توصيفگر ها :
: درمدار آوردن واحدهاي نيروگاهي مقيد به محدوديت‌هاي بهره‌برداري شبكه انتقال , معادلات پخش‌توان AC , بهينه‌سازي , رهاسازي مخروطي مرتبه دوم , تجزيه بندرز , معيار امينت N-1
چكيده فارسي :
مسأله درمدار آوردن واحدهاي نيروگاهي مقيد به محدوديت‌هاي بهره‌برداري از شبكه قدرت يكي از مسائلي است كه به صورت سنتي در صنعت برق در بهره‌برداري شبكه قدرت مطرح است. هدف از حل اين مسأله، به‌دست آوردن حالت بهينه در مدار قرار گرفتن واحدهاي نيروگاهي براي تأمين تقاضا در طول افق برنامه‌ريزي با هدف كمينه‌سازي هزينه‌هاي بهره‌برداي يا بيشينه‌سازي رفاه اجتماعي با درنظرگرفتن محدوديت‌هاي بهره‌برداري از واحدهاي نيروگاهي و بهره‌برداري از شبكه قدرت (عموماً مبتني بر معادلات پخش توان DC) است. با توسعه روزافزون زيرساخت‌ها و تكنيك‌هاي محاسباتي، امروزه درنظرگرفتن محدوديت‌هاي بهره‌برداري از شبكه قدرت مبتني بر معادلات پخش توان AC براي افزايش دقت در مدل‌سازي محدوديت‌هاي بهره‌برداري از شبكه مورد نياز است. حل مسأله در مدار آوردن واحد هاي نيروگاهي مقيد به محدوديت‌هاي بهره‌برداري مبتني بر معادلات پخش توان AC با دو مشكل روبرو است. مشكل اول، غيرمحدب بودن معادلات پخش توان است كه در اين صورت هيچ تضميني براي رسيدن به يك پاسخ بهينه سراسري وجود ندارد و همچنين باعث پيچيدگي در حل مسأله مي‌شود. مشكل دوم، ابعاد بزرگ مسأله است كه به شدت سرعت حل مسأله را تحت تاثير قرار مي‌دهد. در اين پايان نامه به حل توأم دو مشكل فوق‌الذكر پرداخته مي‌شود. براي حل مشكل اول، در مسأله در مدار آوردن واحدهاي نيروگاهي مقيد به محدوديت بهره‌برداري از شبكه قدرت، از معادلات پخش توان AC مخروطي درجه دوم به عنوان راهي براي محدب‌سازي مسأله استفاده مي‌شود. براي حل مشكل دوم، از روش تجزيه بندرز براي حل استفاده مي‌شود. به كمك اين روش، مسأله يك‌پارچه اوليه به يك مسأله اصلي و يك زير مسأله تقسيم مي‌شود. مسأله اصلي، مسأله‌اي رهاسازي‌شده از مسأله اوليه است كه به يافتن متغيرهاي باينري در مدار آوردن واحدهاي نيروگاهي به عنوان متغيرهاي پيچيده‌كننده اختصاص دارد. زيرمسأله نسخه‌اي محدودشده از مسأله اوليه است كه به يافتن متغيرهاي پيوسته مسأله اوليه مي‌پردازد. با حل متوالي اين دو مسأله و جابجايي اطلاعات لازم بين آنها مسأله اوليه در زمان قابل قبول حل مي‌شود. در ضمن، محدوديت‌هايي به عنوان محدوديت هاي شتاب دهنده به مسأله اصلي اضافه مي‌شود. اين محدوديت‌ها بدون اين كه، پاسخ بهينه نهايي مسأله را تحت تأثير قرار دهد، سرعت حل مسأله را به طرز قابل توجهي افزايش مي‌دهند. در ادامه، براي در نظرگرفتن معيار امنيت بهره‌برداري، مدل پيشنهادي در مدار اوردن واحدهاي نيروگاهي مقيد به محدوديت‌هاي بهره‌برداري از شبكه قدرت براي در نظر گرفتن معيار امنيت N-1 توسعه داده مي‌شود. معيار N-1 صرفاً براي خطوط انتقال در نظر گرفته مي‌شود. تامين كامل بار در حالت بهره‌برداري نرمال و پس از وقوع پيشامد الزام مدنظر در اين معيار است. مدل و روش حل پيشنهادي بر روي شبكه آزمون IEEE-24bus در نرم افزار گمز پياده‌سازي مي‌شود و با استفاده از مورد‌هاي مطالعات متعدد، توانمدي مدل و روش حل پيشنهادي مورد اعتبارسنجي و ارزيابي قرار مي‌گيرد. نتايج عددي نمايش‌دهنده توانمندي و كارآيي مدل و روش حل پيشنهادي براي حل مسأله در مدار اوردن واحدهاي نيروگاهي مقيد به محدوديت‌هاي بهره‌برداري از شبكه قدرت براي در نظر گرفتن معيار امنيت N-1 در شبكه‌هاي نسبتاً بزرگ مقياس است.
چكيده انگليسي :
Generation unit commitment considering transmission network operational constraints is a core challenge in power system operations. The objective is to determine the optimal schedule for generation units to meet demand over a planning horizon while minimizing operational costs or maximizing social welfare, accounting for both generation units and transmission network operational constraints (typically modeled using DC power flow equations). With the growing complexity of power systems and advancements in computational techniques, the incorporation of AC power flow-based transmission network operational constraints has become essential for accurate representation of power system operations. However, solving the unit commitment problem under AC transmission network operational constraints presents two major challenges: (1) the inherent non-convexity of the AC power flow equations, which complicates the solution process and offers no guarantee of achieving a globally optimal schedule, and (2) the large-scale nature of the problem, which significantly impacts computational efficiency. This thesis addresses these challenges simultaneously. To handle the non-convexity issue, a second order conic relaxation of the AC power flow equations is employed, transforming the problem into a convex formulation. To address the scalability issue, a Benders decomposition approach is applied. This technique decomposes the original large-scale problem into a master problem and a subproblem. The master problem, which represents a relaxed version of the original problem, focuses on determining the binary unit commitment variables as complicating variables. The subproblem, which is a tightened version of the original problem, finds the continuous variables. By iteratively solving these two problems and exchanging information between them, the original problem can be efficiently solved within a reasonable timeframe. Moreover, to further enhance computational efficiency, acceleration constraints are incorporated into the master problem. These constraints expedite the convergence process without impacting the optimality of the final solution. The proposed model is further extended to include the N-1 reliability criterion, which ensures reliable system operation under single-contingency scenarios, particularly focusing on transmission line outages. The proposed model and solution methodology are implemented on the IEEE 24 bus test system using GAMS software, and their effectiveness is validated through extensive case studies. Numerical results confirm the capability and efficiency of the proposed approach in solving large-scale unit commitment problems with AC transmission network operational constraints while ensuring N-1 reliability compliance.
