"Applied Science, Faculty of"@en . "Civil Engineering, Department of"@en . "DSpace"@en . "UBCV"@en . "Shawwash, Ziad K. Elias"@en . "2009-07-16T18:47:20Z"@en . "2000"@en . "Doctor of Philosophy - PhD"@en . "University of British Columbia"@en . "The electricity supply market is rapidly changing from a monopolistic to a competitive\r\nenvironment. Being able to operate their system of reservoirs and generating facilities to get\r\nmaximum benefits out of existing assets and resources is important to the British Columbia\r\nHydro Authority (B.C. Hydro). A decision support system has been developed to help B.C.\r\nHydro operate their system in an optimal way. The system is operational and is one of the\r\ntools that are currently used by the B.C. Hydro system operations engineers to determine\r\noptimal schedules that meet the hourly domestic load and also maximize the value B.C.\r\nHydro obtains from spot transactions in the Western U.S. and Alberta electricity markets.\r\nThis dissertation describes the development and implementation of the decision support\r\nsystem in production mode. The decision support system consists of six components: the\r\ninput data preparation routines, the graphical user interface (GUI), the communication\r\nprotocols, the hydraulic simulation model, the optimization model, and the results display\r\nsoftware.\r\nA major part of this work involved the development and implementation of a practical and\r\ndetailed large-scale optimization model that determines the optimal tradeoff between the\r\nlong-term value of water and the returns from spot trading transactions in real-time\r\noperations. The postmortem-testing phase showed that the gains in value from using the\r\nmodel accounted for 0.25% to 1.0% o f the revenues obtained. The financial returns from\r\nusing the decision support system greatly outweigh the costs of building it. Other benefits are\r\nthe savings in the time needed to prepare the generation and trading schedules. The system\r\noperations engineers now can use the time saved to focus on other important aspects of their\r\njob. The operators are currently experimenting with the system in production mode, and are\r\ngradually gaining confidence that the advice it provides is accurate, reliable and sensible. The\r\nmain lesson learned from developing and implementing the system was that there is no\r\nalternative to working very closely with the intended end-users of the system, and with the\r\npeople who have deep knowledge, experience and understanding of how the system is and\r\nshould be operated."@en . "https://circle.library.ubc.ca/rest/handle/2429/10903?expand=metadata"@en . "19707468 bytes"@en . "application/pdf"@en . "A D E C I S I O N S U P P O R T S Y S T E M F O R R E A L - T I M E H Y D R O P O W E R S C H E D U L I N G I N A C O M P E T I T I V E P O W E R M A R K E T E N V I R O N M E N T b y Z i a d K . E l i a s S h a w w a s h B . S c , N e w E n g l a n d C o l l e g e , 1 9 8 2 M.A.Sc., T h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 1 9 9 5 A T H E S I S S U B M I T T E D I N P A R T I A L F U L F I L L M E N T O F T H E R E Q U I R E M E N T S F O R T H E D E G R E E O F D O C T O R O F P H I L O S O P H Y i n T h e F a c u l t y o f G r a d u a t e S t u d i e s D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g W e a c c e p t t h i s t h e s i s as c o n f o r m i n g t o t h e r e q u i r e d s t a n d a r d T h e ^ U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a F e b r u a r y , 2 0 0 0 \u00C2\u00A9 Z i a d K . S h a w w a s h , 2 0 0 0 I n p r e s e n t i n g t h i s t h e s i s i n p a r t i a l f u l f i l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r a n a d v a n c e d d e g r e e at t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , I a g r e e t h a t t h e L i b r a r y s h a l l m a k e i t f r e e l y a v a i l a b l e f o r r e f e r e n c e a n d s t u d y . I f u r t h e r a g r e e t h a t p e r m i s s i o n f o r e x t e n s i v e c o p y i n g o f t h i s t h e s i s f o r s c h o l a r l y p u r p o s e s m a y b e g r a n t e d b y t h e h e a d o f m y d e p a r t m e n t o r b y h i s o r h e r r e p r e s e n t a t i v e s . It i s u n d e r s t o o d t h a t c o p y i n g o r p u b l i c a t i o n o f t h i s t h e s i s f o r f i n a n c i a l g a i n s h a l l n o t b e a l l o w e d w i t h o u t m y w r i t t e n p e r m i s s i o n . D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g T h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a V a n c o u v e r , C a n a d a D a t e F e b r u a r y ^ 2 0 0 0 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment ABSTRACT T h e e l e c t r i c i t y s u p p l y m a r k e t i s r a p i d l y c h a n g i n g f r o m a m o n o p o l i s t i c t o a c o m p e t i t i v e e n v i r o n m e n t . B e i n g a b l e t o o p e r a t e t h e i r s y s t e m o f r e s e r v o i r s a n d g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s t o g e t m a x i m u m b e n e f i t s o u t o f e x i s t i n g a s s e t s a n d r e s o u r c e s i s i m p o r t a n t t o t h e B r i t i s h C o l u m b i a H y d r o A u t h o r i t y ( B . C . H y d r o ) . A d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m h a s b e e n d e v e l o p e d t o h e l p B . C . H y d r o o p e r a t e t h e i r s y s t e m i n a n o p t i m a l w a y . T h e s y s t e m i s o p e r a t i o n a l a n d i s o n e o f t h e t o o l s t h a t a r e c u r r e n t l y u s e d b y t h e B . C . H y d r o s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s t o d e t e r m i n e o p t i m a l s c h e d u l e s t h a t m e e t t h e h o u r l y d o m e s t i c l o a d a n d a l s o m a x i m i z e t h e v a l u e B . C . H y d r o o b t a i n s f r o m s p o t t r a n s a c t i o n s i n t h e W e s t e r n U.S. a n d A l b e r t a e l e c t r i c i t y m a r k e t s . T h i s d i s s e r t a t i o n d e s c r i b e s t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m i n p r o d u c t i o n m o d e . T h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m c o n s i s t s o f s i x c o m p o n e n t s : t h e i n p u t d a t a p r e p a r a t i o n r o u t i n e s , t h e g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e ( G U I ) , t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s , t h e h y d r a u l i c s i m u l a t i o n m o d e l , t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l , a n d t h e r e s u l t s d i s p l a y s o f t w a r e . A m a j o r p a r t o f t h i s w o r k i n v o l v e d t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f a p r a c t i c a l a n d d e t a i l e d l a r g e - s c a l e o p t i m i z a t i o n m o d e l th a t d e t e r m i n e s t h e o p t i m a l t r a d e o f f b e t w e e n t h e l o n g - t e r m v a l u e o f w a t e r a n d t h e r e t u r n s f r o m s p o t t r a d i n g t r a n s a c t i o n s i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s . T h e p o s t m o r t e m - t e s t i n g p h a s e s h o w e d tha t t h e g a i n s i n v a l u e f r o m u s i n g t h e m o d e l a c c o u n t e d f o r 0 . 2 5 % t o 1 . 0 % o f t h e r e v e n u e s o b t a i n e d . T h e f i n a n c i a l r e t u r n s f r o m u s i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m g r e a t l y o u t w e i g h t h e c o s t s o f b u i l d i n g i t . O t h e r b e n e f i t s a r e t h e s a v i n g s i n t h e t i m e n e e d e d t o p r e p a r e t h e g e n e r a t i o n a n d t r a d i n g s c h e d u l e s . T h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s n o w c a n u s e t h e t i m e s a v e d t o f o c u s o n o t h e r i m p o r t a n t a s p e c t s o f t h e i r j o b . T h e o p e r a t o r s a r e c u r r e n t l y e x p e r i m e n t i n g w i t h t h e s y s t e m i n p r o d u c t i o n m o d e , a n d a r e g r a d u a l l y g a i n i n g c o n f i d e n c e t h a t t h e a d v i c e i t p r o v i d e s i s a c c u r a t e , r e l i a b l e a n d s e n s i b l e . T h e m a i n l e s s o n l e a r n e d f r o m d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g t h e s y s t e m w a s tha t t h e r e i s n o a l t e r n a t i v e t o w o r k i n g v e r y c l o s e l y w i t h t h e i n t e n d e d e n d - u s e r s o f t h e s y s t e m , a n d w i t h t h e p e o p l e w h o h a v e d e e p k n o w l e d g e , e x p e r i e n c e a n d u n d e r s t a n d i n g o f h o w t h e s y s t e m i s a n d s h o u l d b e o p e r a t e d . i i A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment TABLE OF CONTENTS A B S T R A C T ii LIST O F FIGURES vii LIST O F T A B L E S , xii A C K N O W L E D G M E N T S xiii D E D I C A T I O N xiv C H A P T E R 1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 Goal, Objectives and Study Approach 3 1.3 Organization of the Thesis 4 C H A P T E R 2 L I T E R A T U R E R E V I E W 6 2.1 Historic Development of Generation Scheduling Techniques..; 6 2.1.1 E a r l y S t a g e s o f D e v e l o p m e n t 6 2.1.2 T h e E r a o f R a p i d D e v e l o p m e n t 9 2.1.3 C u r r e n t S t a t e - o f - t h e - A r t 11 2.2 State-of-the-Art in Industry 12 2.2.1 T h e N o r w e g i a n E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e 13 2.2.2 T h e U n i v e r s i t y o f W a t e r l o o 14 2.2.3 H y d r o Q u e b e c 14 2.2.4 C e n t r o d e P e s q u i s a s d e E n e r g i a E l e c t r i c a , B r a z i l 14 2.2.5 T h e U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , L o s A n g e l e s 15 2.2.6 G e o r g i a I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 15 2.2.7 T h e P a c i f i c G a s a n d E l e c t r i c C o m p a n y 16 2.2.8 T h e T e n n e s s e e V a l l e y A u t h o r i t y 16 2.2.9 E l e c t r i c i t e d e F r a n c e 16 2.2.10 H y d r o E l e c t r i c C o m m i s s i o n o f T a s m a n i a , A u s t r a l i a :.. 17 2.3 Summary 17 i i i A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment C H A P T E R 3 T H E DECISION M A K I N G E N V I R O N M E N T 19 3.1 The B.C. Hydro Power System 19 3.1.1 H i s t o r i c D e v e l o p m e n t o f B . C . H y d r o ' s G e n e r a t i n g F a c i l i t i e s 19 3.1.2 T h e H y d r o E l e c t r i c S y s t e m 2 1 3.1.3 L o o k i n g A h e a d a n d S h a p i n g t h e F u t u r e 2 7 3.2 The B .C . Hydro Decision-Making Environment 33 3.2.1 G u i d i n g C r i t e r i a f o r D e c i s i o n M a k i n g 3 3 3.2.2 O b j e c t i v e s o f t h e S y s t e m O p e r a t o r 3 4 3.2.3 G e n e r a t i o n S y s t e m O p e r a t i o n s 3 5 3.2.4 S y s t e m O p e r a t i o n s P l a n n i n g 4 5 3.2.5 S u m m a r y o f K e y F e a t u r e s o f t h e B . C . H y d r o G e n e r a t i n g S y s t e m 5 5 3.2.6 E l e c t r i c i t y T r a d e O p e r a t i o n s 5 6 3.3 Decision-Making Processes and Decision Support Systems 65 3.3.1 D e c i s i o n M a k i n g A p p r o a c h e s i n O r g a n i z a t i o n s 6 5 3.3.2 H i s t o r i c a l D e v e l o p m e n t o f D e c i s i o n - M a k i n g M e t h o d s 6 5 3.3.3 S t r u c t u r e o f D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m s 6 7 3.3.4 T h e N e e d f o r D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m s 6 7 C H A P T E R 4 T H E DECISION SUPPORT S Y S T E M 70 4.1 Objectives of the Decision Support System 70 4.2 User's Functional Requirements and Design Philosophy 70 4.2.1 U s e r ' s F u n c t i o n a l R e q u i r e m e n t s 7 0 4.2.2 D e s i g n P h i l o s o p h y 7 1 4.3 Components of the Decision Support System 72 4.3.1 D a t a P r e p a r a t i o n , S a v i n g , a n d G U I L a u n c h S o f t w a r e 7 2 4.3.2 T h e G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e 7 4 4.3.3 T h e C o m m u n i c a t i o n P r o t o c o l s 7 6 .4.3.4 T h e H y d r a u l i c S i m u l a t o r 7 7 4.3.5 T h e O p t i m i z e r 81 4.3.6 T h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e 81 4.4 Hydroelectric Systems Modeled 84 4.5 Mathematical Modeling of Generating Facilities 85 4.5.1 H y d r a u l i c M o d e l i n g o f R e s e r v o i r O p e r a t i o n s 8 5 4.5.2 M o d e l i n g H y d r o p o w e r G e n e r a t i o n 9 2 4.5.3 M o d e l i n g o f T h e r m a l G e n e r a t i o n 1 0 5 4.5.4 M o d e l i n g L o a d R e s o u r c e B a l a n c e 1 0 5 4.5.5 M o d e l i n g O p e r a t i n g R e s e r v e & R e g u l a t i n g M a r g i n R e q u i r e m e n t s . . 