Search

Includes bibliographical references (p. 82-88). Number of sources in the bibliography: 74 Thesis (Ph. D.) -- University of Cyprus, Faculty of Pure and Applied Sciences, Department of Computer Science, 2018. The University of Cyprus Library holds the printed form of the thesis Στα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον συμβατικά σχήματα αποκοπής φορτίου σε περιπτώσεις όπου υπάρχει έλλειμα παραγωγής. Αυτά τα συμβατικά σχήματα χρησιμοποιούν μια αρχιτεκτονική που βασίζεται στη βηματική αποκοπή φορτίου προκειμένου να επιτευχθεί η διατήρηση της συχνότητας του ηλεκτρικού δικτύου σε επιθυμητά επίπεδα σε περιπτώσεις σοβαρής έκτακτης ανάγκης (π.χ., μαζική απώλεια παραγωγής). Υπάρχουν προκαθορισμένα υποψήφια προς αποκοπή κυκλώματα που βασίζονται στη σημαντικότητά τους, τα ιστορικά δεδομένα, τη ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος σε κάθε υποσταθμό και την εμπειρία του διαχειριστή του συστήματος. Οι συνθήκες κάτω από τις οποίες συμβαίνει κάποιο σφάλμα ή μια βλάβη διαφέρουν και έχουν ως αποτέλεσμα την αποκοπή μικρότερης ή μεγαλύτερης ποσότητας ηλεκτρικού φορτίου από την απαιτούμενη και συνεπώς στη μη-βέλτιστη λειτουργία του σχήματος αποκοπής φορτίου. Επιπρόσθετα, τα πρόσφατα προτεινόμενα ημί-προσαρμοστικά σχήματα αποκοπής φορτίου είναι λειτουργικά μόνο στη θεωρία μια και για να λειτουργήσουν ικανοποιητικά στην πράξη χρειάζονται μεγάλο αριθμού δεδομένων συλλεχθέντων σε πραγματικό χρόνο. Αυτά τα δεδομένα δεν μπορούν εύκολα να συλλεγούν σε μεγάλη κλίματα και με τρόπο αποδοτικό από οικονομικής άποψης. Επιπλέον, τα προηγούμενα προταθέντα σχήματα αποκοπής φορτίου αποτυγχάνουν να ανταποκριθούν με επάρκεια σε πρωτόγνωρα ή συνδιαστικά συμβάντα, είναι συντηρητικά ως προς την ποσότητα του φορτίου που πρέπει να αποκοπεί και δεν καταπιάνονται με την επιλεκτική διάσταση του φαινομένου της αποκοπής φορτίου. Σ’ αυτή την διδακτορική διατριβή, προτείνεται αριθμός από καινοφανή σχήματα αποκοπής φορτίου (βασιζόμενα σε μοντέλο, πλήρως προσαρμοστικά και αναλυτικά), τα οποία ελαχιστοποιούν το συνολικό φορτίο που πρέπει να αποκοπεί και είναι εύρωστα σε διαδοχικές διαταραχές. Προσθετικά, οι επιπτώσεις του συνολικού χρόνου ανταπόκρισης των προτεινόμενων συστημάτων αποκοπής φορτίου σε σχέση με την ποσότητα του φορτίου προς αποκοπή έχουν μελετηθεί και ποσοτικοποιηθεί. Περαιτέρω, η παρούσα διδακτορική διατριβή μοντελοποιεί το ίχνος των σχημάτων αποκοπής φορτίου στην διάρκεια ζωής των περιστρεφόμενων μαζών του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας και παρέχει τη βέλτιστη ποσότητα φορτίου προς αποκοπή που εξασφαλίζει τη μέγιστη βιωσιμότητα από οικονομικής άποψης, λαμβάνοντας υπόψη το κόστος της μη εξυπηρετούμενης ενέργειας καθώς και το κόστος της μηχανικής καταπόνησης στην οποία υπόκεινται οι μονάδες ηλεκτροπαραγωγής. In contemporary power systems conventional Under Frequency Load Shedding (UFLS) schemes are typically used. These UFLS schemes employ a step-level structure to calculate the amount of load to be shed in the case of a severe contingency (e.g., massive loss of generation). There are pre-defined candidate circuit breakers to be opened, based on the importance of loads, historical data for the load demand at each substation, and the operator’s experience. However, real conditions at the time of