مجموعه آموزش‌‌ نرم افزار گمز (GAMS)

نرم افزار گمز به عنوان یک ابزار قدرتمند و فراگیر برای حل مدل های ریاضی حتی در ابعاد بزرگ روز به روز نقش پررنگ تری در رشته های مهندسی ایفا می کند، یعنی هر جا نیاز به تصمیم گیری بهینه با محدودیت زمان، هزینه و منابع داشته باشیم باید از مدل سازی ریاضی استفاده کرده که گمز از ابزارهای بسیار کارآمد حل این نوع مدل ها است. در این آموزش علاوه بر آشنایی با قابلیت ها، ویژگی ها و روش های رفع خطاهای رایج نرم افزار گمز، برای حل و تحلیل مدل های ریاضی، با اصول و ساختار تشکیل مدل های ریاضی به صورت گام به گام و با حل مثال های آسان به سخت آشنا خواهیم شد تا بتوانیم با درکی درست، ارتباط بیشتری بین ساختار مدل سازی و قابلیت های نرم افزار گمز ایجاد کنیم.

GAMS یک نرم افزار مدل سازی سطح بالا برای برنامه نویسی و حل مسائل بهینه سازی است. این نرم افزار شامل یک کامپایلر و مجموعه ای از حل کننده های جامع با توان اجرایی قوی هست. GAMS برای ساخت مدل های مرکب و در مقیاس بزرگ مناسب است و این امـکان را فراهم می کند که مدل های بزرگ ایجاد شده ذخیره شود و در صورت نیاز برای شرایط (مدل های) جدید تغییر یابد. از طرفی ایجاد خروجی و ارتباط با نرم افزار MATLAB می تواند توانایی و کاربرد این نرم افزار را افزایش دهد. با برقراری ارتباط بین دو نرم افزار MATLAB و GAMS می توان به حل بهتر مسائل Iterative (تکراری) پرداخت و مسائلی مانند بهینه سازی و جایابی و… را با استفاده از قابلیت های هر دو نرم افزار حل کرد.

الگوریتم تجزیه بندرز یک روش قدرتمند برای حل مسائل بهینه سازی ریاضی در فرم های (IP/MIP/MILP/MINLP) است که در سال ۱۹۶۲ توسط آقای بندرز ارائه شد. این الگوریتم یک روش ساختار یافته و هوشمندانه برای مواجه با متغیرهای سخت و پیچیده مدل های ریاضی است. این الگوریتم مبتنی بر تجزیه مساله اولیه به دو مساله اصلی و زیر مساله و با ثابت کردن بردار متغیرهای سخت مساله پیچیدگی محاسباتی مساله را بطور قابل توجهی کاهش می دهد و سپس بردار متغیرهای سخت مساله را با اعمال صفحات برشی اصلاح و به سمت مقادیر بهینه شان همگرا می نماید.

الگوریتم آزاد سازی لاگرانژ یکی از روش های ابتکاری پرکاربرد در حل مسائل بهینه سازی ترکیباتی ریاضی است. این الگوریتم که مبتنی بر قضیه لاگرانژ برای حل مسائل بهینه سازی مقید توسعه داده شده است با آزاد سازی همه یا برخی قیودات مساله ضمن فراهم نمودن اطلاعاتی از جواب بهینه مساله اصلی، جواب های تقریبی قابل قبولی را برای مساله اصلی ایجاد می کند که عمدتا از این جواب ها می توان به عنوان یک کران در سایر الگوریتم های بهینه سازی بهره گرفت.

در سیستم ها و شبکه های قدرت تعدادی واحد تولیدی وجود دارند که هدف آن ها تامین بارهای شبکه بوده که برابری توان تولیدی و میزان بار شبکه در هر لحظه قید اساسی در سیستم قدرت است. از طرفی بهره برداری از شبکه بدون در نظر گرفتن مسائل اقتصادی چندان مورد توجه بهره برداران نیست. در واقع، همواره آن ها به دنبال این هستند که با هدف حداقل سازی هزینه های بهره برداری بتوانند قیود فنی در سیستم های قدرت را تامین نمایند و از این رو بحث پخش بار اقتصادی (Economic Dispatching) در دنیای امروز، مهم ترین هدف توزیع انرژی در مراکز تولید (نیروگاه ها) است.

در این فرادرس، دانشجویان عزیز، با مباحث مختلف آموزش مقدماتی نرم افزار GAMS برای حل مسائل بازار برق آشنا می شوند. سرفصل هایی که در این آموزش به آن پرداخته می شود، روش نصب و راه اندازی نرم افزار GAMS، معرفی دستورها و توابع پرکاربرد در کدنویسی و... است. توضیح کامل مباحث مربوطه و آموزش توسط بهترین مدرسین در این زمینه از نقاط قوت این آموزش به شمار می رود.

در این فرادرس قصد داریم به مباحث تکمیلی و کاربردی تر مساله Economic Dispatch بپردازیم. ابتدا در درس اول با مفاهیم Enviromental Dispatch آشنا می‌شویم و نحوه مدل سازی و برنامه نویسی آن در GAMS را یاد می‌ گیریم. سپس نحوه ترکیب این مدل با مدل Economic Dispatch را مورد بررسی قرار می‌ دهیم تا بتوانیم به طور هم زمان به دو هدف کمینه کردن هزینه و آلودگی دست پیدا کنیم. در درس دوم با تکنولوژی CHP‌ آشنا می‌ شویم و Economic Dispatch‌ را در شبکه‌ ای حل می‌ کنیم که دارای CHP با قابلیت تولید برق و گرما است. سپس در درس سوم به مبحث مهم آنالیز حساسیت و نحوه برنامه نویسی آن در گمز خواهیم پرداخت.

یکی از مسائل مهم در مطالعات بازار برق و بهره برداری شبکه، مساله Economic Dispatch است که در آموزش مقدماتی و تکمیلی دیسپاچینگ اقتصادی با مفاهیم و نحوه برنامه نویسی آن در GAMS آشنا شدید. در این آموزش، مساله پخش بار اقتصادی تنها در یک Snapshot از بار مورد بررسی قرار می گرفت. اما در بسیاری از مواقع نیاز داریم این مساله را در طول یک بازه زمانی که افق بهره برداری نام دارد و معمولا ۲۴ ساعت است، مورد بررسی قرار دهیم. به این صورت می توانیم مباحث مهمی مانند: نقش قیمت برق در حل مساله، شرکت واحدها در بازار انرژی و رزرو را تحقیق کنیم که به این مدل از پخش بار اقتصادی، Dynamic Economic Dispatch گفته می شود.