Published November 1, 2013 | Version v1
Publication Open

On the Computational Studies of Deterministic Global Optimization of Head Dependent Short-Term Hydro Scheduling

Creators

  • 1. National University of the Littoral
  • 2. Carnegie Mellon University

Description

This paper addresses the global optimization of the short term scheduling for hydroelectric power generation.A tailored deterministic global optimization approach, denominated sHBB, is developed and its performance is analyzed.This approach is applied to the optimization of a mixed integer nonlinear programming (MINLP) model for cascades of hydro plants, each one with multiple turbines, and characterized by a detailed representation of the net head of water, and a nonlinear hydropower generation function.A simplified model is also considered where only the linear coefficients of the forebay and tailrace polynomial functions are retained.For comparison purposes, four case studies are addressed with the proposed global optimization strategy and with a commercial solver for global optimization.The results show that the proposed approach is more efficient than the commercial solver in terms of finding a better solution with a smaller optimality gap, using less CPU time.The proposed method can also find alternative and potentially more profitable power production schedules.Significant insights were also obtained regarding the effectiveness of the proposed relaxation strategies.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تتناول هذه الورقة التحسين العالمي للجدولة قصيرة المدى لتوليد الطاقة الكهرومائية. يتم تطوير نهج تحسين عالمي حتمي مخصص، يطلق عليه اسم sHBB، ويتم تحليل أدائه. يتم تطبيق هذا النهج على تحسين نموذج البرمجة غير الخطية المختلطة (MINLP) لسلاسل المحطات الكهرومائية، كل منها مزود بتوربينات متعددة، ويتميز بتمثيل مفصل لصافي رأس الماء، ووظيفة توليد الطاقة الكهرومائية غير الخطية. يعتبر النموذج المبسط أيضًا حيث يتم الاحتفاظ فقط بالمعاملات الخطية لوظائف متعدد الحدود الأمامية والخلفية. لأغراض المقارنة، يتم تناول أربع دراسات حالة مع استراتيجية التحسين العالمية المقترحة ومع محلل تجاري للتحسين العالمي. تظهر النتائج أن النهج المقترح أكثر كفاءة من الحل التجاري من حيث إيجاد حل أفضل مع فجوة أمثلية أصغر، باستخدام وقت أقل لوحدة المعالجة المركزية. يمكن للطريقة المقترحة أيضًا العثور على جداول إنتاج طاقة بديلة وربما أكثر ربحية. كما تم الحصول على رؤى بارزة فيما يتعلق بفعالية استراتيجيات الاسترخاء المقترحة.

Translated Description (French)

Cet article traite de l'optimisation globale de l'ordonnancement à court terme pour la production d'énergie hydroélectrique. Une approche d'optimisation globale déterministe personnalisée, dénommée sHBB, est développée et ses performances sont analysées. Cette approche est appliquée à l'optimisation d'un modèle de programmation non linéaire à nombres entiers mixtes (MINLP) pour des cascades de centrales hydroélectriques, chacune avec plusieurs turbines, et caractérisée par une représentation détaillée de la hauteur d'eau nette et une fonction de production d'énergie hydroélectrique non linéaire. Un modèle simplifié est également considéré où seuls les coefficients linéaires des fonctions polynomiales d'avant-baie et d'arrière-cour sont conservés. À des fins de comparaison, quatre études de cas sont abordées avec la stratégie d'optimisation globale proposée et avec un solveur commercial pour l'optimisation globale. Les résultats montrent que l'approche proposée est plus efficace que le solveur commercial en termes de recherche d'une meilleure solution avec un écart d'optimisation plus petit, en utilisant moins de temps CPU. La méthode proposée peut également trouver des calendriers de production d'énergie alternatifs et potentiellement plus rentables. Des informations significatives ont également été obtenues concernant l'efficacité des stratégies de relaxation proposées.

Translated Description (Spanish)

Este documento aborda la optimización global de la programación a corto plazo para la generación de energía hidroeléctrica. Se desarrolla un enfoque de optimización global determinista personalizado, denominado sHBB, y se analiza su rendimiento. Este enfoque se aplica a la optimización de un modelo de programación no lineal de enteros mixtos (MINLP) para cascadas de centrales hidroeléctricas, cada una con múltiples turbinas, y caracterizado por una representación detallada de la carga neta de agua y una función de generación de energía hidroeléctrica no lineal. También se considera un modelo simplificado donde solo se conservan los coeficientes lineales de las funciones polinómicas forebay y tailrace. Para fines de comparación, se abordan cuatro estudios de casos con la estrategia de optimización global propuesta y con un solucionador comercial para la optimización global. Los resultados muestran que el enfoque propuesto es más eficiente que el solucionador comercial en términos de encontrar una mejor solución con una brecha de optimización más pequeña, utilizando menos tiempo de CPU. El método propuesto también puede encontrar programas de producción de energía alternativos y potencialmente más rentables. También se obtuvieron conocimientos significativos con respecto a la efectividad de las estrategias de relajación propuestas.

Files

11895674.pdf.pdf

Files (729.7 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:438d7009c3ea188e4c451b46fb469569
729.7 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
حول الدراسات الحسابية للتحسين العالمي الحتمي للجدولة المائية قصيرة الأجل للمعالين
Translated title (French)
On the Computational Studies of Deterministic Global Optimization of Head Dependent Short-Term Hydro Scheduling
Translated title (Spanish)
Sobre los estudios computacionales de optimización global determinista de la programación hidroeléctrica a corto plazo dependiente de la cabeza

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2066750477
DOI
10.1109/tpwrs.2013.2274559

Is supplement to
https://openalex.org/W2916230194 (Other)
https://openalex.org/W2686334366 (Other)
https://openalex.org/W2355646586 (Other)
https://openalex.org/W2129326002 (Other)
https://openalex.org/W2074869363 (Other)
https://openalex.org/W2024964462 (Other)
https://openalex.org/W1991968328 (Other)
https://openalex.org/W1985347718 (Other)
https://openalex.org/W1921497609 (Other)
https://openalex.org/W1619651132 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W120853093
  • https://openalex.org/W1541170979
  • https://openalex.org/W1965970856
  • https://openalex.org/W1978005944
  • https://openalex.org/W1979115862
  • https://openalex.org/W1985347718
  • https://openalex.org/W1986458792
  • https://openalex.org/W1987429668
  • https://openalex.org/W1988622494
  • https://openalex.org/W2001741445
  • https://openalex.org/W2004407575
  • https://openalex.org/W2019710194
  • https://openalex.org/W2026514179
  • https://openalex.org/W2031139610
  • https://openalex.org/W2044385126
  • https://openalex.org/W2048866292
  • https://openalex.org/W2057586259
  • https://openalex.org/W2071334094
  • https://openalex.org/W2083225543
  • https://openalex.org/W2090877525
  • https://openalex.org/W2102673114
  • https://openalex.org/W2111536838
  • https://openalex.org/W2114196548
  • https://openalex.org/W2122916962
  • https://openalex.org/W2135603790
  • https://openalex.org/W2136931788
  • https://openalex.org/W2136977617
  • https://openalex.org/W2141396864
  • https://openalex.org/W2147227792
  • https://openalex.org/W2155066842
  • https://openalex.org/W2156798471
  • https://openalex.org/W2158439386
  • https://openalex.org/W2170213261
  • https://openalex.org/W4232301049
  • https://openalex.org/W4244258451
  • https://openalex.org/W54096403