17466

17466

توسعه روش اتوماتاي سلولي براي بهينه سازي بهره برداري بلندمدت از سيستم هاي مخازن برقآبي بر مبناي اعتمادپذيري

دكتري

مهندسي آب

خرداد 1396

دكتر محمدهادي افشار

عمران

الگوريتم اتوماتاي سلولي در ابتداي ظهور خود به‌عنوان شبيه‌ساز در علوم مختلف مورداستفاده قرار گرفته بود و اخيراً نيز به‌عنوان يك روش بهينه‌ساز موردتوجه قرار گرفته است. در اين تحقيق قابليت‌هاي موجود و كارايي و كارآمدي الگوريتم اتوماتاي سلولي براي بهره‌برداري بهينه برمبناي اعتماد پذيري توسعه داده شده است. بدين منظور در ابتدا مسئله بهره‌برداري بهينه از سيستم تك مخزنه برقابي مدنظر قرار گرفته و روش‌هاي مختلفي براي حل اين مسئله ارائه شده است. روش اتوماتاي سلولي تخفيف يافته (RCA) براي حل مسائل بهره‌برداري بهينه از سيستم‌هاي تك مخزنه برقابي بر مبناي اعتمادپذيري ارائه شد كه در آن قيود بهره‌برداري و اعتمادپذيري به‌صورت مختلف و با درجه تأمين مختلف اعمال مي‌شوند. در اين روش قيد اعتمادپذيري به‌صورت تخفيف يافته اعمال‌ شده و پس از چندين بار اجراي متوالي الگوريتم اتوماتاي سلولي، جواب بهينه به دست مي‌آيد. سپس با استفاده از دست آوردهاي اين روش، روش تركيبي الگوريتم ژنتيك-اتوماتاي سلولي (GA-CA) توسعه داده شد كه در آن قيد اعتمادپذيري توسط الگوريتم ژنتيك هدايت شده و اتوماتاي سلولي جهت حل مسئله بهره‌برداري استفاده شد. پس‌ازآن، روش AGA-CA كه شامل دو نسخه مي‌باشد ارائه شده كه در آن ضريب جريمه اعتمادپذيري به‌صورت تطبيقي در طي تكامل الگوريتم ژنتيك محاسبه مي‌شود. درنهايت روش اتوماتاي سلولي تخفيف يافته تطبيقي (ARCA) ارائه شد كه در آن با يك‌بار اجراي الگوريتم اتوماتاي سلولي، ضمن يافتن مقدار مناسب ضريب جريمه اعتمادپذيري به‌صورت تطبيقي، جواب بهينه به دست مي‌آيد. براي حل مسائل بهره‌برداري بهينه برمبناي اعتمادپذيري از سيستم‌هاي چند مخزنه برقابي ، ابتدا دو روش براي حل اين مسائل بدون درنظرگرفتن اعتمادپذيري ارائه شد. روش تركيبي اتوماتاي سلولي-شبيه سازي تبريد (CA-SA) جهت حل مسائل بهره‌برداري بهينه از سيستم‌هاي چند مخزنه ارائه شد كه در آن با استفاده از مفهوم اتوماتاي سلولي، مسئله اصلي به چند زير مسئله تبديل مي‌شود كه هر زير مسئله با استفاده از روش بهينه‌سازي شبيه‌سازي تبريد حل مي‌شود. در ادامه جهت افزايش سرعت محاسباتي حل مسئله بهره‌برداري بهينه از سيستم‌هاي چند مخزنه برقابي ، روش اصلاح‌ شده اتوماتاي سلولي-شبيه سازي تبريد (MCA-SA) ارائه شد كه در آن فرآيند سرد شدن روش شبيه‌سازي تبريد در طي تكرارهاي اتوماتاي سلولي انجام مي‌شود. با استفاده از تجارب حاصل از اين روش‌ها، روش تركيبي تطبيقي اتوماتاي سلولي-شبيه سازي تبريد (ARCA-SA) ارائه شد كه در آن قيد اعتمادپذيري در طي تكرارهاي الگوريتم اتوماتاي سلولي اعمال مي‌شود. به ‌منظور بررسي كارايي روش‌هاي پيشنهادي، مسائل مختلف با درجه پيچيدگي‌هاي مختلف در نظر گرفته شده و كارايي همه روش‌هاي پيشنهادي براي حل اين مسائل مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج روش‌هاي پيشنهادي براي حل مسائل مخنلف با نتايج روش‌هاي موجود مقايسه شده و اين مقايسه‌ها حاكي از برتري چشمگير روش‌هاي پيشنهادي براي حل مسائل مختلف در نظر گرفته شده در اين تحقيق مي‌باشد. واژه‌هاي كليدي: اتوماتاي سلولي، بهينه‌سازي، روش تركيبي، بهره‌برداري بهينه

1396/03/23

1/1/1900 12:00:00 AM

Cellular automata (CA) was used as a simulation method in different branches of science and recently it is used as an optimization method. In this study, the abilities of CA are developed for solving reliability based reservoir operation problems. For this, the single reservoir hydropower operation problem is considered and different is proposed for solving the problem. As the first method relaxed CA is proposed for solving reliability based hydropower operation of a single reservoir, in which operational and reliability constraints are dealt differently. In this method, the reliability constraint is relaxed and the optimal solution is achieved after doing some CA procedure. The hybrid genetic algorithm-cellular automata (GA-CA) method is then developed in which reliability constraints are handled by GA while CA is used to solve an operation problem. After that, an adaptive GA-CA (AGA-CA) is introduced with two versions in which the reliability constraints are adaptively satisfied during GA evolution. At the end, an adaptive relaxed cellular automata (ARCA) method is developed in which the reliability constraints are handled during CA iterations. For solving muli-hydropower reservoir operation problems, two methods are developed disregarding reliability constraints. A hybrid cellular automata-simulated annealing (CA-SA) is introduced in which the main problem is broken down to some sub-problems and each sub-problem is solved by SA. In order to increase the computational efficiency, a modified CA-SA method is developed in which the cooling procedure of SA is handled during CA iterations. Using findings of these method, an adaptive cellular automata-simulated annealing (ARCA-SA) method is developed for solving reliability based muli-hydropower reservoir operation problems in which the reliability constraints are adaptively satisfied during CA iterations. In order to test the performance of the proposed methods, one single reservoir and some multi reservoir systems considered and the proposed methods are applied to solve them. The results are also compared with existing results obtained by other methods showing the superiority of the proposed methods to those of existing methods in both efficiency and effectiveness. Keywords: cellular automata, optimization, hybrid method, optimal operation.