105 4.5.6 M o d e l i n g I m p o r t a n d E x p o r t T r a n s f e r C a p a b i l i t y 1 0 6 i v A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment 4.6 S T O M Optimization Models 106 4.6.1 T h e G e n e r a l i z e d O p t i m i z a t i o n M o d e l 1 0 6 4.6.2 M a x i m i z e t h e E f f i c i e n c y O p t i m i z a t i o n M o d e l 1 08 4.6.3 M i n i m i z e t h e C o s t o f W a t e r U s e d O p t i m i z a t i o n M o d e l 1 08 4.6.4 M a x i m i z e t h e V a l u e o f P o w e r P r o d u c t i o n O p t i m i z a t i o n M o d e l 1 0 9 4.6.5 M a x i m i z e t h e P r o f i t O p t i m i z a t i o n M o d e l 1 1 0 C H A P T E R 5 T H E S O L U T I O N A N D I M P L E M E N T A T I O N PROCESS 115 5.1 The Solution Process 115 5.1.1 S T O M G e n e r a l i z e d S o l u t i o n P r o c e s s 1 1 5 5.1.2 S t e p s o f t h e S o l u t i o n A l g o r i t h m 1 1 7 5.2 The Implementation Process 126 5.2.1 I m p l e m e n t a t i o n R o a d b l o c k s 1 2 6 5.2.2 I m p l e m e n t a t i o n P r o c e s s a n d S u c c e s s F a c t o r s 1 2 6 C H A P T E R 6 R E S U L T S A N D DISCUSSION 143 6.1 Results of Initial Stages of Development 143 6.1.1 R e s u l t s o f t h e P r o t o t y p e a n d D e s i g n P h a s e s 1 4 3 6.1.2 D i s c u s s i o n o n t h e P r o t o t y p e a n d D e s i g n P h a s e 1 5 8 6.2 Results of the Implementaiton Phase 163 6.2.1 S t r u c t u r e a n d O b j e c t i v e o f t h e P o s t m o r t e m A n a y s i s S t u d i e s 1 6 3 6.2.2 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n o f t h e P o s t m o r t e m A n a l y s i s S t u d i e s 1 6 3 6.2.3 S t r u c t u r e a n d O b j e c t i v e s o f I m p l e m e n t a t i o n i n P r o d u c t i o n M o d e 1 7 6 6.2.4 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n o f I m p l e m e n t a t i o n i n P r o d u c t i o n M o d e 1 78 6.2.5 S e n s i t i v i t y A n a l y s i s I n f o r m a t i o n 1 8 9 6.3 Performance of the Decision Support System 208 6.3.1 P e r f o r m a n c e o f t h e S o l u t i o n A l g o r i t h m 2 0 8 6.3.2 P e r f o r m a n c e o f t h e S i m p l e x P r i m a l a n d D u a l A l g o r i t h m s 2 1 8 C H A P T E R 7 CONCLUSIONS AND R E C O M M E N D A T I O N S 219 7.1 Summary.... 219 7.2 Contributions 223 7.3 Future Research Requirements 224 7.3.1 F u t u r e R e s e a r c h o n O v e r a l l A p p r o a c h f o r H y d r o e l e c t r i c S y s t e m O p e r a t i o n 2 2 4 7.3.2 F u t u r e R e s e a r c h o n P o s s i b l e E x t e n s i o n s o f S T O M A l g o r i t h m s 2 2 5 7.3.3 F u t u r e R e s e a r c h o n M o d e l i n g o f H y d r o e l e c t r i c S y s t e m s 2 2 8 R E F E R E N C E S 229 v A Decision Support System tor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment A N N E X E S 239 Annex A The Hydraulic Simulator Program General Algorithm 240 Annex B To Do Checklist to Run the Short Term Optimization Model (STOM). 243 Annex C The Short Term Optimization Model Software Programs 245 Annex D Functional Features of the Graphical User Interface 247 Annex E Procedure to Determine the Optimal Unit Commitment A. 10 Annex F Results Software Graphic Displays A.43 Annex G Main Operational Features of Hydro Systems Modeled in S T O M 283 G . 1 T h e P e a c e R i v e r S y s t e m 2 8 4 G.2 T h e C o l u m b i a R i v e r S y s t e m 2 8 7 J.2.1 T h e U p p e r C o l u m b i a : M i c a & R e v e l s t o k e H y d r o S y s t e m 2 8 7 J.2.2 T h e L o w e r C o l u m b i a : P e n d D ' O r e i l l e H y d r o e l e c t r i c S y s t e m . 2 8 7 G.3 T h e S t a v e R i v e r S y s t e m : , 2 9 1 G.4 T h e B r i d g e R i v e r S y s t e m 2 9 3 G.5 T h e C a m p b e l l R i v e r S y s t e m 2 9 5 G.6 T h e C h e a k a m u s R i v e r S y s t e m 2 9 7 G.7 T h e C l o w h o m R i v e r S y s t e m 2 9 7 G.8 T h e W a h l e a c h R i v e r S y s t e m 2 9 8 G.9 T h e A s h R i v e r S y s t e m 2 9 9 G. 10 E m e r g i n g O p e r a t i o n a l I s s u e s 3 0 0 v i A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment LIST OF FIGURES CHAPTER 3 F i g u r e 3.1. S o u r c e s o f E l e c t r i c i t y S u p p l y i n 1 9 9 8 2 2 F i g u r e 3.2. M a p o f B C H y d r o ' s M a j o r E l e c t r i c a l S y s t e m 2 5 F i g u r e 3.3. B C H y d r o ' s P r e s e n t R e g i o n a l G e n e r a t i o n - D e m a n d B a l a n c e 2 6 F i g u r e 3.4. P e a c e R i v e r I n f l o w s 3 8 F i g u r e 3.5. C o l u m b i a R i v e r I n f l o w s 3 9 F i g u r e 3.6. T o t a l D a i l y D o m e s t i c L o a d ( 1 9 8 5 - 1 9 9 7 ) 4 0 F i g u r e 3.7. M i n i m u m a n d M a x i m u m H o u r l y L o a d ( 1 9 8 5 - 1 9 9 7 ) 4 1 F i g u r e 3.8. V a r i a t i o n o f M o n t h l y / H o u r l y D o m e s t i c L o a d i n 1 9 9 7 4 2 F i g u r e 3.9. V a r i a t i o n o f H o u r l y D o m e s t i c L o a d i n 1 9 9 7 4 3 F i g u r e 3.10. F i l l i n g a n d D r a w D o w n o f a T y p i c a l S t o r a g e R e s e r v o i r 4 4 F i g u r e 3.11. S c h e d u l i n g P r o b l e m M o d e l i n g D e c o m p o s i t i o n H i e r a r c h y 4 9 F i g u r e 3.12. G r o w t h i n E l e c t r i c i t y T r a d e R e v e n u e s 5 9 F i g u r e 3.13. A l b e r t a P o o l S p o t P r i c e s ; 6 0 F i g u r e 3.14. N Y M E X / C O B E l e c t r i c i t y F u t u r e s 6 1 F i g u r e 3.15. M i d C l o u m b i a E l e c t r i c i t y P r i c e s 6 2 F i g u r e 3.16. I n t e r a c t i o n s b e t w e e n S c i e n c e , T e c h n o l o g y a n d th e D e c i s i o n - M a k e r f o r S o l v i n g D e c i s i o n P r o b l e m s 6 6 CHAPTER 4 F i g u r e 4.1. M a i n D e s i g n F e a t u r e s o f S T O M 7 2 F i g u r e 4.2. S T O M G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e , 7 5 F i g u r e 4.3. S i m u l a t o r / O p t i m i z e r D a t a F l o w G e n e r a l A r r a n g e m e n t 7 9 F i g u r e 4.4. T h e S i m u l a t o r A l g o r i t h m F l o w c h a r t 8 0 F i g u r e 4.5. S c h e m a t i c o f T y p i c a l R i v e r S y s t e m s w i t h R e s e r v o i r s a n d H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 8 6 F i g u r e 4.6. S p i l l C h a r a c t e r i s t i c s f o r S t o r a g e R e s e r v o i r s 8 8 F i g u r e 4.7. F o r e b a y L e v e l as a F u n c t i o n o f S t o r a g e 9 0 F i g u r e 4.8. S t o r a g e as a F u n c t i o n o f F o r e b a y L e v e l 9 1 F i g u r e 4.9. M a i n C o m p o n e n t s o f P o w e r G e n e r a t i o n a n d C o n t r o l S y s t e m 9 2 F i g u r e 4.10. L a y o u t o f H y d r o e l e c t r i c P l a n t w i t h F r a n c i s R e a c t i o n T y p e T u r b i n e 9 3 F i g u r e 4.11. T a i l w a t e r L e v e l v s P l a n t D i s c h a r g e a n d D o w n s t r e a m W a t e r L e v e l s 9 5 F i g u r e 4.12. P r o d u c t i o n F u n c t i o n o f a H y d r o e l e c t r i c G e n e r a t i n g P l a n t 9 6 F i g u r e 4.13. T y p i c a l P r o d u c t i o n F u n c t i o n f o r a H y d r o e l e c t r i c P l a n t w i t h F o u r U n i t s 9 8 F i g u r e 4.14. P i e c e w i s e L i n e a r C u r v e F i t t i n g P r o c e d u r e o f t h e P r o d u c t i o n F u n c t i o n 1 0 0 F i g u r e 4.15. V a r i a t i o n o f C u r v e F i t t i n g E r r o r b y T h r e e C u r v e F i t t i n g M e t h o d s f o r a T y p i c a l P l a n t w i t h F o u r U n i t s 1 0 2 F i g u r e 4.16. V a r i a t i o n o f M a x i m u m G e n e r a t i o n L i m i t w i t h F o r e b a y L e v e l a n d U n i t A v a i l a b i l i t y f o r a T y p i c a l P l a n t w i t h F o u r U n i t s 103 v i i A Decision Support System for R e a l - t i m e Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment F i g u r e 4.17. V a r i a t i o n o f M a x i m u m T u r b i n e D i s c h a r g e L i m i t w i t h F o r e b a y L e v e l a n d U n i t A v a i l a b i l i t y f o r a T y p i c a l P l a n t w i t h F o u r U n i t s 1 0 4 F i g u r e 4.18. V a l u e o f W a t e r i n S t o r a g e a n d M a r g i n a l V a l u e o f W a t e r f o r T i m e S t e p t 1 1 0 F i g u r e 4.19. M a r g i n a l V a l u e o f W a t e r as a F u n c t i o n o f S t o r a g e a n d T i m e 111 F i g u r e 4.20. C u t o f t h e W a t e r V a l u e F u n c t i o n 112 F i g u r e 4.21. D e t e r m i n a t i o n o f O p t i m a l P r o d u c t i o n L e v e l U s i n g t h e R e s o u r c e s V a l u e F u n c t i o n a n d th e M a r k e t D e m a n d F u n c t i o n 113 C H A P T E R 5 F i g u r e 5.1. S T O M ' s G e n e r a l i z e d S o l u t i o n P r o c e s s 1 1 6 F i g u r e 5.2. S T O M ' s S o l u t i o n A l g o r i t h m 118 F i g u r e 5.3. A d j u s t m e n t s f o r V a r i a t i o n s i n T a i l w a t e r L e v e l 123 F i g u r e 5.4. T h e S t o r a g e L i m i t s S h r i n k i n g E n v e l o p M e t h o d : 125 F i g u r e 5.5. F a c t o r s C o n t r i b u t i n g t o S u c c e s s f u l I m p l e m e n t a t i o n o f S T O M 1 27 C H A P T E R 6 F i g u r e 6.1. S c h e m a t i c o f t h e P e a c e a n d C o l u m b i a P r o t o t y p e M o d e l 1 4 4 F i g u r e 6.2. E n e r g y U s e a n d G a i n f o r t h e M a x . E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n : L i n e a r , P i e c e w i s e L i n e a r O p t i m i z a t i o n M o d e l s a n d th e S c h e d u l e d P l a n 1 4 7 F i g u r e 6.3. G e n e r a t i o n S u m m a r y ( i n M W H r ) f o r M a x . E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n : L i n e a r , P i e c e w i s e L i n e a r O p t i m i z a t i o n M o d e l s a n d t h e S c h e d u l e d P l a n 1 4 9 F i g u r e 6.4. V a r i a t i o n o f F o r e b a y L e v e l s ( i n m ) f o r t h e M a x . E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n : L i n e a r a n d P i e c e w i s e L i n e a r O p t i m i z a t i o n M o d e l s a n d th e S c h e d u l e d P l a n 1 5 0 F i g u r e 6.5. V a r i a t i o n o f G e n e r a t i o n L e v e l s ( i n M W H r ) f o r t h e M a x . E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n : L i n e a r a n d P W L O p t i m i z a t i o n M o d e l s a n d th e S c h e d u l e d P l a n 151 F i g u r e 6.6. P r o d u c t i o n G a i n f o r t h e M a x . P r o d u c t i o n O b j e c t i v e F u n c t i o n : L i n e a r a n d P i e c e w i s e L i n e a r O p t i m i z a t i o n M o d e l s a n d t h e S c h e d u l e d P l a n 1 5 4 F i g u r e 6.7.a. G e n e r a t i o n S u m m a r y ( i n M W H r ) f o r M a x . P r o d u c t i o n O b j e c t i v e F u n c t i o n : L i n e a r , P i e c e w i s e L i n e a r O p t i m i z a t i o n M o d e l s a n d t h e S c h e d u l e d P l a n 1 5 5 F i g u r e 6.7.b. G a i n e r s a n d L o s e r i n G e n e r a t i o n , a n d P r o d u c t i o n G a i n o f t h e L i n e a r a n d P i e c e w i s e L i n e a r M o d e l s , i n M W H r 1 55 \u00E2\u0080\u00A2Fi g u r e 6.8. V a r i a t i o n o f F o r e b a y L e v e l s ( i n m ) f o r t h e M a x . P r o d u c t i o n O b j e c t i v e F u n c t i o n : L i n e a r a n d P i e c e w i s e L i n e a r O p t i m i z a t i o n M o d e l s a n d t h e S c h e d u l e d Plan.... 1 5 6 F i g u r e 6.9. V a r i a t i o n o f G e n e r a t i o n ( i n M W H r ) L e v e l s f o r t h e M a x . P r o d u c t i o n O b j e c t i v e F u n c t i o n : L i n e a r a n d P W L O p t i m i z a t i o n M o d e l s a n d t h e S c h e d u l e d P l a n 1 5 7 F i g u r e 6.10. O p t i m a l L o a d i n g P a t t e r n : t h e E f f e c t o f U s i n g P i e c e w i s e L i n e a r G e n e r a t i o n P r o d u c t i o n F u n c t i o n i n S T O M 161 F i g u r e 6.11. O p t i m a l G e n e r a t i o n S c h e d u l e f o r G M S , P C N , M C A , a n d R E V 161 F i g u r e 6.12. E f f i c i e n c y I n d e x a n d P W L P r o d u c t i o n F u n c t i o n ( H o u r 18 i n S t u d y ) 162 F i g u r e 6.13. D i s t r i b u t i o n o f G e n e r a t i o n at H o u r 18 o n 2 2 D e c . 1 9 9 8 1 6 4 F i g u r e 6.14. A c t u a l G e n e r a t i o n A l l o c a t i o n , D i f f e r e n c e i n O p t i m i z e d S c h e d u l e , a n d G a i n i n S t o r e d E n e r g y : M a x . E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n .\u00E2\u0080\u00A2 1 7 0 v i i i A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling'in a Competitive Power Market Environment F i g u r e 6.15. A l l o c a t i o n o f G e n e r a t i o n f o r A c t u a l a n d O p t i m i z e d 171 F i g u r e 6.16. C o m p a r i s o n b e t w e e n O p t i m i z e d a n d D i s p a t c h e d C o l u m b i a : P e a c e R a t i o , a n d C a p a c i t y R a t i o 171 F i g u r e 6.17. V a r i a t i o n o f E n e r g y G a i n w i t h T o t a l G e n e r a t i o n , M a x i m i z e E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n 1 7 2 F i g u r e 6.18. P r o b a b i l i t y a n d C u m u l a t i v e D i s t r i b u t i o n o f % G a i n i n S t o r e d E n e r g y : M a x . E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n 1 7 2 F i g u r e 6.19. V a r i a t i o n o f V a l u e G a i n w i t h T o t a l . G e n e r a t i o n , M i n i m i z e C o s t o f W a t e r U s e d O b j e c t i v e F u n c t i o n 1 7 3 F i g u r e 6.20. P r o b a b i l i t y a n d C u m u l a t i v e D i s t r i b u t i o n o f % G a i n i n V a l u e o f S t o r e d W a t e r : M i n . C o s t o f W a t e r U s e d 1 7 3 F i g u r e 6.21. V a r i a t i o n o f E n e r g y % G a i n w i t h T o t a l G e n e r a t i o n : M a x i m i z e P r o d u c t i o n O b j e c t i v e F u n c t i o n 1 7 4 F i g u r e 6.22. P r o b a b i l i t y a n d C u m u l a t i v e D i s t r i b u t i o n F u n c t i o n o f % G a i n i n V a l u e o f E x t r a E n e r g y G e n e r a t e d : M a x . V a l u e o f P r o d u c t i o n 1 7 4 F i g u r e 6.23. C o m p a r i s o n o f % G a i n f o r t h e t h r e e O b j e c t i v e F u n c t i o n s 1 7 5 F i g u r e 6.24. C o m p a r i s o n o f P r o b a b i l i t y o f % G a i n f o r t h e T h r e e O b j e c t i v e F u n c t i o n s 1 7 5 F i g u r e 6.25. P l a n o f t h e S h i f t O f f i c e , 1 4 t h F l o o r P a r k P l a c e , V a n c o u v e r 1 7 7 F i g u r e 6.26. V a r i a t i o n o f D o m e s t i c L o a d f o r t h e O p t i m i z a t i o n S t u d y 1 78 F i g u r e 6.27. A l l o c a t i o n o f G e n e r a t i o n i n t h e S c h e d u l e d P l a n 1 7 9 F i g u r e 6.28. S c h e d u l e d a n d O p t i m i z e d G M S F o r e b a y L e v e l s a n d P l a n t G e n e r a t i o 1 8 2 F i g u r e 6.29. S c h e d u l e d a n d O p t i m i z e d P C N F o r e b a y L e v e l s a n d P l a n t G e n e r a t i o n 183 F i g u r e 6.30. S c h e d u l e d a n d O p t i m i z e d M C A F o r e b a y L e v e l s a n d P l a n t G e n e r a t i o n 1 8 4 F i g u r e 6.31. S c h e d u l e d a n d O p t i m i z e d R E V F o r e b a y L e v e l s a n d P l a n t G e n e r a t i o n 1 8 5 F i g u r e 6.32. S c h e d u l e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n S u m m a r y 1 8 6 F i g u r e 6.33. O p e r a t i n g R e s e r v e O b l i g a t i o n a n d R e g u l a t i n g M a r g i n R e q u i r e m e n t 1 8 7 F i g u r e 6.34. O p t i m i z e d T r a d i n g S c h e d u l e s , T i e L i m i t s , S y s t e m C a p a c i t y S l a c k , a n d S p o t P r i c e s : 1 8 8 F i g u r e 6.35. P l a n n e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n a n d F o r e b a y S c h e d u l e s : S t a v e F a l l s R i v e r S y s t e m 1 9 4 F i g u r e 6.36. P l a n n e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n a n d F o r e b a y S c h e d u l e s : B r i d g e R i v e r S y s t e m 1 9 5 F i g u r e 6.37. P l a n n e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n a n d F o r e b a y S c h e d u l e s : C a m p b e l l R i v e r S y s t e m 1 9 6 F i g u r e 6.38. P l a n n e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n a n d F o r e b a y S c h e d u l e s : P e a c e R i v e r S y s t e m 1 9 7 F i g u r e 6.39. P l a n n e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n a n d F o r e b a y S c h e d u l e s : C o l u m b i a R i v e r S y s t e m 1 9 8 F i g u r e 6.40. P l a n n e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n a n d F o r e b a y S c h e d u l e s : P e n d O r e i l l e R i v e r S y s t e m : 1 9 9 F i g u r e 6.41. P l a n n e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n a n d F o r e b a y S c h e d u l e s : C h e a k a m u s , C l o w h o m , W a h l e a c h a n d A s h R i v e r S y s t e m s 2 0 0 F i g u r e 6.42. T u r b i n e D i s c h a r g e L i m i t C o s t 2 0 1 F i g u r e 6.43 P l a n t ' s I n c r e m e n t a l C o s t o f G e n e r a t i o n 2 0 2 i x A Decision Support System for Reai-time Hydropower Scheduling In a Competitive Power Market Environment F i g u r e 6.44. P l a n t ' s G e n e r a t i o n L i m i t C o s t 2 0 3 F i g u r e 6.45. I n c r e m e n t a l C o s t o f W a t e r S t o r a g e . 2 0 4 F i g u r e 6.46. S t o r a g e L i m i t s C o s t 2 0 5 F i g u r e 6.47. S y s t e m I n c r e m e n t a l C o s t , S p o t M a r k e t P r i c e s , T i e L i n e L i m i t s C o s t , a n d R e g u l a t i n g M a r g i n C o s t 2 0 0 F i g u r e 6.48. B e h a v i o r o f S I C w i t h G e n e r a t i o n , E x p o r t s a n d I m p o r t s , T i e L i n e L i m i t s , a n d S y s t e m S l a c k 2 0 7 F i g u r e 6.49. T o t a l R u n C P U T i m e : U s e r ' s R e q u i r e m e n t s a n d A c t u a l P e r f o r m a n c e 2 0 8 F i g u r e 6.50. C P U T i m e s o f t h e S o l u t i o n S t e p s 2 0 9 F i g u r e 6.51. C o n v e r g e n c e o f t h e O b j e c t i v e F u n c t i o n a n d F o r e b a y D i f f e r e n c e 2 1 0 F i g u r e 6.52. V a r i a t i o n o f S o l u t i o n C P U T i m e w i t h I t e r a t i o n s 2 1 0 F i g u r e 6.53. V a r i a t i o n o f P e r f o r m a n c e w i t h t h e S i z e o f t h e O p t i m i z a t i o n P r o b l e m 2 1 2 F i g u r e 6.54. C o n v e r g e n c e o f F o r e b a y L e v e l s a n d O b j e c t i v e F u n c t i o n V a l u e s f o r S T O M O p t i m i z a t i o n M o d e l s 2 1 6 F i g u r e 6.55. C o n v e r g e n c e o f G e n e r a t i o n S c h e d u l e s a n d F o r e b a y L e v e l s i n I t e r a t i o n s 2 1 7 F i g u r e 6.56. P e r f o r m a n c e o f t h e S i m p l e x D u a l a n d P r i m a l A l g o r i t h m s 2 1 8 C H A P T E R 7 F i g u r e 7.1. A S t r u c t u r e d A p p r o a c h t o t h e S h o r t - t e r m H y d r o e l e c t r i c S c h e d u l i n g P r o b l e m i n a C o m p e t i t i v e M a r k e t E n v i r o n m e n t 2 2 1 F i g u r e 7.2. T h e C o n c e p t o f P r o x i m a l D e c i s i o n A n a l y s i s , a n d P r o d u c e r ' s M a r k e t V a l u e F u n c t i o n 2 2 7 A N N E X D F i g u r e D . l . S T O M G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e 2 4 9 F i g u r e D.2. S e l e c t i n g R i v e r S y s t e m s a n d P l a n t s 2 5 0 F i g u r e D.3. S e t t i n g S t u d y S t a r t D a t e a n d D u r a t i o n 2 5 3 F i g u r e D.4. T h e G U I O p t i o n s B u t t o n 2 5 4 F i g u r e D.5. P l a n t S e l e c t i o n f o r S e t t i n g U s e r ' s O p e r a t i o n a l L i m i t s 2 5 4 F i g u r e D.6. M a x i m u m F o r e b a y L e v e l O u t o f R a n g e E r r o r M e s s a g e s 2 5 4 F i g u r e D.7. G U I O p t i o n a l O p e r a t i o n a l L i m i t s T a b s 2 5 4 F i g u r e D.8. G U I O p t i o n a l O p e r a t i o n a l L i m i t s : M a x i m u m F o r e b a y L e v e l 2 5 6 F i g u r e D.9. G U I O p t i o n a l O p e r a t i o n a l L i m i t s : S p i l l s 2 5 7 F i g u r e D.10. G U I O p t i o n a l O p e r a t i o n a l L i m i t s : M a x i m u m P l a n t D i s c h a r g e L i m i t 2 5 8 F i g u r e D . l 1. G U I O p t i o n a l O p e r a t i o n a l L i m i t s : M i n i m u m G e n e r a t i o n L i m i t 2 5 9 F i g u r e D.12. S e l e c t i n g t h e O p t i m i z a t i o n O b j e c t i v e F u n c t i o n 2 6 0 F i g u r e D . l 3 . T h e C o s t F a c t o r U s e r I n p u t F o r m f o r M i n _ Q C F O b j e c t i v e F u n c t i o n 2 6 1 F i g u r e D.14. S p o t P r i c e s f o r t h e M a x _ P O b j e c t i v e F u n c t i o n 2 6 2 F i g u r e D.15. S e t t i n g t h e M a r g i n a l V a l u e o f E n e r g y ( R b c h ) 2 6 4 F i g u r e D.16. S e t t i n g t h e R e s e r v o i r ' s T a r g e t F o r e b a y L e v e l s 2 6 4 F i g u r e D.17. M a x i m i z e P r o f i t O b j e c t i v e F u n c t i o n : Rt , c h I n p u t F o r m 2 6 7 F i g u r e D.18. M a x i m i z e P r o f i t O b j e c t i v e F u n c t i o n : M a r k e t i n g I n f o r m a t i o n 2 6 8 F i g u r e D.19. M a x i m i z e P r o f i t O b j e c t i v e F u n c t i o n : D r o p , F i x F o r e b a y T a r g e t L e v e l s 2 6 9 x A Decision Support System for R e a l - t i m e Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment. F i g u r e D.20. T h e M a x i m i z e P r o f i t O b j e c t i v e F u n c t i o n : O p e r a t i n g R e s e r v e a n d R e g u l a t i o n M a r g i n s I n p u t F o r m 2 7 0 A N N E X F F i g u r e F . l . G e n e r a t i o n S u m m a r y 2 7 6 F i g u r e F.2 G a i n e r s a n d L o s e r s i n T o t a l G e n e r a t i o n 2 7 7 F i g u r e F.3. S p o t P r i c e s & O p t i m i z e d T r a d i n g S c h e d u l e s i n t h e A . B . & U . S . M a r k e t s 2 7 8 F i g u r e F.4. E x a m p l e P l a n t F o r e b a y E l e v a t i o n s 2 7 9 F i g u r e F.5. E x a m p l e P l a n t G e n e r a t i o n a n d P l a n t D i s c h a r g e 2 8 0 F i g u r e F.6. O p t i m a l U n i t C o m m i t m e n t S c h e d u l e D e r i v e d b y S T O M 2 8 1 F i g u r e F.7. O p t i m a l D i s t r i b u t i o n o f t h e O p e r a t i n g R e s e r v e O b l i g a t i o n 2 8 2 A N N E X G F i g u r e G . l . S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e P e a c e R i v e r H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 2 8 6 F i g u r e G.2. S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e U p p e r C o l u m b i a H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 2 8 9 F i g u r e G.3. S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e P e n d d ' O r e i l l e H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 2 9 0 F i g u r e G.4. S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e S t a v e R i v e r S y s t e m H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 2 9 2 F i g u r e G.5. S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e B r i d g e R i v e r S y s t e m H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 2 9 4 F i g u r e G.6. S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e C a m p b e l l R. S y s t e m H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 2 9 6 F i g u r e G.7. S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e C h e a k a m u s R. S y s t e m H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s . 2 9 7 F i g u r e G.8. S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e C l o w h o m R. S y s t e m H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 2 9 8 F i g u r e G.9. S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e W a h l e a c h R. S y s t e m H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 2 9 9 F i g u r e G.10. S c h e m a t i c L a y o u t o f t h e A s h R i v e r S y s t e m H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s 3 0 0 x i A Decision Support System tor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment LIST OF TABLES CHAPTER 3 T a b l e 3.1 P l a n t s a n d R e s e r v o i r s M a n a g e d b y B. C . H y d r o 2 3 T a b l e 3.2. E l e c t r i c U t i l i t i e s i n B r i t i s h C o l u m b i a '. 2 7 CHAPTER 4 T a b l e 4.1. S T O M I n p u t D a t a S a v e d f r o m t h e L R B S y s t e m 7 4 T a b l e 4.2. O u t p u t R e s u l t s D i s p l a y e d t o t h e User... .-. .83 T a b l e 4.3. R i v e r S y s t e m s , R e s e r v o i r s a n d P l a n t s M o d e l l e d 8 4 T a b l e 4.4. C o e f f i c i e n t s o f t h e G e n e r a t i o n P r o d u c t i o n F u n c t i o n 1 0 7 CHAPTER 6 T a b l e 6.1. P l a n n e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n S c h e d u l e s f o r t h e C o l u m b i a R i v e r S y s t e m : M i c a ( M C A ) a n d R e v e l s t o k e ( R E V ) , i n M W H r : 145 T a b l e 6.2. O p t i m i z e d a n d P l a n n e d G e n e r a t i o n S c h e d u l e s f o r t h e P e a c e R i v e r S y s t e m : G.M. S h r u m ( G M S ) a n d P e a c e C a n y o n ( P C N ) , i n M W H r 1 4 6 T a b l e 6.3. P l a n n e d a n d O p t i m i z e d G e n e r a t i o n S c h e d u l e s f o r t h e C o l u m b i a R i v e r S y s t e m : M i c a ( M C A ) a n d R e v e l s t o k e ( R E V ) , i n M W H r 1 5 2 T a b l e 6.4. O p t i m i z e d a n d P l a n n e d G e n e r a t i o n S c h e d u l e s f o r t h e P e a a c e R i v e r S y s t e m : G.M. S h r u m ( G M S ) a n d P e a c e C a n y o n ( P C N ) , i n M W H r 153 T a b l e 6.5. T o t a l G e n e r a t i o n a n d D i f f e r e n c e i n P l a n t G e n e r a t i o n , a n d % G a i n f o r t h e P o s t m o r t e m A n a l y s i s S t u d i e s , M a x i m i z e E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n ( J u n e 1 9 9 8 - A p r i l 1 9 9 9 ) 1 6 7 T a b l e 6.6. D a t e , T o t a l G e n e r a t i o n G a i n f o r t h e P o s t m o r t e m A n a l y s i s S t u d i e s , M a x i m i z e E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n ( J u n e 1 9 9 8 - A p r i l 1 9 9 9 ) 1 6 8 T a b l e 6.7. S u m m a r y o f S t a t i s t i c a l T e s t s o f R e s u l t s i n t h e P o s t m o r t e m A n a l y s i s S t u d 1 6 9 T a b l e 6.8. S u m m a r y D a t a o n V a r i a t i o n o f P e r f o r m a n c e w i t h O p t i m i z a t i o n P r o b l e m S i z e , M a x i m i z e E f f i c i e n c y O b j e c t i v e F u n c t i o n 2 1 2 ANNEXD . . . T a b l e D. 1. R i v e r S y s t e m s a n H y d r o e l e c t r i c F a c i l i t i e s i n t h e G U I 2 5 2 ANNEX E T a b l e E . l . U n i t C o m b i n a t i o n s a n d M i n i m u m P l a n t D i s c h a r g e 2 7 3 T a b l e E.2. U n i t C o m b i n a t i o n s a n d O p t i m a l U n i t C o m m i t m e n t 2 7 4 x i i A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment A C K N O W L E D G M E N T S T h e a u t h o r g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e s t h e c o n t r i b u t i o n o f t h e U B C s t u d e n t s f o r t h e i r w o r k o n t h e r e s e a r c h p r o j e c t . I n p a r t i c u l a r , s p e c i a l a p p r e c i a t i o n a r e d u e t o T r o y L y n e , P a x t o n C h o w , C o r y R i s t o c k , L i n d s a y S i d w e l l , G a r t h N a s h , W e n d y L e u n g , M a h m o u d K a y a l i , S a n d y N g , A s h l e y G a d d , L e o L i u , a n d o t h e r s t u d e n t s w h o c o n t r i b u t e d t o t h e s u c c e s s o f t h i s r e s e a r c h p r o j e c t . S p e c i a l a p p r e c i a t i o n i s d u e t o t h e m a n a g e r o f t h e r e s e a r c h p r o j e c t at B C H y d r o , D r . T h o m a s K. S i u . H e w a s i n s t r u m e n t a l f o r t h e s m o o t h i m p l e m e n t a t i o n o f t h e r e s e a r c h p r o j e c t a n d i t s o u t c o m e s . M i k e L e e , t h e m a n a g e r o f S h i f t O p e r a t i o n s a n d t h e I m p l e m e n t a t i o n T e a m p r o v i d e d l i m i t l e s s s u p p o r t f o r t h e r e s e a r c h p r o j e c t a n d f o r i m p l e m e n t a t i o n o f i t s o u t p u t , h i s s u p p o r t i s h i g h l y a p p r e c i a t e d . S e n i o r E n g i n e e r G e r r y C r e t e l l i p r o v i d e d g u i d a n c e a n d s u