فهرست مطالب عنوان صفحهفهرست مطالب.. هشتفهرست اشکال.. دهفهرست جداول.. یازدهلیست نمادها.. سیزدهچکیده.. 1 فصل اول: مقدمه1-1................... پیشگفتار.. 21-2....... توابع رفاه اجتماعی و مدیریت انرژی.. 41-3........ مروری بر ساختارهای مدیریت انرژی الکتریکی.. 61-3-1.......... ساختار مدیریت انرژی متمرکز.. 71-3-2........... ساختار مدیریت انرژی غیرمتمرکز.. 71-3-3.......... ساختار مدیریت انرژی ترکیبی.. 81-4......................................................................... اهداف و نوآوریهای پایاننامه.. 91-5.............................................................................. مروری بر ساختار پایاننامه.. 11 فصل دوم: مدیریت انرژی خوشهای از بارهای پاسخگو به قیمت بر اساس بازی همکارانه2-1............................................... پیشگفتار132-2................................................ مدلسازی142-2-1.......................................... فروض مسأله142-2-2........................................... فرمول‌بندی152-2-3................. نقد مسأله کلاسیک مدیریت انرژی ترکیبی192-2-4مدلسازی مسأله مدیریت انرژی ترکیبی بر اساس بازی همکارانه202-3............................................. نتایج عددی212-3-1......................... ترکیب اول: خوشهای از دو بار232-3-2......................... ترکیب دوم: خوشهای از سه بار292-3-3........................ ترکیب سوم: خوشهای از هفت بار342-4.................................... جمع‌بندی و نتیجه‌گیری39 فصل سوم: مدلسازی مسأله انتخاب نقطه تعادل به کمک بهینهسازی دوسطحی3-1........................................................................................................................ پیشگفتار.. 413-2مدلسازی انتخاب نقطه تعادل در مسأله مدیریت انرژی ترکیبی به‌صورت یک مسأله بهینهسازی.. 42 3-3............................................ تبدیل مسأله انتخاب نقطه تعادل به MPCC.. 443-4..................................................... استفاده از روش خطی‌سازی FM در MPCC.. 503-5......... تبدیل مسأله انتخاب نقطه تعادل مدیریت انرژی به MPPDC.. 533-6.......................... استفاده از روش گسترش باینری در خطی‌سازی MPPDC.. 553-7......................................................................................... جمع‌بندی و نتیجه‌گیری.. 59 فصل چهارم: معرفی معیارهای برابری تخصیص در انتخاب نقطه تعادل و نتایج عددی4-1............................................. پیشگفتار604-2................................... توابع هدف پیشنهادی614-2-1......................... تابع هدف حداقل فاصله (MD)614-2-2....................... تابع هدف حداقل نسبت‌ها (MND)624-2-3........... تابع هدف حداقلسازی تفاضل نسبت‌ها (MDND)624-3........................................... نتایج عددی634-4....................................... مسائل محاسباتی654-4-1....................... ترکیب اول: خوشهای از دو بار654-4-2....................... ترکیب دوم: خوشهای از سه بار694-4-3...................... ترکیب سوم: خوشهای از هفت بار734-5............................ جبران کاهش کارایی در شبکه774-5-1........................... روش جبران نسبت‌های مساوی784-5-2........................................ نتایج عددی794-6.................................. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری81 فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات5-1.................................. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری835-2............................................ پیشنهادات88 پیوست الف: مسأله بهینهسازی چندهدفه.. 89پیوست ب: مسائل بهینهسازی چندسطحی.. 92پیوست ج: شرایط بهینگی KKT.. 103پیوست د: دوگان مسأله بهینهسازی.. 105مراجع.. 107 فهرست اشکال شکل 1‑1 ساختار مدیریت انرژی ترکیبی............................................................. 9شکل 2‑1 پله‌های پیشنهادی بار i برای مصرف انرژی در ساعت t......... 16شکل 2‑2 محاسبه انرژی مصرفی بار i در فاصله ساعت t1 تا t2 با استفاده از قانون ذوزنقهای.......................................................................................................................... 