1-1             مقدمه. 2
1-2             بازار برق دنیا و اصول پیشنهاد قیمت در بازار برق ایران. 5
1-3             تشکیل بازار برق ایران و خصوصی سازی صنعت برق. 9
1-4             ساختار جدید بازار برق و عمده فروشی.. 10
1-5             تغییر تفکر و نوع نگاه به برق. 11
1-6             شکل گیری بازار برق در ایران. 12
1-7             موانع شکل گیری و یا انحراف بازار رقابتی برق. 13
1-7-1         ذینفع بودن بهره بردار مستقل سیستم و بازار از مبادلات.. 13
1-7-2         قدرت بازار. 13
1-7-3         ذخیره تولید. 13
1-7-4         نیروگاه های خاص… 13
1-7-5         تبانی.. 14
1-7-6         دسترسی منصفانه به شبكه. 14
1-7-7         تعرفه های استفاده از خدمات انتقال و توزیع. 14
1-7-8         بازبینی مستمر بر عملكرد بازار. 14
فصل دوم مدل سازی با بهره گرفتن از شبکه عصبی.. 15
1-2             معرفی شبکه عصبی مصنوعی.. 16
2-2             سابقه تاریخی.. 18
2-3             ساختار شبکه های عصبی مصنوعی.. 18
2-4             مبانی محاسباتی شبکه های عصبی مصنوعی.. 21
2-4-1         لایه ورودی.. 22
2-4-2         لایه پنهانی.. 22
2-4-3         لایه خروجی.. 22
2-4-4         عناصر محاسباتی یک نرون. 24
2-4-5         معرفی برخی از توابع انتقال خطی و غیرخطی قابل استفاده در شبکه عصبی.. 26
2-4-5-1                  تابع انتقال Hard limit 26
2-4-5-2                  تابع انتقال خطی.. 26
2-4-5-3                  تابع انتقال Log sigmoid. 27
2-4-5-4                  تابع انتقال Radial basis. 27
2-4-5-5                  تابع انتقال Tan sigmoid. 27
2-5             نحوه عملکرد شبکه عصبی.. 28
2-6             توابع آموزش… 29
فصل سوم بهینه سازی مدل با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک… 30
3-1             مقدمه ای بر الگوریتم ژنتیک… 31
3-2             نکات مهم در الگوریتم های ژنتیک… 31
3-3             مفاهیم اولیه در الگوریتم ژنتیک… 32
اصول پایه    32
3-4             کد کردن. 33
3-4-1         انواع كدینگ… 34
3-4-2         روش های کدینگ… 34
3-4-2-1                  كدینگ باینری.. 34
3-4-2-2                  کدینگ جهشی.. 34
3-4-2-3                  کدینگ ارزشی.. 35
3-4-2-4                  کدینگ درختی.. 35
3-4-3         مسائل مربوط به کدینگ… 36
3-5             کروموزوم. 38
3-6             جمعیت.. 38
3-7             مقدار برازندگی.. 39
3-8             عملگر تقاطعی.. 39
3-9             عملگر جهشی.. 41
3-10           مراحل اجرای الگوریتم ژنتیک… 41
فصل چهارم الگوریتم پیشنهادی به منظور تعیین استراتژی قیمت دهی برق. 46
4-1             طرح پیشنهادی به منظور تعیین استراتژی قیمت دهی.. 47
4-2             متغیرهای ورودی.. 50
4-3             متغیرخروجی.. 50
4-4             بکارگیری الگوریتم ژنتیک جهت بدست آوردن معماری شبکه عصبی.. 50
4-4-1         قیود اعمال شده به فضای جستجوی الگوریتم ژنتیک جهت معماری شبکه عصبی.. 51
4-4-2         پارامترهای مهم تعیین شده در الگوریتم. 51
4-4-3         نتایج بدست آمده از الگوریتم ژنتیک در معماری شبکه عصبی جعبه های تصمیم گیری.. 52
4-4-4         روش های اندازه گیری خطاهای نتایج خروجی.. 54
4-4-5         جداول خطاهای نتایج خروجی از الگوریتم. 55
4-4-6         رگرسیون شبکه عصبی مربوط به جعبه های الگوریتم پیشنهادی.. 57
4-5             اعتبارسنجی نتایج در بازار واقعی برق ایران. 61
نتایج خروجی نرم افزار در یک روز مشخص(قیمت بهینه پیش بینی شده) 63
 
 
فصل پنجم نتایج کلی و ارائه پیشنهادات.. 66
5-1             نتیجه گیری.. 67
5-2             پیشنهادات.. 68
مراجع. 69
فهرست اشکال
 
 
شکل 1-1: منحنی عرضه و تقاضا و نقطه تسویه بازار. 4
شکل 2- 1: ساختمان سلول عصبی.. 19

شکل 2- 2: الگوی کلی از یک شبکه عصبی.. 21
شکل 2- 3: شماتیک ارتباطات بین لایه ها و وزن های سیناپتیکی در شبکه عصبی.. 22
شکل 2- 4: تناظر بین شبکه عصبی و شبکه عصبی مصنوعی.. 23
شکل 2- 5: نمای شماتیک یک نرون. 23
شکل 2- 6: شبیه سازی یک نرون بیولوژیکی و مصنوعی.. 24
شکل 2- 7: برخی از توابع انتقال غیرخطی قابل استفاده در شبکه عصبی.. 25
شکل 2- 8: تابع انتقال  Hard limit 26
شکل 2- 9: تابع انتقال خطی.. 26
شکل 2- 10: تابع انتقال  Log sigmoid. 27
شکل 2- 11: تابع انتقال  Radial basis. 27
شکل 2- 12: تابع انتقال  Tan sigmoid. 27
شکل 2- 13: نمایش لایه ای از شبکه عصبی.. 28
شکل 2- 14: نمایش شبکه عصبی سه لایه ای.. 28
شکل 3- 1: کدینگ باینری.. 34
شکل 3- 2: کدینگ جهشی.. 35
شکل 3- 3: کدینگ ارزشی.. 35
شکل 3- 4: کدینگ درختی.. 36
شکل 3- 5: فضای کدینگ و فضای جواب.. 36
 
 
شکل 3- 6: رابطه بین كروموزوم ها و جواب ها 37
شکل 3- 7: انواع روابط بین کروموزوم ها و جواب ها 38
شکل 3- 8: نمایش یک کروموزوم n بیتی.. 38
شکل 3- 9: تقاطع در کرموزوم هایی که از شکل کد شده چهار متغیر به وجود آمده اند. 40
شکل 3- 10: مراحل اجرای الگوریتم ژنتیک… 42
شکل 3- 11:چرخ رولت.. 43
شکل 4- 1: شماتیک پله های قیمت در بازار، میزان تقاضا، نقطه تسویه بازار در یک ساعت مشخص…. 47
شکل 4- 2: شماتیک طرح پیشنهادی و جعبه های تصمیم گیری تعبیه شده در الگوریتم حل مساله. 49
شکل 4- 3: نتایج خروجی الگوریتم ژنتیک برای جعبه مربوط به داده های 1 سال گذشته. 52
شکل 4- 4: نتایج خروجی الگوریتم ژنتیک برای جعبه مربوط به داده های 1 ماه گذشته. 52
شکل 4- 5: نتایج خروجی الگوریتم ژنتیک برای جعبه مربوط به داده های 1 هفته گذشته. 53
شکل 4- 6: نتایج خروجی الگوریتم ژنتیک برای جعبه مربوط به داده های بارهای مصرفی نزدیک به داده مورد نظر. 53
شکل 4- 7: رگرسیون شبکه عصبی مربوط به جعبه داده های 1 سال گذشته. 57
شکل 4- 8: رگرسیون شبکه عصبی مربوط به جعبه داده های 1 ماه گذشته. 58
شکل 4- 9: رگرسیون شبکه عصبی مربوط به جعبه داده های 1 هفته گذشته. 59
شکل 4- 10: رگرسیون شبکه عصبی مربوط به جعبه داده های بارهای مصرفی نزدیک به داده مورد نظر. 60
شکل 4- 11: فرم ثبت قیمت برای فروشندگان برق و مالکان نیروگاه ها 61
شکل 4- 12: فرم مخصوص خریداران برق جهت مشخص شدن نیاز بار مصرفی در روزهای آتی.. 61
شکل 4- 13: گزارش آرایش تولید فروشنده 62
شکل 4- 14: قیمت های بهینه استخراج شده از نرم افزار در روز 27/01/1392 و ثبت آنها در بازار واقعی.. 63
شکل 4- 15: مقدار ظرفیت مگاواتی پیشنهادی در هر پله فروش برق در روز 27/01/1392. 63
شکل 4- 16: آرایش تولید نیروگاه تست شده در روز 27/01/1392. 64
شکل 4- 17: آرایش تولید نیروگاه تست شده در روز 28/01/1392. 65
شکل 4- 18: آرایش تولید نیروگاه تست شده در روز 29/01/1392. 65
فهرست جداول
 
 
جدول 2- 1: انواع توابع آموزش… 29
جدول 3- 1: انتخاب کروموزوم ها با بهره گرفتن از مدل چرخ رولت.. 43
جدول 4- 1: متغیرهای ورودی مدل سازی.. 50
جدول 4- 2: خطاهای اندازه گیری شده توسط روش های مختلف برای جعبه مربوط به داده های 1 سال گذشته. 55
جدول 4- 3: خطاهای اندازه گیری شده توسط روش های مختلف برای جعبه مربوط به داده های 1 ماه گذشته. 55
جدول 4- 4: خطاهای اندازه گیری شده توسط روش های مختلف برای جعبه مربوط به داده های 1 هفته گذشته. 55
جدول 4- 5: خطاهای اندازه گیری شده توسط روش های مختلف برای جعبه مربوط به داده های بارهای مصرفی نزدیک به داده مورد نظر  56
چکیده
 
در فرایند تجدید ساختار بازار برق ، روش های قیمت دهی تولید کنندگان نیرو مهمترین عامل برای بدست آوردن سود بیشتر می باشد و به همین دلیل پژوهش های زیادی با رویکرد های مختلف مانند رویکرد بهینه سازی در زمینه تعیین استراتژی های قیمت دهی صورت گرفته است. در این پژوهش سعی شده است با بهره گرفتن از مفاهیم کاربردی الگوریتم ژنتیک و استخراج یک مدل مناسب از شبکه عصبی به این مسئله نگاه شود. در واقع نو آوری این پژوهش نیز علاوه بر ارائه طرحی جدید برای حل مسئله بهینه سازی مدل، مقایسه و آزمایش واقعی خروجی های نرم افزار در بازار برق ایران و نگاه ویژه به کاربردی بودن حل مسئله با بهره گرفتن از الگوریتم پیشنهادی و مفاهیم اقتصادی بوده است. در این پژوهش پس از معرفی بازار برق ایران و ساختار حاکم بر آن، طرحی نو جهت بهینه سازی استراتژی فروش برق توسط مالکان نیروگاه ها و تولیدکنندگان ارائه گردیده است، به طوری که ابتدا طرح و الگوریتم جدید معرفی می شود و سپس تابع هدف مورد نظر ما در بهینه سازی پیش رو، در شبکه عصبی مدل می گردد تا با داشتن یک مدل مناسب و توان­مند در توصیف سیستم بتوان بهینه سازی قابل قبولی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک انجام داد. در انتها در ابتکاری داوطلبانه و با بهره گرفتن از جلب اطمینان و همکاری یکی از نیروگاه های سیکل ترکیبی کشور، خروجی های الگوریتم پیشنهادی در سامانه قیمت دهی نیروگاه های کشور ثبت گردید و نتایج بدست آمده بر مبنای این طرح در فضای واقعی بازار برق ایران تست شد و خوشبختانه نتایج فراتر از انتظار پژوهش انجام شده، حاصل گردید؛ که گواه این ادعا نیز گزارشات خروجی سامانه قیمت دهی وزارت نیرو می باشد که در فصل مربوط به نتایج این پایان نامه گنجانده شده است. این موضوع موید نقاط قوت این مدل سازی و بهینه سازی می باشد.
 
