını kendi yapar. Diğer yükleri besleek için bağısız siste operatörüne teklif gönderir. BSO teklifleri değerlendirir ve güç talebini iniu aliyetle sağlayacak şekilde iştirakçiler arasındaki işlelere karar verir. Verilen hizetlerin ücretleri spot fiyatta üreti yapılış gibi hesaplanır. BSO tarafından belirlenen spot fiyat, güç sisteinde bulunan üreti gruplarının ve ileti hatlarının durularına göre değişir [5]. Spot fiyat iştirakçinin teklifinden daha düşükse bu duruda iştirakçi güç ithal edecektir. Spot fiyat tekliften daha büyükse güç satacaktır. İştirakçilerin bu serbestliğinin olası için arz fazlasının olası gereklidir. Bu yüzden ülkeizde spot fiyat uygulaası yapılaaaktadır. Yeni odel güç sistelerinde iştirakçilerin aliyet fonksiyonlarının gizli olduğu göz önünde bulundurulalıdır. BSO bütün yükün beslenesini sağlaak zorundadır. Topla yük iştirakçilerin önerdiği tekliften daha fazla ise spot fiyat artacaktır. Tersi şekilde teklif edilen güç, sistein yükünden daha büyükse spot fiyat düşecektir. Bu duru Gerçek zaanlı kapalı döngü kontrol kuralı şeklinde isilendirilir [6]. İyi bir rekabet için; elektrik şebekesinin büyüklüğü ile karşılaştırıldığında her alıcının ve satıcının çok küçük olası gerekir. Mevcut olan spot fiyata bu duru fazla etki yapaz. İyi bir rekabet için spot fiyat, bölgesel üretiin bir fonksiyonu değildir. Bir iştirakçinin kârının ax. olası duruunun, arjinal aliyetin spot fiyata eşit olduğu zaan gerçekleştiği söylenebilir [7]. Ülkeizde uygulaaya konulan 20 Şubat 200 tarihli ve 4628 sayılı Elektrik iyasası Kanunu na göre yük dağıtıı ile ilgili aşağıda belirtilen hususlar inceleniştir: Uzlaştıra döneleri 06:00-7:00; 7:00-22:00 ve 22:00-06:00 saatleri arasında 3 döne olarak belirleniştir. Bir gün içinde sadece üç uzlaştıra döneinin olasının birtakı dezavantajları vardır. Terik santraller MKÜS altında olup oladıklarına ve FDB ye göre ikişer tane YAL ve YAT verek zorunda kalaktadırlar. FDB, belli bir uzlaştıra döneinde üreti tesisinin hangi kapasite ile üreti yaptığını gösterir. Oysa uzlaştıra döneleri günün her saat dilii için olsa bu duruda terik bir üreti grubu için birer tane YAL ve YAT teklifi alak yeterli olacaktır. Çünkü üreti şirketi o zaan dilii içindeki üreti aliyetine göre teklif verek duruundadır. Uzlaştıra döneleri birkaç saati aşacak şekilde uzun süreli olduğunda bu zaan dilileri içinde aynı üreti tesisleri çalıştırıladığı için üreti aliyeti de sürekli değişecektir. Oysa tüketiciye bir zaan dilii içinde bir fiyat verilektedir. Bu duruda bir uzlaştıra döneinin belli bir saatinde enerji harcayan tüketici, aynı uzlaştıra döneinin farklı saatlerinde üreti yapan farklı üreticilerin aliyetlerini karşılaak zorunda kalaktadır. Bu yüzden her saat dilii, bir uzlaştıra dönei olalıdır. Üretici teklifleri ve yük talebi dikkate alınarak, günün her saati için yük alabilecek üreticiler; siste dengesi
bozuladan, yük akış sınırlarına uyarak ve en ekonoik olacak şekilde belirlenir. İkili anlaşalarla belirlenen enerji iktarları ile ölçülen enerji iktarları birbirini tutayan katılıcılar dengesiz katılıcı olarak kabul edilir. Dengelee kuruunun belirlediği enerji alış ve satış fiyatları üzerinden alışveriş yapak zorunda kalırlar. Referans [8] de, Ölçe-iletişi-kontrol altyapısının gerektirdiği çok zaan dilili ölçü yapabilen elektronik sayaçların, Kuru tarafından yayılanan ilgili tebliğe uygun olarak tesis edilesi zorunludur. Yeterli derecede ölçü yapılaadığı durularda ise tüketi iktarlarının tahini bir profilden hareketle hesaplanası gerekecektir. 2 ifadeleri bulunaktadır. Bu ifadeler he birbiri ile çelişekte he de çeşitli anlaşazlıklara zein hazırlaaktadır. Bu yüzden bir an önce yeni uygulaaya uygun olan çok zaan dilili sayaçların kullanılası sağlanalıdır. 3. EKONOMİK YÜK DAĞITIMI İÇİN YENİ BİR ALGORİTMA Geliştirilen bu yeni algoritada uygulanan yük dağıtı odeli, siste kısıtları ve üreti gruplarına ait kısıtlar ile birlikte verilen teklifleri değerlendirerek üreti gruplarının çıkış güçlerini belirler. Buna göre önerilen yeni yük dağıtıı algoritası aşağıda veriliştir: B - Başla. Bölgesel talepleri gir. ( Bi B 2 - Üreti şirketlerinin; FDB, YAL ve YAT bilgilerini gir. B 3 - Üreti gruplarının kısıtlarını gir. (ax., in üreti sınırları, yasaklanış bölgeleri B 4 - Ulusal talep gücünü hesapla. ( U = Bi l i= B 5 - Topla FDB yi hesapla. ( TFDB = FDBj j= B 6 - U ile TFDB yi karşılaştır. U > TFDB Yük ala prograına geç. B7. U = TFDB Tü üreti grupları FDB ile çalıştırılır. B3 e git. U < TFDB Yük ata prograına geç. B0. B 7 - Yük ala prograı. UE = U - TFDB B 8 - En ucuz tekliften başlanarak teklif iktarlarını eksik olan enerji iktarı ile karşılaştır. UE - T > 0 ve FDBj + T j,ax T teklifi kabul edilecek. UE = UE - T yap. T2 teklifine geç. UE - T = 0 ve FDBj + T j,ax Yük ala prograını bitir. UE - T < 0 ve FDBj + UE j,ax Teklifin UE kadarını kabul et. B 9 - UE taalanana kadar teklifleri tara. B0 - Yük ata prograı. UF = TFDB - U B - En pahalı tekliften başlanarak teklif iktarlarını fazla olan enerji iktarı ile karşılaştır. UF - S > 0 ve FDBj - S j,in S teklifi kabul edilecek. UF = UF - S yap. S2 teklifine geç. UF - S = 0 ve FDBj - S j,in Yük ata prograını bitir. UF - S < 0 ve FDBj - UF j,in Teklifin UF kadarını kabul et. B2 - UF taalanana kadar teklifleri tara. B3 - Dur. Bölgesel talep güçlerinin yük akış analizlerinin yapılarak bağlantı hatlarının yük taşıa kapasitelerine uygun olup oladığı da kontrol edilelidir. Uygun olayan durular için tekrar yük dağıtıı gerçekleştirilir. Önerilen bu algoritada; üreti gruplarının ax., in. üreti sınırları, yasaklanış bölgeleri, ulusal talep dengesi ve iştirakçilerin teklifleri gözönüne alınarak işe yapılıştır. 4. TEST SONUÇLARI Testler sırasında kullanılan güç sisteinin üreti gruplarına ait ax., in. güç üreti değerleri ile bir uzlaştıra döneine ait YAL ve YAT fiyat/enerji iktarı teklifleri Tablo- de veriliştir. Örnek test sisteine ait j,in, j,ax değerleri referans [9] dan alınıştır. Tablo-. Test sisteinin özellikleri ve teklifler Grup j,in j,ax YAL F YAL YAT F YAT 50 455 5,5 20 3 2 50 455 5,5 20 3 3 20 30 20 9,5 5 2,5 4 20 30 20 9,5 5 2,5 5 05 470 5 25 2,7 6 35 460 20 30 2,7 7 35 465 35 0,5 35 2 8 60 300 30 2 5 2,5 9 25 62 30 2 0 3 0 20 60 20,5 25 2,2 20 80 20,5 5 2,3 2 20 80 25 0 2 3 25 85 5 3,5 25 2,5 4 5 55 20 3 5 2,4 5 5 55 20 3 20 2,4
Test sisteinde bulunan bazı üreti gruplarına ait yasaklanış bölgelerin sınırları da Tablo-2 de yer alaktadır. Tablo-2 Yasaklanış bölgesi bulunan gruplar Üreti Yasaklanış bölgeler (YBÖL grubu Bölge Bölge 2 Bölge 3 2 85-225 305-335 440-450 5 80-200 260-335 390-420 6 230-255 365-395 430-455 2 30-55 65-75 üreti gruplarının hangi iktarlarda yük alıp verecekleri önerilen algoritaya göre çözülüştür. Bulunan değerler, Tablo-3 te yer alaktadır. Bütün üreti gruplarına ait güç kısıtları ile yük dağıtıı sonuçları Şekil-2 de gösteriliştir. Örnek verilen proble için, önerilen algorita Delphi progralaa dili ile çalıştırıldığında yük ala problei 0,3 s., yük ata problei de 0,3 s. de çözülüştür. Uzlaştıra dönei sayısı arttıkça çözü süresi de uzayacaktır. Örneğin 24 farklı duru için yaklaşık 3,2 saniyede çözü yapılacaktır. 