بکارگیری الگوریتم یادگیری ماشین برای بهینه سازی تأمین انرژی در نیروگاههای مجازی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی صنایع، پردیس فنی مهندسی، دانشگاه یزد

2 گروه مهندسی صنایع دانشگاه یزد

3 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد

10.24200/j65.2025.66704.2433

چکیده

در این پژوهش، مسأله مشارکت بهینه واحدها در یک نیروگاه مجازی با ذخیره‌ساز سمت تقاضا، جهت کاهش شکاف بین عرضه و تقاضای انرژی، با رویکردهای MILP و یادگیری ماشین مطالعه می‌شود. نتایج برای سیستم 24-باسه استاندارد IEEE نشان می‌دهد که گرچه استفاده از ذخیره‌ساز سمت تقاضا باعث افزایش هزینه و نوسان تولید نیروگاه مجازی می‌شود اما هزینه‌ها در نیروگاه مجازی با ذخیره‌ساز سمت تقاضا حدود 5/1 برابر کمتر از هزینه‌های شبکه سنتی بدون ذخیره‌ساز است. برای حل مدل در ابعاد واقعی، از الگوریتم ترکیبی ELM-GA استفاده می‌شود که پیشنهادی نزدیک به بهینه اما با سرعت بسیار بالاتر از روش MILP ارائه می‌کند زیرا آموزش و یادگیری همگرایی به نقطه بهینه را تسریع می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش ابعاد مسأله به 60 واحد، شکاف بهینگی به 4/4 درصد رسیده در حالی که سرعت حل یادگیری ماشین 16 برابر بهتر از MILP خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Developing machine learning algorithm for energy supply optimization in virtual power plants

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mehdi Lotfi 1
  • Bentolhoda Dehghani 2
  • Alireza Sedighi 3
1 Department of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Yazd University
2 Department of Industrial Engineering, Yazd University
3 Department of Electrical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]

The day-by-day increasing need for the generation and distribution of electric power all over the world creates the power market restructuring. Virtual power plants as a set of supply and demand units have a growing role in the power markets. The demand management as a new concept in the energy supply chain helps to improve the network reliability, reduce the operational costs, protect the environment, and increase the consumer satisfaction. In this research, MILP and machine learning approaches are proposed for the optimal unit commitment in a virtual power plant using a demand-side storage to reduce the gap between energy supply and demand. The proposed model has two objective functions: Maximizing the profits and minimizing the energy loss of hydroelectric power plant as well as the operational costs of pumps. Multiple scenarios based on the demand-sid storage, weather conditions, network grid status is studied. The numerical results for the IEEE standard 24-bus system show that although the use of demand-side storage increases the related cost as well as the generation fluctuation in the case of virtual power plant, the related costs are about 1.5 times lower than those of the traditional power plant without storage. In addition, comparing the traditional grid with a virtual power plant shows a 1.7-fold reduction in costs. However, comparing a virtual power plant including demand-side storage with a virtual power plant without demand-side storage shows an increase in costs along with an increase in energy production fluctuations. To solve the model in the real-world dimensions, a ELM-GA hybrid algorithm is proposed which provides a near optimal solution but much faster than the MILP method because the training and learning accelerate the convergence to the optimal point. The experimental results for a large-sized problem of 60 units demonstrate the small optimality gap of about 4.4% with the MILP but 16 times superiority in the solution time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Virtual Power Plant
  • Demand Side Management
  • Unit Commitment
  • MILP
  • Machine Learning