پایان نامه درمورد الگوریتم ژنتیک، تقاضای انرژی، هزینه تولید

لگوریتم در حل مسئله توزیع اقتصادی بار میباشد.
واژگان کلیدی: توزیع اقتصادی بار، الگوریتم اجتماع ذرات، اثر شیر بخار، هزینه سوخت، نواحی ممنوعه تولید، ظرفیت ژنراتور، نرخ سطح شیبدار، توازن توان اکتیو

فهرست مطالب

عنوان
صفحه

فصل اول – مقدمه

1-1 مقدمه
2
1-2 بررسي سوابق تحقیق
4
1-3 ساختار پایاننامه
8

فصل دوم – مسئله توزیع اقتصادی بار

2-1 معرفی توزیع اقتصادی بار
10
2-2 مشخصه واحد بخار (حرارتی)
10
2-3 منحنی محدب هزینههای عملیاتی یک واحد حرارتی
11
2-4 منحنی هزینه سوخت افزایشی
13
2-5 منحنی نرخ حرارت
13
2-6 منحنی نامحدب هزینههای در واحد حرارتی
14
2-7 توزیع اقتصادی بار در نیروگاه برق
16
2-8 توزیع اقتصادی بار در سیستم قدرت
17
2-9 محدودیت برابری و نابرابری
17
2-10 معرفی ضرایب B تلفات انتقال
20

فصل سوم – الگوریتم پیشنهادی اجتماع ذرات PSO

3-1 معرفی PSO
24
3-2 بررسي سوابق تحقیق
25
3-3 مفهوم بهینهسازی اجتماع ذرات
27
3-4 فرمولبندی PSO
28
3-5 فلوچارت استاندارد بهینهسازی اجتماع ذرات
33
3-6 شبه کد در PSO
34
3-7 اساس الگوریتم PSO برای محدود کردن مشکل
35

فصل چهارم – پیادهسازی الگوریتم پیشنهادی در مسئله توزیع اقتصادی بار

4-1 فرمولبندی تابع هدف
37
4-2 برابری و نابرابری محدودیتها
39
4-3 اصلاح تابع هدف
40
4-4 پیادهسازی PSO برای مشکل ED
41
4-5 شبیهسازی
43
4-6 مقایسه نتایج الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم ژنتیک
56

فصل پنجم – نتیجهگیری و پیشنهادات

5-1 نتیجهگیری
58
5-2 پیشنهادات
59

ضمیمه
60
مراجع
62

فهرست شکلها و نمودارها

عنوان
صفحه

شکل (2-1): واحد دیگ بخار- توربین – ژنراتور
10
شکل (2-2): مشخصه ورودی- خروجی واحد تولید
11
شکل (2-3): منحنی هزینه افزایشی
13
شکل (2-4): منحنی نرخ حرارت
14
شکل (2-5): ویژگیهای یک ژنراتور توربین بخار با ورودی چهار دریچه بخار
15
شکل(2-6): واحد تولید متصل به یک باس مشترک
16
شکل (2-7): تعداد ng واحدهای حرارتی جهت تغذیه بار از طریق شبکه انتقال
17
شکل (2-8): محدودیت نرخ سطح شیبدار
19
شکل (3-1): فلوچارت SPSO
33
شکل (4-1): تابع هزینه ژنراتور با شیر بخار
38
شکل (4-2): نحوه اتصال شبکه برای سیستم با 6 ژنراتور
44
شکل (4-3): تغییرات تابع هدف برای سیستم 6 نیروگاهی در حالت 1
48
شکل (4-4): تغییرات تابع هدف برای سیستم 6 نیروگاهی در حالت 2
50
شکل (4-5): تغییرات تابع هدف برای سیستم 6 نیروگاهی در حالت 3
52
شکل (4-6): تغییرات تابع هدف برای سیستم 6 نیروگاهی در حالت 4
54

