Doutorado: Richard Aderbal Gonçalves

Algoritmos Culturais para o Problema de Despacho de Energia Elétrica

GONÇALVES, Richard Aderbal. Algoritmos culturais para o problema do despacho de energia elétrica. Tese de Doutorado - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2010.

Resumo: Nesta tese Sistemas Imunológicos Artificiais são aplicados a diferentes instâncias do despacho econômico e econômico/ambiental. Os sistemas imunes considerados são baseados no princípio da seleção clonal e usam uma representação real com operador de aging puro e operadores de hipermutação baseados em mutações Gaussianas e de Cauchy. Adicionalmente, Algoritmos Culturais utilizando fontes de conhecimento normativo, situacional, histórico e topográfico são incorporados para melhorar a capacidade de otimização global dos sistemas imunes. Todas as abordagens propostas possuem vários pontos de auto-adaptação e a maioria utiliza um operador de busca local baseado na técnica quase-simplex. Uma sequência caótica também é considerada como uma potencial fonte de melhoria na variação cultural do algoritmo. Procedimentos de reparação constituem outra contribuição do trabalho e são aplicados para evitar lidar com soluções (anticorpos) infactíveis em todos os problemas abordados. Na primeira parte dos experimentos, quatro instâncias do problema do despacho econômico de energia são consideradas. Em todos os casos, foi utilizada uma função não suave de custo de combustível levando em consideração os efeitos de ponto de válvula. Uma das instâncias também considera as perdas na transmissão de energia. Nos experimentos de comparação entre as abordagens propostas, as versões imuno-culturais superam a versão puramente imune. O método cultural proposto que apresenta melhor resultado é escolhido para ser comparado a outras técnicas modernas de otimização reportadas na literatura recente. Em todos os casos mono-objetivo considerados, a abordagem proposta é capaz de encontrar o menor custo de combustível. A segunda parte dos experimentos trata do problema do despacho econômico/ambiental. Esta é uma versão do problema do despacho econômico de energia onde a emissão de poluentes é adicionada como um novo objetivo, tornando este um problema de otimização multiobjetivo não-linear com restrições. Algoritmos imuno-culturais baseados em fatores de escalarização e dominância de Pareto são propostos para este caso. Várias instâncias do problema são utilizadas nos experimentos, algumas das quais consideram perdas na transmissão de energia. Os algoritmos propostos são favoravelmente comparados com um algoritmo do estado-da-arte para otimização multiobjetivo (NSGA-II). O melhor algoritmo proposto também é comparado com métodos reportados na literatura recente. As comparações mostram o bom desempenho da melhor abordagem proposta e confirmam seu potencial para resolver o problema do despacho econômico/ambiental de energia.

 

Palavras-chave: Despacho Econômico de Energia. Despacho Econômico/Ambiental de Energia. Sistemas Imunológicos Artificiais. Algoritmos Culturais. Otimização Multiobjetivo.

Cultural Algorithms for the Load Dispatch Problem

 

 

GONÇALVES, Richard Aderbal. Cultural algorithms for the load dispatch problem. Tese de Doutorado - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2010.

Abstract:

In this thesis Artificial Immune Systems are applied to solve different instances of the economic and enviromental/economic load dispatch problems. The immune systems considered here are based on the clonal selection principle and use a real coded representation with pure aging operator and hypermutation operators based on Gaussian and Cauchy mutations. Additionally, Cultural Algorithms using normative, situational, historical and topographical knowledge sources are incorporated to improve the global optimization capability of immune systems. All the proposed approaches have several points of self-adaptation and most of them use a local search operator that is based on a quasi-simplex technique. A chaotic sequence is also considered as a potential source of improvement to the cultural variation. Repair procedures represent another contribution of this work and are applied to avoid dealing with infeasible solutions (antibodies) in all the considered problems. In the first part of the experiments, four instances of the economic load dispatch problem are considered. In all the cases, a non-smooth fuel cost function which takes into account the valve-point loading effects is utilized. One of instances also considers energy transmission losses. In the experiments conducted to compare the proposed approaches, the immune-cultural based approaches outperformed the pure immune version. The proposed cultural method which presents the best performance is chosen to be compared with other modern optimization techniques reported in the recent literature. In all the mono-objective cases considered, the proposed approach is capable of finding the minimum fuel cost value. The second part of the experiments deals with the environmental/economic load dispatch problem. This is a multi-objective version of the economic load dispatch where pollution emission is added as an objective, it is formulated as a non-linear constrained multi-objective optimization problem. Cultural immune algorithms based on scalarizing factors and Pareto-dominance are proposed for this case. Several instances of the problem are considered, some dealing with energy transmission losses. The proposed algorithms are favorably compared with a state-of-art algorithm for multi-objective optimization (NSGA-II). The best proposed algorithm is also compared with methods reported in recent literature. The comparisons demonstrate the good performance of the best proposed approach and confirm its potential to solve the enviromental/economic load dispatch problem.

 

Keywords

: Economic Load Dispatch. Environmental/Economic Load Dispatch. Artificial Immune Systems. Cultural Algorithms.  Multi-objective Optimization.

 

Publicações/Publications:

• 01. GONÇALVES, Richard Aderbal ; ALMEIDA, Carolina Paula de ; DELGADO, Myriam Regattieri de Biase da Silva ; GOLDBARG, M. C. ; GOLDBARG, E. G. A Cultural Immune System for Economic Load Dispatch with Non-smooth Cost Functions. In: 6th International Conference on Artificial Immune Systems – Lecture Notes in Computer Sciences, 2007, Santos. Anais do 6th Icaris, 2007. v. 4628. p. 382-394.
• ALMEIDA, Carolina Paula de ; GONÇALVES, Richard Aderbal ; DELGADO, Myriam Regattieri de Biase da Silva . Hybrid Immune-Based System for the Protein Folding Problem. In 7th European Conference, EvoCOP 2007 - Lecture Notes in Computer Science, Valencia, Spain, 2007. v. 4446, p. 13-24.
• GONÇALVES, Richard Aderbal ; KUK, Josiel Neumann ; ALMEIDA, Carolina Paula de ; RODRIGUES, Nátalli Macedo ; DELGADO, Myriam Regattieri . A Fuzzy Cultural Immune System for Economic Load Dispatch with Non-Smooth Cost Functions. In: XL Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, 2008, João Pessoa. Anais do XL Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, 2008.
• GONÇALVES, Richard Aderbal; ALMEIDA, Carolina Paula de; DELGADO, Myriam Regattieri . Solving Economic Load Dispatch Problem by Natural Computing Intelligent Systems. 15th International Conference on Intelligent System Applications to Power Systems - ISAP 2009, Curitiba. IEEE PES, 2009.