17شکل 2‑3 مثالی از یک شبکه محلی با شین‌های داخلی 3،2 و 5 و شین‌های متصل به شبکه اصلی 1 و 4......................................................................................................... 18شکل 2‑4 شبکه 5 شینه پیشنهادی.......................................................................... 22شکل 2‑5 شبکه 5 شینه با خوشهای از دو بار............................................... 23شکل 2‑6 درصد کاهش مازاد بارها و مازاد کل در سناریوهای الف-2 تا الف-4 نسبت به IPدر شبکه با خوشهای از دو بار............................................................. 25شکل 2‑7 جبهه پارتو در سناریوهای الف-2 تا الف-4 در شبکه با خوشهای از دو بار...................................................................................................................................... 27شکل 2‑8 مقایسه جبهه پارتو در سناریوهای الف-4 و ب-1 در شبکه با خوشهای از دو بار............................................................................................................................... 28شکل 2‑9 مقایسه جبهه پارتو در سناریوهای الف-4 و ب-2 در شبکه با خوشهای از دو بار............................................................................................................................... 28شکل 2‑10 مقایسه جبهه پارتو در سناریوهای الف-4 و ب-3 در شبکه با خوشهای از دو بار............................................................................................................................... 29شکل 2‑11 شبکه 5 شینه با خوشهای از سه بار............................................. 29شکل 2‑12 درصد کاهش مازاد بارها و مازاد کل در سناریوهای الف-2 تا الف-4 نسبت به IPدر شبکه با خوشهای از سه بار............................................................. 32شکل 2‑13 جبهه پارتو در سناریو الف-4 در شبکه با خوشهای از سه بار 33شکل 2‑14 شبکه 5 شینه با خوشهای از هفت بار.......................................... 34شکل 2‑15 مقایسه درصد کاهش مازاد بارهای 1 تا 4 و 6 تا 7 در سناریوهای الف-4 و ب-1 نسبت به IPدر شبکه با خوشهای از هفت بار............................... 37شکل 2‑16 مقایسه درصد کاهش مازاد بارهای 1 تا 6 در سناریوهای الف-4 و ب-2 نسبت به IPدر شبکه با خوشهای از هفت بار..................... 38شکل 2‑17 مقایسه درصد کاهش مازاد بارهای 1 تا 6 در سناریوهای الف-4و ب-3 نسبت به IPدر شبکه با خوشهای از هفت بار....................... 38شکل 4‑1 جبهه پارتو سناریو الف-4 و نقاط تعادل روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از دو بار...................................................................................................... 68شکل الف-1: جبهه پارتو مثالی از دو بازیگر فرضی............................. 91شکل ب‑1 ساختار OPcOP با n مسأله بهینهسازی مقیدکننده..................... 94شکل ب‑2 ساختار MPCC با n مسأله بهینهسازی سطح پایین...................... 96شکل ب‑3 ساختار OPcLP با n مسأله بهینهسازی خطی سطح پایین........... 99شکل ب‑4 ساختار MPPDC با n مسأله بهینهسازی خطی سطح پایین.... 101 فهرست جداول جدول 2‑1 قیمتهای ساعتی انرژی (برحسب $/MWh)........................................ 22جدول 2‑2 اطلاعات شبکه 5 شینه............................................................................. 23جدول 2‑3 مشخصات فنی بارها در شبکه با خوشهای از دو بار........... 24جدول 2‑4 حداقل سطح بار ساعتی برای بارها در شبکه با خوشهای از دو بار 24جدول 2‑5 اطلاعات تابع مطلوبیت در شبکه با خوشهای از دو بار.... 24جدول 2‑6 مقادیر منفی مازاد بارها در شبکه با خوشهای از دو بار در طول 24 ساعت (برحسب $)........................................................................................................... 25جدول 2‑7 مقایسه درصد کاهش مازاد در سناریوهای الف-4 و ب-1 تا ب-3 نسبت به IPدر شبکه با خوشهای از دو بار.................................................................... 26جدول 2‑8 مشخصات فنی بارها در شبکه با خوشهای از سه بار........... 30جدول 2‑9 حداقل سطح بار ساعتی برای بارها در شبکه با خوشهای از سه بار 30جدول 2‑10 اطلاعات تابع مطلوبیت در شبکه با خوشهای از سه بار.. 31جدول 2‑11 مقادیر منفی مازاد بارها در شبکه با خوشهای از سه بار در طول 24 ساعت (برحسب $)........................................................................................................... 