ALGORITHMS FOR THE LARGE-SCALE UNIT COMMITMENT PROBLEM IN THE SIMULATION OF POWER SYSTEMS
Tesi di Dottorato
Data di Pubblicazione:
2017
Citazione:
ALGORITHMS FOR THE LARGE-SCALE UNIT COMMITMENT PROBLEM IN THE SIMULATION OF POWER SYSTEMS / A. Taverna ; tutor: G. Righini; tutor industriale: A. Gelmini; coordinatore: V. Mastropietro. DIPARTIMENTO DI INFORMATICA, 2017 Apr 11. 29. ciclo, Anno Accademico 2016. [10.13130/taverna-andrea_phd2017-04-11].
Abstract:
Lo Unit Commitment Problem (UCP) è un problema di programmazione matematica dove un insieme di impianti termoelettrici deve essere programmato per soddisfare la domanda di energia e altri vincoli di sistema. Il modello è impiegato da decenni per supportare la pianificazione operazionale di breve termine dei sistemi elettrici.
In questo lavoro affrontiamo il problema di risolvere UCP lineari di larga-scala per realizzare simulazioni accurate di sistemi elettrici, con i requisiti aggiuntivi di impiegare capacità di calcolo convenzionali, ad esempio i personal computers, ed un tempo di soluzione di poche ore. Il problema, sotto le medesime condizioni, è affrontato abitualmente dal nostro partner industriale RSE S.p.A. (Ricerche Sistema Energetico), uno dei principali centri ricerche industriali su sistemi energetici in Italia.
L’ottimizzazione diretta di queste formulazioni con solutori generici è impraticabile. Nonostante sia possibile calcolare buone soluzioni euristiche, ovvero con un gap di ottimalità sotto il 10%, in tempi ragionevoli per UCP di larga scala, si richiedono soluzioni più accurate, per esempio con gap sotto l’1%, per migliorare l’affidabilità delle simulazioni ed aiutare gli esperti di dominio, che potrebbero non essere familiari con i dettagli dei metodi di programmazione matematica, a supportare meglio le loro analisi.
Tra le idee che abbiamo esplorato i seguenti metodi risultano i più promettenti: una mateuristica per calcolare efficientemente buone soluzioni e due metodi esatti di bounding: column generation e Benders decomposition. Questi metodi decompongono il problema disaccoppiando il commitment degli impianti termoelettrici, rappresentati da variabili discrete, e il loro livello di produzione, rappresentato da variabili continue.
I nostri esperimenti dimostrano che il modello possiede proprietà intrinseche come degenerazione e forma della funzione obbiettivo piatta che ostacolano o impediscono la convergenza in risolutori allo stato dell’arte. Tuttavia, i metodi che abbiamo sviluppato, sfruttando efficacemente le proprietà strutturali del modello, permettono di raggiungere soluzioni quasi ottime in poche iterazioni per la maggior parte delle istanze.
Tipologia IRIS:
Tesi di dottorato
Keywords:
power systems; unit commitment; fundamental market model simulation; mixed-integer linear programming; large scale optimization; column generation; benders decomposition; degeneracy
Elenco autori:
A. Taverna
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