Optimizing Economic Load Dispatch with Renewable Energy Sources via Differential Evolution Immunized Ant Colony Optimization Technique

Recently, renewable energy (RE) has become a trend in power generation. It is slowly evolving from an alternative energy source into the main energy source. The technology is currently working as an auxiliary to the existing generators. Demands for electricity is expanding rapidly nowadays, which require generators to run near its operation limit. This activity put grieve risk to the generators. Nonetheless, the extensive analysis should be conducted upon RE integration into the existing power system. This paper assesses its economic impact on the power system. Setting up RE technology such as photovoltaic and wind turbine are costly, yet may reduce generator’s fuel cost in the long run. Thus, economic load dispatch (ELD) is conducted to compute the operating cost of power system with the integration of RE system. In this study, the operating cost represents the fuel cost of conventional fossil-fuel generators. Furthermore, a novel optimization technique namely Differential Evolution Immunized Ant Colony Optimization is proposed as the optimization engine. Comparative studies are conducted to assess the performance of the proposed approach

Dynamic economic emission dispatch using whale optimization algorithm for multi-objective function

Introduction. Dynamic Economic Emission Dispatch is the extended version of the traditional economic emission dispatch problem in which ramp rate is taken into account for the limit of generators in a power network. Purpose. Dynamic Economic Emission Dispatch considered the treats of economy and emissions as competitive targets for optimal dispatch problems, and to reach a solution it requires some conflict resolution. Novelty. The decision-making method to solve the Dynamic Economic Emission Dispatch problem has a goal for each objective function, for this purpose, the multi-objective problem is transformed into single goal optimization by using the weighted sum method and then control/solve by Whale Optimization Algorithm. Methodology. This paper presents a newly developed metaheuristic technique based on Whale Optimization Algorithm to solve the Dynamic Economic Emission Dispatch problem. The main inspiration for this optimization technique is the fact that metaheuristic algorithms are becoming popular day by day because of their simplicity, no gradient information requirement, easily bypass local optima, and can be used for a variety of other problems. This algorithm includes all possible factors that will yield the minimum cost and emissions of a Dynamic Economic Emission Dispatch problem for the efficient operation of generators in a power network. The proposed approach performs well to perform in diverse problem and converge the solution to near best optimal solution. Results. The proposed strategy is validated by simulating on MATLAB® for 5 IEEE standard test system. Numerical results show the capabilities of the proposed algorithm to establish an optimal solution of the Dynamic Economic Emission Dispatch problem in a several runs. The proposed algorithm shows good performance over the recently proposed algorithms such as Multi-Objective Neural Network trained with Differential Evolution, Particle swarm optimization, evolutionary programming, simulated annealing, Pattern search, multi-objective differential evolution, and multi-objective hybrid differential evolution with simulated annealing technique.Вступ. Динамічна економна диспетчеризація викидів – це розширена версія традиційної задачі економної диспетчеризації викидів, в якій враховується коефіцієнт нарощування для межі генераторів в енергомережі. Призначення. Динамічна економна  диспетчеризація викидів розглядала питання економії та викидів як конкурентні цілі для оптимальних задач диспетчеризації, і для розв‘язання задачі потрібне певне вирішення конфліктів. Новизна. Метод прийняття рішень для розв‘язання задачі динамічної економної диспетчеризації викидів має мету для кожної цільової функції, для цього багатоцільова задача трансформується в оптимізацію однієї цілі за допомогою методу зваженої суми, а потім контролюється/розв‘язується за допомогою алгоритму оптимізації китів. Методологія. У цій роботі представлена нещодавно розроблена метаевристична методика, заснована на алгоритмі оптимізації китів для розв‘язання задачі динамічної економної диспетчеризації викидів. Основним натхненням для цієї методики оптимізації є той факт, що метаевристичні алгоритми стають популярними з кожним днем завдяки своїй простоті, відсутності вимог до інформації про градієнт, легкості обходу локальних оптимумів та можливості бути використаними для ряду інших задач. Цей алгоритм включає в себе всі можливі фактори, які забезпечать мінімальні вартість та викиди задачі динамічної економної диспетчеризації викидів для ефективної роботи генераторів в енергомережі. Запропонований підхід добре працює для розв‘язання задач і наближення рішення до найкращого оптимального. Результати. Запропонована стратегія перевірена шляхом моделювання на MATLAB® для 5 стандартних тестових систем IEEE. Чисельні результати демонструють можливості запропонованого алгоритму для встановлення оптимального рішення задачі динамічної економної диспетчеризації викидів за кілька прогонів. Запропонований алгоритм демонструє хорошу ефективність порівняно з нещодавно запропонованими алгоритмами, такими як багатоцільова нейронна мережа, навчена з використанням диференціальної еволюції, оптимізація рою частинок, еволюційне програмування, імітаційний відпал, пошук за шаблоном, багатоцільова диференціальна еволюція та багатоцільова гібридна диференціальна еволюція з імітаційним методом відпалу

Dynamic economic emission dispatch using whale optimization algorithm for multi-objective function

