Проблеми математичного моделювання конкурентної рівноваги на ринку електроенергії

За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 28 лютого 2018 року

Автор(и)

  • Сергій Євгенович Саух доктор технічних наук, головний науковий співробітник Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України

DOI:

https://doi.org/10.15407/visn2018.04.053

Ключові слова:

енергетика, ринок, рівноважний стан, методологія моделювання, комплементарна задача, вирішувач задач великої розмірності, обчислювальний експеримент

Анотація

У доповіді проаналізовано світові тенденції розвитку систем моделювання енергетики та можливості застосування наявних систем у сучасних умовах децентралізованого управління енергетичними комплексами. Сформульовано вимоги щодо забезпечення адекватності систем моделювання енергетики в ринкових умовах. Розглянуто узагальнену математичну модель конкурентної рівноваги на ринку електроенергії у вигляді системи задач нелінійного програмування та в тотожній їй формі — комплементарної задачі. На обчислювальних експериментах моделювання енергоринків показано проблеми використання найкращих у світі вирішувачів комплементарних задач. Представлено оригінальні методи розв’язування комплементарних задач великої розмірності та показано переваги створеного на їх основі вирішувача таких задач. На тестових задачах моделювання рівноважних станів ринку електроенергії України, а також об’єднаного ринку країн Бенілюксу, Франції та ФРН продемонстровано особливості застосування методології побудови адекватних математичних моделей енергетичних ринків і переваги запропонованих методів розв’язування комплементарних задач.

Посилання

Jebaraja S., Iniyan S. A review of energy models. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2006. 10(4): 281. https://doi.org/10.1016/j.rser.2004.09.004

Connolly D., Lund H., Mathiesen B.V., Leahy M. A review of computer tools for analysing the integration of renewable energy into various energy systems. Applied Energy. 2010. 87(4): 1059. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.09.026

Amerighi O., Ciorba U., Tommasino M.C. Inventory and characterization of existing tools. D2.1 ATEsT Models Characterization Report. (Italian National Agency for New Technologies, 2010). http://www.cres.gr/atest/pdf/D_2_1_Models_Characterisation_Report.pdf

Pina A.A. Supply and Demand Dynamics in Energy Systems Modeling. PhD Thesis. (Universidade Técnica de Lisboa, 2012). https://www.mitportugal.org/about/documents/curriculum-vitae/sustainable-energy-systems/968-thesis-andrepina/file

Beeck N. Classification of Energy Models. Tech. report FEW 777. (Tilburg University & Eindhoven University of Technology, 1999). http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.43.8055&rep=rep1&type=pdf

Daniels D. Overview of the National Energy Modeling System (NEMS). U.S. Energy Information Administration, 2017. https://cepl.gatech.edu/sites/default/files/attachments/NEMS%20Overview_8-31-17FINAL_0.pdf

PLEXOS® Integrated Energy Model. http://utilitiesnetwork.energy-business-review.com/suppliers/energy-exemplar/products/plexos-integrated-energy-model-ebr

PRIMES MODEL 2013–2014. Detailed model description. (E3MLab/ICCS at National Technical University of Athens). https://ec.europa.eu/clima/sites/clima/files/strategies/analysis/models/docs/primes_model_2013-2014_en.pdf

Parkkonen O. Customer benefits of Demand-Side Management in the Nordic electricity market. PhD Thesis: (Jyväskylä University School of Business and Economics, 2016). https://jyx.jyu.fi/dspace/handle/123456789/52033

NEMSIM: the National Electricity Market simulator.

http://press-files.anu.edu.au/downloads/press/p96431/mobile/ch11s08.html

Hogan W.W. Energy Policy Models for Project Independence. Computers & Operations Research. 1975. 2(3): 251. https://doi.org/10.1016/0305-0548(75)90008-8

Gabriel S.A., Kydes A.S., Whitman P. The National Energy Modeling System: A Large-Scale Energy-Economic Equilibrium Model. Operations Research. 2001. 49(1): 14. https://doi.org/10.1287/opre.49.1.14.11195

Murphy F.H., Susan J.C., Shaw S.H., Sanders R. Modeling and forecasting energy markets with the intermediate future forecasting system. Operations Research. 1988. 36(3): 406. http://www.jstor.org/stable/170984

Integrating Module of the National Energy Modeling System: Model Documentation. U.S. Energy Information Administration. 2014. https://www.eia.gov/outlooks/aeo/nems/documentation/integrating/pdf/m057(2014).pdf

Overview of the Energy and Power Evaluation Program (ENPEP-BALANCE). Center for Energy, Environmental, and Economic Systems Analysis (CEEESA). Argonne National Laboratory. https://ceeesa.es.anl.gov/pubs/61124.pdf

Nesbitt D., Calvez А. Network Agent Based modeling for EIA. 2014. https://www.eia.gov/outlooks/documentation/workshops/pdf/day_2__2_dale_nesbitt_arrowheadeianetworkmodelingapproachassent.pdf

Bernarda F., Viellec M. GEMINI-E3, a general equilibrium model of international-national interactions between economy, energy and the environment. Computational Management Science. 2008. 5(3): 173. https://doi.org/10.1007/s10287-007-0047-y

PRIMES MODEL. Version 2 Energy System Model: Design and features. E3Mlab – ICCS / National Technical University of Athens. http://www.e3mlab.ntua.gr/manuals/PRIMREFM.pdf

Qi T., Winchester N., Zhang D., Zhang X., Karplus V.J. The China-in-Global Energy Model. Massachusetts Institute of Technology. MA, USA. Tsinghua University. Beijing, China, 2014. https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/88606/MITJPSPGC_Rpt262.pdf?sequence=1

