Short Term Unit Commitment as a Planning Problem

‘Unit Commitment’, setting online schedules for generating units in a power system to ensure supply meets demand, is integral to the secure, efficient, and economic daily operation of a power system. Conflicting desires for security of supply at minimum cost complicate this. Sustained research has produced methodologies within a guaranteed bound of optimality, given sufficient computing time. Regulatory requirements to reduce emissions in modern power systems have necessitated increased renewable generation, whose output cannot be directly controlled, increasing complex uncertainties. Traditional methods are thus less efficient, generating more costly schedules or requiring impractical increases in solution time. Meta-Heuristic approaches are studied to identify why this large body of work has had little industrial impact despite continued academic interest over many years. A discussion of lessons learned is given, and should be of interest to researchers presenting new Unit Commitment approaches, such as a Planning implementation. Automated Planning is a sub-field of Artificial Intelligence, where a timestamped sequence of predefined actions manipulating a system towards a goal configuration is sought. This differs from previous Unit Commitment formulations found in the literature. There are fewer times when a unit’s online status switches, representing a Planning action, than free variables in a traditional formulation. Efficient reasoning about these actions could reduce solution time, enabling Planning to tackle Unit Commitment problems with high levels of renewable generation. Existing Planning formulations for Unit Commitment have not been found. A successful formulation enumerating open challenges would constitute a good benchmark problem for the field. Thus, two models are presented. The first demonstrates the approach’s strength in temporal reasoning over numeric optimisation. The second balances this but current algorithms cannot handle it. Extensions to an existing algorithm are proposed alongside a discussion of immediate challenges and possible solutions. This is intended to form a base from which a successful methodology can be developed

Working Notes from the 1992 AAAI Spring Symposium on Practical Approaches to Scheduling and Planning

The symposium presented issues involved in the development of scheduling systems that can deal with resource and time limitations. To qualify, a system must be implemented and tested to some degree on non-trivial problems (ideally, on real-world problems). However, a system need not be fully deployed to qualify. Systems that schedule actions in terms of metric time constraints typically represent and reason about an external numeric clock or calendar and can be contrasted with those systems that represent time purely symbolically. The following topics are discussed: integrating planning and scheduling; integrating symbolic goals and numerical utilities; managing uncertainty; incremental rescheduling; managing limited computation time; anytime scheduling and planning algorithms, systems; dependency analysis and schedule reuse; management of schedule and plan execution; and incorporation of discrete event techniques

Comparison of agent-based scheduling to look-ahead heuristics for real-time transportation problems

We consider the real-time scheduling of full truckload transportation orders with time windows that arrive during schedule execution. Because a fast scheduling method is required, look-ahead heuristics are traditionally used to solve these kinds of problems. As an alternative, we introduce an agent-based approach where intelligent vehicle agents schedule their own routes. They interact with job agents, who strive for minimum transportation costs, using a Vickrey auction for each incoming order. This approach offers several advantages: it is fast, requires relatively little information and facilitates easy schedule adjustments in reaction to information updates. We compare the agent-based approach to more traditional hierarchical heuristics in an extensive simulation experiment. We find that a properly designed multiagent approach performs as good as or even better than traditional methods. Particularly, the multi-agent approach yields less empty miles and a more stable service level

The General Combinatorial Optimization Problem: Towards Automated Algorithm Design

This paper defines a new combinatorial optimisation problem, namely General Combinatorial Optimisation Problem (GCOP), whose decision variables are a set of parametric algorithmic components, i.e. algorithm design decisions. The solutions of GCOP, i.e. compositions of algorithmic components, thus represent different generic search algorithms. The objective of GCOP is to find the optimal algorithmic compositions for solving the given optimisation problems. Solving the GCOP is thus equivalent to automatically designing the best algorithms for optimisation problems. Despite recent advances, the evolutionary computation and optimisation research communities are yet to embrace formal standards that underpin automated algorithm design. In this position paper, we establish GCOP as a new standard to define different search algorithms within one unified model. We demonstrate the new GCOP model to standardise various search algorithms as well as selection hyper-heuristics. A taxonomy is defined to distinguish several widely used terminologies in automated algorithm design, namely automated algorithm composition, configuration and selection. We would like to encourage a new line of exciting research directions addressing several challenging research issues including algorithm generality, algorithm reusability, and automated algorithm design

Leveraging ChatGPT for Power System Programming Tasks

The rapid digitalization of power systems has led to a significant increase in coding tasks for power engineers. This research article explores how ChatGPT, an advanced AI language model, can assist power engineers and researchers in a range of coding tasks. From simple to complex, we present three case studies to illustrate the benefits of ChatGPT in various coding scenarios. For routine tasks such as daily unit commitment, ChatGPT can increase efficiency by directly generating batch number of codes and reducing repetitive programming and debugging time for power engineers. For complex problems such as decentralized optimization of mul-ti-vector energy systems, ChatGPT can reduce the learning cost of power engineers on problem formulation and the choice of numerical solvers. For new problems without readily avaliable solutions such as ultra-fast unit commitment, ChatGPT can organize technology roadmap, gen-erate data and develop model and code. Furthermore, this paper discuss generic prompt ap-proaches for different tasks in power systems, providing insights for power engineers and re-searchers seeking to harness ChatGPT in terms of auto coding, new knowledge learning and new problem solving. The findings demonstrate the potential of ChatGPT as a powerful tool in the domain of power system engineering

CEDR -- A Compiler-integrated, Extensible DSSoC Runtime

In this work, we present CEDR, a Compiler-integrated, Extensible Domain Specific System on Chip Runtime ecosystem to facilitate research towards addressing the challenges of architecture, system software and application development with distinct plug-and-play integration points in a unified compile time and run time workflow. We demonstrate the utility of CEDR on the Xilinx Zynq MPSoC-ZCU102 for evaluating performance of pre-silicon hardware in the trade space of SoC configuration, scheduling policy and workload complexity based on dynamically arriving workload scenarios composed of real-life signal processing applications scaling to thousands of application instances with FFT and matrix multiply accelerators. We provide insights into the trade-offs present in this design space through a number of distinct case studies. CEDR is portable and has been deployed and validated on Odroid-XU3, X86 and Nvidia Jetson Xavier based SoC platforms. Taken together, CEDR is a capable environment for enabling research in exploring the boundaries of productive application development, resource management heuristic development, and hardware configuration analysis for heterogeneous architectures.Comment: 35 pages single column, 16 figures, 7 tables. Accepted for publication in the ACM Transactions on Embedded and Computing System

Uses and applications of artificial intelligence in manufacturing

The purpose of the THESIS is to provide engineers and personnels with a overview of the concepts that underline Artificial Intelligence and Expert Systems. Artificial Intelligence is concerned with the developments of theories and techniques required to provide a computational engine with the abilities to perceive, think and act, in an intelligent manner in a complex environment. Expert system is branch of Artificial Intelligence where the methods of reasoning emulate those of human experts. Artificial Intelligence derives it\u27s power from its ability to represent complex forms of knowledge, some of it common sense, heuristic and symbolic, and the ability to apply the knowledge in searching for solutions. The Thesis will review : The components of an intelligent system, The basics of knowledge representation, Search based problem solving methods, Expert system technologies, Uses and applications of AI in various manufacturing areas like Design, Process Planning, Production Management, Energy Management, Quality Assurance, Manufacturing Simulation, Robotics, Machine Vision etc. Prime objectives of the Thesis are to understand the basic concepts underlying Artificial Intelligence and be able to identify where the technology may be applied in the field of Manufacturing Engineering

Declarative techniques for modeling and mining business processes..

