Download
1 / 84
950 likes | 1.28k Views
G. G. G. G. G. G. G. G. G. در مدار قرار دادن نيروگاهها (Unit Commitment). G. G. G. G. G. G. G. G. G. تصميم گيري در مورد اينكه كدام واحد بايد توليد كند؟= UC. در طول دوره بهره برداري چه زماني واحدهاي توليد بايد وارد مدار، و يا از مدار خارج شوند؟
E N D
G G G G G G G G G در مدار قرار دادن نيروگاهها (Unit Commitment)
G G G G G G G G G تصميم گيري در مورد اينكه كدام واحد بايد توليد كند؟=UC • در طول دوره بهره برداري چه زماني واحدهاي توليد بايد وارد مدار، و يا از مدار خارج شوند؟ • تابع هدف چيست؟ بهينه نمودن عايدي (هزينه، سود)
در مدار قرار دادن نيروگاهها (Unit Commitment) رفتار دوره اي بشر= تغييرات دوره اي نياز مصرف
در مدار قرار دادن نيروگاهها (Unit Commitment)
UCچيست؟ • تعدادي واحد توليد داريم نياز مصرف براي دوره اي از زمان پيش بيني شده است علاوه بر هزينه بهره برداري واحدها، هزينه ها و قيود زير نيز مورد توجه استهزينه راه اندازي، هزينه از مدار خارج نمودن واحد، ذخيره چرخان، زمان توقف و فعاليت
UCچيست؟ • از تعريف اشاره شده بر مي آيد كه نمي توان به راحتي واحدهاي معيني را در مدار قرار دادو آنها را مورد بهره برداري قرار داد بنابراين ضروري است كه از قبل تمهيدات لازم براي اين موضوع انديشيده شود و بر مبناي بار پيش بيني شده و محدوديتهاي موجود، واحدهايي كه بايد در مدار قرار گيرند (و آنهايي كه بايد از مدار خارج شوند) تعيين شوند. هنگامي كه حداقل نمودن هزينه مد نظر است، واحدهاي ارزان ابتدا وارد مدار مي شوند واحدهاي گران، هنگامي در مدار قرار مي گيرند كه بار زياد باشد
چگونه مسئله UC را حل مي كنيم؟ • اگر واحدي روشن است، آن را با 1 و چنانچه خاموش باشد 0 را براي آن در نظر مي گيريم بنابراين، به طريقي تصميم مي گيريم كه براي ساعت بعد تركيب 01101 را خواهيم داشت (براي 5 واحد) براي تركيب اشاره شده، مسئله ED را براي واحدهاي 2، 3 و5 حل مي كنيمبراي ساعات بعد نيز، تركيب هاي مختلف را در نظر مي گيريم
چگونه به تركيب اشاره شده مي رسيم؟ • چگونه به تركيب 01101 مي رسيم؟ ساده ترين راه: اگر تعداد واحدها كم باشد، تمامي تركيبات براي ساعت به ساعت چك شود براي هريك از تركيبات در يك ساعت خاص، توزيع اقتصادي بار انجام شود
مثال- سيستم سه واحدي • اگر قرار باشد بار 550 مگاوات را تامين كنيم كدام تركيب را بايد انتخاب كنيم؟
مثال-سيستم سه واحدي • امتحان نمودن تمامي تركيبات • بعضي از تركيبات غير ممكن (Non-feasible) هستند. تركيباتي كه مجموع توانهاي حداقل واحدها از بار بيشتر است، يا اينكه مجموعه توانهاي حداكثر واحدها از بار كمتر است. بهترين تركيب آن است كه تنها واحد شماره 1 در مدار باشد. (100)
مثال • اگر بار از الگويي مطابق شكل مقابل در دوره اي از زمان برخوردار باشد، نحوه وارد و خارج كردن واحدهاي توليد به چه صورت خواهد بود؟ • اقتصادي ترين تركيب را با روش مثال قبل، براي هر بار بين 1200 و 500 مگاوت در پله هاي 50 مگاواتي، مطابق با جدول صفحه بعد تعيين مي كنيم.