فهرست جداول

عنوان
صفحه

جدول (4-1): ضرایب تابع هزینه و حدود واحدهای تولیدی با 6 ژنراتور
45
جدول (4-2): مشخصات واحدهای تولیدی با 6 ژنراتور
45
جدول (4-3): نتایج شبیهسازی واحدهای تولیدی سیستم 6 نیروگاهی در حالت 1
47
جدول (4-4): نتایج شبیهسازی واحدهای تولیدی سیستم 6 نیروگاهی در حالت2
49
جدول (4-5): نتایج شبیهسازی واحدهای تولیدی سیستم 6 نیروگاهی در حالت3
51
جدول (4-6): نتایج شبیهسازی واحدهای تولیدی سیستم 6 نیروگاهی در حالت4
53
جدول (4-7): مقایسه نتایج حالتهای 1،2،3،4
55
جدول (4-8): مقایسه بین نتایج الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم ژنتیک
56

فهرست علائم
a_i,b_i,c_i : ضرایب هزینه واحد iام
e_i,f_i : ضرایب اثر بارگذاری(موقعیت) شیر بخار واحد iام
P_gi : توان خروجی واحد iام
P_(gmax,i) ,P_(gmin,i) : حداکثر و حداقل محدوده تولید توان از واحد حرارتی iام
ng : تعداد کل ژنراتورهای متعهد
P_d : تقاضا (دیماند) کل سیستم
P_L : تلفات کل سیستم
B,B_0,B_00 : ضرایب B تلفات انتقال
P_gi^O : بازه توان خروجی قبلی واحد حرارتی iام
UR_i : حد بالا نرخ سطح شیبدار از واحد iام
DR_i : حد پایین سطح شیبدار از واحد iام
K_1,K_2 : عوامل جریمه
:n ابعاد فضای جست و جو
:N تعداد ذرات در اجتماع
:X موقعیت اجتماع
:V سرعت اجتماع
:S فضای جست و جو
: X_id (t) موقعیت iام ذرات در زمان t در یک فضای n بعدی
: V_id (t) سرعت iام ذرات در زمان t در یک فضای n بعدی
: P_id (t) بهترین موقعیت فعلی iام ذرات در زمان t در یک فضای n بعدی
: P_gb (t) بهترین موقعیت فعلی سراسری از اجتماع در زمان t در یک فضای n بعدی
: w عامل وزن اینرسی
: w_max حداکثر مقدار عامل اینرسی وزن
: w_min حداقل مقدار عامل اینرسی وزن
:C_1 عامل شتاب از مولفههای شناختی
: C_2 عامل شتاب از مولفههای اجتماعی
: c_1i مقدار اولیه عامل شتاب
c_1f : مقدار نهایی عامل شتاب
: c_2i مقدار اولیه عامل شتاب
: c_2f مقدار نهایی عامل شتاب
:〖r_2, r〗_1 اعداد تصادفی
:V_d^max حداکثر سرعت
:K عامل انقباض
:r اعداد تصادفی
:k تکرار فعلی
: k_max حداکثر تعداد تکرار