Organisaties worden vandaag de dag geconfronteerd met een schijnbare tegenstelling. Hoewel ze aan de ene kant veel geld geïnvesteerd hebben in informatiesystemen die hun bedrijfsprocessen automatiseren, lijken ze hierdoor minder in staat om een goed inzicht te krijgen in het verloop van deze processen. Een gebrekkig inzicht in de bedrijfsprocessen bedreigt hun flexibiliteit en conformiteit. Flexibiliteit is belangrijk, omdat organisaties door continu wijzigende marktomstandigheden gedwongen worden hun bedrijfsprocessen snel en soepel aan te passen. Daarnaast moeten organisaties ook kunnen garanderen dan hun bedrijfsvoering conform is aan de wetten, richtlijnen, en normen die hun opgelegd worden. Schandalen zoals de recent aan het licht gekomen fraude bij de Franse bank Société Générale toont het belang aan van conformiteit en flexibiliteit. Door het afleveren van valse bewijsstukken en het omzeilen van vaste controlemomenten, kon één effectenhandelaar een risicoloze arbitragehandel op prijsverschillen in futures omtoveren tot een risicovolle, speculatieve handel in deze financiële derivaten. De niet-ingedekte, niet-geautoriseerde posities bleven lange tijd verborgen door een gebrekkige interne controle, en tekortkomingen in de IT beveiliging en toegangscontrole. Om deze fraude in de toekomst te voorkomen, is het in de eerste plaats noodzakelijk om inzicht te verkrijgen in de operationele processen van de bank en de hieraan gerelateerde controleprocessen. In deze tekst behandelen we twee benaderingen die gebruikt kunnen worden om het inzicht in de bedrijfsprocessen te verhogen: procesmodellering en procesontginning. In het onderzoek is getracht technieken te ontwikkelen voor procesmodellering en procesontginning die declaratief zijn. Procesmodellering process modeling is de manuele constructie van een formeel model dat een relevant aspect van een bedrijfsproces beschrijft op basis van informatie die grotendeels verworven is uit interviews. Procesmodellen moeten adequate informatie te verschaffen over de bedrijfsprocessen om zinvol te kunnen worden gebruikt bij hun ontwerp, implementatie, uitvoering, en analyse. De uitdaging bestaat erin om nieuwe talen voor procesmodellering te ontwikkelen die adequate informatie verschaffen om deze doelstelling realiseren. Declaratieve procestalen maken de informatie omtrent bedrijfsbekommernissen expliciet. We karakteriseren en motiveren declaratieve procestalen, en nemen we een aantal bestaande technieken onder de loep. Voorts introduceren we een veralgemenend raamwerk voor declaratieve procesmodellering waarbinnen bestaande procestalen gepositioneerd kunnen worden. Dit raamwerk heet het EM-BrA�CE raamwerk, en staat voor `Enterprise Modeling using Business Rules, Agents, Activities, Concepts and Events'. Het bestaat uit een formele ontolgie en een formeel uitvoeringsmodel. Dit raamwerk legt de ontologische basis voor de talen en technieken die verder in het doctoraat ontwikkeld worden. Procesontginning process mining is de automatische constructie van een procesmodel op basis van de zogenaamde event logs uit informatiesystemen. Vandaag de dag worden heel wat processen door informatiesystemen in event logs geregistreerd. In event logs vindt men in chronologische volgorde terug wie, wanneer, welke activiteit verricht heeft. De analyse van event logs kan een accuraat beeld opleveren van wat er zich in werkelijkheid afspeelt binnen een organisatie. Om bruikbaar te zijn, moeten de ontgonnen procesmodellen voldoen aan criteria zoals accuraatheid, verstaanbaarheid, en justifieerbaarheid. Bestaande technieken voor procesontginning focussen vooral op het eerste criterium: accuraatheid. Declaratieve technieken voor procesontginning richten zich ook op de verstaanbaarheid en justifieerbaarheid van de ontgonnen modellen. Declaratieve technieken voor procesontginning zijn meer verstaanbaar omdat ze pogen procesmodellen voor te stellen aan de hand van declaratieve voorstellingsvormen. Daarenboven verhogen declaratieve technieken de justifieerbaarheid van de ontgonnen modellen. Dit komt omdat deze technieken toelaten de apriori kennis, inductieve bias, en taal bias van een leeralgoritme in te stellen. Inductief logisch programmeren (ILP) is een leertechniek die inherent declaratief is. In de tekst tonen we hoe proces mining voorgesteld kan worden als een ILP classificatieprobleem, dat de logische voorwaarden leert waaronder gebeurtenis plaats vindt (positief event) of niet plaatsvindt (een negatief event). Vele event logs bevatten van nature geen negatieve events die aangeven dat een bepaalde activiteit niet kon plaatsvinden. Om aan dit probleem tegemoet te komen, beschrijven we een techniek om artificiële negatieve events te genereren, genaamd AGNEs (process discovery by Artificially Generated Negative Events). De generatie van artificiële negatieve events komt neer op een configureerbare inductieve bias. De AGNEs techniek is geïmplementeerd als een mining plugin in het ProM raamwerk. Door process discovery voor te stellen als een eerste-orde classificatieprobleem op event logs met artificiële negatieve events, kunnen de traditionele metrieken voor het kwantificeren van precisie (precision) en volledigheid (recall) toegepast worden voor het kwantificeren van de precisie en volledigheid van een procesmodel ten opzicht van een event log. In de tekst stellen we twee nieuwe metrieken voor. Deze nieuwe metrieken, in combinatie met bestaande metrieken, werden gebruikt voor een uitgebreide evaluatie van de AGNEs techniek voor process discovery in zowel een experimentele als een praktijkopstelling.