Elektrik güç sistemlerinde oyun teorisi uygulamaları
Game theory applications in electric power systems
Yazar: OĞUZHAN CEYLAN
Danışman: PROF. DR. HASAN DAĞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Bilişim Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Hesaplamalı Bilim ve Mühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2003
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Nash dengesi = Nash balance

Özet:
Seksenli yıllardan itibaren dünyada elektrik güç sistemlerinde yeniden yapılandırılmaya gidilmektedir. Dikey yapılı güç sistemlerinden serbest piyasa koşullarının egemen olduğu yeniden yapılandırılmış güç sistemlerine geçilmektedir. Dikey güç sistemlerinde üretim, iletim ve dağıtım tek otoriteden yürütülür, planlanır ve fiyatlandırılır. Dikey yapılı güç sistemlerinde bütün bu işlemlerin tek otorite tarafından yapılması sistemin herhangi bir noktasında meydana gelen maliyet artımının tüketicilere de yansıması sonucunu beraberinde getirir.

Yeniden yapılandırılmmış elektrik güç sistemleri genelde üç farklı piyasa yapısı ile modellendirilmektedir. Bunlar havuz modeli, ikili anlaşma modeli ve güç borsası modelidir. Havuz modelinde bir sistem işleticisi üreticilerin ve tüketicilerin fiyatlarını alır ve piyasa fiyatını bulur. İkili anlaşma modelinde tüketiciler ve üreticiler kendi aralarında belirleyecekleri miktarlarda güç anlaşması yapabilmektedirler. Güç borsası modelinde üreticiler ve tüketiciler gereksinimlerini ve yapmak istedikleri alışverişleri güç borsasına bildirirler. Bütün bu tekliflere göre anlık piyasa fiyatı belirlenir. 

Oyun kuramı, karşılıklı etkileşim yapan karar vericilerden oluşan çeşitli problemlerin incelenmesinde kullanılan bir yöntemdir. Elektrik güç sistemlerinde, özellikle yeniden yapılandırmadan sonra oyun kuramı ile ilgili çalışmalar yoğunlaşmıştır. Bütün bu uygulamalarda genel amaç "Nash Dengesini" bulmaktır. Nash Dengesinde, diğer oyuncular stratejilerini değiştirmediği sürece, herhangi bir oyuncunun stratejisinin değiştirerek kazanç sağlayamayacağı bir strateji kümesi vardır. Stratejiler ve ödemeler Nash Dengesini oluştururlar. 

Bu çalışmada ilkin bir literatür özeti verilmiştir. Sonra elektrik güç sistemlerinin yeniden yapılandırılmasına değinilmiştir. Öncelikle dikey yapı anlatılmış, sonra da yatay yapı üç bileşeni ile (havuz modeli, ikili anlaşma modeli, güç borsası modeli) anlatılmıştır. Daha sonra oyun teorisi anlatılmıştır. Oyun teorisinin elektrik güç sistemlerinde ikili anlaşma modelinde kullanılmasına ilişkin çeşitli uygulamalar yapılmıştır. Varolan yöntemler anlatılmış ve yeni bir algoritma önerilmiştir. Uygulamalar kısmında, örnek sistemler varolan yöntemle ve önerilen yöntemle çözülmüştür. Gelecekte yapılacak çalışmalara ilişkin yorumlar yapılmıştır.

Abstract:
Electric power systems has been changing since 80's worldwide. Instead of vertically integrated power systems new models based on free trade rules are developed. In vertically integrated power systems generation, transmission and distribution are operated, planned and priced by one authority. Hence cost increase in any part of system affects consumers. 

The competitive electric markets can be classified into three main models. These models are the pool model, the bilateral model and the power exchange model. In a pool model a central operator receives the bids of suppliers and/or consumers and computes clearing prices. In a bilateral model, suppliers and/or consumers are freee to arrange power transactions with each other according to their own arrangements. In a power exchange  generators and loads bid how much power to sell, for how much money and how much power buy for how much money. Market, then finds the instantaneous market clearing price. 

After deregulation of electric power systems economic theories are involved in power systems more heavily. Game theory is used when there is an interaction between more than one decision makers. The decision makers are players of the game. In the pool model, bilateral model and the power exchange model there are many applications of game theory. In all of those applications the aim is to find a "nash equilibrium". In a nash equilibrium there is a set of strategies of the players that no player can benefit by changing his/her strategy while the other players keep their strategies unchanged. The strategies and payoffs constitute a nash equilibrium. 

In this work firstly a literature review is given. Then vertically integrated power systems and deregulated power systems are explained. Vertically integrated power systems is explained first, then deregulated power systems' three market models (pool model, bilateral model and power exchange) are explained. Game theory basics is given next. A bilateral model is explained and a new algorithm is proposed by using this model. The new algorithm is compared to the exsting one. In applications chaprer some example systems are solved by both the existing model and the proposed model. Finally a conclusion is given and some comments about future work are given next.