مثال • اگر بار بالاي 1000 مگاوات باشد هر سه واحد، باربين 1000 و 600 مگاوات واحدهاي 1 و 2، و براي بارهاي كمتر از 600 مگاوات واحد شماره 1 را بايد در مدار قرار داد • تنها قيدي كه در اين بخش مورد توجه بوده است، كفايت تعداد واحدهاي توليد مي باشد. اما در عمل قيود ديگري نيز وجود دارد كه باعث پيچيده تر شدن مسئله درمدار قرارگرفتن نيروگاهها مي شوند.
قيود موجود در UC 1- ذخيره چرخان (تفاوت بين ظرفيت بالقوه فعال و مجموع بار و تلفات سيستم)- در صورت از دست رفتن يك واحد بايد ذخيره كافي بايد در سيستم به منظور تامين بار در زمان مشخص وجود داشته باشد • ذخيره چرخان، براساس قواعد خاصي تعيين مي شود؛ • درصدي از اوج مصرف • معادل بزرگترين واحد نيروگاهي • تابعي از اميد از دست رفتن بار (LOLP) (يا احتمال عدم توليد كافي براي تامين بار) • علاوه بر ذخيره هاي چرخان، ذخيره هاي غير فعالي نيز در مساله UC در نظر گرفته مي شوند: • واحدهاي ديزلي با راه اندازي سريع • توربينهاي گازي • نيروگاههاي آبي تلمبه اي ذخيره اي
ذخيره چرخان دو ناحيه از يك سيستم قدرت (غرب و شرق)- مجموعاً بار 3090 مگاوات را تامين مي كنند. خطوط بين نواحي مي توانند تا 550 مگاوات را انتقال دهند. • موقعيت مكاني واحدهاي ذخيره هاي چرخان نيز حائز اهميت است.
قيود واحدهاي حرارتي • قيد تعداد خدمه (براي روشن و خاموش كردن) • به دليل قابليت تحمل كم تغييرات حرارت واحدهاي حرارتي، وارد مدار نمودن واحدهاي حرارتي ساعتها طول مي كشد. اين ام موجب مي شود قيدهاي ديگري به مسئله اضافه شوند: • حداقل زمان فعاليت • حداقل زمان توقف- پس از توقف حداقل زماني لازم است تا بتوان آن را مجدداً وارد مدار كرد • تعداد خدمه- همزمان نمي توان چند واحد را در مدار قرار داد
راه اندازي • براي راه اندازي و در مدار قرار دادن نيروگاه نياز به صرف انرژي معيني است. هزينه راه اندازي به روش راه اندازي بستگي دارد. راه اندازي گرم و راه اندازي سرد. • با مقايسه دو روش راه اندازي از نظر هزينه، بهترين روش انتخاب مي گردد.
ساير قيود • قيد واحدهاي آبي • حالت كار اجباري • محدوديتهاي سوخت
روشهاي حل UC • تعيين الگوي بار براي M دوره • تعداد N واحد توليد براي در مدار قرار دادن و توزيع بار • M سطح بار و قيود كاري N واحد به گونه اي است كه تركيبي از واحدها مي تواند بارها را تامين نمايد • تعداد كل تركيبها در هر بازه زماني
روشهاي حل UC • روشهاي حل بر اساس ليست حق تقدم • برنامه ريزي ديناميكي (پويا)DP • آزاد سازي لاگرانژ LR
ليست حق تقدم • هزينه متوسط در بار كامل (معيار حق تقدم)
ليست حق تقدم • تركيباتي كه بايد در مدار قرار گيرد بصورت زير مي باشد
ليست حق تقدم • روشهاي مبتني بر ليست حق تقدم با الگوريتمي براي از مدار خارج كردن يا وارد مدار نمودن واحدهاي همراه هستند 1 - وقتي كه بار در ساعتي كاهش مي يابد، مشخص نماييد كه آيا از مدار خارج كردن واحد بعدي از ليست حق تقدم، ظرفيت توليد كافي براي تامين بار و نيز ذخيره چرخان باقي مي گذارد يا خير؟ اگر جواب منفي است وضعيت را حفظ كنيد و در غير اينصورت به مرحله بعدي برويد 2- مشخص نماييد چند ساعت بعد (H)به واحد مجدداً نياز است؟ 3- اگر H از حداقل زمان توقف مجاز واحد كمتر باشد وضعيت را حفظ كنيد و در غير اينصورت به مرحله بعد برويد
ليست حق تقدم 4- دو مقدار هزينه را محاسبه نماييد. اول مجموع هزينه هاي توليد هر ساعت (طي Hساعت آينده) را با فرض اينكه واحد فعال باشد. دوم همان مجموع را با فرض توقف واحد به اين صورت كه هزينه راه اندازي را براي يكي از دو روش سرد يا گرم (هر كدام كه مقروي به صرفه بود) نيز اضافه كنيد. اگر از مدار خارج كردن واحد به اندازه كافي مقرون به صرفه باشد، اين كار را انجام دهيد و در غير اينصورت وضعيت را حفظ نماييد. 5- تمام مراحل فوق را براي واحد بعدي در ليست حق تقدم تكرار نماييد. اگر آن واحد نيز از مدار خارج شود، به سراغ واحد بعدي برويد.