31جدول 2‑12 مقایسه درصد کاهش مازاد در سناریوهای الف-4 و ب-1 تا ب-3 نسبت به IPدر شبکه با خوشهای از سه بار.................................................................... 33جدول 2‑13 مشخصات فنی بارها در شبکه با خوشهای از هفت بار....... 34جدول 2‑14 حداقل سطح بار ساعتی برای بارها در شبکه با خوشهای از هفت بار.............................................................................................................................................. 35جدول 2‑15 اطلاعات تابع مطلوبیت در شبکه با خوشهای از هفت بار35جدول 2‑16 مقادیر منفی مازاد بارها در شبکه با خوشهای از هفت بار در طول 24 ساعت (برحسب $)........................................................................................................... 36جدول 2‑17 درصد کاهش مازاد در سناریوهای الف-2 تا الف-4 نسبت به IPدر شبکه با خوشهای از هفت بار............................................................................................ 36جدول 2‑18 اطلاعات جبهه پارتو در نقاط ضریب وزنی واحد برای هر بار در سناریو الف-4 در شبکه با خوشهای از هفت بار......................................................... 39جدول 4‑1 مقادیر منفی مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از دو باردر طول 24 ساعت (برحسب $)........................... 66جدول 4‑2 مقادیر ضرایب وزنی بارهای شبکه در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از دو بار....................................................................................................................... 66جدول 4‑3 مقادیر SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP و مقادیر معیارهای SSP و MSSP در شبکه با خوشهای از دو بار.............................................................. 66جدول 4‑4مقایسه SRP بار 1 نسبت به IP در سناریوهای الف-4 و ب-1 در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از دو بار........................................................... 69جدول 4‑5 مقادیر منفی مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از سه بار در طول 24 ساعت (برحسب $).......................... 70جدول 4‑6مقادیر ضرایب وزنی بارهای شبکه در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از سه بار....................................................................................................................... 70جدول 4‑7مقادیر SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP و مقادیر معیارهای SSP و MSSP در شبکه با خوشهای از سه بار.............................................................. 70جدول 4‑8مقایسه SRP بار 2 و 3 در سناریوهای الف-4 و ب-1 در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از سه بار.................................................................................. 72 جدول 4‑9 مقادیر منفی مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از هفت باردر طول 24 ساعت (برحسب $)...................................... 73جدول 4‑10مقادیر ضرایب وزنی بارهای شبکه در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از هفت بار..................................................................................................................... 73جدول 4‑11مقادیر SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP و مقادیر معیارهای SSP و MSSP در شبکه با خوشهای از هفت بار............................................................ 74جدول 4‑12مقادیر SSP، MSSP و کارایی، پس از حذف بار 1 از ترکیب خوشهای از هفت بار............................................................................................................................ 75جدول 4‑13مقایسه SRP بار 1 تا 4 و 6 تا 7 در سناریوهای الف-4 و ب-1 نسبت به IP در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از هفت بار.......................... 76جدول 4‑14 مقادیر جبرانسازی شده مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از دو بار (برحسب $)......................................................... 