Skip to main content
SUPERVISOR
Gholamreza Yousefi,Mohammad hossein Manshaei,Mehdi Moallem
غلامرضا یوسفی (استاد مشاور) محمدحسین منشئی (استاد مشاور) مهدی معلم (استاد راهنما)
 
STUDENT
Azin Shojaei Berjouei
آذین شجاعی برجوئی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Stochastic Load Factor Based Energy Management with Equilibrium Selection Capability in the Game Theory Framework
In this thesis, a new distributed stochastic load factor (LF) based energy management approach is proposed in the Stackelberg game framework. The game's leader is the distribution company (DISCO) that participates in the energy management game with two energy pricing mechanisms. In the first energy pricing mechanism, DISCO calculates the day-ahead energy pricing through maximizing its profit which is formulated as a stochastic conditional value at risk optimization problem. In the second one, a new pricing scheme is designed which discriminates individual customer's day-ahead energy price based on his/her contribution to the LF improvement. Customer's contribution is measured via the Shapley Value Method (SVM). Energy management Game's followers are price taker customers who participate in the distribution grid operation programs by holding a common constraint. The real-time uncertainty of renewable energies is tackled by customers' objective stochastic formulation in which day-ahead energy procurement and real-time scheduling of the energy storages and flexible loads are jointly decided. Depending on the number of game's equilibrium, the proper learning algorithms are designed for different structure of the customer's objective function. The convergence condition of the proposed energy management algorithms is investigated and proved. Numerical analysis confirms the effectiveness of the proposed stochastic energy management approach. Key Words: Smart grid, Shapley Value, K-means clustering, Stackelberg Game, Load Factor, Stochastic energy management
شبکه توزیع هوشمند به منظور مدیریت همزمان بارهای پاسخگو، خودروهای برقی، منابع تجدیدپذیر و ذخیره‌کننده‌های انرژی و همچنین قیمت گذاری زمان‌واقعی، نیازمند بکارگیری الگوریتم‌های کنترل و تصمیم‌گیری دینامیکی در تمامی بازه‌های زمانی بوده که در سال‌های اخیر تحقیقات گسترده‌ای را به خویش اختصاص داده است. در این رساله، یک مکانیزم مدیریت انرژی-بهره‌برداری الگوریتمیک تصادفی توزیع‌شده روزپیش‌ با قابلیت انتخاب نقطه تعادل مطلوب، برای تعامل مشترکین مسکونی در شبکه توزیع هوشمند پیشنهاد می‌شود. تعامل هوشمند مشترکین و شرکت توزیع، توسط بازی «استکلبرگ» یک‌رهبر-چندپیرو مدل شده تا جواب مطلوب توزیع‌شده مسئله بهینه‌سازی معادل سیستم پیدا شود. رهبر بازی شرکت توزیع بوده که با دو مکانیزم قیمت‌گذاری انرژی در بازی مدیریت انرژی شرکت می‌کند. در اولین مکانیزم قیمت‌گذاری انرژی، شرکت توزیع با پیش‌بینی قیمت انرژی در بازار بالادست و ماکزیمم کردن سود خویش که به صورت یک مساله بهینه‌سازی تصادفی مدل شده، قیمت انرژی را محاسبه و به مشترکین ارسال می‌کند. این شرکت با درنظرگرفتن ارزش‌در‌معرض‌ریسک‌شرطی، عدم قطعیت ناشی از قیمت انرژی در بازار بالادست را کاهش و مقدار مشخصی از سود را برای خود تضمین می‌کند. در مکانیزم قیمت‌گذاری دوم، قیمت انرژی برای هر مشترک، بر اساس میزان مشارکتش در بهبود ضریب بار محاسبه می‌شود. سهم هر مشترک در بهبود ضریب بار از طریق روش «مقدار شپلی» محاسبه شده که محاسبات آن با استفاده از خوشه‌بندی پروفیل بار مشترکین در زمان معقولی قابل انجام می‌شود. چنین استراتژی قیمت‌گذاری علاوه بر دارا بودن معیار عدالت در تعیین قیمت انرژی برای مشترکین، باعث تشویق مشترکین به شرکت داوطلبانه در برنامه مدیریت انرژی-بهره‌برداری پیشنهادی شده و درنتیجه هر مشترک قید سراسری محدود نمودن میانگین بار را در مساله بهینه‌سازی خویش درنظر می‌گیرد. پیروان بازی، مشترکین هوشمند قیمت‌پذیر بوده که با کمینه کردن تابع هزینه و بیشینه نمودن مطلوبیت خویش و شرکت در برنامه‌های بهره‌برداری شبکه توزیع همچون بهبود ضریب بار شبکه و کاهش ماکزیمم دیماند شبکه، استراتژی پیشنهاد خرید انرژی روزپیش، مصرف بارهای پاسخگو و شارژ/دشارژ ذخیره‌ساز خود را در چارچوب بهینه‌سازی تصادفی با در نظرگرفتن توزیع احتمالی توان تولیدی منابع تجدیدپذیر محاسبه می‌کنند. با تجمیع دو بازار روزپیش و بازار زمان‌واقعی در مساله بهینه‌سازی تصادفی مشترکین، هزینه جریمه انحراف از پیشنهاد خرید انرژی روزپیش مشترکین، مینیمم خواهد شد. مسئله بهینه‌سازی روزپیش مشترکین که شامل قیود مشترک تنظیم میانگین یا ماکزیمم بار شبکه است، در دو ساختار بازی عام نش و بازی پتانسیلی‌مبتنی‌برحالت مدل می‌شود. اثبات می‌شود که بازی عام نش مشترکین با توجه به ساختار تابع هدف مشترکین دارای یک نقطه تعادل یکتا یا چند نقطه تعادل است؛ از این‌رو الگوریتم «بهترین‌پاسخ» در حالت یک نقطه تعادل یکتا، الگوریتم «پروکسیمال تجزیه» بدون قابلیت انتخاب نقطه تعادل و الگوریتم «تنظیم شده تیخانف پروکسیمال» با قابلیت انتخاب نقطه تعادل مطلوب در حالت وجود چندین نقطه تعادل طراحی و شرایط همگرایی آنها اثبات می‌شود. در صورت وجود یک نقطه تعادل یکتا، اثبات می‌شود که نقطه تعادل عام استکلبرگ مکانیزم مدیریت انرژی پیشنهادی، یک نقطه تعادل «بهینه اجتماعی» است که در آن مجموع هزینه مشترکین و شرکت توزیع مینیمم می‌شود. در صورت وجود چند نقطه تعادل عام نش، با طراحی یک تابع معیار مناسب و اضافه نمودن آن به عنوان یک ترم مشترک در تابع هدف مشترکین، بازی عام استکلبرگ مدیریت انرژی-بهره‌برداری به نقطه تعادل مطلوب که در آن شبکه توزیع بالاترین مقدار ضریب بار را دارا است، همگرا خواهد شد. در صورتی که مشترکین در قالب بازی پتانسیلی‌مبتنی‌برحالت در برنامه مدیریت انرژی-بهره‌برداری شرکت کنند، با بکارگیری الگوریتم توزیع‌شده مبتنی بر گرادیان، بازی به نقطه تعادل نش حالت ایستا همگرا شده که در برابر عدم قطعیت شرایط محیطی همچون شرایط اولیه بازی و یا خطاهای مخابراتی مقاوم است. با پیاده‌سازی الگوریتم انرژی پیشنهادی در یک شبکه نمونه هوشمند، کارآمدی مکانیزم پیشنهادی بررسی و تایید می‌شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی