ESTUDIO DE LOS PAGOS ADICIONALES EN MERCADOS ELÉCTRICOS A TRAVÉS DE UNA FORMULACION BASADA EN REDES DEL PROBLEMA CONVEX HULL PRICING

Abstract

Este trabajo estudia los pagos adicionales en mercados mayoristas de electricidad, utilizando el método Convex Hull Pricing para determinar precios. El problema de precios es reformulado utilizando redes de flujo para representar la región de operación factible de las unidades, lo que implica que las restricciones asociadas definen un poliedro con la propiedad de integralidad. La formulación basada en redes entrega flexibilidad en el modelamiento de características de las unidades y permite obtener los precios resolviendo un problema en programación lineal. Para resolver el problema se utiliza un enfoque primal-dual basado en el algoritmo desarrollado por Bienstock y Zuckerberg. El algoritmo, junto a las técnicas de preproceso e inicialización implementadas, permiten alcanzar tiempos de solución menores a lo obtenido con algoritmos de optimizadores comerciales, tales como dual simplex y barrier. Por otro lado, los resultados económicos sugieren que la formulación propuesta obtiene el pago adicional mínimo incluso cuando las unidades tienen costos de partida dependientes del tiempo, lo cual hace que nuestro enfoque sea más robusto que la mejor formulación compacta encontrada en la literatura. Este trabajo también analiza el efecto de precios subóptimos sobre los pagos adicionales relajando el criterio de optimalidad del algoritmo implementado, observando el mayor impacto sobre el pago relacionado al costo de oportunidad perdido. Finalmente, la formulación propuesta puede ser clasificada como un problema de redes con restricciones adicionales y de esta forma abarcar otras aplicaciones, para lo cual el estudio computacional realizado entrega resultados de contraste detallados.

This paper studies the convex hull pricing problem in electricity markets through a network-flow- based formulation. The network represents the feasible operating region of a generating unit, and the associated flow constraints define a polyhedron with an integrality property. These facts provide modeling flexibility with respect to the inclusion of unit features, and allow to obtain convex hull prices from a linear programming problem. The formulation is solved using a primal-dual approach based on the algorithm developed by Bienstock and Zuckerberg. The algorithm, together with the implemented pre-processing and initialization techniques, allows to achieve lower solution times than those obtained by state-of-the-art algorithms available in commercial solvers, e.g., barrier and dual simplex. Furthermore, results suggest that the proposed formulation obtains the minimum uplift payments even when time-dependent start-up costs are included, making the approach more robust than the best documented compact formulation. This paper also discusses the effect of sub-optimal prices on uplift payments by relaxing the optimality criterion of the algorithm, observing a significant impact on lost opportunity costs.