5. SONUÇLAR Bu yayında yeni odel enerji sistelerinde ekonoik yük dağıtıı yapan yeni bir algorita sunuluştur. Önerilen algorita ekonoik yük dağıtıı yaparken siste kısıtlarına ve üreti gruplarının kısıtlarına uyarak çalıştırılıştır. Ülkeizde de kısen uygulanaya başlanan yeni odel güç sistelerinin işletilesine bazı önerilerde bulunarak en ekonoik şekilde güç sisteinin işletilesi düşünülüştür. Önerilen algorita ile 5 üreti grubu bulunan standart bir test sistei üzerinde yük ala ve yük ata işleleri gerçekleştiriliştir. Elde edilen değerlere göre önerilen algoritanın uygulanabilir olduğu gözlenektedir. Şekil-2 Üreti sınırları, YAL VE YAT sonuçları Tablo-3 Yük ala ve yük ata sonuçları Grup FDB YAL YAT 455 455 435 2 455 455 435 3 30 30 5 4 30 30 5 5 335 350 335 6 460 460 430 7 465 465 435 8 60 90 60 9 25 55 25 0 20 40 20 30 50 20 2 30 55 20 3 25 25 25 4 5 20 5 5 5 20 5 2650 2800 2500 Tablo- ve Tablo-2 de bilgileri verilen standart bir test sisteinin 2650 MW gücünde çalışırken talep gücünün 2800 MW, 2500 MW olası durularında 6. SEMBOLLER, KISALTMALAR i : Bölge nuarası j : Üreti grubu nuarası l : Bölge sayısı : Üreti grubu sayısı Fj(j : j. üreti grubunun üreti aliyeti [$/h] L : Şebekenin topla aktif güç kaybı U : Ulusal talep gücü Bi : i. bölgenin talep gücü FDBj : j. üreti grubunun FDB si TFDB : Topla FDB UE : Ulusal talebin eksik gücü UF : Ulusal talebin fazla gücü Tj : j. üreti grubunun yük ala teklifi Sj : j. üreti grubunun yük ata teklifi f : f. ileti hattındaki aktif güç YAL : Yük ala YAT : Yük ata MKÜS : Miniu kararlı üreti seviyesi FDB : Fiziksel duru bildirii F YAL, F YAT : Yük ala ve ata teklifleri [$/MWh] YAL, YAT : Yük ala ve ata teklifleri [MW] j,in, j,ax : j. grubun aktif güç üreti sınırları
KAYNAKLAR [] Kai Xie, Y.H. Song, J. Stonha, E. Yu, G. Liu; Decoposition odel and interior point ethods for optial spot pricing of electricity in deregulation environents, IEEE Transaction on ower Systes, Vol.5 No.; February 2000, pp:39-50. [2] Jerry J. Ancona; A bid solicitation and selection ethod for developing a copetitive spot priced electric arket, IEEE Transaction on ower Systes, Vol.2 No.2; May 997, pp:743-748. [3] R.W. Ferrero, S.M. Shahidehpour, V.C. Raesh; Transaction analysis in deregulated power systes using gae theory, IEEE Transaction on ower Systes, Vol.2 No.3; August 997, pp:340-345. [4] John D. Finney, Hisha A. Othan, W.L. Rutz; Evaluating transission congestion constraints in syste planning, IEEE Transaction on ower Systes, Vol.2 No.3; August 997, pp:43-48. [5] Martin L Baughan, Walter W. Lee; A Monte Carlo odel for calculating spot arket prices for electricity, IEEE Transaction on ower Systes, Vol.7 No.2; May 992, pp:584-590. [6] M.C. Caraanis, R.H. Bohn and F.C. Schweppe, Optial price practice and theory, IEEE Trans. AS, AS-0 (9, 982, 3234-3245. [7] R.W. Ferrero, S.M. Shahidehpour, Optiality conditions in power transaction in deregulated power pools, Electrical ower Syste Research 42, 997, 209-24 [8] Enerji iyasası Düzenlee Kuruu (EDK, Elektrik iyasası Uygulaa El Kitabı, Nisan 2003, 50s. [9] S.O. Orero, M.R. Irving; Econoic dispatch of generators with prohibited operation zones: a genetic algorith approach, IEE roc. Gener. Trans. Distrib. Noveber 996, Vol.43 No.6; pp:529-534.