p p o r t f r o m t h e i n i t i a l p h a s e s o f d e v e l o p m e n t u p t o t h e l a s t s t a g e s o f i m p l e m e n t a t i o n , h i s s u p p o r t i s h i g h l y a p p r e c i a t e d . S h i f t E n g i n e e r s , G . B r a d l e y , P. C h o u d h u r y , V . C h u , C . F i n g l e r , B . F o n g , M . H a n l o n , C . K o b e r , P. N g , K. P u n c h , C . R i s t o c k , D. R o b i n s o n , H . W a l k , a n d C . Y o o , a l l t o o k t h e t i m e t o test, v e r i f y a n d s u g g e s t m o d i f i c a t i o n a n d i m p r o v e m e n t s t o m a k e t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m m o r e r e s p o n s i v e t o t h e i r j o b s . I n p a r t i c u l a r , s p e c i a l t h a n k s a r e d u e t o t h e m a s t e r m i n d o f t h e s o f t w a r e s y s t e m s b e i n g d e v e l o p e d a n d i m p l e m e n t e d i n t h e S h i f t O f f i c e , C o l i n F i n g l e r , a n d f o r h i s t i r e l e s s e f f o r t s t o i m p l e m e n t S T O M i n p r o d u c t i o n m o d e . T h i s p r o j e c t w o u l d n o t h a v e b e e n c o n c e i v e d a n d c a r r i e d o u t w i t h o u t t h e k e e n s u p p o r t o f K. K e t c h u m , P. A d a m s , W. J o h n s o n , J o h n W . T a y l o r , a n d K e l l y L i a l . T h a n k s for t h e i r e n c o u r a g e m e n t a n d l i m i t l e s s s u p p o r t . S p e c i a l t h a n k s a r e a l s o d u e t o a l l t h e P o w e r S u p p l y a n d R e s o u r c e M a n a g e m e n t s t a f f at B C H y d r o . T h a n k s f o r m a k i n g t h i s a p p l i e d r e s e a r c h p r o j e c t a s u c c e s s . I n p a r t i c u l a r s p e c i a l t h a n k s a r e d u e t o S a m u e l N a l l i a h , M i c h a e l A u a n d K e i t h P i n c h i n f o r c o m p u t e r a n d p r o g r a m m i n g s u p p o r t a n d t o B e c k y S t u t t f o r a d m i n i s t r a t i v e s u p p o r t . T h e a u t h o r w i s h e s t o e x p r e s s h i s s i n c e r e a p p r e c i a t i o n a n d t h a n k s t o h i s s u p e r v i s o r , P r o f e s s o r S.O. D e n i s R u s s e l l f o r h i s w i s e a d v i c e a n d e n c o u r a g e m e n t t h r o u g h o u t t h e c o u r s e o f t h i s r e s e a r c h . It c a n b e s a i d t h a t w i t h o u t h i s i n s i g h t s a n d e n c o u r a g e m e n t t h i s w o r k w o u l d n o t h a v e b e e n u n d e r t a k e n . T h e a u t h o r a l s o g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e s t h e i n s i g h t s a n d s u p p o r t p r o v i d e d b y D r . W.F. C a s e l t o n , D r . A . D . R u s s e l l , D r . J.A. M e e c h , D r . W.F. Z i e m b a , D r . T. M c D a n i e l s , D r . A . D o r c e y , D r . B . L e n c e , a n d a l l t h e . f a c u l t y a n d s t a f f m e m b e r s at t h e C i v i l E n g i n e e r i n g D e p t . at U.B.C, d u r i n g m y s t u d i e s a n d a l l p h a s e s o f d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e r e s e a r c h p r o j e c t . T h i s r e s e a r c h p r o j e c t w o u l d n o t h a v e b e e n a s u c c e s s w i t h o u t t h e i r w i s e g u i d a n c e a n d s u p p o r t . S p e c i a l t h a n k s a r e d u e t o m y p a r e n t s , K h a l e d a n d N a j a h , w h o p a s s e d a w a y d u r i n g m y g r a d u a t e s t u d i e s . T h a n k s t o t h e m f o r t h e g r e a t c a r e a n d e n c o u r a g e m e n t d u r i n g m y s t u d i e s a n d t h r o u g h o u t m y l i f e . T h i s t h e s i s i s d e d i c a t e d t o t h e i r m e m o r y . T h i s r e s e a r c h a n d t h e t h e s i s w o u l d n e v e r h a v e b e e n w r i t t e n w i t h o u t t h e c o n s t a n t l o v e , c a r e a n d s u p p o r t o f m y w i f e A b e e r . I w o u l d l i k e t o t h a n k m y s o n K h a l e d a n d d a u g h t e r N o o r f o r b r i n g i n g m e g r e a t j o y i n s t r e s s f u l t i m e s . T h a n k s t o a l l m y s i s t e r s a n d b r o t h e r s f o r t h e c o n t i n u e d e n c o u r a g e m e n t a n d s u p p o r t . M a n y o t h e r u n n a m e d f r i e n d s r e n d e r e d a s s i s t a n c e ; t h e a u t h o r i s i n d e b t e d t o t h e m f o r t h e i r e f f o r t s . T h i s r e s e a r c h a n d t h e s i s w o u l d n o t h a v e b e e n c o m p l e t e d w i t h o u t t h e w i l l o f G O D . . x i i i A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive'Power Market Environment T O M Y P A R E N T S K A H L E D & N A J A H x i v CHAPTER 1 INTRODUCTION 1.1 B A C K G R O U N D S i n c e t h e i n v e n t i o n o f e l e c t r i c i t y i n t h e l a s t c e n t u r y , m a n h a s b e e n t r y i n g t o d e v e l o p n e w s o u r c e s o f e l e c t r i c a l e n e r g y a n d t o e n h a n c e t h e m e t h o d s o f o p e r a t i n g e x i s t i n g o n e s . I n m o d e r n s o c i e t i e s , e l e c t r i c a l e n e r g y f o r m s t h e b a c k b o n e o f a l m o s t a l l a c t i v i t i e s , a n d t h e k e y r o l e that i t p l a y s i n t o d a y ' s s o c i e t y c a n n o t b e o v e r e m p h a s i z e d . T h e i n c r e a s i n g i m p o r t a n c e o f e l e c t r i c i t y h a s r e q u i r e d t h e d e v e l o p m e n t o f o n e o f t h e m o s t c o m p l i c a t e d s y s t e m s e v e r t o b e b u i l t b y h u m a n s . M a n a g e m e n t o f s u c h c o m p l e x s y s t e m s h a s t r a d i t i o n a l l y r e q u i r e d c r e a t i o n o f l a r g e o r g a n i z a t i o n s i n t h e f o r m o f g o v e r n m e n t r e g u l a t e d u t i l i t i e s . A u t i l i t y ' s p o w e r s y s t e m c o u l d t y p i c a l l y c o n s i s t o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s o n o n e o r m o r e r i v e r s , f o s s i l a n d n u c l e a r t h e r m a l p o w e r s t a t i o n s , a n d e x p o r t a n d i m p o r t t i e s t o n e i g h b o r i n g u t i l i t i e s . A l l o f t h e s e f a c i l i t i e s a r e i n t e r c o n n e c t e d e l e c t r i c a l l y t h r o u g h t h e e l e c t r i c t r a n s m i s s i o n s y s t e m . T h e l a r g e i n v e s t m e n t s i n a n d r i s i n g c o s t s o f o p e r a t i n g p o w e r p r o d u c t i o n f a c i l i t i e s h a v e h i g h l i g h t e d t h e n e e d f o r i n c r e a s e d t e c h n i c a l a n d e c o n o m i c e f f i c i e n c y i n t h e e l e c t r i c i t y p r o d u c t i o n s e c t o r . P l a n n i n g a n d m a n a g e m e n t o f s u c h s y s t e m s i n r e a l l i f e s i t u a t i o n s i s a c o m p l e x a n d c u m b e r s o m e t a s k a n d it r e q u i r e s h i g h l y s p e c i a l i z e d t e c h n i c a l e x p e r t i s e i n m a n y f i e l d s . T r a d i t i o n a l l y , t h e g r e a t e s t g a i n s h a v e b e e n r e a l i z e d f r o m i m p r o v i n g t h e t e c h n i c a l a n d t h e e c o n o m i c e f f i c i e n c y o f t h e e l e c t r i c s y s t e m . I m p r o v e m e n t s i n t e c h n i c a l e f f i c i e n c y i n c l u d e e n h a n c e m e n t s t o t h e p e r f o r m a n c e o f g e n e r a t i o n f a c i l i t i e s , w h i l e i m p r o v e m e n t s i n t h e e c o n o m i c e f f i c i e n c y i n c l u d e s l o n g - r a n g e p l a n n i n g f o r s y s t e m e x p a n s i o n , l e a s t - c o s t o p e r a t i o n b y o p t i m i z i n g l o n g - t e r m a n d s h o r t - t e r m s y s t e m o p e r a t i o n , a n d p r o v i d i n g b e t t e r f i n a n c i a l m a n a g e m e n t o f e l e c t r i c u t i l i t i e s . T h e s e m e a s u r e s o n t h e \" s u p p l y s i d e \" h a v e b e e n t a c k l e d w i t h v a r y i n g d e g r e e o f s u c c e s s , u s u a l l y b y e n g i n e e r s a n d o t h e r p r o f e s s i o n a l s u s i n g t e c h n i c a l l y a n d f i n a n c i a l l y o r i e n t e d m e t h o d s . O t h e r e f f o r t s f o c u s e d a t t e n t i o n o n t h e o b j e c t i v e s o f \" d e m a n d s i d e \" m a n a g e m e n t t o r e d u c e c o n s u m p t i o n o f e l e c t r i c i t y a n d t o a v o i d u n n e c e s s a r y i n v e s t m e n t s t o m e e t t h e g r o w i n g d e m a n d f o r e l e c t r i c i t y , p a r t i c u l a r l y d u r i n g p e a k d e m a n d p e r i o d s . R e c e n t c h a n g e s i n t h e e l e c t r i c i n d u s t r y h a v e b e e n b r e w i n g s i n c e t h e s h o c k o f O P E C ' s o i l e m b a r g o i n 1 9 7 3 , w h e r e a s h i f t t o w a r d s m o r e s e l f - r e l i a n c e o n e n e r g y r e s o u r c e s w a s set as a n a t i o n a l g o a l i n t h e U.S. a n d i n m a n y o t h e r i n d u s t r i a l i z e d c o u n t r i e s a r o u n d t h e w o r l d . T r a d i t i o n a l l y , g e n e r a t i o n , t r a n s m i s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n , a n d m a r k e t i n g o f e l e c t r i c i t y w e r e c a r r i e d o u t b y o n e m o n o p o l i s t i c , v e r t i c a l l y i n t e g r a t e d u t i l i t y s e r v i n g a g e o g r a p h i c r e g i o n . E l e c t r i c i t y i n t e r c h a n g e s w e r e m a d e a m o n g t h e f e w m a j o r u t i l i t i e s . H o w e v e r , as p r e d i c t e d b y S c h w e p p e i n 1 9 7 8 ( S c h w e p p e , 1978), t h e e n e r g y m a r k e t p l a c e i s r a p i d l y e v o l v i n g t o w a r d s a c o m p e t i t i v e m a r k e t s t r u c t u r e . U n d e r t h i s e m e r g i n g s t r u c t u r e m a n y m a j o r p l a y e r s a r e s e l l i n g a n d b u y i n g e l e c t r i c e n e r g y i n t h e s p o t a n d i n t h e f o r w a r d m a r k e t p l a c e at t h e w h o l e s a l e l e v e l . It i s a l s o p r e d i c t e d t h a t s o o n , e l e c t r i c e n e r g y w i l l b e s o l d c o m p e t i t i v e l y at t h e r e t a i l l e v e l , i n i t i a l l y t o l a r g e i n d u s t r i e s , m u n i c i p a l i t i e s , a n d l a r g e c o m m e r c i a l c u s t o m e r s , a n d e v e n t u a l l y t o r e s i d e n t i a l c u s t o m e r s . T h e f u t u r e o f t h e e l e c t r i c p o w e r i n d u s t r y i s u n c e r t a i n . S o m e v i s i o n a r i e s ( A m o r y L o v i n s ) a r e p r e d i c t i n g t h e d e m i s e o f t h e h i e r a r c h i c a l m o n o p o l i e s , w h o 1 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment c u r r e n t l y c o m m a n d t h e e l e c t r i c p o w e r i n d u s t r y , t o g i v e w a y f o r n e w t e c h n o l o g i e s a n d e n t r e p r e n e u r i a l a c t o r s w h o c o u l d r e c o n f i g u r e t h e i n d u s t r y , as w a s o r i g i n a l l y e n v i s i o n e d a c e n t u r y a g o b y T h o m a s E d i s o n : a r o b u s t set o f t e c h n o l o g i c a l l y a d v a n c e d , d e c e n t r a l i z e d , i n t e r c o n n e c t e d p o w e r p l a n t s ( S m e l o f f et a l . , 1 9 9 7 ) . O n t h e o t h e r s i d e , o t h e r s a r e p r e d i c t i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s i n t h e h a n d s o f m e g a - g e n e r a t o r s , c o n t r o l l i n g a h i g h p e r c e n t a g e o f t h e t o t a l g e n e r a t i n g c a p a c i t y ( W e i n e r et. a l . , 1 9 9 7 ) . O n l y t h e f u t u r e w i l l t e l l h o w t h e i n d u s t r y w i l l e v o l v e . W h a t d o e s t h i s h a v e t o d o w i t h t h e p r o b l e m d i s c u s s e d i n t h i s t h e s i s ? A g r e a t d e a l . I n t h e e x t r e m e c a s e , m a n y o f t h e c u r r e n t l y u s e d h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g m e t h o d s w i l l n e e d t o b e r e t h o u g h t a n d p r o b a b l y d r a s t i c a l l y r e v i s e d as m o r e e m p h a s i s w i l l b e p l a c e d o n e f f i c i e n t a n d e c o n o m i c o p e r a t i o n o f g e n e r a t i o n f a c i l i t i e s . It i s b e l i e v e d t h a t t h e u s e o f p r i n c i p l e s o f t e c h n i c a l e f f i c i e n c y as w e l l as m a r k e t - o r i e n t e d m e t h o d o l o g i e s w i l l b e c o m e m o r e c r u c i a l t o t h e s u r v i v a l o f e l e c t r i c u t i l i t i e s . C u r r e n t p l a n n i n g t e c h n i q u e s f o r e s t a b l i s h i n g h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s c h e d u l e s a r e r e a l l y b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n o f a s i n g l e u t i l i t y s e r v i n g t h e e l e c t r i c e n e r g y n e e d s o f i t s o w n c u s t o m e r s at m i n i m u m c o s t . M a n y u t i l i t i e s a r o u n d t h e w o r l d , w i t h a m i x o f h y d r o e l e c t r i c a n d t h e r m a l g e n e r a t i o n f a c i l i t i e s , v a l u e h y d r o p o w e r o n t h e b a s i s o f s a v i n g s i n t h e r m a l f u e l s t h a t r e s u l t f r o m i t s use. T h i s i s t o s a y t h a t t h e c o s t o f g e n e r a t i o n i s t a k e n i n t o a c c o u n t r a t h e r t h a n t h e p r o d u c t ' s m a r k e t v a l u e . I n f i n a n c i a l m a r k e t t e r m i n o l o g y , t h i s i s d e f i n e d as a m a r k - t o - c o s t r a t h e r t h a n m a r k - t o - m a r k e t v a l u a t i o n . A s p o i n t e d o u t b y P i l i p o v i c , t h e c u r r e n t l y u s e d m o d e l s a r e e x c e l l e n t t o u n d e r s t a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c o s t f u n c t i o n f o r a p a r t i c u l a r u t i l i