Dirkse S., Ferris M.C., Munson T. The PATH Solver. University of Wisconsin. http://pages.cs.wisc.edu/~ferris/path.html

Dirkse S.P., Ferris M.C. The PATH solver: A non-monotone stabilization scheme for mixed complementarity problems. Optimization Methods and Software. 1995. 5(2):123. https://doi.org/10.1080/10556789508805606

Dirkse S.P., Ferri M.C. A pathsearch damped Newton method for computing general equilibria. University of Wisconsin. Madison, Wisconsin, 1994. http://pages.cs.wisc.edu/~ferris/techreports/94-03.pdf

Billups S.C., Dirkse S.P., Ferris M.C. A comparison of large scale mixed complementarity problem solvers. Computational Optimization and Applications. 1997. 7(1): 3. https://doi.org/10.1023/A:1008632215341

Hobbs B.F. Linear Complementarity Models of Nash–Cournot Competition in Bilateral and POOLCO Power Markets. IEEE Transactions on Power Systems. 2001. 16(2). https://doi.org/194. 10.1109/59.918286

Murphy F., Smeers Y. On the Impact of Forward Markets on Investments in Oligopolistic Markets with Reference to Electricity. Harvard Electricity Policy Group Research Paper, 2007. Operations Research. 2010. 58(3): 515. https://doi.org/10.1287/opre.1090.0753 Part 2. Uncertain Demand. http://www.hks.harvard.edu/hepg/Papers/Murphy_and_Smeers_June_18_07.pdf

Pineau P.-O. Electricity market reforms: Industrial developments, investment dynamics and game modeling. Ph.D. Thesis. (Montreal). 2000. http://www.irec.net/upload/File/memoires_et_theses/260.pdf

Murphy F., Smeers Y. Generation capacity expansion in imperfectly competitive restructured electricity markets. Operations Research. 2005. 53(4): 646. https://doi.org/10.1287/opre.1050.0211

Hobbs B., Helman U. Complementarity-Based Equilibrium Modeling for Electric Power Markets. In: Modeling Prices in Competitive Electricity Markets. Series in Financial Economics. (Chichester, Wiley, 2004).

Borisenko A.V., Saukh S.Ye., Modeling of equilibrium state of electric power systems in market conditions. In: Simulation-2008: Proc. Int. Conf. (14-16 May, 2008, Kiev, Ukraine).

Borisenko A.V., Saukh S.Ye., Model of market equilibrium in the electric power sector of Ukraine. News of the energy complex. 2009. (5): 29.

Borisenko A.V., Saukh S.Ye. Equilibrium model for the introduction of generating capacities in conditions of imperfect competition. News of the energy complex. 2009. (11): 36. (12): 23.

Borisenko A.V., Saukh S.Ye., Model of functioning and development of generating capacities in market conditions. Works of the Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2010. 25: 21.

Saukh S.Ye., Borysenko A.V. Equilibrium model of Ukrainian generating capacities operation and development under market conditions. In: Energy of Russia in XXI century: development strategy: Proc. conf. (Irkutsk: Melentiev Energy Systems Institute, SB RAS, 2010). http://isem.irk.ru/symp2010/en/papers/ENG/S3-12e.pdf

Saukh S.Ye. Methods of computer simulation of competitive equilibrium in electricity markets. Electronic modeling. 2013. 35(5): 11.

Energy Research Centre of the Netherlands. COMPETES input data. http://www.ecn.nl/fileadmin/ecn/units/bs/COMPETES/cost-functions.xls

Saukh S.Ye. Method of correction of special elements in Clarke’s generalized Jacobian to ensure numerical stability of the quasi-Newton methods for solution of variational inequalities problems. Electronic modeling. 2015. 37(4): 3.

Saukh S.Ye. Application of incomplete column-row factorization of matrices in quasi-Newton methods for solving large-scale variational inequalities problems. Electronic modeling. 2015. 37(5): 3.

Fischer A. A special Newton-type optimization method. Optimization. 1992. 24(3-4): 269. https://doi.org/10.1080/02331939208843795

Facchinei F., Pang J.-S. Finite-dimensional Variational Inequalities and Complementarity Problems. Vol. 1. (Springer, 2003). https://doi.org/10.1007/b97543

Facchinei F., Pang J.-S. Finite-dimensional Variational Inequalities and Complementarity Problems. Vol. 2. (Springer, 2003). https://doi.org/10.1007/b97544

Saukh S.Ye. CR-factorization method for large dimensional matrices. Electronic modeling. 2007. 29(6): 3.

Saukh S.Ye. Incomplete column-row factorization of matrices for solving of large-scale system of equations. Electronic modeling. 2010. 32(6): 3.

Anderson S.C. Analyzing strategic interaction in multi-settlement electricity markets: A closed-loop supply function equilibrium model. (Harvard University, 2004). https://www.hks.harvard.edu/crump/papers/Anderson_thesis.pdf

Saukh S.Ye., Borisenko A.V., Jigun E.N. Model of the network of high-voltage transmission lines in the tasks of planning of the development of power systems. Electronic modeling. 2014. 36(4): 3.

Wei J.-Y., Smeers Y. Spatial Oligopolistic Electricity Models with Cournot Generators and Regulated Transmission Prices. Operations Research. 1999. 47(1): 102. http://dx.doi.org/10.1287/opre.47.1.102

Saukh S.Ye., Borisenko A.V. Modeling of competitive equilibrium at the electricity market with regard for energy losses in electric networks. The Problems of General Energy. 2016. 46(3): 5.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-04-23

Номер

Розділ

З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