Um modelo bi-nível para o investimento multi-etapa em capacidade de transmissão e geração de energia elétrica em mercados competitivos

Abstract

This dissertation discusses about the investing in transmission capacity in competitive electricity markets and its relation with the investing in generation capacity. Since opportunity costs of transmission and generation capacity are dependent, externalities arise when the investments decisions are decentralized. Externalities are present whenever a decision of a certain agent affects another agent’s welfare but not vice versa. In presence of externalities, the decentralized outcome does not lead to a Pareto optimal solution. In order to overcome this problem, the Pareto optimal solution should be found, and set in the market by means of regulation. Moreover, a bi-level multistage model is proposed, which finds the Pareto optimal solution. This solution can be used as reference for the implementation of regulatory mechanisms that asses the investments in transmission and generation capacity. The proposed bi-level model is transformed into a mixed integer linear problem using duality theory and linearization techniques. Finally, the proposed model is implemented in AMPL and solved using CPLEX; results for several study cases are presented

Esta dissertação de mestrado discute sobre o investimento em capacidade de transmissão em mercados elétricos competitivos e sua relação com o investimento em capacidade de geração. O principal problema que surge ao descentralizar os investimentos são as externalidades, devido à dependência entre os custos de oportunidade da capacidade transmissão e geração. As externalidades são distorções nomercado que se apresentam quando as decisões de um agente afetam o bem-estar de outro agente, porém não vice-versa. Em presença de externalidades não é válido afirmar que a solução descentralizada seja igual ao resultado centralizado (ótimo de Pareto). Para solucionar este problema deve-se implementar um processo descentralizado através de esquemas regulatórios. Logo, é proposto um modelo binível que procura o ótimo de Pareto e serve como referência para implementação de esquemas regulatórios que permitam avaliar os investimentos em capacidade de transmissão e geração em um mercado competitivo. O modelo binível proposto é transformado em um problema de programação linear inteira mista, usando a teoria de dualidade e técnicas de linearização. O modelo proposto foi implementado em AMPL e solucionado usando o solver comercial CPLEX. Finalmente, são apresentados os resultados obtidos para dois sistemas testes e um sistema real