مفاهيم اساسي و عوامل برنامه ريزي ديناميك (پويا) • مرحله (Stage): هر مساله برنامه ريزي پويا به چند مساله كوچكتر (مساله فرعي) تقسيم مي گردد. هريك از اين مسئله هاي فرعي را يك مرحله مي نامند. از ويژگيهاي مشخص هر مرحله آن است كه بايد در آن تصميم گيري شود. • وضعيت يا حالت (State): هر مرحله داراي چندين وضعيت است و در هر مرحله بايد مشخص كنيم كه در كدام وضعيت هستيم. از ويژگيهاي مشخص هر وضعيت آن است كه مراحل را به هم مربوط مي كند. • اقدام (Action): در هر وضعيت تعدادي اقدام وجود دارد كه از ميان آنها يك يا چند اقدام انتخاب مي شوند. مجموعه اقدامها را متغيرهاي تصميم گيري مي نامند.
مفاهيم اساسي و عوامل برنامه ريزي ديناميك (پويا) • خط مشي (Policy): براي يك مسئله بايد راه حلي ارائه دهيم كه اين راه حل عبارت از اين است كه چه اقدامي يا اقدام هايي بايد از وضعيت فعلي تا وضعيت نهايي انجام شود. خط مشي بهينه عبارت از بهترين راه حل مي باشد. • عايدي يا برگشت (Return): عايدي كلمه اي عام است كه مي تواند درآمد، هزينه، سود، فاصله زماني، فاصله مكاني باشد. هدف اصلي يك مساله برنامه ريزي پويا آن است كه عايدي كل بهينه شود. • تابع انتقال وضعيت: تابعي است كه در مرحله مورد نظر، حالت مشخصي را تحت اقدام معيني قرار مي دهد. • ارزش يا وضعيت: فاصله بهينه از حالت مورد نظر تا مقصد
خصوصيات يك مسئله قابل حل با برنامه ريزي ديناميك • مساله بهينه سازي مورد نظر را بايد بتوان به مسايل كوچكتر خرد كرد و هر كدام را در يك مرحله قرارداد. هر مساله كوچك را بايد بتوان در يك مرحله (Stage) مورد ارزيابي، تصميم گيري و حل قرارداد. • در هر مرحله كه با يك مساله كوچك سر و كار داريم بايد بتوان كليه حالتهاي (States) مربوط با آن مرحله را مشخص نمود. • حلي كه در هر مرحله به دست مي آيد يا تصميمي كه در هر مرحله گرفته مي‌شود نشان خواهد داد كه چگونه حالت در مرحله فعلي به حالت در مرحله بعدي تبديل مي شود.
