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An Economical & Technical Study of the Participation of a

EXAMENSARBETE I ELEKTROTEKNIK 300 HP, AVANCERAD NIVÅ
STOCKHOLM, SVERIGE 2016
An Economical & Technical
Study of the Participation of a
Virtual Power Plant on the Swiss
Balancing Market
WRITTEN IN COLLABORATION WITH
SWISSELECTRICITY
ROMAIN BOURDETTE
KTH KUNGLIGA TEKNISKA HÖGSKOLAN
SKOLAN FÖR ELEKTRO- OCH SYSTEMTEKNIK
TRITA EE 2016:018
www.kth.se
BACKGROUND STUDY
-
-
-
-
-
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
𝑃𝑛𝑅+
π‘ƒπ‘›π‘…βˆ’
𝑠𝑒𝑐,𝑏𝑖𝑑
𝐼𝑛,𝑖
𝑠𝑒𝑐,𝐸
𝐼𝑛,𝑖
π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝑏𝑖𝑑
𝐼𝑛,𝑖
π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝐸
𝐼𝑒𝑛𝑖𝑑
𝑛
∝+
𝑖
βˆβˆ’
𝑖
πœ†π‘ π‘’π‘+
𝑖
¤/MWh
πœ†π‘ π‘’π‘βˆ’
𝑖
¤/MWh
πœ†π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝐸
π‘˜,𝑏𝑖𝑑
¤
πœ†π‘‘π‘’π‘Ÿβˆ’,𝐸
π‘˜,𝑏𝑖𝑑
¤
π‘ˆπ‘›
πœ€π‘›π‘π‘œπ‘›π‘‘π‘Ÿπ‘œπ‘™
πœ‡
+
𝐸𝑛,π‘‘π‘’π‘Ÿ
+
𝐸𝑛,π‘‘π‘’π‘Ÿ
-
𝑠𝑒𝑐,𝑏𝑖𝑑
πΌπ‘‘π‘œπ‘‘π‘Žπ‘™
=
βˆ‘
βˆ‘
𝑠𝑒𝑐,𝑏𝑖𝑑
𝐼𝑛,𝑖
𝑛=𝑒𝑛𝑖𝑑𝑠 𝑖𝑛 𝑖=π‘π‘œπ‘€π‘’π‘Ÿ
π‘π‘œπ‘Ÿπ‘‘π‘“π‘œπ‘™π‘–π‘œ π‘œπ‘“π‘“π‘’π‘Ÿ
π‘π‘’π‘Ÿπ‘–π‘œπ‘‘
π‘œπ‘“π‘“π‘’π‘Ÿπ‘’π‘‘
𝑠𝑒𝑐,𝑏𝑖𝑑
𝐼𝑛,𝑖
= { max (πœ†π‘ π‘’π‘,𝑏𝑖𝑑 × π‘ƒπ‘›
(πœ†π‘ π‘’π‘,𝑏𝑖𝑑 )) | πœ†π‘ π‘’π‘,𝑏𝑖𝑑 < πœ†π‘π‘™π‘’π‘Žπ‘Ÿπ‘–π‘›π‘” 𝑠𝑒𝑐 }
𝐼 𝑠𝑒𝑐,𝑏𝑖𝑑
πœ†π‘π‘–π‘‘
π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝑏𝑖𝑑
𝐼𝑛,π‘‘π‘œπ‘‘π‘Žπ‘™
=
π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝑏𝑖𝑑
βˆ‘ 𝐼𝑛,𝑖
𝑖=π‘œπ‘“π‘“π‘’π‘Ÿ
π‘π‘’π‘Ÿπ‘–π‘œπ‘‘
𝑠𝑒𝑐𝐸
πΌπ‘‘π‘œπ‘‘π‘Žπ‘™
=
βˆ‘
βˆ‘
𝑠𝑒𝑐.𝐸
𝐼𝑛,𝑖
𝑛=𝑒𝑛𝑖𝑑𝑠 𝑖𝑛 𝑖=π‘π‘œπ‘€π‘’π‘Ÿ
π‘π‘œπ‘Ÿπ‘‘π‘“π‘œπ‘™π‘–π‘œ
π‘œπ‘“π‘“π‘’π‘Ÿπ‘ 
π‘π‘Ÿπ‘’π‘žπ‘’π‘Žπ‘™. 𝑖𝑛
π‘π‘’π‘Ÿ π‘¦π‘’π‘Žπ‘Ÿ
𝑠𝑒𝑐,𝐸
𝑠𝑒𝑐+
π‘ π‘’π‘βˆ’
)
𝐼𝑛,𝑖
= (1 βˆ’ πœ‡ βˆ— (π‘ˆπ‘› + πœ€π‘›π‘π‘œπ‘›π‘‘π‘Ÿπ‘œπ‘™ ))(𝑃𝑛𝑅+ βˆ—βˆ+
+ π‘ƒπ‘›π‘…βˆ’ βˆ—βˆβˆ’
𝑖 βˆ— πœ†π‘–
𝑖 βˆ— πœ†π‘–
∝+
𝑖
βˆβˆ’
𝑖
πœ†+𝑠𝑒𝑐,𝑖
π‘ˆπ‘›
πœ€π‘›π‘π‘œπ‘›π‘‘π‘Ÿπ‘œπ‘™
πœ†βˆ’π‘ π‘’π‘,𝑖
π‘‘π‘’π‘Ÿ
πΌπ‘‘π‘œπ‘‘π‘Žπ‘™
=
βˆ‘
π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝐸
𝐼𝑛,π‘˜
βˆ‘
𝑒=𝑒𝑛𝑖𝑑𝑠 𝑖𝑛 π‘˜=π‘’π‘›π‘’π‘Ÿπ‘”π‘¦ π‘œπ‘“π‘“π‘’π‘Ÿπ‘ 
π‘π‘œπ‘Ÿπ‘‘π‘“π‘œπ‘™π‘–π‘œ π‘π‘Ÿπ‘’π‘žπ‘’π‘Žπ‘™π‘–π‘“π‘–π‘’π‘‘ 𝑖𝑛
π‘π‘’π‘Ÿ π‘¦π‘’π‘Žπ‘Ÿ
𝑅+