t y . T h i s c o s t f u n c t i o n e n a b l e s u t i l i t i e s t o a r r i v e at t h e f u t u r e e x p e c t e d c o s t s f o r t h e i r p r o d u c t s a n d t h e f a c t o r s t h a t c o n t r i b u t e t o t h e d i s t r i b u t i o n o f t h e s e c o s t s . I d e a l l y , i n a d e r e g u l a t e d e n v i r o n m e n t , b o t h t h e c o s t f u n c t i o n a n d t h e v a l u e o f t h e p r o d u c t at t h e m a r k e t p l a c e s h o u l d d e t e r m i n e t h e p r o d u c e r ' s p r o d u c t v a l u e ( P i l i p o v i c , 1 9 9 8 ) . I n a w o r l d o f c o m p e t i t i o n a n d o p e n a c c e s s , i t i s n o t q u i t e c l e a r y e t o n h o w t o o p t i m a l l y p l a n h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s c h e d u l e s i n b o t h t h e l o n g - t e r m a n d s h o r t -t e r m , t o t a k e a d v a n t a g e o f t h e n e w m a r k e t s t r u c t u r e , a l l w i t h i n t h e p h y s i c a l , r e g u l a t o r y , a n d o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s i m p o s e d o n a p a r t i c u l a r s y s t e m . I n o p e r a t i n g a c o m p l e x h y d r o e l e c t r i c s y s t e m i n a c o m p e t i t i v e m a r k e t t h e o p e r a t i o n a l as w e l l as t h e f i n a n c i a l r i s k s w i l l b e h i g h . D e c i s i o n - m a k e r s a n d o p e r a t o r s u n a r m e d w i t h r i g o r o u s a n a l y s i s t o o l s a n d t e c h n i q u e s c o u l d c a u s e t h e i r o r g a n i z a t i o n t o p a y d e a r l y f o r t h e i r d e c i s i o n s . T h i s t h e s i s c o n t a i n s t h e r e s u l t s o f a n a p p l i e d r e s e a r c h p r o j e c t , s u p p o r t e d b y B r i t i s h C o l u m b i a H y d r o P o w e r A u t h o r i t y ( B . C . H y d r o ) o n t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f a d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m t o a i d B . C . H y d r o ' s o p e r a t i n g s t a f f i n d i r e c t i n g t h e s h o r t - t e r m o p e r a t i o n s o f t h e h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s t h e y m a n a g e a n d t o h e l p t h e m t o d e c i d e o n t h e p o t e n t i a l t r a d i n g s c h e d u l e s t h e y are w i l l i n g t o c o m m i t to, w h i l e r e s p e c t i n g t h e r e g u l a t o r y , p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s i m p o s e d o n t h e i r s y s t e m . T h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m i s o p e r a t i o n a l a n d i s o n e o f t h e t o o l s t h a t a r e c u r r e n t l y u s e d b y t h e B . C . H y d r o s y s t e m o p e r a t i o n e n g i n e e r s to d e t e r m i n e t h e o p t i m a l s c h e d u l e s t h a t m e e t t h e h o u r l y d o m e s t i c l o a d a n d t h a t m a x i m i z e t h e v a l u e o b t a i n e d f o r B . C . H y d r o r e s o u r c e s f r o m s p o t t r a n s a c t i o n s i n t h e W e s t e r n U.S. a n d A l b e r t a e n e r g y m a r k e t s . T h e o p t i m a l h y d r o s c h e d u l i n g p r o b l e m f o r B . C . H y d r o , w h i c h i s t h e t h i r d l a r g e s t p o w e r u t i l i t y i n C a n a d a i s f o r m u l a t e d as a l a r g e - s c a l e l i n e a r p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m a n d i s s o l v e d u s i n g a n a d v a n c e d c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e a l g e b r a i c m o d e l i n g l a n g u a g e a n d a l i n e a r p r o g r a m m i n g p a c k a g e . T h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m h a s b e e n d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d t o b e u s e r - f r i e n d l y , f l e x i b l e , d y n a m i c , a n d a f a s t r e a l t i m e o p e r a t i o n a l t o o l t h a t a c c u r a t e l y p o r t r a y s t h e c o m p l e x n a t u r e o f 2 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m . It h a s b e e n d e v e l o p e d a n d s u c c e s s f u l l y i m p l e m e n t e d t h r o u g h e x t e n s i v e i n t e r a c t i o n w i t h B . C . H y d r o ' s s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s . T h e s y s t e m c o n s i s t s o f five m a j o r c o m p o n e n t s : t h e G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e ( G U I ) , t h e C o m m u n i c a t i o n P r o t o c o l s , t h e S i m u l a t i o n m o d e l , t h e O p t i m i z a t i o n m o d e l , a n d t h e R e s u l t s - d i s p l a y s o f t w a r e . A s i d e f r o m t h e d e t a i l e d r e p r e s e n t a t i o n o f m o r e t h a n t w e n t y h y d r o g e n e r a t i n g s t a t i o n s a n d t h e s y s t e m o f r e s e r v o i r s , t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l i n c o r p o r a t e s m a r k e t i n f o r m a t i o n o n t h e A l b e r t a P o w e r P o o l a n d t h e U.S. m a r k e t s , a n d t i e l i n e t r a n s f e r c a p a b i l i t i e s . T h e b u l k o f w o r k i n t h i s r e s e a r c h p r o j e c t w a s c a r r i e d o u t b y t h e a u t h o r w i t h s o m e p r o g r a m m i n g a n d d a t a c o l l e c t i o n h e l p f r o m o t h e r g r a d u a t e a n d u n d e r g r a d u a t e s t u d e n t s at t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a ( U B C ) a n d at B . C . H y d r o i n V a n c o u v e r , C a n a d a . 1.2 G O A L , O B J E C T I V E S A N D STUDY A P P R O A C H T h e g o a l o f t h i s t h e s i s i s t o d e v i s e , d e v e l o p a n d i m p l e m e n t a d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m t o a s s i s t B .C. H y d r o ' s P o w e r S u p p l y o p e r a t i o n s e n g i n e e r s i n m a k i n g g o o d o p e r a t i o n a l a n d t r a d i n g d e c i s i o n s f o r t h e i r s y s t e m . S e v e r a l o b j e c t i v e s w e r e set o u t f o r t h i s r e s e a r c h e f f o r t . T h e f i r s t o b j e c t i v e w a s t o d e v e l o p a n u n d e r s t a n d i n g o f h y d r o e l e c t r i c s y s t e m o p e r a t i o n s . T h i s w a s a c h i e v e d t h r o u g h e x t e n s i v e l i t e r a t u r e r e v i e w a n d s t u d y o f t h e d e c i s i o n - m a k i n g e n v i r o n m e n t at B C H y d r o a n d at o t h e r s i m i l a r h y d r o e l e c t r i c p o w e r u t i l i t i e s . T h e l i t e r a t u r e r e v i e w f o c u s e d o n th e h i s t o r i c d e v e l o p m e n t o f g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g m e t h o d s a n d o n t h o s e m e t h o d s tha t a r e c u r r e n t l y u s e d b y h y d r o e l e c t r i c p o w e r u t i l i t i e s t h r o u g h o u t t h e w o r l d . T h e s e c o n d o b j e c t i v e i n v o l v e d a s s e s s m e n t o f t h e p o t e n t i a l o f a v a i l a b l e o p e r a t i o n s r e s e a r c h m e t h o d s t o s o l v e t h e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m . L i n e a r p r o g r a m m i n g w a s as t h e m o s t p r a c t i c a l a n d e f f i c i e n t t e c h n i q u e . T h e t h i r d o b j e c t i v e i n v o l v e d f o r m u l a t i o n o f t h e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m as a l i n e a r p r o g r a m m i n g m o d e l a n d t e s t i n g i t s p o t e n t i a l t o s o l v e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m s . T h i s w a s a c h i e v e d t h r o u g h e x t e n s i v e i n t e r a c t i o n s w i t h e x p e r t s o n t h e B . C . H y d r o s y s t e m a n d b y w o r k i n g v e r y c l o s e l y w i t h t h e a c t u a l B . C . H y d r o g e n e r a t i o n s y s t e m o p e r a t o r s . T h e f o u r t h o b j e c t i v e i n v o l v e d t e s t i n g a n d i m p l e m e n t i n g t h e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g m o d e l i n p r o d u c t i o n m o d e . T h i s w a s a c h i e v e d t h r o u g h t h e d e v e l o p m e n t o f a d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m t h a t m a k e s t h e m o d e l u s e r - f r i e n d l y a n d e a s y t o u s e i n p r o d u c t i o n m o d e . It a l s o i n v o l v e d s c r e e n i n g a n d c o m p i l a t i o n o f t h e n e c e s s a r y d a t a , t r a i n i n g t h e s y s t e m u s e r s o n i t s m a i n f e a t u r e s a n d c a p a b i l i t i e s , a n d d e b u g g i n g a n d m o d i f y i n g t h e m o d e l a n d t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m t o a c c o m m o d a t e u s e r ' s r e q u e s t s a n d s u g g e s t i o n s . T h e o p t i m a l o p e r a t i o n o f h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g s y s t e m s c a n b e d i v i d e d i n t o s e v e r a l c o m p u t a t i o n a l l y m a n a g e a b l e l e v e l s . E a c h l e v e l p r o v i d e s a n s w e r s t o a d i f f e r e n t a s p e c t o f t h e t o t a l p r o b l e m . T h e d i f f e r e n t l e v e l s t h a t c a n b e d i s t i n g u i s h e d a r e as f o l l o w s : 1. S t r a t e g i c , l o n g - t e r m h y d r o e l e c t r i c o p e r a t i o n s p l a n n i n g , w h e r e h y d r o r e s o u r c e u t i l i z a t i o n a n d t r a d e o p p o r t u n i t i e s a r e o p t i m i z e d o v e r m o n t h l y t i m e s t e p s f o r 1-4 y e a r s . 2. S t r a t e g i c a n d t a c t i c a l m e d i u m - t e r m h y d r o e l e c t r i c o p e r a t i o n s p l a n n i n g , w h e r e h y d r o r e s o u r c e u t i l i z a t i o n a n d t r a d e o p p o r t u n i t i e s a r e o p t i m i z e d o v e r w e e k l y t i m e s t e p s f o r 1 yea r . 3. T a c t i c a l s h o r t - t e r m o p e r a t i o n s p l a n n i n g , w h e r e h y d r o r e s o u r c e u t i l i z a t i o n a n d t r a d e o p p o r t u n i t i e s a r e o p t i m i z e d o v e r d a i l y o r h o u r l y t i m e s t e p s f o r o n e w e e k . 3 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment 4. R e a l - t i m e h y d r o e l e c t r i c o p e r a t i o n s p l a n n i n g , w h e r e h y d r o r e s o u r c e u t i l i z a t i o n a n d t r a d e o p p o r t u n i t i e s a r e o p t i m i z e d o v e r h o u r l y t i m e s t e p s f o r o n e d a y . 5. R e a l - t i m e e c o n o m i c d i s p a t c h , w h e r e l o a d i n g o f h y d r o r e s o u r c e u t i l i z a t i o n a n d p o s s i b l y t r a d e o p p o r t u n i t i e s a r e o p t i m i z e d w i t h i n t h e h o u r . T h i s i s e s s e n t i a l l y a s t a t i c o p t i m i z a t i o n p r o c e d u r e r e q u i r i n g r e - o p t i m i z a t i o n at 10 m i n u t e s , o r s h o r t e r t i m e i n t e r v a l s . T h i s t h e s i s c o n c e r n s t h e s o l u t i o n o f l e v e l s 3 a n d 4 a b o v e a n d i n p a r t i c u l a r t h e h o u r l y s h o r t -t e r m o p t i m i z a t i o n m o d e l i n g a s p e c t s . U p u n t i l t h e d e v e l o p m e n t o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m r e p o r t e d o n i n t h i s t h e s i s , t h e m e t h o d s u s e d b y B.C. H y d r o ( a n d b y t h e m a j o r i t y o f u t i l i t i e s a l l o v e r t h e w o r l d ) t o d e a l w i t h t h e t a c t i c a l s h o r t - t e r m a n d r e a l - t i m e o p e r a t i o n s p l a n n i n g l e v e l s , w e r e p r e d o m i n a n t l y h e u r i s t i c . T h e s e m e t h o d s a r e b a s e d o n s i n g l e p l a n t o p t i m i z a t i o n u s i n g r u l e s - o f - t h u m b ( m e n t a l ) p r o c e d u r e s f o r l o a d i n g p l a n t s a n d u n i t s . T h e h e u r i s t i c m e t h o d s , u n f o r t u n a t e l y , d o n o t e n s u r e t h a t o p t i m a l , o r n e a r o p t i m a l , s o l u t i o n s w i l l b e p r o d u c e d . T h e r e s e a r c h w o r k p r e s e n t e d i n t h i s t h e s i s c o n s i d e r s a p p l i c a t i o n o f m a t h e m a t i c a l p r o g r a m m i n g m e t h o d s t o t h e s h o r t - t e r m o p e r a t i o n p l a n n i n g o f h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g s y s t e m s i n a c o m p e t i t i v e p o w e r m a r k e t e n v i r o n m e n t . T h e r e s e a r c h i s p a r t i c u l a r l y c o n c e r n e d w i t h t h e p r a c t i c a l a p p l i c a b i l i t y a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e p r o p o s e d m e t h o d t o l a r g e - s c a l e h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g s y s t e m s , w i t h a s m a l l t h e r m a l c o m p o n e n t . P r e v i o u s l i t e r a t u r e d e a l t m a i n l y w i t h p u r e l y t h e r m a l , o r s y s t e m s w i t h a s m a l l h y d r o c o m p o n e n t . T h e t h e s i s b u i l d o n t h e w o r k o f o t h e r r e s e a r c h e r s (e.g., S e c t i o n 2.2.1), a n d i t a l s o d e s c r i b e s t h e f a c t o r s t h a t n e e d t o b e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n i n o r d e r t o d e v e l o p m e t h o d s f o r s c h e d u l i n g h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n r e a l l i f e s i t u a t i o n s . 