This thesis presents a comprehensive analysis and evaluation of generation shift key (GSK) approaches within flow-based market coupling (FBMC) simulation for power systems. As European electricity markets transition toward full liberalization through regional market coupling, FBMC has emerged as a critical methodology for optimizing cross-border electricity trading while accounting for transmission network constraints. However, the strategies and methods for calculating GSKs remain underdetermined and require further investigation. This study develops a mathematical framework that presents the transmis- sion model in the FBMC, encompassing nodal optimal power flow, FBMC optimization, and redispatch modeling. In this research, five GSK strategies are examined, including two novel approaches. The proposed strategies include one with non-negativity constraints and another that allows negative values for enhanced flexibility. These are compared against existing GSK strategies through comprehensive simulations. The methodology employs a system with three zones, examining four seasonal cases under both perfect and imperfect forecasting scenarios. Each case incorporates realistic load and renewable energy variations. Results demonstrate that the proposed GSK strategies offer significant adaptability advantages over traditional approaches. The total operational costs analysis reveals that the proposed GSK strategies can achieve cost reductions compared to existing approaches. The methods also show a better performance in system marginal cost optimization and reduced redispatch requirements under forecast uncertainty. This research contributes to sustainable power system development by enhancing FBMC efficiency, supporting renewable energy integration, and advancing economic welfare in electricity markets. The adaptive GSK framework provides transmission system operators with improved tools for managing cross-border electricity flows while maintaining system security and economic efficiency.

Denna avhandling handlar om hur man kan förbättra handeln med el mellan olika regioner i Europa. När elmarknaderna blir mer sammanlänkade används en metod som kallas flödesbaserad marknadskoppling (FBMC). Den hjälper till att optimera elhandeln över gränserna och ser till att elnätets kapacitet utnyttjas effektivt. En viktig pusselbit i detta system är något som kallas generation shift key (GSK), som styr hur elproduktionen fördelas på ett smart sätt när förutsättningarna på marknaden ändras. Den här studien undersöker olika metoder för att beräkna dessa GSK-nycklar, eftersom det idag saknas en standardiserad och optimal strategi, vilket är viktigt att utforska vidare. För att analysera detta har en matematisk modell av elmarknaden och elnätet tagits fram. Modellen simulerar hur elen produceras optimalt, hur marknadskopplingen fungerar och hur systemet balanseras vid oförutsedda händelser. Forskningen har särskilt granskat fem olika strategier för GSK, varav två är nya förslag som utvecklats inom ramen för detta arbete. De nya metoderna är utformade för att vara mer flexibla; en tar hänsyn till att fördelningen inte kan vara negativ, medan den andra tillåter negativa värden för att ge ännu större anpassningsförmåga. Alla dessa strategier har sedan jämförts genom omfattande datorsimuleringar. Undersökningen baserades på ett modellsystem med tre elområden och analyserades över fyra olika årstider, med både perfekta och mer osäkra prognoser för väder och elkonsumtion. Detta för att efterlikna de verkliga variationerna i efterfrågan och tillgång på förnybar energi. Resultaten visar att de nya, föreslagna metoderna för GSK är betydligt mer anpassningsbara än traditionella tekniker. De kan leda till lägre totala driftskostnader för elsystemet och presterar bättre när det gäller att optimera systemets marginalkostnad samt minska behovet av kostsamma justeringar (redispatch) när prognoserna slår fel. Denna forskning bidrar till utvecklingen av mer hållbara kraftsystem genom att effektivisera den flödesbaserade marknadskopplingen, vilket underlättar integrationen av förnybar energi och kan förbättra den ekonomiska välfärden på elmarknaderna. De anpassningsbara GSK-metoderna ger de som driver transmissionsnäten (systemoperatörerna) bättre verktyg för att hantera elflöden över gränserna på ett säkert och ekonomiskt effektivt sätt.