Εφαρμογή γενετικών αλγόριθμων στην επίλυση του προβλήματος της βραχυπρόθεσμης υδροθερμικής συνεργασίας

Abstract

This dissertation deals with the Short-Term Hydrothermal Coordination (STHC) problem of electrical production systems under centralized management. SHTC is formulated as a Mixed Integer Programming (MIP) problem with non-linear objective function. The initial large-scale optimization problem is decomposed into Hydro and Thermal sub-problems. In this decomposition scheme, the Hydro problem is solved by the proposed Enhanced Genetic Algorithm (EGA) and the Thermal problem by a generalized priority-list Unit Commitment. In contrast to other Genetic Algorithm solution approaches the Hydro problem is solved at unit-level. The slow convergence of the Simple Genetic Algorithm (SGA) is resolved with the introduction of problem specific genetic operators for the EGA approach. Application of the proposed EGA for the solution of the STHC of the Greek power production system proves the efficiency of the EGA in terms of solution quality and optimality criteria. EGA scalability is proven for double-sized systems with satisfactory results. Generality of the proposed EGA is tested against commercially available MIP solvers for a variation of MIP defined STHC with linear objective. Dissertation concludes with the inclusion of Transmission System constraints in terms of monitoring transmission capacity limits of high-voltage lines. Conducted experiments prove that the new problem is efficiently solved in the same EGA framework.

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται το πρόβλημα της Βραχυπρόθεσμης Υδροθερμικής Συ- νεργασίας (ΒΥΣ) σε συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με κεντρική διαχείρι- ση. Η ΒΥΣ τοποθετείται ως πρόβλημα Μικτού Ακεραίου Προγραμματισμού (ΜΑΠ) με μη- γραμμική συνάρτηση στόχου. Το πρόβλημα διασπάται σε Υδροηλεκτρικό και Θερμικό υπo- πρόβλημα βελτιστοποίησης. Το Υδροηλεκτρικό πρόβλημα επιλύεται με χρήση Βελτιωμένου Γενετικού Αλγορίθμου (ΒΓΑ) ενώ το αντίστοιχο Θερμικό με χρήση γενικευμένης λίστας προτεραιότητας. Η προτεινόμενη μεθοδολογία επίλυσης του Υδροηλεκτρικού προβλήματος παρέχει τη δυνατότητα μοντελοποίησης της κατάστασης ένταξης των υδροηλεκτρικών μο- νάδων. Η αργή σύγκλιση του Απλού Γενετικού Αλγορίθμου (ΑΓΑ) αντιμετωπίζεται με την ανάπτυξη ειδικών για το πρόβλημα της ΒΥΣ Γενετικών Τελεστών. Ο ΒΓΑ εφαρμόζεται για την επίλυση της ΒΥΣ του Ελληνικού συστήματος παραγωγής και τα εξαγόμενα αποτελέ- σματα αποδεικνύουν την υπεροχή του έναντι του ΑΓΑ. Η επεκτασιμότητα του ΒΓΑ διε- ρευνάται σε συστήματα διπλασίου μεγέθους με ικανοποιητικά αποτελέσματα. Η γενικό- τητα εφαρμογής του προτεινόμενου ΒΓΑ αποδεικνύεται κατά τη σύγκρισή του με εμπορι- κά διαθέσιμους επιλυτές προβλημάτων ΒΥΣ ΜΑΠ με γραμμική συνάρτηση στόχου. Η δια- τριβή ολοκληρώνεται με την εισαγωγή των περιορισμών του συστήματος μεταφοράς. Τα πειράματα εφαρμογής αποδεικνύουν ότι η ενσωμάτωση των επιπλέον περιορισμών δεν ε- πιβαρύνει σημαντικά το ρυθμό σύγκλισης και το τελικό αποτέλεσμα.