1.3 ORGANIZATION OF THE THESIS T h e t h e s i s i s o r g a n i z e d i n t o s e v e n c h a p t e r s . C h a p t e r 2 r e v i e w s t h e l i t e r a t u r e o n h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g t e c h n i q u e s , w i t h a n e m p h a s i s o n p r a c t i c a l m o d e l i n g a n d o n t h e o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s t h a t a r e u s e d b y u t i l i t i e s i n t h e i n d u s t r y t o d a y . C h a p t e r 3 d e s c r i b e s t h e B.C. H y d r o e l e c t r i c s y s t e m , i t s h i s t o r i c d e v e l o p m e n t a n d g i v e s a s u m m a r y o f t h e g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s i n c u r r e n t o p e r a t i o n . It a l s o b r i e f l y d i s c u s s e s t h e f o r c e s d r i v i n g t h e c h a n g e i n t o the n e w m a r k e t s t r u c t u r e a n d h o w B . C . H y d r o i s r e s p o n d i n g t o c h a n g e . T h e B . C . H y d r o d e c i s i o n - m a k i n g e n v i r o n m e n t i s o u t l i n e d , a n d a b r i e f d e s c r i p t i o n o f th e m e t h o d s u s e d i n g e n e r a t i o n o p e r a t i o n s , o p e r a t i o n s p l a n n i n g , a n d e l e c t r i c i t y t r a d e o p e r a t i o n s a r e t h e n d i s c u s s e d . T h e c h a p t e r a l s o p r e s e n t s a n o v e r v i e w o f t h e d e c i s i o n - m a k i n g e n v i r o n m e n t f o r h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s a n d o f t h e a v a i l a b l e m e t h o d s a n d t e c h n i q u e s f o r d e c i s i o n - m a k i n g a n d f o r d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s . C h a p t e r 4 p r e s e n t s t h e s t r u c t u r e o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a n d d e t a i l s its m a i n c o m p o n e n t s . T h e o b j e c t i v e s o f S T O M ( t h e B C H y d r o S h o r t T e r m O p t i m i z a t i o n M o d e l ) a r e f i r s t d e s c r i b e d . T h i s i s f o l l o w e d b y the u s e r ' s f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s a n d th e d e s i g n p h i l o s o p h y o f S T O M . T h e m a i n c o m p o n e n t s o f S T O M a r e t h e n d e t a i l e d . T h i s i s f o l l o w e d b y a b r i e f d e s c r i p t i o n o f t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d m a i n f e a t u r e s o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s c u r r e n t l y m o d e l e d i n S T O M . T h e n , t h e m a t h e m a t i c a l m o d e l i n g m e t h o d o l o g y a d o p t e d i n t h i s s t u d y i s d e t a i l e d . C h a p t e r 4 c o n c l u d e s w i t h a n o u t l i n e o f S T O M ' s f o u r o p t i m i z a t i o n m o d e l s . C h a p t e r 5 d e s c r i b e s t h e s o l u t i o n a n d th e i m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s e s a d o p t e d i n t h i s s t u d y . T h e r e s u l t s o f i m p l e m e n t i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a r e g i v e n i n C h a p t e r 6. T h e t h e s i s 4 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power.Market Environment e n d s w i t h C h a p t e r 7, w h i c h i n c l u d e s a n e v a l u a t i o n o f t h e s t r e n g t h s a n d l i m i t a t i o n s o f t h e p r o p o s e d m o d e l i n g m e t h o d o l o g y , a n d t h e l e s s o n s l e a r n e d f r o m d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m . T h i s c h a p t e r a l s o g i v e s r e c o m m e n d a t i o n s f o r f u t u r e d e v e l o p m e n t o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a n d a n o v e r a l l a p p r o a c h t o h y d r o e l e c t r i c s y s t e m o p e r a t i o n . T h e A n n e x e s p r o v i d e s m a t e r i a l r e f e r r e d t o i n t h e t h e s i s . A n n e x A d e s c r i b e s t h e g e n e r a l a l g o r i t h m o f t h e h y d r a u l i c s i m u l a t o r p r o g r a m . A n n e x B l i s t s t h e \" T o D o C h e c k l i s t t o R u n t h e S h o r t T e r m O p t i m i z a t i o n M o d e l \" . A n n e x C l i s t s t h e s h o r t - t e r m o p t i m i z a t i o n m o d e l s o f t w a r e p r o g r a m s , A n n e x D th e m a i n f e a t u r e s o f t h e g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e . A n n e x E d e s c r i b e s t h e p r o c e d u r e f o l l o w e d t o d e t e r m i n e t h e o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t . A n n e x F p r e s e n t s t h e R e s u l t s g r a p h i c d i s p l a y s , a n d A n n e x G d e s c r i b e s t h e m a i n o p e r a t i o n a l f e a t u r e s o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s c u r r e n t l y m o d e l e d b y S T O M . 5 CHAPTER 2 LITERATURE REVIEW T h i s C h a p t e r r e v i e w s t h e l i t e r a t u r e o n h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g t e c h n i q u e s , w i t h a n e m p h a s i s o n p r a c t i c a l m o d e l i n g a n d o n t h e o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s t h a t a r e u s e d b y u t i l i t i e s i n i n d u s t r y t o d a y . T h e f i r s t s e c t i o n r e v i e w s t h e h i s t o r i c d e v e l o p m e n t o f g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g t e c h n i q u e s s i n c e t h e start o f t h i s c e n t u r y , w h i l e t h e s e c o n d s e c t i o n r e v i e w s t h e s t a t e - o f - t h e - a r t i n t h e i n d u s t r y . T h e l a s t s e c t i o n p r o v i d e s a s u m m a r y o f t h e m a i n f i n d i n g s a n d p r e s e n t s t h e f a c t o r s t h a t p r o m p t e d t h e u s e o f l i n e a r p r o g r a m m i n g t o s o l v e t h e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m at h a n d . 2.1 HISTORIC DEVELOPMENT OF SCHEDULING TECHNIQUES It c a n b e s a i d t h a t s o l v i n g t h e h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g p r o b l e m w i t h m u l t i p l e p l a n t s t h a t a r e h y d r a u l i c a l l y c o u p l e d i s a f o r m i d a b l e t a s k . G e n e r a l l y s p e a k i n g , h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g p r o b l e m s a r e m o r e d i f f i c u l t t h a n t h e r m a l s c h e d u l i n g p r o b l e m s f o r s e v e r a l r e a s o n s . F i r s t , t h e d y n a m i c s a n d c o n s t r a i n t s t h a t c o u p l e h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g p l a n t s a f f e c t t h e o p e r a t i o n o f a r e s e r v o i r a c r o s s t i m e . S e c o n d , f l u c t u a t i o n i n r e s e r v o i r s t o r a g e o v e r t i m e h a s a d i r e c t i n f l u e n c e o n t h e e f f i c i e n c y o f t h e g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s . T h i r d , w a t e r l e v e l s o f r e s e r v o i r s o r w a t e r b o d i e s , l o c a t e d d o w n s t r e a m o f g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s a l s o h a v e a n i n f l u e n c e o n t h e e f f i c i e n c y o f t h e g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s . F o u r t h , o p e r a t i o n o f a r e s e r v o i r i n a r i v e r s y s t e m c o u l d b e h y d r a u l i c a l l y c o u p l e d w i t h o t h e r r e s e r v o i r s i n t h e s a m e r i v e r s y s t e m o r w i t h n e i g h b o r i n g s y s t e m s , t h e r e b y a d d i n g t o t h e c o m p l e x i t y o f t h e p r o b l e m . F i f t h , r e s e r v o i r r e l e a s e s c o u l d b e c o n s t r a i n e d b y a n a r r a y o f p h y s i c a l , r e g u l a t o r y , e n v i r o n m e n t a l , a n d o p e r a t i o n a l f a c t o r s . S i x t h , d e c i s i o n s o n w a t e r r e l e a s e s f r o m a r e s e r v o i r i n a n y i n s t a n c e a f f e c t f u t u r e o p e r a t i o n a l d e c i s i o n s , t h u s l e a d i n g t o t h e n e e d t o c o n s i d e r s e q u e n t i a l d e c i s i o n p r o c e s s e s . T h i s i s p a r t i c u l a r l y t r u e w h e n s t o r a g e f a c i l i t i e s a r e c a p a b l e o f s t o r i n g w a t e r f o r s e v e r a l y e a r s . F r o m t h i s p e r s p e c t i v e , t h e s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g o f r e s e r v o i r o p e r a t i o n s f o r h y d r o e l e c t r i c p o w e r g e n e r a t i o n c a n n o t b e c o n s i d e r e d i n i s o l a t i o n f r o m t h e m e d i u m - t e r m a n d l o n g - t e r m p l a n n i n g a c t i v i t i e s a n d t h e l i t e r a t u r e r e v i e w i n t h i s C h a p t e r r e f l e c t s t h i s r e a l i t y . 2.1.1 Early Stages of Development D u e t o t h e i m p o r t a n c e o f t h e s u b j e c t , s c h e d u l i n g o f g e n e r a t i o n f a c i l i t i e s h a s r e c e i v e d a t t e n t i o n s i n c e t h e s t a r t o f t h i s c e n t u r y . T h e f i r s t r e f e r e n c e s t o b e p u b l i s h e d o n t h i s s u b j e c t d a t e b a c k t o 1919, w h e n a p p a r e n t l y e n g i n e e r s s t a r t e d t o p a y m o r e c l o s e a t t e n t i o n t o t h e d e s i g n a n d o p e r a t i o n o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s . N o a k e s a n d A r i s m u n a n d a r , p r e v i o u s l y w i t h t h e E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t at t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , h a v e p r o v i d e d e x t e n s i v e b i b l i o g r a p h y o n o p t i m a l o p e r a t i o n o f p o w e r s y s t e m s f o r t h e p e r i o d 1 9 1 9 - 1 9 5 9 ( N o a k e s et a l . , 1 9 6 2 ) . T h e m a j o r i t y o f m e t h o d s d u r i n g t h i s p e r i o d w e r e c o n c e r n e d w i t h t h e e c o n o m i c o p e r a t i o n o f s m a l l n u m b e r s o f g e n e r a t i n g u n i t s w i t h n o o r l i t t l e c o n s i d e r a t i o n f o r 6 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment t h e d y n a m i c s o f t h e p r o b l e m i n t e r m s o f c h a n g e s t o d e c i s i o n v a r i a b l e s o v e r t i m e . T h e m e t h o d t h a t w a s w i d e l y u s e d w a s t h e i n c r e m e n t a l c o s t m e t h o d . I n t h i s m e t h o d , g e n e r a t i n g u n i t s i n a p l a n t w e r e l o a d e d at t h e l e v e l w h e r e t h e i n c r e m e n t a l c o s t o f e a c h u n i t w a s e q u a l . T h i s m e t h o d i s b a s e d o n t h e m a r g i n a l c o s t p r i c i n g p r i n c i p l e a d v o c a t e d b y u t i l i t y e c o n o m i s t s i n t h e e a r l y p a r t o f t h i s c e n t u r y , w h e n n e w w e l f a r e e c o n o m i c s s t a r t e d t o e m e r g e ( H o t e l l i n g , 1938; M o n t g o m e r y , 1 9 3 9 ) . A n e x c e l l e n t r e v i e w o n t h e h i s t o r i c d e v e l o p m e n t o f t h e m a r g i n a l c o s t p r i c i n g p r i n c i p l e u n d e r w e l f a r e e c o n o m i c s , a n d i t s p r o s a n d c o n s , c a n b e f o u n d i n t h e w o r k s o f R u g g l e s ( R u g g l e s , 1 9 4 9 ; R u g g l e s , 1 9 5 0 ) . T h e c o n c e p t o f m a r g i n a l c o s t p r i c i n g o f e l e c t r i c e n e r g y i n a c o m p e t i t i v e m a r k e t s t r u c t u r e i s o n e o f t h e i s s u e s t h a t i s d e a l t w i t h i n t h i s t h e s i s . D u r i n g t h e e a r l y p a r t o f t h i s c e n t u r y c a l c u l a t i n g m a c h i n e s w e r e m o d e s t , a n d o p e r a t o r s r e l i e d o n t a b l e s a n d c h a r t s t h a t i n c l u d e d t h e i n c r e m e n t a l w a t e r r a t e f o r e a c h u n i t ' s i n c r e m e n t o f g e n e r a t i o n . A s i m p l e a n d q u i c k i t e r a t i v e p r o c e d u r e w a s r e q u i r e d t o a d j u s t t h e p o w e r o u t p u t o f o p e r a t e d u n i t s t o m e e t t h e l o a d t o b e s e r v e d . T h i s p r o c e d u r e i s s i m p l e r i f a l l u n i t s w e r e o f t h e s a m e c h a r a c t e r i s t i c s , b u t n o t s o o t h e r w i s e . F o r t h a t r e a s o n e x t e n s i v e t a b l e s a n d c h a r t s w e r e d e v e l o p e d t o m a k e t h i s p r o c e d u r e f a s t e r . A s t e c h n o l o g y a d v a n c e d , a n a l o g a n d d i g i t a l c o m p u t e r s w e r e m a d e a v a i l a b l e , a n d t h e p r o c e d u r e w a s a u t o m a t e d b y m e a n s o f s i m p l e c o m p u t e r p r o g r a m s . A s t h e y e a r s w e n t b y , t h e n u m b e r o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s g r e w l a r g e r , as d i d t h e s i z e o f t h e u n i t s a n d t h e s t o r a g e f a c i l i t i e s - t o s a t i s f y t h e c o n c e p t o f e c o n o m i e s o f s c a l e a n d t o h e d g e a g a i n s t f l u c t u a t i o n s i n w e a t h e r p a t t e r n s . W h e r e i t w a s p o s s i b l e t o u s e w a t e r a g a i n a n d a g a i n t o g e n e r a t e e l e c t r i c i t y i n t h e s a m e r i v e r s y s t e m , s e v e r a l s t o r a g e r e s e r v o i r s a n d g e n e r a t i n g p l a n t s w e r e i n s t a l l e d i n s e r i e s . A l l o f t h i s w a s t a k i n g p l a c e w h e n a d v a n c e s i n t h e m e t h o d s o f o p e r a t i o n s r e s e a r c h w e r e s i m u l t a n e o u s l y o c c u r r i n g . F o r e x a m p l e , s o o n a f t e r B e l l m a n i n t r o d u c e d t h e m e t h o d o f d y n a m i c p r o g r a m m i n g ( B e l l m a n , 1 9 5 7 ) , m e t h o d s f o r p l a n n i n g t h e l o n g - t e r m u s e o f s t o r a g e w a t e r i n o n e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s t a r t e d t o e m e r g e ( L i t t l e , 1 9 5 5 ) . O t h e r s t r i e d t o u s e d y n a m i c p r o g r a m m i n g ( D P ) f o r m u l t i - r e s e r v o i r s y s t e m s , b u t t h e y w e r e f a c e d w i t h o n e o f t h e m a i n l i m i t a t i o n s o f t h e m e t h o d : t h e c u r s e o f d i m e n s i o n a l i t y ( B e