فصل اول
مقدمه

1-1 مقدمه
توزیع اقتصادی بار1 یکی از موضوعات مهم در زمینه مدیریت و بهرهبرداری سیستمهای قدرت به شمار میرود. هدف از توزیع بهینه یا اقتصادی بار در واقع تخصیص تولید بین واحدهای در مدار سیستم (فعال) میباشد به نحوی که همزمان با تامین تقاضای بار، حدود تولید، نواحی کار ممنوع، سایر محدودیتهای نیروگاهها در نظر گرفته شده و با لحاظ تلفات شبکه انتقال، کل هزینه تولید در هر بازه زمانی و برای شرایط بار پیش بینی شده، حداقل گردد [1].
امروزه با توجه به روند رو به رشد بار و بالا بودن هزینههای تولید انرژی الکتریکی، افزایش تقاضای انرژی الکتریکی و محدودیت در نصب واحدهای جدید نیروگاهی، نیاز به بهرهبرداری بهینه از واحدهای موجود در جهت کاهش هزینههای بهرهبرداری به شدت احساس میشود.
مسئله توزیع اقتصادی بار هنگامی مطرح است که واحدهای موجود در مدار، معلوم بوده و بخواهیم ببینیم که برای تامین بار مورد نیاز شبکه و ذخیره چرخان مورد نیاز، هر یک از واحدهای موجود در مدار چه توانی را تولید کنند تا هزینه سوخت کل واحدها حداقل شود. اما باید توجه داشت که در شبکه واقعی، همواره بار مورد نیاز شبکه در حال تغییر است. لذا باید تعیین شود که بهتر است که چه ترکیبی از واحدها در مدار قرار گیرند تا علاوهبر تامین بار مورد نیاز شبکه در کلیه مراحل دوره زمانی مورد مطالعه، در پایان دوره مورد نظر خط مشی بهینه حاصل گردد.
یکی از مهمترین مسائل روز بهینهسازی تولید انرژی، تعیین نحوه آرایش نیروگاهها جهت تولید بار مصرفی در یک دوره کوتاه مدت (معمولا 24 ساعت) است که از آن به عنوان مسئله مشارکت نیروگاهها2 یاد میشود. این مسئله به دلیل حجم زیاد محاسباتی و وسعت ابعاد در زمره مسائل دشوار قرار میگیرد. مسئله توزیع اقتصادی بار به عنوان زیر مجموعه مسئله مشارکت نیروگاهها میباشد.
توزیع اقتصادی بار به صورت یک مسئله بهینهسازی با هدف حداقلکردن تابع هزینه سوخت نیروگاههای بخاری بیان میشود.
تابع هزینه سوخت با توجه به محدودیتهای در نظر گرفته شده برای مسئله به صورت مدلهای ریاضی گوناگونی مطرح میشود. در مسائل توزیع اقتصادی بار اولیه، این تابع هزینه سوخت به صورت یک تابع درجه دوم3 مدل شده است و تنها محدودیتهای تامین تقاضای بار و حدود تولید در نظر گرفته میشود.
بعدها با اضافه شدن توربینهای بزرگ به نیروگاهها، مدل تابع هزینه سوخت از یک معادله درجه دوم پیوسته به یک تابع مرکب چند جملهای و غیرمحدب4 تبدیل شد. در توربینهای بخار بزرگ، شیرهای حرارتی به ترتیب با افزایش توان تولیدی ژنراتورها باز میشوند. هنگامی که شیری در ابتدا باز میشود به علت زیاد شدن سریع تلفات دریچه بخار، نرخ افزایشی حرارتی به صورت ناگهانی زیاد میشود. این مدل به خاطر در نظر گرفتن قید شیر بخار5 در تابع هزینه سوخت ناهمواریهایی را به وجود میآورد.

