Estratégias de ofertas em mercados competitivos de energia elétrica com predominância de geração hidrelétrica

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017.As regras para o despacho e formação de preços possuem características distintas nos diferentes países ou regiões onde foi implementado um processo de reestruturação da indústria de energia elétrica. Porém, um dos componentes comuns desses sistemas é o mercado de energia elétrica de curto prazo, onde ocorrem as transações de compra e venda de energia elétrica no atacado. Assim, sob o ponto de vista das empresas de energia é essencial determinar suas ofertas de modo a maximizar seus lucros, ao passo que sob a perspectiva do ente regulador é imprescindível entender como os agentes de geração tomam suas decisões e como estas impactam no mercado. Nesse sentido, este trabalho propõe uma abordagem para determinação e avaliação de estratégias de oferta de empresas geradoras competindo entre si em um mercado de energia elétrica de curto prazo com formação de preços baseada em ofertas. O foco do estudo é um sistema com predominância de geração hidrelétrica, em que o agente gerador é o responsável por gerenciar seu próprio reservatório, sendo o problema do operador (despacho do sistema) internalizado no modelo. A determinação da estratégia de oferta dos agentes de geração é representada por um modelo de otimização de dois níveis, o qual é transformado para um problema não linear de um único nível, conhecido como problema de Programação Matemática com Restrições de Equilíbrio (MPEC). Por sua vez, esse MPEC é transformado em um problema de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) e a interação entre os agentes é representada por um modelo de programação matemática, chamado de Problema de Equilíbrio com Restrições de Equilíbrio (EPEC).Abstract : The rules for dispatch and price formation have distinct characteristics in each country or region where a restructuring process in the electricity industry has been implemented. However, one of the basic features of these systems is the short-therm electricity market, where energy transactions in the wholesale market are held. Therefore, from the energy firms? point of view, it is essential to define their bids in order to maximize their profits, while from the regulator perspective it is important to understand how generation agents define their decisions and how these decisions impact the market. In this context, this work proposes an approach to determine and assess bidding strategies from generation companies competing in a short-therm electricity market with price formation based on agents offers. The focus of the study is a system with predominantly hydroelectric generation, where the producer is responsible for his own reservoir management and the operator?s problem (dispatch of the system) is internalized on the model. The bidding strategy of the generation companies is represented by a bi-level optimization problem, which is transformed to a single level nonlinear problem, known as a Mathematical Program with Equilibrium Constraints (MPEC). This MPEC is transformed into a Mixed Integer Linear Programming (MILP) and the interaction among agents is represented by a mathematical program called Equilibrium Problem with Equilibrium Constraints (EPEC)