کلمات کلیدی: قیمت بهینه، استراتژی های قیمت دهی، شبکه عصبی، الگوریتم ژنتیک،  بازار برق ایران

• مقدمه

بازارهای برق به منظور ایجاد رقابت در تمام دنیا در حال راه اندازی می باشند. هدف اصلی رقابت در این بازارها، موثرتر کردن فضای رقابت و مفهوم بازار در آن ها می باشد. مفهوم کلی سرمایه گذاری، اگر ساختارهای بازار عادلانه و منصفانه باشد، این است که انگیزه ای به شرکت های فعال در بازار در جهت حداکثر سازی سودشان بدهد و سپس بازار به طریقی رفتار کند که سود هر شرکت حداکثر شود(یا متناسب با فعالیت و تصمیمات خود مشمول سود و زیان گردد). اگر این هدف قابل دست یابی باشد، صنعت برق به الگوریتم های جدیدی برای کمک به شرکت های بازار در جهت حداکثر کردن سودشان نیاز دارد. این الگوریتم ها علاوه بر مدل کردن جنبه های اقتصادی بازارهای برق لازم است ملزومات اساسی مهندسی را نیز تامین کنند.
جهت ورود به بحث های تخصصی پیرامون بازار برق ایران، مدل سازی یک تابع هدف مشخص، پیشنهاد یک الگوریتم جدید و معقول و حل و بهینه سازی مدل پیشنهادی باید بازار برق ایران را شناخت و با ساختار آن آشنایی کامل داشت.
مالکان نیروگاه ها در کشور ایران می توانند محصول تولیدی خود(برق) را به روش های گوناگونی به فروش برسانند که از مهمترین انواع قراردادهای فروش می توان به چند مورد زیر اشاره کرد که عموماً مورد استفاده نیروگاه ها جهت عقد قرارداد فروش با وزارت نیرو (شرکت توانیر و شرکت مدیریت شبکه برق ایران) قرار می گیرند:

• قراردادهای عمده فروشی در بازار رقابتی
• قراردادهای خرید تضمینی
• قراردادهای دوجانبه
• قراردادهای فروش برون مرزی
• قراردادهای تبدیل انرژی[1]