خصوصيات يك مسئله قابل حل با برنامه ريزي ديناميك وقتي در حالت فعلي قرار داريم، تصميم يا حل بهينه براي هريك از مراحل باقي مانده(طي نشده) نبايد به حالتهاي قبلي يا تصميماتي كه قبلاً گرفته شده اند، بستگي داشته باشند، بلكه بايد بتوان در هر مرحله اي كه قرار داريم جواب يا راه حل بهينه را به دست آوريم. اگر چه اين حل بهينه مرحله اي است و هنوز ممكن است كامل نباشد، يعني نتواند حل نهايي مورد نظر ما براي مساله بزرگ باشد. اين خصوصيت مهم را بعنوان اصل بهينگي (Principle of optimality) مي گويند. در واقع كار اصلي بلمن (Belman) در روش برنامه ريزي پويا ارائه اين اصل مي باشد كه بر اساس آن مي توان در هر مرحله حل بهينه تا آن مرحله را به دست آورد و براي اين كار فقط به اطلاعات يك مرحله قبل نياز خواهد بود(و مراحل ما قبل تر مورد نياز نخواهد بود).
خصوصيات يك مسئله قابل حل با برنامه ريزي ديناميك • اگر حالتهاي موجود در يك مسئله را در T مرحله طبقه بندي كنيم، آنگاه بايد بتوان يك رابطه برگشتي (Recursiveequation) تشكيل داد كه هزينه يا فايده به دست آمده در مرحله t ، t+1 الي T را بتوان به هزينه يا فايده حاصله از مراحل t+1، t+2 الي T مرتبط كرد.
مثال حق تقدم واحدها: 3، 2، 1 و 4
مثال-حالت اول-ليست حق تقدم در هر ساعت، سه حالت از ليست حق تقدم مورد بررسي قرار مي گيرد. يكي از حالتها ممكن نيست. بنابراين 24 توزيع اقتصادي بار بايد حل شود.
مثال-يكايك شماري در حالت دوم، در هر مرحله 15 حالت مورد بررسي قرار مي گيرد. بعضي از حالتها ممكن نيستند. دايره ها نشان دهنده حالت مي باشند. اعداد داخل دايره ها نشان دهنده حالتي از مرحله قبل است كه به اين حالت در مرحله فعلي رسيده است. حداقل هزينه براي رسيدن در هريك از حالات در مرحله (ساعت) 2، از حالت 12 در مرحله قبل (1) ايجاد مي شود. در دومين ساعت، حداقل هزينه براي حالتهاي 12، 13، 14 و 15، تماماً از انتقال از ساعت 12 در ساعت اول نتيجه مي شود.
ميسر بهينه-حالت اول و دوم تنها تفاوت در دو مسير در ساعت 3 ايجاد مي شود.
حالت سوم -حداقل زمان فعاليت و توقف سه مقدار مختلف براي ذخيره سازي تعداد مسيرها در هر مرحله در نظر گرفته شده است. (4، 8 و10). براي N=8,10 جوابهاي يكسان حاصل شده است. براي حالت N=4، در ساعت هفتم مسيرهاي داراي حداقل هزينه واحدهايي را متوقف نموده اند كه بعلت قيود حداقل زمان توقف نمي توان آنها را در ساعت هشتم راه اندازي نمود. راه حل حفظ تعداد بيشتري از مسيرها است.
كاهش فضاي جستجو • در روش ليست حق تقدم، ممكن است حالت بهينه از دست برود. با ملاحظه اثرات وابسته به زمان حادتر مي شود. (هزينه راه اندازي كه تابع زماني است كه واحد متوقف بوده است، حداقل زمان توقف و فعاليت، حداكثر تعداد راه اندازي واحدها در يك دوره معين) • نياز به استفاده از روشهاي ابتكاري (محدود نمودن تعداد حالتها و تعداد مسيرهاي ذخيره شده)-(بين دو روش ليست حق تقدم و يكايك شماري كامل) • نياز به حوزه جستجوي محدود (استفاده از ليست حق تقدم و استفاده از تشخيص هاي مهندسي)- واحدهاي پايه همواره بايد در مدار باشند(اقتصادي يا دلايل ديگر)- واحدهاي در حال تعمير و واحدهاي با هزينه بهره برداري زياد كه تنها در شرايط اضطراري به آنها نياز است.