r n h o l t z , 1960; B e r n h o l t z , 1 9 6 2 ; L a r s o n et. a l . , 1 9 6 3 ) . T h e s o l u t i o n o f D P p r o g r a m s r e q u i r e s t h a t t h e s t o r a g e state s p a c e b e d i s c r e t i z e d , w h i c h l e a d s t o a n e x p o n e n t i a l i n c r e a s e i n c o m p u t a t i o n a l e f f o r t , w i t h i n c r e a s i n g n u m b e r o f r e s e r v o i r s . O t h e r s r e l i e d o n w a t e r r e l e a s e p o l i c i e s i n t h e f o r m o f r e s e r v o i r o p e r a t i n g r u l e s , w h i c h a r e g e n e r a l l y f o r m u l a t e d i n a n a t t e m p t t o s a t i s f y d e m a n d f o r w a t e r a n d o t h e r r e q u i r e m e n t s , a n d p r o v i d e a d e q u a t e s t o r a g e f o r f u t u r e w a t e r u s e ( B r u n d e n e l l et a l , 1 9 5 4 ) . R e s e r v o i r o p e r a t i n g r u l e s d e f i n e t a r g e t s t o r a g e l e v e l s f o r v a r i o u s d a t e s i n a y e a r . I f a r e s e r v o i r i s b e l o w t h e t a r g e t s t o r a g e l e v e l , t h e a v e r a g e o u t f l o w r a t e c o u l d b e d e c r e a s e d t o r e s t o r e s t o r a g e t o i t s d e s i r e d l e v e l . S e v e r a l t y p e s o f o p e r a t i n g r u l e s c a n b e f o r m u l a t e d , e a c h r e f l e c t i n g t h e d e s i r e d , o r r e q u i r e d , r e s e r v o i r r e l e a s e s o r s t o r a g e v o l u m e s at a n y p a r t i c u l a r t i m e o f t h e y e a r . S o m e o f t h e r u l e s i d e n t i f y s t o r a g e t a r g e t s ( c a l l e d \" r u l e c u r v e s \" ) w h i c h a r e p a s s e d t o s y s t e m o p e r a t o r s t o i m p l e m e n t t h e p o l i c y t h e y r e p r e s e n t . T h i s t y p e o f r u l e c o u l d b e d e v e l o p e d f r o m y i e l d m o d e l s ( L o u c k s et. a l . , 1 9 8 1 ) u s i n g s t a t i s t i c a l a n a l y s i s m e t h o d s . Y i e l d m o d e l s r e f e r t o f l o w s h a v i n g a r e l a t i v e l y h i g h r e l i a b i l i t y , o r p r o b a b i l i t y , o f b e i n g e q u a l e d o r e x c e e d e d i n f u t u r e p e r i o d s . R u l e c u r v e s t h a t s p e c i f y r e l e a s e p o l i c i e s a r e d e r i v e d b y c o n s i d e r i n g t h e r e q u i r e d s t o r a g e l e v e l s , as a f u n c t i o n o f t i m e , w h i c h c o u l d a c h i e v e f u t u r e o u t f l o w s w i t h a g i v e n r e l i a b i l i t y l e v e l . A s s o c i a t e d w i t h t h e d e r i v a t i o n o f r u l e c u r v e s i s t h e e s t i m a t i o n o f t h e m i n i m u m z o n e , w h i c h i n v o l v e s a s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f i n f l o w s t o r e s e r v o i r s i n d r y y e a r s . 7 A Decision Support System (or Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment T h e m e t h o d o f r u l e c u r v e s w a s p r o b a b l y d e v i s e d as a r e s u l t o f e c o n o m i c r e s e a r c h o n t h e p r o b l e m o f i n v e n t o r y c o n t r o l i n v e s t i g a t e d i n t h e 1950's b y K e n n e t h A r r o w , o n e o f t h e l e a d i n g r e s e a r c h e r s i n t h e f i e l d o f e c o n o m i c s ( A r r o w , et a l . , 1 9 5 1 ; s e e a l s o A r r o w e t a l . , 1 9 5 8 ) . I n 1 9 5 4 M o r a n i n t r o d u c e d t h e p r o b a b i l i t y t h e o r y o f d a m s a n d s t o r a g e s y s t e m s a n d f o u n d a c o m p l i c a t e d a n a l y t i c a l s o l u t i o n t h a t d e s c r i b e s t h e p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n o f t h e c o n t e n t o f a r e s e r v o i r as a f u n c t i o n o f t h e p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n o f t h e i n f l o w s a n d r e l e a s e r u l e s ( M o r a n , 1 9 5 4 ) . H e f u r t h e r e x t e n d e d t h e t h e o r y b y c o n s i d e r i n g m o d i f i c a t i o n o f t h e r e l e a s e r u l e s , c o n s i d e r i n g d i f f e r e n t r e l e a s e r u l e s f o r d i f f e r e n t m o n t h s o f t h e y e a r , a n d o b t a i n i n g a n e x a c t s o l u t i o n f o r a n e g a t i v e e x p o n e n t i a l i n p u t f u n c t i o n t h a t d e s c r i b e s t h e p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n o f i n f l o w s . H e f u r t h e r d e v i s e d a n u m e r i c a l m e t h o d f o r o b t a i n i n g a n a p p r o x i m a t e s o l u t i o n i n t h e c a s e o f t y p e 3 G a m m a d i s t r i b u t i o n i n p u t f u n c t i o n ( M o r a n , 1 9 5 4 ) . G a n i , a n a l o g o u s l y e x t e n d e d t h e t h e o r y o f o p t i m a l i n v e n t o r y p o l i c y ( G a n i , 1 9 5 7 ) a n d s h o w e d that, a l t h o u g h s i m p l i f i e d , i t c o u l d b e a p p l i e d t o s t o r a g e r e s e r v o i r s . B u t s i n c e t h e p r o b l e m s \" f o r m a c l a s s o f s t o c h a s t i c p r o c e s s e s w i t h d i f f i c u l t i e s o f c o n s i d e r a b l e d e p t h , \" n u m e r i c a l t e c h n i q u e s w e r e s u g g e s t e d t o p r o v i d e s o l u t i o n s t h a t w e r e c o n s i d e r e d a d e q u a t e i n p r a c t i c e . T h e s e t e c h n i q u e s i n c l u d e M o n t e C a r l o s i m u l a t i o n , as d e s c r i b e d b y G a n i a n d M o r a n ( G a n i e t a l . , 1 9 5 5 ) . It s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e M o r a n t h e o r y o f s t o r a g e s e e k s a n s w e r s t o p r o b a b i l i s t i c r a t h e r t h a n o p t i m i z a t i o n p r o b l e m s , a n d t h a t o n e o f t h e b a s i c a s s u m p t i o n s o f t h e t h e o r y i s t h a t i n f l o w s t o a r e s e r v o i r a r e n o t c o r r e l a t e d ( R e z n i c e k et a l . , 1 9 9 1 ) . S i m i l a r m e t h o d s w e r e i n v e s t i g a t e d b y G e s s f o r d a n d K o o p m a n s i n t h e l a t e 1950's ( G e s s f o r d e t a l . , 1958; G e s s f o r d , 1 9 5 8 ) t o d e r i v e a \" s i m p l e \" o p t i m a l w a t e r u t i l i z a t i o n p o l i c y f o r a h y d r o e l e c t r i c s y s t e m ( o r a n u m b e r o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n d i f f e r e n t r i v e r s y s t e m s ) . I n f l o w s w e r e c o n s i d e r e d as i n d e p e n d e n t r a n d o m v a r i a b l e s , a n d i f t h e p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n f o r t h e i n f l o w s c o u l d b e e x p l i c i t l y s o l v e d ( i n t e g r a t e d ) , t h e o p t i m a l w a t e r u t i l i z a t i o n p o l i c y c o u l d b e d e t e r m i n e d r e c u r s i v e l y b y d y n a m i c p r o g r a m m i n g . A s i n d i c a t e d b y G e s s f o r d , o n e o f t h e i m p o r t a n t c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e o p t i m a l p o l i c y d e r i v e d b y t h i s m e t h o d i s i t s t h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a l s i m p l i c i t y , w h i c h m a k e s i t s e x p l o r a t i o n i n t h e f u t u r e w o r t h w h i l e f o r t h e l o n g a n d m e d i u m - t e r m s c h e d u l i n g p r o b l e m o f r e s e r v o i r o p e r a t i o n . I n a m e t h o d o l o g y c l o s e l y r e l a t e d t o w a t e r r e l e a s e p o l i c i e s , z o n i n g o f a r e s e r v o i r ' s s t o r a g e h a s b e e n u s e d e x t e n s i v e l y b y t h e C o r p s o f E n g i n e e r s i n t h e U.S. t o s t u d y m o d e s o f o p e r a t i o n f o r m u l t i - r e s e r v o i r s y s t e m s . T h e c o n c e p t r e l i e s o n t h e p r e f e r e n c e o f t h e s y s t e m o p e r a t o r , w h o p r o v i d e s g u i d i n g p r i n c i p l e s f o r s y s t e m o p e r a t i o n s . F o r e x a m p l e , d u r i n g f l o o d s i t u a t i o n s , t h e u p p e r m o s t z o n e o f s t o r a g e w i l l b e u t i l i z e d t o a l l e v i a t e d o w n s t r e a m f l o o d d a m a g e . O n t h e o t h e r h a n d , w h e n s t o r a g e r e a c h e s a l o w e r b u f f e r z o n e , d o w n s t r e a m d i s c h a r g e s a r e r e d u c e d t o p r o v i d e w a t e r f o r e s s e n t i a l n e e d s . T h e o b j e c t i v e o f t h e s y s t e m o p e r a t o r i s t o m o n i t o r t h e s y s t e m b e h a v i o r , a n d t o t r y t o k e e p t h e s y s t e m o f r e s e r v o i r s i n t h e s a m e z o n e . I n 1 9 7 6 S i g v a l d a s o n i n t r o d u c e d a s i m u l a t i o n m o d e l tha t i s i n t e n d e d t o a i d i n a s s e s s i n g t h e i m p a c t s o f a l t e r n a t i v e p o l i c i e s b y p e n a l i z i n g d e v i a t i o n s f r o m the o p e r a t o r ' s p r e s c r i b e d p r e f e r e n c e s i n t h e f o r m o f s t o r a g e a n d c h a n n e l f l o w z o n e s . T h e o p e r a t o r ' s p e r c e i v e d p o l i c y f o r a m u l t i p l e r e s e r v o i r s y s t e m w a s d e r i v e d b y r e p r e s e n t i n g t h e r e s e r v o i r s y s t e m i n a \" c a p a c i t a t e d n e t w o r k \" f o r m u l a t i o n a n d b y d e r i v i n g t h e o p t i m a l o p e r a t i n g p o l i c i e s w i t h t h e o u t - o f - k i l t e r a l g o r i t h m ( S i g v a l d a s o n , 1 9 7 6 ) . T h i s t y p e o f m o d e l d o e s n o t y i e l d t h e o p t i m a l s o l u t i o n t o t h e m u l t i -r e s e r v o i r , m u l t i - o b j e c t i v e d e c i s i o n p r o b l e m , b u t i s v e r y e f f e c t i v e i n a s s e s s i n g t h e i m p a c t o f d i f f e r e n t o p e r a t i n g p o l i c i e s f o r r e s e r v o i r o p e r a t i o n s . P e r h a p s t h e o p t i m a l ( o r n e a r o p t i m a l ) o p e r a t i n g p o l i c i e s c o u l d b e d e r i v e d b y s o m e k i n d o f r e v e r s e m o d e l i n g a n d o p t i m i z a t i o n . T h e m e t h o d o l o g y c o u l d c o n s i s t o f i t e r a t i v e l y r u n n i n g t h e m o d e l t o o p t i m i z e t h e p e r f o r m a n c e o f 8 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment o p e r a t i o n a l p o l i c i e s t h r o u g h v a r i a t i o n o f t h e b o u n d a r i e s o f t h e z o n e s a n d p e n a l t y f u n c t i o n c o e f f i c i e n t s . T h e e n d o f t h e 1950's a n d d u r i n g t h e 1960's w i t n e s s e d a g r o w i n g i n t e r e s t i n t h e d e v e l o p m e n t o f h y d r o e l e c t r i c o p e r a t i o n s m e t h o d o l o g i e s . P e r h a p s t h e m o s t i m p o r t a n t c o n t r i b u t i o n s t o t h e m e t h o d s , f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f t h i s t h e s i s , w e r e d u e t o G l i m n a n d K i r c h m a y e r ( G l i m n et a l . , 1 9 5 8 ) w i t h t h e G e n e r a l E l e c t r i c C o m p a n y i n t h e U.S., a n d t o S t a g e a n d L a r s s o n ( S t a g e et a l . , 1 9 6 1 ) w i t h t h e S o u t h S w e d e n P o w e r C o m p a n y , a n d t o L i n d q v i s t ( L i n d q v i s t , 1 9 6 2 ) w i t h t h e S w e d i s h S t a t e P o w e r B o a r d . I n t h e s e a r t i c l e s , p a r t i c u l a r l y t h a t o f L i n d q v i s t , m e t h o d o l o g i e s t h a t c o n s i d e r t h e l o n g a n d s h o r t - t e r m m u l t i s t a g e d e c i s i o n p r o c e s s e s w e r e o u t l i n e d . I n e s s e n c e , t h e m e t h o d s a s s u m e tha t a r e s e r v o i r p r i c e c u r v e c a n b e d e t e r m i n e d i t e r a t i v e l y f o r e a c h t i m e s t e p i n t h e a n a l y s i s (e.g., d a i l y , w e e k l y o r m o n t h l y ) . T h e p r o b l e m c o n s i d e r e d w a s h o w t o r e g u l a t e t h e s t o r a g e o f a v a i l a b l e w a t e r i n s u c h a w a y that, f o r e a c h p o s s i b l e a l t e r n a t i v e o p e r a t i o n , t h e s u m o f t h e v a r i a b l e c o s t s w o u l d b e m i n i m i z e d o v e r t h e l o n g r u n . A t e a c h d e c i s i o n s t a g e , t h e d e c i s i o n - f u n c t i o n , r e p r e s e n t e d b y t h e r e s e r v o i r p r i c e c u r v e , w i l l y i e l d t h e p r o d u c t i o n l e v e l t h a t r e p r e s e n t s t h e o p t i m a l v a l u e f o r t h e c o m i n g t i m e s t e p . T h e r e s e r v o i r p r i c e c u r v e r e p r e s e n t s t h e e x p e c t e d i n c r e m e n t a l h y d r o e l e c t r i c p o w e r v a l u e o f s t o r e d w a t e r as a f u n c t i o n o f t h e k n o w n c o n t e n t s o f t h e r e s e r v o i r a n d as a f u n c t i o n o f t i m e . T h e m e t h o d o l o g y a s s u m e s t h a t i n f l o w s t o a r e s e r v o i r a r e s t o c h a s t i c . It a l s o a s s u m e s tha t g i v e n c e r t a i n m i n i m u m r e s e r v o i r l e v e l s t h a t c a n n o t b e v i o l a t e d , t h e p o w e r g e n e r a t o r i s w i l l i n g t o a c q u i r e t h e p o w e r r e q u i r e d t o m e e t t h e d e m a n d b y e i t h e r r u n n i n g e x p e n s i v e g e n e r a t i o n f a c i l i t i e s (e.g., t h e r m a l u n i t s ) o r b y c u r t a i l i n g s u p p l y f o r s o m e c u s t o m e r s ( o r b y p u r c h a s i n g , o r s e l l i n g s u r p l u s , e n e r g y i n t h e c o m p e t i t i v e m a r k e t as u s e d i n t h i s t h e s i s ) . It s h o u l d b e n o t e d that d e r i v i n g r e s e r v o i r s ' p r i c e c u r v e s i s n o t t h e c o n c e r n o f t h i s t h e s i s , b u t t h e c o n c e p t o f u s i n g t h e r e s e r v o i r p r i c e c u r v e f o r m a k i n g s h o r t - t e r m o p e r a t i n g d e c i s i o n s , f o r t h e n e x t p l a n n i n g p e r i o d , i s . D e r i v i n g r e s e r v o i r s ' p r i c e c u r v e s i s t h e s u b j e c t o f l o n g - t e r m a n d m e d i u m - t e r m o p e r a t i o n s p l a n n i n g m o d e l s . It s h o u l d a l s o b e n o t e d t h a t a v a r i a n t o f t h i s m e t h o d o l o g y i s e x t e n s i v e l y u s e d t o p l a n t h e o p e r a t i o n o f t h e N o r w e g i a n h y d r o e l e c t r i c s y s t e m , i n a c o m p e t i t i v e m a r k e t e n v i r o n m e n t . 