79جدول 4‑15 مقادیر جبرانسازی شده SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از دو بار........................................................... 79جدول 4‑16 مقادیر جبرانسازی شده مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از سه بار (برحسب $)......................................................... 80جدول 4‑17 مقادیر جبرانسازی شده SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از سه بار........................................................... 80جدول 4‑18 مقادیر جبرانسازی شده مازاد بارها و مازاد کل در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از هفت بار (برحسب $)....................................................... 80جدول 4‑19مقادیر جبرانسازی شده SRP بارها و مازاد کل نسبت به IP در روش‌های مختلف در شبکه با خوشهای از هفت بار......................................................... 81 لیست نمادها اندیسها:اندیس نمایش باساندیس نمایش باراندیس نمایش پله انرژیاندیس نمایش خطاندیس نمایش ساعتپارامترها:مطلوبیت بار i در پله j و در ساعت tبرحسب دلار بر مگاوات ساعتحداقل و حداکثر توان مورد تقاضای بار i در ساعت tبرحسب مگاواتتفاضل حداقل انرژی مورد نیاز بار i در طول دوره تصمیم‌گیری از حداکثر مقدار آن برحسب مگاوات ساعتحداقل انرژی مورد نیاز بار i در طول دوره تصمیم‌گیری برحسب مگاوات ساعتعنصر سطر b و ستون i از ماتریس تلاقی بارها و باس‌های شبکه (برابر 1 است اگر بار i به باس b متصل باشد و در غیر این صورت برابر با صفر است)عنصر سطر b و ستون l از ماتریس تلاقی خطوط و باس‌های شبکه (برابر 1 است اگر خط l از باس b خارج شود، برابر 1- است اگر خط l به باس b وارد شود و در غیر این دو صورت برابر با صفر است)حداکثر توان قابل تحویل از باس b متصل به شبکه اصلی برحسب مگاواتحداکثر توان قابل عبور از خط lبرحسب مگاواتقیمت انرژی الکتریکی در ساعت tبرحسب دلار بر مگاوات ساعتشیب تغییرات کاهشی و افزایشی بار i برحسب مگاوات بر ساعتحداقل مقدار منفی مجموع شیب تغییرات بار i وحداکثر مقدار شیب تغییرات کاهشی برحسب مگاوات بر ساعتحداقل مقدار تفاضل شیب تغییرات بار i ازحداکثر مقدار شیب تغییرات افزایشی برحسب مگاوات بر ساعتراکتانس خط lبرحسب اهمحداکثر انرژی درخواستی ممکن بار i در پله j در ساعت tبرحسب مگاواتحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر زاویه ولتاژ باس bدر ساعت tبرحسب دلار بر رادیان حداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر انرژی مصرفی بار i در پلهj و درساعت tبرحسب دلار بر مگاوات ساعتحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل انرژی مورد نیاز برحسب دلار بر مگاوات ساعتحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر توان مورد تقاضای بار i در ساعت tبرحسب دلار بر مگاواتحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان قابل تحویل از باس b متصل به شبکه اصلی در ساعت tبرحسب دلار بر مگاواتحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان عبوری از خط l در ساعت tبرحسب دلار بر مگاواتحداکثر مقدار ضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر نرخ تغییرات مجاز افزایشی و کاهشی بار i در ساعت tبرحسب دلار بر مگاواتمتغیرها:متغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر زاویه ولتاژ باس bدر ساعت tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر انرژی مصرفی بار i در پلهj و در ساعت tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل انرژی مورد نیازمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر توان مورد تقاضای بار i در ساعت tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر توان قابل تحویل از باس b متصل به شبکه اصلی در ساعت tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر توان عبوری از خط l در ساعت tمتغیر باینری کمکی برای خطی‌سازی قید حداقل/حداکثر نرخ تغییرات مجاز افزایشی و کاهشی بار i در ساعت tتوان بار i در ابتدای ساعت tبرحسب مگاواتانرژی بار i در ساعت tبرحسب مگاوات ساعتتابع هدف بهینهسازی بار iتابع مطلوبیت بار i در ساعت t برحسب دلارتوان تحویلی به شبکه محلی در ابتدای ساعت t در باس b متصل به شبکه اصلی برحسب مگاواتتوان عبوری از خط l در ابتدای ساعت t برحسب مگاواتضریب وزنی تابع هدف بهینهسازی بار iانرژی بار i در پله j و در ساعت tبرحسب مگاوات ساعتزاویه ولتاژ باس b درابتدای ساعت t برحسب رادیان ضریب لاگرانژ قید زاویه باس مرجع bدر ساعت tبرحسب دلار بر رادیان ضریب لاگرانژ قید تعادل توان در باس تولید bدر ساعت tبرحسب دلار بر مگاواتضریب لاگرانژ قید توان عبوری از خط l در ساعت tبرحسب دلار بر مگاوات ضریب لاگرانژ قید تعادل توان در باس غیر تولید bدر ساعت tبرحسب دلار بر مگاواتضریب لاگرانژ قید مجموع انرژی مصرفی بار i در ساعت tبرحسب دلار بر مگاوات ساعتضریب لاگرانژ قید محاسبه انرژی مصرفی با استفاده از قانون ذوزنقهای برحسب دلار بر مگاوات ساعتضریب لاگرانژ قید تابع مطلوبیت بار i در ساعت tبدون واحدضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر زاویه ولتاژ باس bدر ساعت tبرحسب دلار بر رادیان ضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر انرژی مصرفی بار i در پلهj و درساعت tبرحسب دلار بر مگاوات ساعتضریب لاگرانژ قید حداقل انرژی مورد نیاز برحسب دلار بر مگاوات ساعتضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان مورد تقاضای بار i در ساعت tبرحسب دلار بر مگاواتضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان قابل تحویل از باس b متصل به شبکه اصلی در ساعت t برحسب دلار بر مگاواتضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان عبوری از خط l در ساعت tبرحسب دلار بر مگاوات ضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر نرخ تغییرات مجاز افزایشی و کاهشی بار i در ساعت tبرحسب دلار بر مگاواتمجموعهها:مجموعه باس‌های شبکه محلیمجموعه خطوط شبکه محلیمجموعه باس‌های متصل به شبکه اصلی مخففها:Cluster of Interconnected Price-Responsive DemandsCIPRDCompensated MDNDC-MDNDCompensated MNDC-MNDFortuny-Amat & McCarlFMGet CompensationGCKarush-Kuhn-TuckerKKTMinimum DistanceMDMinimum Difference Normalized DistanceMDND Minimum Normalized DistanceMNDMathematical Program with ComplementarityConstraintsMPCCMathematical Program with Primal and Dual ConstraintsMPPDCMutual Summation of Surplus PercentagesMSSPNon-Linear ProgrammingNLPOptimization Problems Constrained by Linear ProblemsOPcLPOptimization Problems Constrained by other Optimization ProblemsOPcOPPay FinesPFSurplus Reduction PercentageSRPSummation of Surplus PercentagesSSP چکیدهازجملهاصولاساسیدرهرسيستممدیریتانرژی،برقراریکاراییوبرابریدرتخصيصمنابعاست.درروشکلاسيکتخصيصمنابع،باحداکثر‌کردنمجموعمازادمشترکينبهبرقراریحداکثرکاراییممكنپرداختهمی‌شود. اینروشازمنظربرابریدارایابهاممی‌باشد. دراینپایان‌نامه،هدفارائه رویکردی استکه بتوان از طریق آنبهتخصيصیازمنابعدست یافتکهضمنحصولحداکثرکاراییممكن،بهبرقراریبرابرینيزمنجرشود.برایناساس،تخصيصانرژیمصرفیبرایخوشه‌ایازبارهایپاسخگوبهقيمت(گروهیازبارهایمصرفیکهدریکناحيهجغرافياییبهکمکیکشبكهالكتریكیمحلیبهیكدیگروبهشبكهاصلیمتصلشده‌اند)دریکسيستممدیریتانرژیمتمرکزتحتبررسیقرارمی‌گيرد.درکنارهمقرارگرفتناعضاییکخوشهومدیریتانرژیمتمرکزآن‌هازمانیمطلوبخواهدبود کهمنفعتحاصله ازکنارهمبودن برایاعضایخوشه، بيشازعملكردمستقلآن‌هاازیكدیگرباشد.بنابراینمسألهمدیریتانرژیخوشه،ذاتاًیکبازیهمكارانهاست. بنابرایندر این پایاننامه، مسأله مدیریت خوشه به‌صورت یک بازی همکارانه مدل میشود. نقاطتعادلبازیهمكارانهازطریقیکمسألهبهينه‌سازیچندهدفهمقيدبهقيودبارهاوقيودشبكهالكتریكیمحلیبه دست میآید.پاسخحاصلازحلاینمسألهبهينه‌سازیجبههپارتوییخواهدبودکههرنقطهازاینجبههنمایش‌دهندهیکنقطهتعادلازبازیهمكارانهاست.در ادامه، با تعریف سه معیار حداقل فاصله (MD)، حداقل مجموع نسبت‌ها (MND) و حداقل مجموع تفاضل نسبت‌ها (MDND)، به انتخاب نقطه تعادل با هدف دستیابی به تخصیص برابر پرداخته میشود. برای این منظور، مسأله به‌صورت یک مسأله بهینهسازی دوسطحی مدل میشود که در سطح اول مسأله بهینهسازی انتخاب نقطه تعادل و در سطح دوم مسأله بهینهسازی چندهدفه دستیابی به کل نقاط تعادل ممکن انجام میشود. بر این اساس، تخصیص انرژی مصرفی به بارها توسط سیستم مدیریت انرژی متمرکز به‌صورت کارا و برابر ممکن خواهد بود.مدلارائهشدهبرروییکشبكهنمونهپياده‌سازیشدهونتایجبهدستآمدهگویایمزیت‌هایمدلارائهشدهبرایمدیریتانرژیمتمرکزخوشه‌ایازبارهایپاسخگوبهقيمتمی‌باشد.