1-2 بررسي سوابق تحقیق
تاکنون مطالعات و تحقیقات مختلفی برای حل مسئله توزیع اقتصادی بار انجام شده است. به طور کلی روشهای حل موجود را میتوان در سه دسته کلی زیر جای داد:
دسته اول: روشهای تحلیلی ریاضی
روشهای تحلیلی و محاسباتی ریاضی و تکنیکهای رایج در یافتن نقطه حداقل توابع که اکثر آنها بر مبنای گرادیان و مشتقگیری میباشند از قبیل روش مرحلهای تکرار لامبدا، روش گرادیان، روش نقطه بهینه، عامل مشترک و ….
مزیت این روشها فراوانی روشهای اثبات شده آنها و رسیدن به جواب بهینه ریاضی است. ولی این روشها در حالتی که تابع هدف غیرخطی و یا مشتقپذیر نباشند، در یافتن نقطه بهینه دچار مشکل میشوند. بنابراین در حالتی که تابع هزینه سوخت را با در نظر گرفتن قید شیر بخار مدل میکنیم استفاده ز این روشها مناسب نیست.
در [2]،Papageorgiou از روش برنامهریزی غیرخطی6 در حل مسئله ED استفاده کرده است. تابع هزینه سوخت به صورت یک تابع درجه دوم مدل شده است. محدودیتهای نواحی ممنوعه7 که منجر به ناپیوستگی تابع هزینه سوخت میشود نیز در این مقاله در نظر گرفته شده است. برای فایق آمدن بر این محدودیت نویسنده از تکنیک تبدیل به نقاط صحیح8 و پیوسته استفاده کرده است.
در [1]،Adhinarayanan از الگوریتم تکرار لامبدا استفاده کرده است. برای حل مشکل نواحی ممنوعه از روش میانگین گیری در بازههای جداسازی استفاده نموده است.
دسته دوم: روشهای برنامهپذیر9
روش برنامهپذیر پویا الگوریتم منظمی میباشد که تمامی حالات ممکن برای مسئله را از روی یک اسلوب معین ارزیابی میکند.
این روش از این حیث که نیازی به مشتقگیری ندارد مناسب میباشد ولی با افزایش تعداد واحدهای نیروگاهی، زمان و حافظه مورد نیاز برای حل مسئله به طور قابل توجهی افزایش مییابد. در [4] ED تابع هزینه سوخت با در نظر گرفتن قید شیر بخار به کمک روش برنامهپذیر پویا حل شده است.
دسته سوم: استفاده از الگوریتمهای تکاملی10
الگوریتم تکاملی با ایجاد یک جمعیت اولیه که، هر عضو کاندیدایی از پاسخ مسئله میباشد، آغاز میگردد. با تغییر تصادفی اما هدفمند جمعیت اولیه، در هر تکرار، جمعیت جدیدی خلق میشود. مقدار تابع هدف به ازای هر عضو از جمعیت، معیار سنجش آن عضو میباشد. نهایتاً با اتخاذ یک روش انتخاب، پاسخها از متوسط به پایین، دور ریخته میشوند. مراحل مذکور با انتخاب پاسخهای بهتر در هر مرحله، تا زمانی که پاسخ بهتری در مسئله کشف نگردد، تکرار میشوند. از آنجایی که الگوریتمهای تکاملی برخلاف روشهای ریاضی به شرایط اولیه، پیوستگی توابع هدف و همچنین عملگرهایی همچون مشتق و انتگرال وابستگی ندارند، بیشتر مورد توجه قرار گرفتهاند. همچنین زمان و ابعاد حل مسئله تقریباً به صورت خطی با تعداد واحدها افزایش مییابد که با وجود کامپیوترهای امروزی، انتخابی صحیح برای حل مسائل عملی توزیع قتصادی بار به نظر میرسند.
برای مثال میتوان از الگوریتمهای اجتماع ذرات11(PSO) [7-5]، الگوریتم مورچگان12(ACO) [8]، الگوریتم تفاضل تکاملی13(DE) [10و9]، روش تاگوچی14[11]، الگوریتم جستجو ممنوعه15(TS) [12] و الگوریتم ژنتیک16(GA) [13] در حل مسائل ED عملی نامبرد.
اگرچه این الگوریتمهای تکاملی همیشه تضمین رسیدن به جوابهای بهینه کلی را نمیدهند اما در زمان معین و محدود، آنها اغلب با سرعت بیشتر به حلهای نزدیک و یا زیر نقطه بهینه کلی میرسند. اما این روشها از مشکلاتی از قبیل همگرایی سریع و یکنواختی جمعیت بعد از چند تکرار رنج میبرند. برای حل این مشکلات در سالهای اخیر از تکنیکهای مختلفی به منظور تغییر در ماهیت استاندارد این الگوریتمها استفاده میشود. یکی از این تکنیکها، ترکیب کردن این الگوریتمها با

دیدگاهتان را بنویسید