Introduction. Dynamic Economic Emission Dispatch is the extended version of the traditional economic emission dispatch problem in which ramp rate is taken into account for the limit of generators in a power network. Purpose. Dynamic Economic Emission Dispatch considered the treats of economy and emissions as competitive targets for optimal dispatch problems, and to reach a solution it requires some conflict resolution. Novelty. The decision-making method to solve the Dynamic Economic Emission Dispatch problem has a goal for each objective function, for this purpose, the multi-objective problem is transformed into single goal optimization by using the weighted sum method and then control/solve by Whale Optimization Algorithm. Methodology. This paper presents a newly developed metaheuristic technique based on Whale Optimization Algorithm to solve the Dynamic Economic Emission Dispatch problem. The main inspiration for this optimization technique is the fact that metaheuristic algorithms are becoming popular day by day because of their simplicity, no gradient information requirement, easily bypass local optima, and can be used for a variety of other problems. This algorithm includes all possible factors that will yield the minimum cost and emissions of a Dynamic Economic Emission Dispatch problem for the efficient operation of generators in a power network. The proposed approach performs well to perform in diverse problem and converge the solution to near best optimal solution. Results. The proposed strategy is validated by simulating on MATLAB® for 5 IEEE standard test system. Numerical results show the capabilities of the proposed algorithm to establish an optimal solution of the Dynamic Economic Emission Dispatch problem in a several runs. The proposed algorithm shows good performance over the recently proposed algorithms such as Multi-Objective Neural Network trained with Differential Evolution, Particle swarm optimization, evolutionary programming, simulated annealing, Pattern search, multi-objective differential evolution, and multi-objective hybrid differential evolution with simulated annealing technique.Вступ. Динамічна економна диспетчеризація викидів – це розширена версія традиційної задачі економної диспетчеризації викидів, в якій враховується коефіцієнт нарощування для межі генераторів в енергомережі. Призначення. Динамічна економна  диспетчеризація викидів розглядала питання економії та викидів як конкурентні цілі для оптимальних задач диспетчеризації, і для розв‘язання задачі потрібне певне вирішення конфліктів. Новизна. Метод прийняття рішень для розв‘язання задачі динамічної економної диспетчеризації викидів має мету для кожної цільової функції, для цього багатоцільова задача трансформується в оптимізацію однієї цілі за допомогою методу зваженої суми, а потім контролюється/розв‘язується за допомогою алгоритму оптимізації китів. Методологія. У цій роботі представлена нещодавно розроблена метаевристична методика, заснована на алгоритмі оптимізації китів для розв‘язання задачі динамічної економної диспетчеризації викидів. Основним натхненням для цієї методики оптимізації є той факт, що метаевристичні алгоритми стають популярними з кожним днем завдяки своїй простоті, відсутності вимог до інформації про градієнт, легкості обходу локальних оптимумів та можливості бути використаними для ряду інших задач. Цей алгоритм включає в себе всі можливі фактори, які забезпечать мінімальні вартість та викиди задачі динамічної економної диспетчеризації викидів для ефективної роботи генераторів в енергомережі. Запропонований підхід добре працює для розв‘язання задач і наближення рішення до найкращого оптимального. Результати. Запропонована стратегія перевірена шляхом моделювання на MATLAB® для 5 стандартних тестових систем IEEE. Чисельні результати демонструють можливості запропонованого алгоритму для встановлення оптимального рішення задачі динамічної економної диспетчеризації викидів за кілька прогонів. Запропонований алгоритм демонструє хорошу ефективність порівняно з нещодавно запропонованими алгоритмами, такими як багатоцільова нейронна мережа, навчена з використанням диференціальної еволюції, оптимізація рою частинок, еволюційне програмування, імітаційний відпал, пошук за шаблоном, багатоцільова диференціальна еволюція та багатоцільова гібридна диференціальна еволюція з імітаційним методом відпалу

An Environmental-Economic Dispatch Method for Smart Microgrids Using VSS_QGA

The increasing penetration of distributed generation resources demands better economic performance of microgrids under the smart-grid era. In this paper, a comprehensive environmental-economic dispatch method for smart microgrids is proposed, with the objective for minimizing the summation of generation and emission costs in the system. As the proposed model belongs to a large-scale nonlinear and nonconvex programming problem, a hybrid heuristic algorithm, named variable step-size chaotic fuzzy quantum genetic algorithm (VSS_QGA), is developed. The algorithm utilizes complementarity among multiple techniques including the variable step size optimization, the rotation mutational angle fuzzy control, and the quantum genetic algorithm and combines them so as to solve problems with superior accuracy and efficiency. The effectiveness of the proposed model is demonstrated through a case study on an actual microgrid system and the advantages in the performance of VSS_QGA is also verified through the comparison with genetic algorithm (GA), the evolutionary programming approach (EP), the quantum genetic algorithm (QGA), and the chaotic quantum genetic algorithm (CQGA)

Uncertainty management in multiobjective hydro-thermal self-scheduling under emission considerations

