Sviluppo di un modello nodale per il mercato dell'energia elettrica basato su strumenti di OPF

Deregulation in the electric power market and the development of non programmable renewable energy sources need to be combined with a better control of the electric transmission system to ensure an adequate security level. In this way, major efficiency is going to be attached, not only for the single generator but also for the entire market. The use of nodal spot market is the perfect solution for this task. It is composed by Power Flow equations that link electrical parameters of the buses with the typical variables of the electric market, such as the real power: so it will allow an integrated management of the control variables for acceptable levels of security of the transmission system. Many studies show that nodal spot market has the advantage of checking directly parameters that affect the operational cost of the Transmission System. In addition to this, nodal approach is able to manage correctly the congestions, revealing the presence of critical areas. The proposed model has the objective of maximizing the social welfare starting from bids submitted by the players subject to physical and technical constrains concerning the nature of the transmission network. The Optimal Power Flow has gone to be implemented as a sparse problem and it involves electrical relations among all the buses of the network. Input data have been evaluated by means of Matlab, then they have been sent to GAMS for the numerical optimization adopting the proposed model. Validation was carried out on test networks to check errors. Afterwards, the model is simulated on increasingly bigger networks up to matching a realistic Italian transmission system model. Finally, a simulation was performed for the proposed nodal market considering suitable bid scenarios relating to plant types and including appropriate assumptions.

L’apertura del mercato in campo energetico, in particolare quello dell’energia elettrica, unitamente allo sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili non programmabili, rende necessario che ci sia maggior controllo e una miglior gestione della rete elettrica nazionale al fine di garantirne un servizio sicuro. L’utilizzo del modello nodale all’interno del modello di mercato ben si presta al contemplamento di tale compito, legando, tramite equazioni di Power Flow, i parametri elettrici nodali che esprimono il livello di stabilità e sicurezza del sistema elettrico alle variabili in gioco nel Mercato del Giorno Prima. Tramite diversi studi, infatti, si è mostrato che il modello nodale permette di gestire meglio variabili che impattano direttamente sui costi di esercizio del gestore di rete, e rende più agevole ed efficiente la gestione delle congestioni. In particolare, lo scopo del modello descritto in questa trattazione è di massimizzare il benessere sociale derivante da offerte di vendita e di acquisto di energia elettrica, tenendo conto dei vincoli legati alla natura della rete di trasmissione e al suo esercizio in sicurezza. Per tener conto delle relazioni elettriche tra tutti i punti fisici di prelievo e immissione di potenza, il modello di mercato è stato integrato da un problema di Optimal Power Flow descritto tramite approccio completo e sparso. I dati in ingresso vengono elaborati in Matlab, convertiti in file leggibili da GAMS che, tramite il codice implementato, risolve il problema di ottimizzazione. Sono state analizzate reti di dimensioni via via crescenti per verificare la completezza del modello e validarlo, in modo da poter essere applicato a un modello realistico della Rete di Trasmissione Nazionale. È stato simulato il Mercato del Giorno Prima adottando il modello nodale proposto, utilizzando scenari di offerte appropriati rispetto la tipologia di impianto e in base ad opportune assunzioni.