قرارداد عمده فروشی در بازار رقابتی در واقع همان بازار پویایی است که رقابت در آن بر سر قیمت نهایی فروش برق بین خریداران(برق های منطقه ای) و فروشندگان برق(نیروگاه ها) انجام می شود و موضوعی که در این پایان نامه بر روی آن کار شده است در این فضا مدل سازی و بهینه سازی می شود. قرارداد خرید تضمینی، قراردادی است که بین یک فروشنده و یک خریدار منعقد می شود و با یک نرخ ثابت کالای برق مورد معامله قرار می گیرد، در این نوع قرارداد ها عملاً ریسکی انجام نمی شود و به ازای متحمل نشدن ریسک قیمت فروش برق نیز پایین تر از نرخ های وسوسه کننده در بازار رقابتی برق می باشد به گونه ای که معمولاً نیروگاه ها با مالکیت خصوصی کمتر راضی به فروش محصول خود با نرخ های تضمینی مصوب وزارت نیرو می گردند.
قراردادهای دوجانبه نیز مابین یک تولیدکننده و یک مصرف کننده  منعقد می شوند به طوری که تنها از شبکه برق سراسری برای انتقال انرژی استفاده می کنند و مابه ازای این استفاده، هزینه ای را به عنوان هزینه ترانزیت می پردازند. قراردادهای فروش برق برون مرزی با کسب مجوز های لازم از وزارت نیرو با متقاضیان برق در خارج از مرزهای کشور عزیزمان بسته شده و به نوعی صادر می گردند. همچنین قرارداد های تبدیل انرژی نیز فی مابین برخی از نیروگاه ها و وزارت نیرو منعقد شده و نیروگاه صرف نظر از بهای برق تولیدی و هزینه سوخت مصرفی و یک سری هزینه های مورد توافق، تنها وتنها درآمدی را به ازای تبدیل سوخت مصرفی به برق تولیدی دارا خواهد شد.
موضوع اصلی مورد بحث در این پایان نامه ساختار بازار رقابتی برق ایران و چگونگی شکل گیری رقابت در فضای بازار می باشد. با عنایت به راه اندازی بازار عمده فروشی برق در کشورمان از آبان ماه سال 1382 تحت نظارت هیئت تنظیم بازار برق ایران و قوانین مصوب این هیئت، موضوع پیشنهاد قیمت بهینه برای فروش برق توسط تولیدکنندگان(نیروگاه ها) و همچنین خریداران(شرکت های برق منطقه ای) اهمیت ویژه ای مخصوصاً در سال های اخیر پیدا کرده است.
موضوع بدین ترتیب می باشد که یک حداکثر قیمت(383 ریال برای هر کیلووات در حال حاضر) و حداقل قیمت(235 ریال برای هر کیلووات در حال حاضر)  برای فروش برق نیروگاه ها توسط هیئت تنظیم بازار برق ایران در نظر گرفته شده است و نیروگاه ها در نرم افزاری که توسط بازار ارائه شده است هر روزه، قیمت سه روز آتی را پیش بینی می کنند و ابراز آمادگی جهت حضور در مدار شبکه می نمایند.
بعد از ابراز آمادگی نیروگاه ها و ظرفیت مگاوات اعلام شده از سوی آن ها برای حضور در مدار، نرم افزار بازار اجرا شده و متناسب با مصرف احتمالی کل کشور و به تفکیک نقاط مختلف و بر اساس پیشنهادهای خریداران و فروشندگان(بازیگران بازار)، آرایش تولید برای نیروگاه ها در روزهای آتی اعلام می گردد، نیروگاه هایی که قیمت آن ها مناسب نباشد بازنده شده و برق آنها در صورت نیاز شبکه به قیمت های بسیار نازل خریداری می گردد.
شکل 1-1 معرف خوبی از فرایند مشارکت نیروگاه ها در بازار برق ایران و چگونگی برنده و بازنده شدن نیروگاه­ها را نشان می دهد. منطق بازار مینیمم کردن هزینه های خرید برق، انتقال و تلفات شبکه سراسری برق می باشد به طوری که قیمت های پیشنهادی نیروگاه ها از کم به زیاد مرتب می گردد و پیشنهاد نیروگاه ها طبعاً تا جایی پذیرفته خواهد بود که مصرف برق کشور بر اساس اعلام نیاز برق های منطقه ای تامین گردد بنابراین برنده شدن و بازنده شدن معنا پیدا می کند.
با توجه به گرایش نسبت به خصوصی سازی در صنعت برق، تمایل برای کسب سود بیشتر در ازای ریسک بالاتر افزایش یافته است و بازیگران بازار برق به دنبال کشف نقطه تسویه بازار می باشند. در بخش 1-2 ، این نقطه بسیار مهم بیشتر معرفی می شود.
شکل 1-1: منحنی عرضه و تقاضا و نقطه تسویه بازار
 
فاکتورهای زیادی بر پیچیده شدن مسئله دخالت دارند و بدست آوردن یک قیمت بهینه را دشوار می سازند. موقعیت جغرافیایی که نیروگاه ها و شرکت های برق منطقه ای در آن قرار دارند، قیمت های پیشنهادی دیگر بازیگران بازار برق،