π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝐸
π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝐸
π‘π‘œπ‘›π‘‘π‘Ÿπ‘œπ‘™ ))
𝐼𝑛,π‘˜
= βˆ‘(π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦+ (πœ†π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝐸
π‘˜,𝑏𝑖𝑑 ) βˆ— πœ†π‘˜,𝑏𝑖𝑑 ) βˆ— 𝑃𝑛 βˆ— 𝑇 βˆ— (1 βˆ’ πœ‡ βˆ— (π‘ˆπ‘› + πœ€π‘›
𝑏𝑖𝑑
πœ†π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝐸
π‘˜,𝑏𝑖𝑑
πœ‡
π‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘π‘–π‘Žπ‘™
π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦ (πœ†π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝐸
π‘˜,𝑏𝑖𝑑 )
π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦
π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦+ (πœ†π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝐸
π‘˜,𝑏𝑖𝑑 )
+
βˆ’
+
βˆ’
+
βˆ’
+
βˆ’
𝐢𝑒𝑛𝑖𝑑 𝑛 (πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
, πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
, 𝐸𝑠𝑒𝑐
, 𝐸𝑠𝑒𝑐
) = 𝑀𝐢(πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
, πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
, 𝐸𝑠𝑒𝑐
, 𝐸𝑠𝑒𝑐
) + 𝐹𝐢
+
𝐸𝑛,𝑠𝑒𝑐
+
𝐸𝑛,π‘‘π‘’π‘Ÿ
βˆ’
𝐸𝑛,𝑠𝑒𝑐
βˆ’
𝐸𝑛,π‘‘π‘’π‘Ÿ
+
𝐸𝑛,π‘‘π‘’π‘Ÿ
=
βˆ‘
βˆ‘
π‘˜=π‘π‘œπ‘ π‘–π‘‘π‘–π‘£π‘’
π‘‘π‘’π‘Ÿπ‘‘π‘–π‘Žπ‘Ÿπ‘¦ π‘’π‘›π‘’π‘Ÿπ‘”π‘¦
π‘œπ‘“π‘“π‘’π‘Ÿπ‘ 
π‘π‘Ÿπ‘’π‘žπ‘’π‘Žπ‘™π‘–π‘“π‘–π‘’π‘‘ 𝑖𝑛
π‘π‘’π‘Ÿ π‘¦π‘’π‘Žπ‘Ÿ
π‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘π‘–π‘Žπ‘™
+
+
π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦ (πœ†π‘‘π‘’π‘Ÿ
π‘˜,𝑏𝑖𝑑 ) βˆ— 𝑇 βˆ— 𝑃𝑛
𝑏𝑖𝑑=𝑏𝑖𝑑
π‘šπ‘’π‘™π‘‘π‘–βˆ’π‘™π‘’π‘£π‘’π‘™ 𝑏𝑖𝑑𝑠
π‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘π‘–π‘Žπ‘™
βˆ’
βˆ’
𝐸𝑛,π‘‘π‘’π‘Ÿ
= βˆ‘ βˆ‘ π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦ (πœ†π‘‘π‘’π‘Ÿβˆ’
π‘˜,𝑏𝑖𝑑 ) βˆ— 𝑇 βˆ— 𝑃𝑛
π‘˜
𝑏𝑖𝑑
+
+
βˆ’
βˆ’
𝐸± = πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
+ 𝐸𝑠𝑒𝑐
+ 𝐸𝑠𝑒𝑐
+ πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
+
+
πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
, 𝐸𝑠𝑒𝑐
>0
βˆ’
βˆ’
𝐸𝑠𝑒𝑐
, πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
<0
+
πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
= +1 π‘€π‘Šβ„Ž.
βˆ’
πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
= βˆ’ 1 π‘€π‘Šβ„Ž.
𝐹𝐢 = πΆπ‘–π‘›π‘£π‘’π‘ π‘‘π‘šπ‘’π‘›π‘‘ + βˆ†πΆπ‘šπ‘Žπ‘–π‘›π‘‘π‘Žπ‘›π‘π‘’
+
βˆ’
+
βˆ’
𝑀𝐢(πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
, πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
, 𝐸𝑠𝑒𝑐
, 𝐸𝑠𝑒𝑐
)
+
= βˆ†π‘ƒπ‘’π‘™π‘’π‘,π‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ (𝐸± ) βˆ’ βˆ†π‘†π‘’π‘™π‘’π‘,π‘π‘’π‘Ÿπ‘β„Žπ‘Žπ‘ π‘’π‘Ÿ (𝐸± ) + βˆ†πΆπ‘“π‘’π‘’π‘™ (𝐸± )) + πΆπ‘ π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘βˆ’π‘’π‘ (πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
)
βˆ†π‘ƒπ‘’π‘™π‘’π‘,π‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ = πœƒπ‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ × (βˆ’πΈ π‘Žπ‘π‘‘π‘’π‘Žπ‘™
+ 𝐸 π‘π‘Žπ‘ π‘’π‘™π‘–π‘›π‘’ )
= πœƒπ‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ × (βˆ’πΈ± )
πœƒπ‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ
βˆ†π‘ƒπ‘’π‘™π‘’π‘,π‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ
𝐸± < 0)
𝐸± > 0
βˆ†π‘†π‘’π‘™π‘’π‘,π‘π‘’π‘Ÿπ‘β„Žπ‘Žπ‘ π‘’π‘Ÿ (𝐸± )
= πœƒπ‘π‘’π‘Ÿπ‘β„Žπ‘Žπ‘ π‘’π‘Ÿ × (𝐸 π‘Žπ‘π‘‘π‘’π‘Žπ‘™
βˆ’ 𝐸 π‘π‘Žπ‘ π‘’π‘™π‘–π‘›π‘’ )
βˆ†π‘ƒπ‘’π‘™π‘’π‘,π‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ < 0
πœƒπ‘π‘’π‘Ÿπ‘β„Žπ‘Žπ‘ π‘’π‘Ÿ
βˆ†π‘†π‘’π‘™π‘’π‘,π‘π‘’π‘Ÿπ‘β„Žπ‘Žπ‘ π‘’π‘Ÿ
= πœƒπ‘π‘’π‘Ÿπ‘β„Žπ‘Žπ‘ π‘’π‘Ÿ × (𝐸± )
𝐸± < 0)
βˆ†πΆπ‘“π‘’π‘’π‘™ (𝐸± ) = πœƒπ‘“π‘’π‘’π‘™ × πΈ±
+
πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
1
×
) × π‘π‘ π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘βˆ’π‘’π‘
𝑃 + 1.5
π‘‘π‘œπ‘‘π‘Žπ‘™ π‘‘π‘’π‘Ÿπ‘Žπ‘‘π‘–π‘œπ‘› π‘œπ‘“ π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦
= π‘Žπ‘π‘  (
)
1.5
× π‘π‘ π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘βˆ’π‘’π‘
β‰ˆ 𝑛𝑏 π‘œπ‘“ π‘ π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘π‘’π‘ × π‘π‘ π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘βˆ’π‘’π‘
βˆ’βˆ†π‘†π‘’π‘™π‘’π‘,π‘π‘’π‘Ÿπ‘β„Žπ‘Žπ‘ π‘’π‘Ÿ > 0
πœƒπ‘“π‘’π‘’π‘™
+ )
πΆπ‘ π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘βˆ’π‘’π‘ (πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
= π‘Žπ‘π‘  (
π‘π‘ π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘βˆ’π‘’π‘
+
πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
𝑀𝐢𝐺1 = βˆ†πΆπ‘“π‘’π‘’π‘™ + βˆ†π‘ƒπ‘’π‘™π‘’π‘,π‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ
+
+ πΆπ‘ π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘‘βˆ’π‘’π‘ (πΈπ‘‘π‘’π‘Ÿ
)
βˆ†π‘ƒπ‘’π‘™π‘’π‘,π‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ
𝑀𝐢𝐺2 = βˆ†πΆπ‘“π‘’π‘’π‘™ βˆ’ βˆ†π‘†π‘’π‘™π‘’π‘,π‘π‘’π‘Ÿπ‘β„Žπ‘Žπ‘ π‘’π‘Ÿ
𝑀𝐢𝐿1 = 0
βˆ†π‘ƒπ‘’π‘™π‘’π‘,π‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ = 0
𝑀𝐢𝐿2 = βˆ†π‘ƒπ‘’π‘™π‘’π‘,π‘ π‘’π‘π‘π‘™π‘–π‘’π‘Ÿ
-
-
ΞΌ = 10
Portfolio: List of participating units
Simulation Market Data
Forecast method
Bidding processes
Bid acceptance processes
π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝑏𝑖𝑑
𝐼𝑛,π‘‘π‘œπ‘‘π‘Žπ‘™
=
βˆ‘
π‘‘π‘’π‘Ÿ+,𝑏𝑖𝑑
𝐼𝑛,𝑖
= βˆ‘ (π‘–π‘›π‘π‘œπ‘šπ‘’π‘€π‘’π‘’π‘˜π‘™π‘¦ 𝑏𝑖𝑑𝑠 + βˆ‘ π‘–π‘›π‘π‘œπ‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘–π‘™π‘¦ 𝑏𝑖𝑑𝑠 )
𝑖=π‘œπ‘“π‘“π‘’π‘Ÿ
π‘π‘’π‘Ÿπ‘–π‘œπ‘‘
π‘€π‘’π‘’π‘˜π‘ 
π‘π‘™π‘œπ‘π‘˜π‘ 
Delivery calls models
∝+
𝑖
βˆβˆ’
𝑖
πœ†π‘ π‘’π‘+
𝑖
πœ†π‘ π‘’π‘βˆ’
𝑖
∝+
𝑖
βˆβˆ’
𝑖
π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦
πœ†πΈπ‘›π‘’π‘Ÿπ‘”π‘¦
πœ†πΈπ‘›π‘’π‘Ÿπ‘”π‘¦ (𝑓) = 𝐴 βˆ— 𝑒 βˆ’π‘“βˆ—π‘‹ ⇔
π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦ (πœ†πΈπ‘›π‘’π‘Ÿπ‘”π‘¦ ) = βˆ’
1
πœ†
βˆ— ln ( )
𝑋
𝐴
β‰ˆ 40 €/π‘€π‘Šβ„Ž
Market revenue from the delivery of control energy
β‰ˆ 40 €/π‘€π‘Šβ„Ž
-
-
π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦
πœ†πΈπ‘›π‘’π‘Ÿπ‘”π‘¦
π‘“π‘‘π‘’π‘™π‘–π‘£π‘’π‘Ÿπ‘¦ (πœ†πΈπ‘›π‘’π‘Ÿπ‘”π‘¦ ) = βˆ’
1
πœ†
βˆ— ln ( )
𝑋
𝐴
-
-
≀
=
≀
≀
>
>
-
-
-
.
Bidding Strategy
XX
X
XX
XX
XX
XX
X
X
X
X
X
X
XX
X
X
XX
XX
X
XX
X
XXX
XX
XX
XX
X
XX
XX
X
X
X
XX
Bidding Strategy
XX
XXX
X
XXX
X
XX
X
X
XXX
XX
XX
XX
X
XX
XX
X
XX
XX
X
X
X
X
X
XX
X
X
X
X
XX
X
X
X
X
X
X
X
Bidding Strategy
X
X
X
X
XX
XX
X
XX
X
-
𝑝
π‘₯𝑑 = 𝑐 + βˆ‘ πœ™π‘– π‘₯π‘‘βˆ’π‘–
𝑖=1
πœ™π‘–
𝑝
π‘₯𝑑 = 𝑐 + βˆ‘ πœ™π‘ .𝑖 π‘₯π‘‘βˆ’π‘ .𝑖
𝑖=1
πœ™π‘–
𝐴𝑅(3) + 𝑆𝐴𝑅52 (1) ∢ π‘₯̂𝑑 = πœ™1 π‘₯π‘‘βˆ’1 + πœ™2 π‘₯π‘‘βˆ’2 + πœ™3 π‘₯π‘‘βˆ’3 + πœ™52 π‘₯π‘‘βˆ’52
𝐴𝑅(1) + 𝑆𝐴𝑅6 (2) ∢ π‘₯̂𝑑 = πœ™1 π‘₯π‘‘βˆ’1 + πœ™6 π‘₯π‘‘βˆ’6 + πœ™12 π‘₯π‘‘βˆ’12
MWh/MW/week
25
20
Ξ±i + (MWh/MW/week)
Ξ±i - (MWh/MW/week)
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
Week
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51
Utsiktspåverkan pdf, 3836617 kB

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