بهینه‌سازی بهره‌برداری از سامانه برق آبی و چند مخزنه با استفاده از الگوریتم جستجوی گرانشی

سابقه و هدف: تغییرات آورد رودخانه‌ها، رژیم بارندگی متغییر و همچنین وقوع پدیده خشکسالی باعث گردیده استفاده از ابزار‌های مدیریت منابع آب، جهت اخذ یک راهکار مناسب برای بهره‌برداری از مخازن امروزه مورد توجه قرار گیرد. با توجه به محدودیت نداشتن الگوریتم‌های تکاملی در پذیرش تابع شایستگی و همچنین احتمال کمتر آنها در قرارگیری در بهینه موضعی، امروزه این الگوریتم‌ها در بهینه‌سازی مخصوصا در مسائل پیچیده بهره‌برداری منابع آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. الگوریتم جستجوی گرانشی (GSA) یک الگوریتم تکاملی می‌باشد که براساس قانون جاذبه نیوتن و جرم اجرام شکل گرفته است. هدف از این پژوهش سنجش قابلیت الگوریتم تکاملی جستجوی گرانشی (GSA) در مقایسه با الگوریتم ژنتیک در حل مسائل ریاضی متداول، بهینه‌سازی بهره‌برداری از سامانه چند مخزنه و برق آبی می‌باشد. مواد و روش‌ها: بدین منظور سه مسئله ریاضی بوکین6 ، روزنبروک و اسپیر توسط الگوریتم جستجوی گرانشی بهینه گشته‌اند و جواب آن‌ها با الگوریتم ژنتیک و جهت صجت سنجی با جواب حل تحلیلی مقایسه شده است. پس از صحت سنجی الگوریتم، بهره‌برداری از سد برق آبی کارون 4 توسط الگوریتم جستجوی گرانشی و الگوریتم ژنتیک بهینه گردیده و جواب آنها با جواب حل تحلیلی برنامه-ریزی غیر خطی مسئله که توسط Lingo به دست آمده مقایسه شده است. در نهایت جهت سنجش الگوریتم جستجوی گرانشی در بزرگ مقیاس، بهره‌برداری سامانه 10 مخزنه توسط این الگوریتم بهینه گردید و جهت تعیین کارایی آن با نتایج الگوریتم ژنتیک و جواب حل تحلیلی Lp مسئله مقایسه شده است. لازم به ذکر است جهت اطمینان، نتایج بهینه‌سازی الگوریتم‌‌ها در 10 اجرا گزارش شده‌اند و تعداد ارزیابی تابع در دو الگوریتم مذکور برابر بوده است. یافته‌ها: نتایج حل مسائل ریاضی نشان دادند که الگوریتم GSA قادر به بهینه‌سازی شکل‌های مختلفی از مسائل است و در سه مسئله بوکین6، روزنبورک و اسپیر هموراه نتایج الگوریتم GSA نزدیکی بیشتری به نتایج حل تحلیلی نسبت به GA داشته است. در حل مسئله بهره‌برداری سد برق آبی، نتایج الگوریتم جستجوی گرانشی در حدود 44% و در بهره‌برداری از سامانه 10 مخزنه 8% بهتر از جواب بهینه الگوریتم GA به دست آمده است و نزدیکی بیشتری به جواب‌های حل تحلیلی داشته است. نتیجه‌گیری: نتایج به دست آمده نشان دهنده کارآیی بالای الگوریتم جستجوی گرانشی حل مسائل ریاضی و بهینه‌سازی بهره‌برداری برق آبی و سامانه 10 مخزنه بوده است. در نهایت به صورت کلی این پژوهش سرعت همگرایی بالای GSA نسبت GA را به نمایش گذاشته است و همواره در تمامی مسائل نتایج الگوریتم GSA نسبت به نتایج GA به بهینه مطلق نزدیک‌تر بوده است.