fault differ, resulting to the shedding of a larger or smaller amount of load and to a non-optimal operation of the load shedding scheme. Furthermore, the recently proposed semi-adaptive load shedding schemes are usually only theoretically functional due to the large amount of real time monitoring data required to perform satisfactorily. These data cannot be obtained at a large scale and on a cost effective manner. Also, previously proposed UFLS schemes fail to respond adequately against newly emerging or combinational events, are conservative in terms of the amount of load to be shed and do not address the selectivity dimension as far as the combination of loads to be shed is concerned. In this Ph.D. thesis, a number of novel UFLS schemes are proposed (model based, fully adaptive and analytical) that minimize the total amount of UFLS and are robust to consecutive disturbances. Also, the impact of the total response time of the proposed UFLS schemes with regards to the load shedding amount was investigated and quantified. Additionally, this Ph.D. thesis models the footprint of the UFLS to the lifetime of the rotating equipment of the power system and provides the optimal amount of load shedding that ensures maximum sustainability from the economical point of view, taking into account the cost of unserved energy as well as the cost of the incurred fatigue of the generating units.

Includes bibliographical references (p. 143-151). Number of sources in the bibliography: 102 Thesis (Ph. D.) -- University of Cyprus, Faculty of Engineering, Department of Electrical and Computer Engineering, 2017. The University of Cyprus Library holds the printed form of the thesis. Παρά τις σημαντικές εξελίξεις στην τεχνολογία, τα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν κλιμακωτές βλάβες που οδηγούν σε μεγάλης έκτασης συσκοτίσεις. Η ηθελημένη ελεγχόμενη νησιδοποίηση, ή αλλιώς διάσπαση συστήματος ή ελεγχόμενος διαχωρισμός συστήματος, έχει προταθεί ως ένα αποτελεσματικό διορθωτικό μέτρο ελέγχου για τον περιορισμό αυτών των καταστροφικών γεγονότων. Η ελεγχόμενη νησιδοποίηση αποσκοπεί στο να χρησιμοποιηθεί ως μια έσχατη λύση για να προσπαθήσει να σώσει το σύστημα από μια μερική ή πλήρη συσκότιση. Όταν το σύστημα υποστεί μια σοβαρή διαταραχή και τα συμβατικά συστήματα ελέγχου δεν είναι σε θέση να το διατηρήσουν σε ευστάθεια, η ελεγχόμενη νησιδοποίηση μπορεί να καθορίσει σε πραγματικό χρόνο (μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα στην πράξη) ένα σύνολο γραμμών που θα αποσυνδεθούν από το σύστημα μεταφοράς ώστε να δημιουργηθούν βιώσιμα και ευσταθή υποσυστήματα, γνωστά και ως νησίδες. Κατά την υιοθέτηση της ηθελημένης ελεγχόμενης νησιδοποίησης, πρέπει να εξεταστούν τρεις βασικές πτυχές: “σε ποια σημεία να διαχωριστεί το σύστημα”, “πότε να διαχωριστεί το σύστημα” και ”τι πρέπει να γίνει μετά τον διαχωρισμό του συστήματος”. Σε αυτή τη διατριβή, προτείνονται αρκετές μέθοδοι ελεγχόμενης νησιδοποίησης για την επίλυση της πρώτης πτυχής. Οι προτεινόμενες μέθοδοι αποσκοπούν στη διάσπαση του συστήματος με ελάχιστη διαταραχή της ροής ισχύος ή ελάχιστη ανισορροπία της ισχύος στις νησίδες, για οποιοδήποτε δεδομένο αριθμό νησίδων, διατηρώντας παράλληλα τις συνοχές των γεννητριών και άλλους στατικούς και δυναμικούς περιορισμούς (π.χ. διαθεσιμότητα μιας γραμμής μεταφοράς, συνδεσιμότητα). Δεδομένου ότι η ευστάθεια των νησίδων που δημιουργούνται εξαρτάται κυρίως από τη συνοχή των γεννητριών εντός των νησίδων, προτείνεται επίσης μια εφαρμογή δύο σταδίων για τον καθορισμό συνεκτικών γεννητριών σε διαταραγμένα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Η εφαρμογή αυτή βασίζεται στην ομοιότητα μεταξύ των διασυνδετικών ταλαντώσεων και των καμπυλών ταλάντωσης των γεννητριών. Το ερώτημα για το πότε πρέπει να διαχωριστεί το σύστημα είναι κρίσιμο για την επιτυχία της μεθόδου ελεγχόμενης νησιδοποίησης, δεδομένου ότι πρέπει να αντιμετωπιστούν τα πιθανά προβλήματα λανθασμένου συναγερμού και λανθασμένης χρονικής εκτέλεσης. Μια ενοποιημένη μεθοδολογία που βασίζεται σε ένα area-based Center of Inertia (COI)-referred rotor angle δείκτη εισάγεται για να προσδιορίσει τον καταλληλότερο χρόνο διαχωρισμού του συστήματος. Αυτός ο έγκαιρος καθορισμός του χρόνου για ελεγχόμενη νησιδοποίηση μπορεί να συνδυαστεί με εφαρμογές που καθορίζουν τα σημεία διαχωρισμού του συστήματος. Επιπλέον, σε αυτή τη διατριβή, εξετάζεται η έννοια μιας στρατηγικής για ελεγχόμενη νησιδοποίηση συνδυασμένη με μια εφαρμογή για παράλληλη αποκατάσταση του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Για το λόγο αυτό, ένας αλγόριθμος ελεγχόμενης νησιδοποίησης εξελίσσεται λαμβάνοντας υπόψιν περιορισμούς αποκατάστασης του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας (π.χ. πλήρης παρατηρησιμότητα, επαρκής ικανότητα “blackstart” και επαρκής ικανότητα παραγωγής για να καλύπτει την ζήτηση φορτίου σε κάθε νησίδα). Αυτοί οι νέοι περιορισμοί μπορούν να θεωρηθούν ως ένα στάδιο προγραμματισμού της αποκατάστασης του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Στη συνέχεια, προτείνεται μια καινοτόμα μέθοδος για να παρέχει λύσεις σε πραγματικό χρόνο τόσο για ελεγχόμενη νησιδοποίηση όσο και για αποκατάσταση του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας βασιζόμενη σε εκτιμημένες καταστάσεις του συστήματος. Η συγκεκριμένη μέθοδος, που αποτελείται από τον προαναφερθέντα αλγόριθμο ελεγχόμενης νησιδοποίησης που εξελίχθηκε, έναν εκτιμητή κατάστασης πραγματικού χρόνου και μια διαδικασία αποκατάστασης του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, δίνει στο χειριστή του συστήματος την ευελιξία να παρακολουθεί τις νησίδες μετά τη νησιδοποίηση και να τις επανασυνδέει σε σχεδόν πραγματικό χρόνο, μόλις ικανοποιηθούν οι συνθήκες συγχρονισμού τους. Επιπλέον, προτείνεται ένα ενοποιημένο πλαίσιο που αποτελείται από μια καινοτόμα μέθοδο ελεγχόμενης νησιδοποίησης και μια μεθοδολογία εκτίμησης κινδύνου για να αξιολογήσει τον κίνδυνο των μεθόδων ελεγχόμενης νησιδοποίησης στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας. Το ενοποιημένο πλαίσιο παρέχει στατιστικά στοιχεία σχετικά με τα οφέλη και τους κινδύνους της εφαρμογής μιας ελεγχόμενης νησιδοποίησης, λαμβάνοντας υπόψη τις αβεβαιότητες και τις ανησυχίες που σχετίζονται με την αξιοπιστία της. Για την ολοκλήρωση αυτής της έρευνας, αναπτύχθηκαν δυναμικά δοκιμαστικά συστήματα κατάλληλα για μελέτες μεταβατικής ανάλυσης τα οποία παρέχονται σε ανοικτή πρόσβαση. Despite major advances in technology, modern power systems still experience cascading outages leading to large-scale blackouts. Intentional controlled islanding (ICI), also called system splitting or controlled system separation, has been proposed as an effective corrective control action to mitigate these catastrophic events. ICI is aimed to be used as a final resort to attempt to save the system from a partial or a complete blackout. When the system is subject to a severe disturbance and the conventional control systems are unable to keep the system stable, ICI can determine in real-time (within a few seconds in practice) a set of lines to be disconnected across the transmission system to create sustainable and stable subsystems, also known as islands. When adopting ICI, three key aspects must be addressed: “where to island”, “when to island” and “what to do after islanding”. In this thesis, several ICI schemes are proposed for addressing the first one. The proposed schemes aim to split the system with minimal power-flow disruption or minimal power imbalance within islands, for any given number of islands, while maintaining generator coherencies and other static and dynamic constraints (e.g., transmission line availability, connectivity). Since the stability of islands created is mainly dependent on the coherency of the generators inside the islands, a two-step approach for defining coherent generators in disturbed power systems based on the similarity among their inter-area oscillations and swing curves is also proposed. The question of when to island is critical for the success of the ICI scheme, since the possible issues of false alarm and false dismissal have to be handled. A unified methodology based on area-based Center of Inertia (COI)-referred rotor angle index is introduced to determine the most suitable time for splitting the system. This timely definition of the time for islanding can be combined with approaches to determine the points where to island the system. Furthermore, in this thesis, the concept of a controlled islanding strategy combined with an approach of Parallel Power System Restoration (PPSR) is considered. A proposed ICI algorithm is extended to consider power system restoration constraints (e.g., complete observability, sufficient blackstart (BS) capability and sufficient generation capacity to match the load consumption within each island). These new constraints can be viewed as a power system restoration planning stage. Next, a novel scheme is proposed to provide real-time solutions for both ICI and power system restoration based on estimated states. The particular scheme, which consists of the aforementioned extended ICI algorithm, a real-time state estimator and a power system restoration process, gives the system operator the flexibility to monitor the islands during the post-islanding stage and reconnect them in quasi real time, as soon as their synchronizing conditions are met. In addition, a unified framework that consists of a novel ICI scheme and a risk assessment methodology is proposed to assess the risk of ICI schemes on the electricity system. The unified framework provides insights on the benefits and risks of implementing ICI, considering the uncertainties and concerns related to its reliability. For the completion of this research, dynamic test bed systems suitable for transient analysis studies are developed and provided in open access.

Includes bibliography (p. 181-196). Thesis (Ph. D.) -- University of Cyprus, Faculty of Engineering, Department of Electrical and Computer Engineering, January 2012. The University of Cyprus Library holds the printed form of the thesis. Η οικονομική κατανομή της παραγωγής στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα βελτιστοποίησης, τόσο για τις εταιρείες παραγωγής οι οποίες ανταγωνίζονται στην ελεύθερη αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, όσο και για τον διαχειριστή του συστήματος ο οποίος είναι υπεύθυνος για τη δίκαιη διαχείριση των συναλλαγών μεταξύ των παροχέων ηλεκτρικής ενέργειας και των καταναλωτών. Το κόστος καυσίμου παραμένει το πιο σημαντικό μέρος του μεταβλητού κόστους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και ανακλάται απευθείας στους λογαριασμούς ηλεκτρικής ενέργειας. Μικρές αλλαγές στη μοντελοποίηση της συνάρτησης κόστους μαζί με την υιοθέτηση της σωστής μεθοδολογίας επίλυσης του προβλήματος μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές εξοικονομήσεις ανά έτος. Το πρόβλημα της οικονομικής κατανομής στοχεύει στον καταμερισμό της ζήτησης ηλεκτρικού φορτίου στις δεσμευμένες μονάδες παραγωγής, με τον πιο οικονομικό ή επικερδή τρόπο, ενώ ταυτόχρονα ικανοποιούνται όλοι οι φυσικοί περιορισμοί του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Συνήθως, το πρόβλημα της οικονομικής κατανομής είναι ένα άκρως μη-γραμμικό πρόβλημα βελτιστοποίησης, ενώ υπάρχει ένας σημαντικός αριθμός περιορισμών οι οποίοι πρέπει να ικανοποιούνται. Οι πιο πάνω παράγοντες καθιστούν το πρόβλημα της οικονομικής κατανομής ένα υπολογιστικά απαιτητικό πρόβλημα. Επιπλέον, αυτό το πρόβλημα απαιτείται να επιλύεται συνεχώς σε χρονικά διαστήματα που κυμαίνονται από δευτερόλεπτα μέχρι μισή ώρα, ανάλογα με τις πρακτικές κάθε εταιρείας και την αγορά ηλεκτρισμού στην οποία επιχειρεί. Αυτή η διατριβή προτείνει ένα καινοτόμο ευρεστικό-υβριδικό αλγόριθμο βελτιστοποίησης, ο οποίος είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για συναρτήσεις ελτιστοποίησης οι οποίες είναι σύνθετες και μεγάλες σε διαστάσεις. Ο αλγόριθμος που προτείνεται ονομάζεται GAAPI και είναι υβριδοποίηση μεταξύ δυο τεχνικών βελτιστοποίησης: μιας ειδικής τάξης βελτιστοποίησης βασιζόμενη σε συμπεριφορές αποικιών μυρμηγκιών (API) και ενός γενετικού αλγορίθμου (GA). Ο καινοτόμος αλγόριθμος εκμεταλλεύεται την συμπεριφορά κατάβασης του API (η οποία είναι σημαντικό χαρακτηριστικό για οποιοδήποτε αλγόριθμο βελτιστοποίησης) και την καλή εξάπλωση στο χώρο λύσεων του γενετικού αλγόριθμου. Ο αλγόριθμος GAAPI βελτιώνει την ικανότητα εξερεύνησης των δυο συνιστώντων αλγορίθμων, ενώ διατηρεί την στιβαρότητα στη λύση και παρέχει ταχείς υπολογιστικές δυνατότητες. Ο GAAPI εξετάστηκε χρησιμοποιώντας είκοσι πρότυπες συναρτήσεις βελτιστοποίησης. Τα αποτελέσματα αναλύονται αναφορικά με την ποιότητα της λύσεως και την υπολογιστική απόδοση. Δεικνύεται ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος GAAPI είναι ικανός να επιτυγχάνει λύσεις υψηλής στιβαρότητας και ποιότητας εντός λογικού υπολογιστικού χρόνου, συγκρινόμενος με αριθμό αλγορίθμων που προτείνονται στη βιβλιογραφία. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος εφαρμόζεται στο πρόβλημα της οικονομικής κατανομής στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Χρησιμοποιούνται τέσσερα δοκιμαστικά συστήματα του Ινστιτούτου Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (ΙΕΕΕ), τα οποία έχουν διαφορετικά μεγέθη και πολυπλοκότητες, για να επικυρωθεί η αποτελεσματικότητα και η εφαρμοσιμότητα του αλγορίθμου σε διάφορες διατυπώσεις. Λόγω των ταχέων υπολογιστικών του δυνατοτήτων, ο προτεινόμενος αλγόριθμος οραματίζεται να χρησιμοποιηθεί ως ένα εργαλείο λειτουργίας τόσο για τις εταιρείες παραγωγής όσο και για τους διαχειριστές του συστήματος μεταφοράς. Τα κύρια πλεονεκτήματα του προτεινόμενου εργαλείου βελτιστοποίησης είναι η ευελιξία στην προσθήκη περαιτέρω περιορισμών με ελάχιστες τροποποιήσεις στην προσέγγιση, ο μειωμένος υπολογιστικός χρόνος και η στιβαρότητα της λύσης. Αυτή η διατριβή εξετάζει επίσης αριθμό τεχνικών και οικονομικών προκλήσεων τις οποίες μπορεί να αντιμετωπίσει ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας όταν υπάρχει σημαντική διείσδυση μεταβλητών, μερικώς προβλεπτών πηγών παραγωγής. Συγκεκριμένα, αυτή η εργασία συμπεριλαμβάνει μια μελέτη για τις προκλήσεις κατανομής σε απομονωμένα συστήματα με υψηλή διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η αιολική. (...) The economic dispatch of generation in power systems is one of the most important optimization problems for both the generating companies competing in a free electricity market and the systems operator in charge with a fair handling of transactions between electricity suppliers and their customers. The fuel cost component is still the major part of the variable cost of electricity generation, directly reflected in the electricity bills. Fine tuning in modelling the cost function, together with the right solution adopted to solve the problem, may lead to significant savings per year in large power system networks. Economic dispatch aims at allocating the electricity load demand to the committed generating units in the most economic or profitable way, while continuously respecting the physical constraints of the power system. Typically, the economic dispatch problem is a highly non-linear optimization problem and there are a significant number of constraints that need to be respected, thus making economic dispatch a computationally intensive task. This problem needs to be solved continuously at time intervals ranging from minutes to half an hour, depending on the utility practice and the electricity market it operates in. This dissertation proposes a novel heuristic-hybrid optimization method/algorithm particularly suited to large dimensional, complex optimization functions. The algorithm proposed is called GAAPI and is an hybridization between two optimization techniques: a special class of ant colony optimization for continuous domains entitled API and a genetic algorithm (GA). The algorithm adopts the downhill behavior of API (a key characteristic of optimization algorithms) and the good spreading in the solution space of the genetic algorithm. GAAPI improves the overall search capability of the two constituent algorithms, while maintaining robustness in the solution and fast computational capabilities. GAAPI is tested using twenty benchmark optimization functions. The results are analyzed in terms of both the quality of the solution and the computational efficiency; it is shown that the proposed GAAPI algorithm is capable of obtaining highly robust, quality solutions in a reasonable computational time, compared to a number of similar algorithms proposed in the literature. The proposed algorithm is applied to the problem of the economic dispatch in power systems. Four IEEE test power systems having different sizes and complexities are used to validate the effectiveness and applicability of the algorithm for solving the economic dispatch problem in its different formulations. Due to the fast computational capabilities of the proposed algorithm, it is envisioned that it becomes an operations tool for both the generation companies and the TSO/ISO. The main advantages of the optimization tool proposed are its flexibility in adding more constraints with minimum transformations in the approach, its reduced computational time, and the robustness of the solution. This dissertation also investigates a number of technical and economic challenges a power system may encounter when variable, partially predictable generation resources share a significant amount in the load covering. In specific, this work includes a study for the dispatch challenges in isolated power systems with a high share of renewable generation, such as wind. (...)

Includes bibliography (p. 181-196). Thesis (Ph. D.) -- University of Cyprus, Faculty of Engineering, Department of Electrical and Computer Engineering, January 2012. The University of Cyprus Library holds the printed form of the thesis. Η οικονομική κατανομή της παραγωγής στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα βελτιστοποίησης, τόσο για τις εταιρείες παραγωγής οι οποίες ανταγωνίζονται στην ελεύθερη αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, όσο και για τον διαχειριστή του συστήματος ο οποίος είναι υπεύθυνος για τη δίκαιη διαχείριση των συναλλαγών μεταξύ των παροχέων ηλεκτρικής ενέργειας και των καταναλωτών. Το κόστος καυσίμου παραμένει το πιο σημαντικό μέρος του μεταβλητού κόστους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και ανακλάται απευθείας στους λογαριασμούς ηλεκτρικής ενέργειας. Μικρές αλλαγές στη μοντελοποίηση της συνάρτησης κόστους μαζί με την υιοθέτηση της σωστής μεθοδολογίας επίλυσης του προβλήματος μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές εξοικονομήσεις ανά έτος. Το πρόβλημα της οικονομικής κατανομής στοχεύει στον καταμερισμό της ζήτησης ηλεκτρικού φορτίου στις δεσμευμένες μονάδες παραγωγής, με τον πιο οικονομικό ή επικερδή τρόπο, ενώ ταυτόχρονα ικανοποιούνται όλοι οι φυσικοί περιορισμοί του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Συνήθως, το πρόβλημα της οικονομικής κατανομής είναι ένα άκρως μη-γραμμικό πρόβλημα βελτιστοποίησης, ενώ υπάρχει ένας σημαντικός αριθμός περιορισμών οι οποίοι πρέπει να ικανοποιούνται. Οι πιο πάνω παράγοντες καθιστούν το πρόβλημα της οικονομικής κατανομής ένα υπολογιστικά απαιτητικό πρόβλημα. Επιπλέον, αυτό το πρόβλημα απαιτείται να επιλύεται συνεχώς σε χρονικά διαστήματα που κυμαίνονται από δευτερόλεπτα μέχρι μισή ώρα, ανάλογα με τις πρακτικές κάθε εταιρείας και την αγορά ηλεκτρισμού στην οποία επιχειρεί. Αυτή η διατριβή προτείνει ένα καινοτόμο ευρεστικό-υβριδικό αλγόριθμο βελτιστοποίησης, ο οποίος είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για συναρτήσεις ελτιστοποίησης οι οποίες είναι σύνθετες και μεγάλες σε διαστάσεις. Ο αλγόριθμος που προτείνεται ονομάζεται GAAPI και είναι υβριδοποίηση μεταξύ δυο τεχνικών βελτιστοποίησης: μιας ειδικής τάξης βελτιστοποίησης βασιζόμενη σε συμπεριφορές αποικιών μυρμηγκιών (API) και ενός γενετικού αλγορίθμου (GA). Ο καινοτόμος αλγόριθμος εκμεταλλεύεται την συμπεριφορά κατάβασης του API (η οποία είναι σημαντικό χαρακτηριστικό για οποιοδήποτε αλγόριθμο βελτιστοποίησης) και την καλή εξάπλωση στο χώρο λύσεων του γενετικού αλγόριθμου. Ο αλγόριθμος GAAPI βελτιώνει την ικανότητα εξερεύνησης των δυο συνιστώντων αλγορίθμων, ενώ διατηρεί την στιβαρότητα στη λύση και παρέχει ταχείς υπολογιστικές δυνατότητες. Ο GAAPI εξετάστηκε χρησιμοποιώντας είκοσι πρότυπες συναρτήσεις βελτιστοποίησης. Τα αποτελέσματα αναλύονται αναφορικά με την ποιότητα της λύσεως και την υπολογιστική απόδοση. Δεικνύεται ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος GAAPI είναι ικανός να επιτυγχάνει λύσεις υψηλής στιβαρότητας και ποιότητας εντός λογικού υπολογιστικού χρόνου, συγκρινόμενος με αριθμό αλγορίθμων που προτείνονται στη βιβλιογραφία. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος εφαρμόζεται στο πρόβλημα της οικονομικής κατανομής στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Χρησιμοποιούνται τέσσερα δοκιμαστικά συστήματα του Ινστιτούτου Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (ΙΕΕΕ), τα οποία έχουν διαφορετικά μεγέθη και πολυπλοκότητες, για να επικυρωθεί η αποτελεσματικότητα και η εφαρμοσιμότητα του αλγορίθμου σε διάφορες διατυπώσεις. Λόγω των ταχέων υπολογιστικών του δυνατοτήτων, ο προτεινόμενος αλγόριθμος οραματίζεται να χρησιμοποιηθεί ως ένα εργαλείο λειτουργίας τόσο για τις εταιρείες παραγωγής όσο και για τους διαχειριστές του συστήματος μεταφοράς. Τα κύρια πλεονεκτήματα του προτεινόμενου εργαλείου βελτιστοποίησης είναι η ευελιξία στην προσθήκη περαιτέρω περιορισμών με ελάχιστες τροποποιήσεις στην προσέγγιση, ο μειωμένος υπολογιστικός χρόνος και η στιβαρότητα της λύσης. Αυτή η διατριβή εξετάζει επίσης αριθμό τεχνικών και οικονομικών προκλήσεων τις οποίες μπορεί να αντιμετωπίσει ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας όταν υπάρχει σημαντική διείσδυση μεταβλητών, μερικώς προβλεπτών πηγών παραγωγής. Συγκεκριμένα, αυτή η εργασία συμπεριλαμβάνει μια μελέτη για τις προκλήσεις κατανομής σε απομονωμένα συστήματα με υψηλή διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η αιολική. (...) The economic dispatch of generation in power systems is one of the most important optimization problems for both the generating companies competing in a free electricity market and the systems operator in charge with a fair handling of transactions between electricity suppliers and their customers. The fuel cost component is still the major part of the variable cost of electricity generation, directly reflected in the electricity bills. Fine tuning in modelling the cost function, together with the right solution adopted to solve the problem, may lead to significant savings per year in large power system networks. Economic dispatch aims at allocating the electricity load demand to the committed generating units in the most economic or profitable way, while continuously respecting the physical constraints of the power system. Typically, the economic dispatch problem is a highly non-linear optimization problem and there are a significant number of constraints that need to be respected, thus making economic dispatch a computationally intensive task. This problem needs to be solved continuously at time intervals ranging from minutes to half an hour, depending on the utility practice and the electricity market it operates in. This dissertation proposes a novel heuristic-hybrid optimization method/algorithm particularly suited to large dimensional, complex optimization functions. The algorithm proposed is called GAAPI and is an hybridization between two optimization techniques: a special class of ant colony optimization for continuous domains entitled API and a genetic algorithm (GA). The algorithm adopts the downhill behavior of API (a key characteristic of optimization algorithms) and the good spreading in the solution space of the genetic algorithm. GAAPI improves the overall search capability of the two constituent algorithms, while maintaining robustness in the solution and fast computational capabilities. GAAPI is tested using twenty benchmark optimization functions. The results are analyzed in terms of both the quality of the solution and the computational efficiency; it is shown that the proposed GAAPI algorithm is capable of obtaining highly robust, quality solutions in a reasonable computational time, compared to a number of similar algorithms proposed in the literature. The proposed algorithm is applied to the problem of the economic dispatch in power systems. Four IEEE test power systems having different sizes and complexities are used to validate the effectiveness and applicability of the algorithm for solving the economic dispatch problem in its different formulations. Due to the fast computational capabilities of the proposed algorithm, it is envisioned that it becomes an operations tool for both the generation companies and the TSO/ISO. The main advantages of the optimization tool proposed are its flexibility in adding more constraints with minimum transformations in the approach, its reduced computational time, and the robustness of the solution. This dissertation also investigates a number of technical and economic challenges a power system may encounter when variable, partially predictable generation resources share a significant amount in the load covering. In specific, this work includes a study for the dispatch challenges in isolated power systems with a high share of renewable generation, such as wind. (...)