In this paper, a stochastic multiobjective framework is proposed for a day-ahead short-term Hydro Thermal Self-Scheduling (HTSS) problem for joint energy and reserve markets. An efficient linear formulations are introduced in this paper to deal with the nonlinearity of original problem due to the dynamic ramp rate limits, prohibited operating zones, operating services of thermal plants, multi-head power discharge characteristics of hydro generating units and spillage of reservoirs. Besides, system uncertainties including the generating units\u27 contingencies and price uncertainty are explicitly considered in the stochastic market clearing scheme. For the stochastic modeling of probable multiobjective optimization scenarios, a lattice Monte Carlo simulation has been adopted to have a better coverage of the system uncertainty spectrum. Consequently, the resulting multiobjective optimization scenarios should concurrently optimize competing objective functions including GENeration COmpany\u27s (GENCO\u27s) profit maximization and thermal units\u27 emission minimization. Accordingly, the ε-constraint method is used to solve the multiobjective optimization problem and generate the Pareto set. Then, a fuzzy satisfying method is employed to choose the most preferred solution among all Pareto optimal solutions. The performance of the presented method is verified in different case studies. The results obtained from ε-constraint method is compared with those reported by weighted sum method, evolutionary programming-based interactive Fuzzy satisfying method, differential evolution, quantum-behaved particle swarm optimization and hybrid multi-objective cultural algorithm, verifying the superiority of the proposed approach

Initialization of a Multi-objective Evolutionary Algorithms Knowledge Acquisition System for Renewable Energy Power Plants

pp. 185-204The design of Renewable Energy Power Plants (REPPs) is crucial not only for the investments' performance and attractiveness measures, but also for the maximization of resource (source) usage (e.g. sun, water, and wind) and the minimization of raw materials (e.g. aluminum: Al, cadmium: Cd, iron: Fe, silicon: Si, and tellurium: Te) consumption. Hence, several appropriate and satisfactory Multi-objective Problems (MOPs) are mandatory during the REPPs' design phases. MOPs related tasks can only be managed by very well organized knowledge acquisition on all REPPs' design equations and models. The proposed MOPs need to be solved with one or more multiobjective algorithm, such as Multi-objective Evolutionary Algorithms (MOEAs). In this respect, the first aim of this research study is to start gathering knowledge on the REPPs' MOPs. The second aim of this study is to gather detailed information about all MOEAs and available free software tools for their development. The main contribution of this research is the initialization of a proposed multi-objective evolutionary algorithm knowledge acquisition system for renewable energy power plants (MOEAs-KAS-FREPPs) (research and development loopwise process: develop, train, validate, improve, test, improve, operate, and improve). As a simple representative example of this knowledge acquisition system research with two selective and elective proposed standard objectives (as test objectives) and eight selective and elective proposed standard constraints (as test constraints) are generated and applied as a standardized MOP for a virtual small hydropower plant design and investment. The maximization of energy generation (MWh) and the minimization of initial investment cost (million €) are achieved by the Multi-objective Genetic Algorithm (MOGA), the Niched Sharing Genetic Algorithm/Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-I), and the NSGA-II algorithms in the Scilab 6.0.0 as only three standardized MOEAs amongst all proposed standardized MOEAs on two desktop computer configurations (Windows 10 Home 1709 64 bits, Intel i5-7200 CPU @ 2.7 GHz, 8.00 GB RAM with internet connection and Windows 10 Pro, Intel(R) Core(TM) i5 CPU 650 @ 3.20 GHz, 6,00 GB RAM with internet connection). The algorithm run-times (computation time) of the current applications vary between 20.64 and 59.98 seconds.S

Operation and planning of distribution networks with integration of renewable distributed generators considering uncertainties: a review

YesDistributed generators (DGs) are a reliable solution to supply economic and reliable electricity to customers. It is the last stage in delivery of electric power which can be defined as an electric power source connected directly to the distribution network or on the customer site. It is necessary to allocate DGs optimally (size, placement and the type) to obtain commercial, technical, environmental and regulatory advantages of power systems. In this context, a comprehensive literature review of uncertainty modeling methods used for modeling uncertain parameters related to renewable DGs as well as methodologies used for the planning and operation of DGs integration into distribution network.This work was supported in part by the SITARA project funded by the British Council and the Department for Business, Innovation and Skills, UK and in part by the University of Bradford, UK under the CCIP grant 66052/000000

CENTRALIZED AND DISTRIBUTED OPTIMIZATION OF LOAD DISPATCH PROBLEM INCORPORATING DISTRIBUTED GENERATION

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Optimal operation of hybrid AC/DC microgrids under uncertainty of renewable energy resources : A comprehensive review

The hybrid AC/DC microgrids have become considerably popular as they are reliable, accessible and robust. They are utilized for solving environmental, economic, operational and power-related political issues. Having this increased necessity taken into consideration, this paper performs a comprehensive review of the fundamentals of hybrid AC/DC microgrids and describes their components. Mathematical models and valid comparisons among different renewable energy sources’ generations are discussed. Subsequently, various operational zones, control and optimization methods, power flow calculations in the presence of uncertainties related to renewable energy resources are reviewed.fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed