پایان نامه ها

لاگرانژ، به‌صورت، آن‌ها، مگاوات، بهینهسازی، به‌منظور

t
d(i,t)توان بار i در ابتدای ساعت t برحسب مگاوات
e(i,t)انرژی بار i در ساعت t برحسب مگاوات ساعت
f(i)تابع هدف بهینه‌سازی بار i
u(i,t)تابع مطلوبیت بار i در ساعت t برحسب دلار
pg(b,t)توان تحویلی به شبکه محلی در ابتدای ساعت t در باس b متصل به شبکه اصلی برحسب مگاوات
pl(l,t)توان عبوری از خط l در ابتدای ساعت t برحسب مگاوات
w(i)ضریب وزنی تابع هدف بهینه‌سازی بار i
z(i,j,t)انرژی بار i در پله j و در ساعت t برحسب مگاوات ساعت
δ(b,t)زاویه ولتاژ باس b درابتدای ساعت t برحسب رادیان
λArefb,tضریب لاگرانژ قید زاویه باس مرجع b در ساعت t برحسب دلار بر رادیان

λGbalb,tضریب لاگرانژ قید تعادل توان در باس تولید b در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
λLFEl,tضریب لاگرانژ قید توان عبوری از خط l در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات

λNGbalb,tضریب لاگرانژ قید تعادل توان در باس غیر تولید b در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
λTBEi,tضریب لاگرانژ قید مجموع انرژی مصرفی بار i در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات ساعت
λTR(i,t)ضریب لاگرانژ قید محاسبه انرژی مصرفی با استفاده از قانون ذوزنقهای برحسب دلار بر مگاوات ساعت
λUFi,tضریب لاگرانژ قید تابع مطلوبیت بار i در ساعت t بدون واحد
μAminb,t/μAmaxb,tضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر زاویه ولتاژ باس b در ساعت t برحسب دلار بر رادیان

μBmini,j,t/μBmaxi,j,tضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر انرژی مصرفی بار i در پله j و درساعت t برحسب دلار بر مگاوات ساعت
μDEmaxiضریب لاگرانژ قید حداقل انرژی مورد نیاز برحسب دلار بر مگاوات ساعت
μDmini,t/μDmaxi,tضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان مورد تقاضای بار i در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
μGminb,t/μGmaxb,tضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان قابل تحویل از باس b متصل به شبکه اصلی در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
μLminl,t/μLmaxl,tضریب لاگرانژ قید حداقل/ حداکثر توان عبوری از خط l در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات

μRdi,t/μRui,tضریب لاگرانژ قید حداقل/حداکثر نرخ تغییرات مجاز افزایشی و کاهشی بار i در ساعت t برحسب دلار بر مگاوات
مجموعه‌ها:
ΩBمجموعه باس‌های شبکه محلی
ΩLمجموعه خطوط شبکه محلی
ψMGمجموعه باس‌های متصل به شبکه اصلی
مخففها:
Cluster of Interconnected Price-Responsive Demands CIPRD
Compensated MDND C-MDND
Compensated MND C-MND
Fortuny-Amat & McCarl FM
Get Compensation GC
Karush-Kuhn-Tucker KKT
Minimum Distance MD
Minimum Difference Normalized Distance MDND
Minimum Normalized Distance MND
Mathematical Program with Complementarity Constraints MPCC
Mathematical Program with Primal and Dual Constraints MPPDC
Mutual Summation of Surplus Percentages MSSP
Non-Linear Programming NLP
Optimization Problems Constrained by Linear Problems OPcLP
Optimization Problems Constrained by other Optimization Problems OPcOP
Pay Fines PF
Surplus Reduction Percentage SRP
Summation of Surplus Percentages SSP
چکیده
ازجمله اصول اساسی در هر سيستم مدیریت انرژی، برقراری کارایی و برابری در تخصيص منابع است. در روش کلاسيک تخصيص منابع، با حداکثر‌کردن مجموع مازاد مشترکين به برقراری حداکثر کارایی ممكن پرداخته می‌شود. این روش از منظر برابری دارای ابهام می‌باشد. در این پایان‌نامه، هدف ارائه رویکردی است که بتوان از طریق آن به تخصيصی از منابع دست یافت که ضمن حصول حداکثر کارایی ممكن، به برقراری برابری نيز منجر شود. بر این اساس، تخصيص انرژی مصرفی برای خوشه‌ای از بارهای پاسخگو به قيمت (گروهی از بارهای مصرفی که در یک ناحيه جغرافيایی به کمک یک شبكه الكتریكی محلی به یكدیگر و به شبكه اصلی متصل شده‌اند) در یک سيستم مدیریت انرژی متمرکز تحت بررسی قرار می‌گيرد. در کنار هم قرار گرفتن اعضای یک خوشه و مدیریت انرژی متمرکز آن‌ها زمانی مطلوب خواهد بود که منفعت حاصله از کنار هم بودن برای اعضای خوشه، بيش از عملكرد مستقل آن‌ها از یكدیگر باشد. بنابراین مسأله مدیریت انرژی خوشه، ذاتاً یک بازی همكارانه است. بنابراین در این پایاننامه، مسأله مدیریت خوشه به‌صورت یک بازی همکارانه مدل میشود. نقاط تعادل بازی همكارانه از طریق یک مسأله بهينه‌سازی چندهدفه مقيد به قيود بارها و قيود شبكه الكتریكی محلی به دست میآید. پاسخ حاصل از حل این مسأله بهينه‌سازی جبهه پارتویی خواهد بود که هر نقطه از این جبهه نمایش‌دهنده یک نقطه تعادل از بازی همكارانه است. 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. مدل ارائه شده بر روی یک شبكه نمونه پياده‌سازی شده و نتایج بهدست آمده گویای مزیت‌های مدل ارائه شده برای مدیریت انرژی متمرکز خوشه‌ای از بارهای پاسخگو به قيمت می‌باشد.
کلمات کلیدی: 1- مدیریت انرژی 2- برابری در تخصیص 3- بازی همکارانه 4- بهینهسازی چندهدفه 5- بهینهسازی دوسطحی
فصل اول: مقدمه
پیشگفتار
افزایش جمعیت و صنعتیشدن جوامع بشری، منجر به افزایش روز افزون تقاضای انرژی در جهان شده است. رشد تقاضای انرژی در بخش‌های مختلف صنعتی، کشاورزی و خانگی، اجتنابناپذیری تولید بیشتر را سبب شده است. تولید انرژی بیشتر منجر به افزایش هزینه‌ها (ازجمله سرمایه‌گذاری و تعمیر و نگهداری) شده است. ازآنجاکه در دهه‌های گذشته، بخش عمده انرژی مورد نیاز از منابع سوخت فسیلی تأمین شده است، پاسخ به افزایش تقاضای انرژی، منجر به بروز مشکلات زیستمحیطی شده که نگرانی‌های عمده را در کشورهای مختلف ایجاد کرده است [1]. مدیریت انرژی به‌عنوان راهبردی که از طریق مصرف صحیح انرژی می‌تواند به حل هر دو مشکل (تأمین انرژی و کاهش آلودگی‌های زیستمحیطی) کمک کند مطرح شده است [2].
اگرچه مفهوم مدیریت انرژی از سالیان دور مورد توجه نهاد‌ها و جوامع بشری بوده است، لکن در دهه اخیر و در پی افزایش توجه به تغییرات اقلیمی ‌‌و فناوری پاک، اهمیت مدیریت انرژی افزایش یافته است. تاکنون برای واژه مدیریت انرژی تعریف‌های گوناگونی ارائه شده است. بر مبنای تعریف ارائه شده در [3]، به استفاده عادلانه و مؤثر از انرژی به‌منظور «حداکثرکردن سود (حداقلکردن هزینه‌ها) و بهبود جایگاه‌ رقابتی»، مدیریت انرژی گفته می‌شود. تعریف جامع دیگری نیز در [4] ارائه شده است. بر این اساس، به راهبرد «تنظیم و بهینهسازی انرژی با استفاده از سیستم‌ها و روندها به‌منظور کاهش انرژی مورد نیاز به ازای هر واحد تولید، به‌نحوی که کل هزینه‌ این سیستم‌ها (شامل هزینههای مستقیم تولید به‌علاوه هزینه ایجاد تغییر در سیستمها و روندها) ثابت مانده و یا کاهش یابد»، مدیریت انرژی اطلاق می‌شود.
مدیریت انرژی در دو بازه زمانی کوتاه‌مدت و بلندمدت قابل طرح است. در بازه زمانی کوتاه‌مدت، مدیریت انرژی به بهینه‌سازی مصرف انرژی تأسیسات موجود می‌پردازد، اما در بلندمدت موضوع جایگزینی تجهیزات و سرمایه‌گذاری‌های جدید نیز می‌تواند جزء تصمیمات قابل اخذ در نظر گرفته شود [5]. تعیین زمان و کمیت مصرف انرژی برای هر یک از مصرف‌کننده‌ها به‌قسمی ‌است که هدف مدیریت انرژی (به‌طور مثال، افزایش سود) محقق شود [6]. از لوازم مدیریت انرژی، اطلاع بارها از قیمت‌های تأمین انرژی الکتریکی و تجهیز آن‌ها به ابرازهای تصمیمگیری بهینه است. با توجه به حرکت قیمت‌گذاری انرژی الکتریکی به سمت قیمت‌های لحظهای، این اطلاع از قیمت‌ها باید به‌صورت لحظه‌ای امکان‌پذیر باشد. اطلاع بارها از قیمت‌های لحظهای با توسعه فناوری‌های زیرمجموعه شبکه هوشمند ایجاد خواهد شد [7].
ازجمله چالش‌های اساسی در حوزه مدیریت انرژی، رعایت برابری و کارایی در تخصیص انرژی مصرفی به مصرف‌کنندگان است. در واقع همان‌طور که در تعریف مدیریت انرژی بیان شد، برابری و کارایی از اصول اساسی در هر راهبرد مدیریت انرژی است. به‌منظور روشنتر شدن مفهوم این دو اصل لازم است تا در ابتدا به تعریف هر یک از آن‌ها به شرح زیر بپردازیم.
کارایی: استفاده حداکثری یک جامعه از منابع موجود را کارایی ‌می‌نامند. به‌عبارت‌دیگر، اگر تخصیص منابع در بین اعضای یک جامعه سود یا مازاد کل جامعه را حداکثر کند، تخصیص انجام گرفته را کارا گویند. به‌عنوان مثال اگر کل منافع اقتصادی جامعه را یک سیب در نظر بگیریم، هدف از کارایی حداکثرکردن اندازه ممکن این سیب است [8]!
برابری: توزیع عادلانه منافع حاصل از منابع جامعه در میان اعضای آن جامعه را برابری گویند [8]. به‌عبارت‌دیگر تخصیصی عادلانه و برابر است که در آن هیچ عضوی از جامعه سود یا مازاد دیگری را بر سود یا مازاد خود ترجیح ندهد [9]. بنابراین هدف از برابری تقسیم عادلانه سیب در بین اعضای جامعه است!
با توجه به اینکه اعضای یک جامعه در ازای منابع یکسان به سود یا مازاد غیریکسانی ‌می‌رسند (بهلحاظ ویژگی‌ها و مشخصات متفاوت اعضای جامعه)، تلاش برای حصول برابری، منجر به کاهش کارایی در آن جامعه خواهد شد. بنابراین رسیدن به یک تخصیص عادلانه و برابر، مستلزم پرداخت هزینه (کاهش سود یا مازاد کل جامعه) خواهد بود. با توجه به این مسأله، رسیدن توأم به هریک از دو اصل کارایی و برابری به‌صورت مطلق در یک تخصیص امکانپذیر نبوده و برقراری مصالحه بین آن‌ها ضروری است. به‌عبارت‌دیگر، تقسیم سیب به قطعات عادلانه و برابر منجر به کوچک شدن اندازه سیب خواهد شد! [8 و10]
در این پایاننامه قصد داریم تا با توجه به چالش فوق، به نقد روش کلاسیک تخصیص منابع و بررسی توجه به اصل برابری در این روش بپردازیم و سپس به‌منظور اعمال اصل برابری، راهحل‌هایی را با رعایت کارایی پیشنهاد خواهیم کرد.
در ادامه این فصل، در ابتدا، به معرفی انواع توابع اصلی رفاه اجتماعی و تحلیل آن از منظر کارایی و برابری پرداخته و سپس به معرفی رویکردهای موجود در حوزه مدیریت انرژی و پژوهش‌های انجامگرفته خواهیم پرداخت. در ادامه، اهداف و نوآوری‌های پایاننامه ذکر شده و در انتها مروری بر فصل‌های پایاننامه خواهیم داشت.
توابع رفاه اجتماعی و مدیریت انرژیاز منظر علم اقتصاد، هرگاه تخصیص منابع بین اعضای یک جامعه مطرح می‌شود (که مدیریت انرژی را نیز شامل می‌شود)، بحث رفاه اجتماعی نیز مطرح است. لذا، پرداختن به مبحث مدیریت انرژی بدون توجه به مبحث رفاه اجتماعی و نگاه‌های متفاوت به آن که از فلسفه متفاوت اقتصاد‌دانان به برابری و کارایی نشأت می‌گیرد، ممکن نخواهد بود. تابع رفاه اجتماعی، ضابطه یا روشی است که به‌وسیله آن ‌می‌توان ترجیحات تمام اعضای جامعه را در قالب یک ترجیح اجتماعی جمع و یا به عبارت بهتر ترکیب کرد. یعنی اگر بدانیم که تمام اعضا چگونه تخصیص‌های متفاوت را رتبهبندی ‌می‌کنند، ‌می‌توانیم با استفاده از این تابع، این اطلاعات را برای رتبهبندی اجتماعی تخصیص‌های متفاوت استفاده کنیم [11]. مکاتب اقتصادی مختلف از توابع متفاوتی به‌منظور تعریف تابع رفاه اجتماعی استفاده کردهاند. این مکاتب اقتصادی به مطلوبیت‌گرایان کلاسیک، تساوی‌گرایان و رالزین قابل تقسیم‌بندی هستند که در ادامه به توضیح آن‌ها پرداخته شده است [9].
مطلوبیتگرایان کلاسیک
در این مکتب، تابع رفاه اجتماعی برابر با حاصلجمع توابع مطلوبیت اعضای جامعه ‌می‌باشد که به‌صورت زیر نمایش داده می‌شود [9].
STYLEREF 1 s ‏1– SEQ معادلة * ARABIC s 1 1wu1,u2,…, un=i=1nui(x)در رابطه REF _Ref416686034 h * MERGEFORMAT ‏1–1، w تابع رفاه اجتماعی است و ui برابر با تابع مطلوبیت عضو i ام جامعه از یک تخصیص مانند x می‌باشد و n تعداد افراد جامعه است. شکل کلیتر این تابع، تابع رفاه جمعوزنی مطلوبیت‌ها است که در آن وزن‌ها اعدادی هستند که نشان ‌می‌دهند تا چه اندازه مطلوبیت هر فردی در رفاه اجتماعی کلی مهم است. این تابع به صورت زیر نمایش داده می‌شود [9].
STYLEREF 1 s ‏1– SEQ معادلة * ARABIC s 1 2wu1,u2,…, un=i=1naiui(x)در رابطه REF _Ref416686414 h * MERGEFORMAT ‏1–2، ai برابر با ضریب وزنی عضو i ام جامعه از یک تخصیص مانند x می‌باشد. این تابع با عنوان تابع رفاه بنت‌هامیت یا مطلوبیتگرایان کلاسیک شناخته می‌شود. این رویکرد، تفاوتی بین انتقال رفاه از عضو ضعیف به قوی و برعکس قائل نیست و مادا‌می‌که مجموع مطلوبیت اعضای جامعه افزایش یابد، هر نوع توزیع درآمد/ثروتی قابل قبول ‌می‌باشد. در این دیدگاه، در صورتی که کاهش منابع تخصیصیافته به عضو ضعیف و تخصیص آن به عضو قوی باعث افزایش مطلوبیت عضو قوی شود، به شکلی که کاهش مطلوبیت عضو ضعیف را جبران کند، این انتقال مطلوبیت می‌تواند انجام شود؛ زیرا در این رویکرد مجموع مطلوبیت مورد اهمیت بوده و در اثر این انتقال، چنانچه افزایش مطلوبیت نزد عضو قوی به اندازهای باشد که کاهش آن را نزد عضو ضعیف خنثی کند، مجموع مطلوبیت جامعه افزایش می‌یابد. بنابراین این تابع رفاه اجتماعی صرفاً به دنبال افزایش کارایی در جامعه بوده و اهمیتی به برابری نمی‌دهد.
تساویگرایان
مطابق با این دیدگاه، مطلوبیت کل جامعه به‌صورت مساوی بین اعضای جامعه تقسیم می‌شود. در این رویکرد، بخشی از مطلوبیت حاصله توسط عضو قوی، به عضو ضعیف داده می‌شود، به‌نحوی که مطلوبیت کل اعضا با یکدیگر مساوی شود. در یک جامعه با اعضای غیریکسان (ویژگی‌ها و مشخصات مختلف)، استفاده از این تخصیص ‌می‌تواند کلیه اعضای جامعه را از افزایش در مطلوبیتشان بی‌میل کند و در اثر آن، کارایی جامعه کاهش خواهد یافت [9].
رالزین
تابع رفاه اجتماعی در این مکتب، تابع رفا

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *