The existing wholesale power markets in Nordic countries play a vital role in ensuring the planned balance between supply and demand. However, these markets do not guarantee real-time operational security of the power system. This responsibility falls on the transmission system operator (TSO), who balances consumption and generation in real-time to maintain a secure state.

To address these issues, a series of research studies have been performed in this thesis to delve into the intricacies of Nordic balancing markets and propose strategies to enhance their efficiency and effectiveness. These studies have been conducted around the hydropower units as the main generation sources in the Nordic electricity markets. These studies recognize the potential benefits of versatile balancing markets and increased trade of flexible resources with Continental Europe. 

Additionally, the research results shed light on the optimal bidding strategies for hydropower plants (HPPs) in the day-ahead energy and manual frequency restoration reserve (mFRR) markets. HPPs play a crucial role as a flexible energy source, and their participation in these markets requires careful planning and decision-making. The studies consider various factors such as market rules, mFRR capacity market, future electricity prices, and the impact of active-time duration of balancing energy market offers on revenue generation. This inclusion provides a more realistic revenue portfolio for the operators based on the possibility of not being dispatched in the balancing market. 

Furthermore, the research explores the concept of flexible stochastic scheduling strategies in hydropower-dominated energy markets. By considering day-ahead energy markets, mFRR markets, and the interaction between different market setups. These strategies provide the necessary flexibility for both the planning and operational stages. The aim is to maximize the profits of the hydropower units while addressing the opportunity cost of saving water and meeting the mFRR capacity requirements imposed by the TSO. Participation in new market setups is an increasingly interesting framework for the operator after the recent introduction of those markets and the results of this section help them to form more profitable decision-making frameworks for their assets. 

Moreover, the optimal strategic portfolio assessment of HPPs in a multi-settlement market is discussed. Recognizing the increasing electricity prices and the growing penetration of renewable energy resources, these studies leverage bilevel programming problems to model the strategic behavior of HPPs in day-ahead and frequency containment reserve markets. The proposed approaches aim to enhance decision-making processes, promote market efficiency, and enable effective asset management in a dynamic and evolving energy landscape to make more informed multi-market trading decisions. 

Also, the research examines the dimensioning of frequency restoration reserves in a multi-area power system, specifically focusing on the Nordic case study. By adopting a sequential dimensioning methodology and employing chance-constrained optimization, the studies allocate reserves based on system needs, optimize line flows, and reduce total reserve requirements. The results highlight the potential for sharing reserves among bidding zones in the Nordic synchronous area, contributing to a more efficient and coordinated power system operation.

Lastly, a thorough investigation has been performed to assess the effectiveness of the current contract-for-difference contracts as the main support schemes for the development of new renewable energy assets. Case studies have been conducted to demonstrate quantitatively the pros and cons of different proposals and provide new hints for policy-makers about their future decisions. 

De befintliga partihandelsmarknaderna för el i nordiska länder spelar en avgörande roll för att säkerställa den planerade balansen mellan utbud och efterfrågan. Dock garanterar dessa marknader inte driftsäkerheten i realtid för elsystemet. Detta ansvar åligger transmissionsnätsoperatören (TSO), som balanserar konsumtion och produktion i realtid för att upprätthålla ett säkert tillstånd.

För att ta itu med dessa frågor har en serie forskningsstudier genomförts i denna avhandling för att fördjupa sig i detaljerna i de nordiska balansmarknaderna och föreslå strategier för att förbättra deras effektivitet och effektivitet. Dessa studier har genomförts kring vattenkraftverk som de huvudsakliga produktionskällorna i de nordiska elmarknaderna. Studierna erkänner de potentiella fördelarna med mångsidiga balansmarknader och ökad handel med flexibla resurser med Kontinentaleuropa.

Dessutom kastar forskningsresultaten ljus över de optimala budgivningsstrategierna för vattenkraftverk (HPP) på dagsmarknaden för energi och manuell marknad för återställning av frekvensreserver (mFRR). HPP spelar en avgörande roll som en flexibel energikälla, och deras deltagande på dessa marknader kräver noggrann planering och beslutsfattande. Studierna tar hänsyn till olika faktorer såsom marknadsregler, mFRR-kapacitetsmarknad, framtida elpriser och påverkan av aktiv tidsduration för erbjudanden på balanseringsenergimarknaden på intäktsgenerering. Denna inkludering ger en mer realistisk intäktsportfölj för operatörerna baserat på möjligheten att inte bli dispatchade på balansmarknaden.

Forskningen utforskar även konceptet med flexibla stokastiska schemaläggningsstrategier på energimarknader dominerade av vattenkraft. Genom att beakta dagsmarknaden för energi, mFRR-marknaden och interaktionen mellan olika marknadsuppsättningar. Dessa strategier ger den nödvändiga flexibiliteten för både planerings- och driftsskedena. Målet är att maximera vinsterna för vattenkraftsenheterna samtidigt som man adresserar alternativkostnaden för att spara vatten och uppfylla de mFRR-kapacitetskrav som TSO ställer. Deltagande i nya marknadsuppsättningar är ett alltmer intressant ramverk för operatören efter den senaste introduktionen av dessa marknader och resultaten från detta avsnitt hjälper dem att forma mer lönsamma beslutsramar för sina tillgångar.

Dessutom diskuteras den optimala strategiska portföljbedömningen av HPPs i en multiuppgörelsemarknad. Med tanke på de ökande elpriserna och den växande penetrationen av förnybara energiresurser utnyttjar dessa studier bilevel programmeringsproblem för att modellera det strategiska beteendet hos HPPs på dagsmarknaden och marknaden för frekvensbehållningsreserver. De föreslagna tillvägagångssätten syftar till att förbättra beslutsprocesserna, främja marknadseffektiviteten och möjliggöra effektiv förvaltning av tillgångar i ett dynamiskt och utvecklande energilandskap för att fatta mer informerade multi-marknadshandelsbeslut.

Forskningen undersöker också dimensioneringen av frekvensåterställningsreserver i ett flerområdessystem för kraft, specifikt med fokus på det nordiska fallstudien. Genom att anta en sekventiell dimensioneringsmetodologi och använda chansbegränsad optimering, allokerar studierna reserver baserat på systembehov, optimerar linjeflöden och minskar de totala reservkraven. Resultaten belyser potentialen för att dela reserver mellan budområden i det nordiska synkronområdet, vilket bidrar till en mer effektiv och samordnad drift av kraftsystemet.

Slutligen har en grundlig undersökning genomförts för att bedöma effektiviteten av de nuvarande kontrakten för skillnad (contract-for-difference) som de huvudsakliga stödscheman för utvecklingen av nya förnybara energitillgångar. Fallstudier har genomförts för att kvantitativt demonstrera för- och nackdelar med olika förslag och ge nya ledtrådar för politiska beslutsfattare om deras framtida beslut.