2.7.2 The Era of Rapid Development I n t h e 1 9 7 0 s a n d 1980s, t h e e n e r g y c r i s e s c a u s e d o i l p r i c e s t o s o a r a n d c r e a t e d s i g n i f i c a n t i n t e r e s t i n o p t i m i z i n g t h e o p e r a t i o n o f h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s t o s a v e f u e l c o s t s ( t h e c l a s s i c h y d r o t h e r m a l c o o r d i n a t i o n p r o b l e m ) . T h i s h a s r e s u l t e d i n a n u n p r e c e d e n t e d g r o w t h i n r e s e a r c h p r o j e c t s a i m e d at m a n a g i n g r e s e r v o i r o p e r a t i o n s i n a n o p t i m a l m a n n e r ( U n n y et. a l . , 1 9 8 2 ) . T h e m a i n t h r u s t o f a l m o s t a l l d e v e l o p e d t e c h n i q u e s d u r i n g t h e s e t w o d e c a d e s f o c u s e d o n p r o b l e m s o f c o o r d i n a t i o n b e t w e e n h y d r o e l e c t r i c a n d t h e r m a l g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s . T h e g o a l w a s t o s a v e e x p e n s i v e t h e r m a l g e n e r a t i o n c o s t s b y r e d u c i n g f u e l u s a g e . S c i e n t i s t s f r o m d i f f e r e n t f i e l d s o f e x p e r t i s e (e.g., e n g i n e e r s , m a t h e m a t i c i a n s , e c o n o m i s t s , m a n a g e m e n t a n d o p e r a t i o n s r e s e a r c h s c i e n t i s t s ) w o r k e d o n d e v e l o p i n g s o p h i s t i c a t e d t e c h n i q u e s a n d m e t h o d s t o s o l v e t h e o p t i m a l l o n g - t e r m a n d s h o r t - t e r m h y d r o t h e r m a l g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g p r o b l e m s . D e s p i t e a l l o f t h i s e f f o r t , n o c o m p l e t e l y s a t i s f a c t o r y s o l u t i o n h a s y e t b e e n o b t a i n e d , s i n c e e v e r y p r o b l e m a n a l y z e d w a s u n i q u e a n d h a d t o b e s i m p l i f i e d i n o r d e r t o b e s o l v e d b y a v a i l a b l e t e c h n i q u e s a n d c o m p u t e r t e c h n o l o g y ( W o o d et a l . , 1 9 9 6 ) . 9 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment T o w a r d s t h e e n d o f t h i s era, Y e h c o n d u c t e d a n e x c e l l e n t c r i t i c a l r e v i e w o f t h e s t a t e - o f - t h e -art o f t h e a v a i l a b l e t e c h n i q u e s f o r r e s e r v o i r o p e r a t i o n s ( Y e h , 1 9 8 5 ) . H e c l a s s i f i e d t h e a v a i l a b l e m e t h o d s t o s o l v e r e s e r v o i r o p e r a t i o n s p r o b l e m s ( f o r p o w e r g e n e r a t i o n a n d o t h e r u s e s ) i n t o f o u r m a j o r c l a s s e s : \u00E2\u0080\u00A2 L i n e a r p r o g r a m m i n g ( L P ) ; \u00E2\u0080\u00A2 D y n a m i c p r o g r a m m i n g ( D P ) ; \u00E2\u0080\u00A2 N o n l i n e a r p r o g r a m m i n g ( N L P ) ; a n d \u00E2\u0080\u00A2 S i m u l a t i o n . C o m b i n a t i o n s o f t h e a b o v e m e t h o d s w e r e a l s o i n c o m m o n us e . T h e r e v i e w i n d i c a t e d t h a t s o o n a f t e r t h e t e c h n i q u e s w e r e d e v e l o p e d , a n o n - r i g o r o u s h i e r a r c h i c a l a p p r o a c h w a s a d o p t e d b y m a n y u s e r s ( s e e t h e s e c t i o n o n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s i n Y e h ' s p a p e r ) . T h e h i e r a r c h i c a l a p p r o a c h d e p e n d e d o n d i v i d i n g t h e p l a n n i n g h o r i z o n t o l o n g , m e d i u m a n d s h o r t - t e r m o p e r a t i o n s m o d e l s . I n f o r m a t i o n f l o w b e t w e e n t h e s e m o d e l s f o r m e d t h e l i n k t h a t i s b e l i e v e d t o y i e l d o p t i m a l r e s e r v o i r s y s t e m o p e r a t i o n . Y e h a l s o n o t e d t h a t l i n e a r p r o g r a m m i n g h a s b e e n o n e o f m o s t w i d e l y u s e d m e t h o d s i n w a t e r r e s o u r c e s m a n a g e m e n t a n d r e s e r v o i r o p e r a t i o n s , p a r t i c u l a r l y f o r p l a n n i n g as w e l l as r e a l - t i m e o p e r a t i o n s . H e a l s o i n d i c a t e d t h a t t h e m a i n a d v a n t a g e s o f u s i n g l i n e a r p r o g r a m m i n g f o r r e a l -t i m e o p e r a t i o n s a r e t h e f o l l o w i n g : 1. T h e a b i l i t y t o s o l v e p r o b l e m s w i t h a l a r g e n u m b e r o f d e c i s i o n v a r i a b l e s ; 2. T h e o p t i m a l s o l u t i o n i s a t r u e o p t i m u m ; 3. Q u i c k s o l u t i o n s c o u l d b e d e t e r m i n e d w i t h n o i n i t i a l f e a s i b l e s t a r t s ; 4. S o l u t i o n t e c h n i q u e s h a v e b e e n c o d e d , t e s t e d , a n d a r e r e a d i l y a v a i l a b l e i n t h e m a r k e t . Y e h a l s o i d e n t i f i e d s e v e r a l r e a s o n s f o r t h e r e l u c t a n c e o f r e a l - t i m e r e s e r v o i r o p e r a t o r s t o u s e o p t i m i z a t i o n m o d e l s f o r t h e i r d a i l y o p e r a t i o n s . H e s u m m a r i z e d t h e r e a s o n s as f o l l o w s ( Y e h 1 9 8 5 , p. 1 8 1 4 ) : \" 1. M o s t o f t h e r e s e r v o i r o p e r a t o r s h a v e n o t b e e n d i r e c t l y i n v o l v e d i n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e c o m p u t e r m o d e l a n d t h u s a r e n o t e n t i r e l y c o m f o r t a b l e i n u s i n g t h e m o d e l , p a r t i c u l a r l y u n d e r t h e s i t u a t i o n w h e r e m o d i f i c a t i o n s h a v e t o b e m a d e i n t h e m o d e l t o r e s p o n d t o c h a n g e s e n c o u n t e r e d i n t h e d a y t o d a y o p e r a t i o n , 2. M o s t o f t h e p u b l i s h e d p a p e r s d e a l w i t h s i m p l i f i e d r e s e r v o i r s y s t e m s a n d are d i f f i c u l t t o a d a p t f o r u s e i n r e a l t i m e s y s t e m s . I n a d d i t i o n , m o s t o f t h e p u b l i s h e d r e s e a r c h r e s u l t s a r e p o o r l y d o c u m e n t e d f r o m t h e p r a c t i c a l u s e p o i n t o f v i e w , 3. T h e r e a r e i n s t i t u t i o n a l c o n s t r a i n t s t h a t i m p e d e u s e r r e s e a r c h i n t e r a c t i o n s . \" O n e o f t h e a i m s o f t h e w o r k d e s c r i b e d i n t h i s t h e s i s , i s t o o v e r c o m e t h e r e l u c t a n c e o f o p e r a t o r s t o u s e t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l d e v e l o p e d . O n e f i n a l n o t e o n Y e h ' s r e v i e w i s i n o r d e r h e r e . It w a s n o t e d t h a t t h e m a j o r i t y o f t h e r e v i e w e d l i t e r a t u r e h a s a b i a s t o t h o s e a r t i c l e s a n d r e s e a r c h d o c u m e n t s p u b l i s h e d b y t h o s e w o r k i n g i n t h e f i e l d o f w a t e r r e s o u r c e s . T h i s i s d e s p i t e t h e f a c t t h a t a v e r y r i c h b o d y o f l i t e r a t u r e a n d e x p e r i e n c e i n a p p l y i n g o p t i m i z a t i o n m o d e l s t o r e a l l i f e s i t u a t i o n s e x i s t s i n o t h e r f i e l d s , s u c h as h y d r o e l e c t r i c p o w e r g e n e r a t i o n . O n t h e o t h e r h a n d , a r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e o n t h e m e t h o d s u s e d t o m o d e l a l l a s p e c t s o f t h e o p e r a t i o n o f p o w e r s y s t e m s , i n c l u d i n g s c h e d u l i n g o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s ( I E E E W o r k i n g G r o u p R e p o r t , 1 9 8 1 ) h a d l i t t l e m e n t i o n o f t h e r i c h l i t e r a t u r e p r o d u c e d b y t h o s e w o r k i n g i n t h e a r e a o f w a t e r r e s o u r c e s m a n a g e m e n t , as d e s c r i b e d b y Y e h . 10 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment 2.1.3 Current State-of-the-Art D u r i n g t h e 1 9 8 0 s a n d u p t o t h e t i m e o f w r i t i n g t h i s t h e s i s , t h e l i t e r a t u r e c o n c e r n i n g o l d a n d n e w t e c h n i q u e s f o r s o l v i n g t h e p r o b l e m o f s c h e d u l i n g g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s i s p r o f u s e . A li t e r a t u r e s e a r c h o n g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g m e t h o d s a n d r e s e r v o i r o p e r a t i o n s i s a m a j o r u n d e r t a k i n g b y i t s e l f . S e v e r a l r e v i e w s a n d s u r v e y s w e r e c o n d u c t e d b y d i f f e r e n t w o r k i n g g r o u p s o n t h e m e t h o d s u s e d f o r s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g o f p o w e r s y s t e m o p e r a t i o n a n d c o n t r o l . T h e s e s u r v e y s h i g h l i g h t e d t h e c o n c l u s i o n s a r r i v e d at b y Y e h : t h a t a l t h o u g h m o s t u t i l i t i e s e x p e c t s i g n i f i c a n t s a v i n g s i n o p e r a t i o n c o s t s f r o m i m p r o v e m e n t s i n s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g p r o c e d u r e s , f e w u t i l i t i e s a c t u a l l y u s e t h e m . T h i s w a s a l s o h i g h l i g h t e d i n t h e c o n c l u s i o n o f a s u r v e y t h a t i n c l u d e d 5 4 u t i l i t i e s w o r l d w i d e : \" T h e l a c k o f a d v a n c e d m e t h o d s f o r s h o r t - t e r m o p e r a t i o n s c h e d u l i n g o f g e n e r a t i o n f a c i l i t i e s i s a p p a r e n t \" ( W o r k i n g G r o u p N o . 3, 1 9 8 6 ) . F u r t h e r m o r e , t h e s u r v e y i n d i c a t e d ,that m o s t o f t h e r e p o r t i n g u t i l i t i e s p a i d m o r e a t t e n t i o n t o s c h e d u l i n g a n d o p t i m i z i n g t h e r m a l g e n e r a t i n g u n i t s , w h i l e o p t i m i z i n g h y d r o g e n e r a t i n g s y s t e m s h a v e r e c e i v e d v e r y l i t t l e , i f a n y , a t t e n t i o n . T h i s i s d e s p i t e t h e f a c t t h a t m o s t o f t h e r e p o r t i n g u t i l i t i e s s u r v e y e d h a v e r e c o g n i z e d t h e p o t e n t i a l s i g n i f i c a n t s a v i n g s t h a t c o u l d b e a c h i e v e d . M o r e r e c e n t l y , o t h e r r e s e a r c h e r s t r i e d o l d a n d n e w t e c h n i q u e s t o s o l v e t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g p r o b l e m . S u c c e s s i v e l i n e a r p r o g r a m m i n g w a s a p p l i e d b y T a o t o s t u d y t h e H i g h A s w a n d a m a n d a n s w e r e d s e v e r a l q u e s t i o n s o n u s i n g t h e m e t h o d f o r r e s e r v o i r o p e r a t i o n s ( T a o et a l . 1 9 9 1 ) . G u s t a v o et a l . , a p p l i e d S e q u e n t i a l Q u a d r a t i c P r o g r a m m i n g t o a h y d r o p o w e r s y s t e m t o i n v e s t i g a t e t h e o p t i m a l a l l o c a t i o n o f r e l e a s e s f r o m p o w e r p l a n t s d u r i n g p e a k d e m a n d p e r i o d s ( G u s t a v o et a l . , 1 9 9 0 ) . T h e m e t h o d w a s f o u n d t o b e f e a s i b l e a n d s u p e r i o r t o s u c c e s s i v e l i n e a r p r o g r a m m i n g ( f a s t e r c o n v e r g e n c e t o t h e o p t i m a l s o l u t i o n ) . R u s s e l l et a l . , i n v e s t i g a t e d r e s e r v o i r o p e r a t i n g r u l e s w i t h t h e a p p l i c a t i o n o f f u z z y p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e s , a n d f o u n d t h a t t h e m e t h o d i s n o t a n a l t e r n a t i v e t o c o n v e n t i o n a l o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s ( R u s s e l l et a l . , 1 9 9 6 ) . H o w e v e r , t h e y s u g g e s t e d t h a t f u z z y r u l e s c o u l d c o m p l e m e n t o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s b y i n t r o d u c i n g f l e x i b i l i t y a n d r e s p o n s i v e n e s s , p a r t i c u l a r l y i f e x p e r t o p e r a t o r ' s i n s i g h t s w e r e i n c o r p o r a t e d . L i n e a r n e t w o r k f l o w t e c h n i q u e s ( F r a n c o et a l . , 1 9 9 4; W a n g et a l . , 1 990; N a b o n a , 1 9 9 3 ) , a n d n o n l i n e a r n e t w o r k f l o w a l g o r i t h m s ( R o s e n t h a l , 1 9 8 1 ) w e r e a l s o t r i e d f o r h y d r o e l e c t r i c p o w e r s y s t e m s . A l l e n a n d L a r s o n a p p l i e d d y n a m i c p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e s t o s h o r t - t e r m h y d r o e l e c t r i c o p t i m i z a t i o n p r o b l e m s ( A l l e n et a l . , 1986; L a r s o n 1 9 6 9 ) . O l i v e i r a i n S c o t l a n d a p p l i e d a m i x e d i n t e g e r l i n e a r p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m t o s o l v e t h e s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g p r o b l e m f o r a h y d r o t h e r m a l s y s t e m w i t h p u m p s t o r a g e f a c i l i t i e s . T h e a l g o r i t h m s o l v e s a s i m p l e r l i n e a r p r o g r a m m i n g p r o b l e m , d e r i v e d f r o m t h e o r i g i n a l m i x e d i n t e g e r p r o b l e m , b y r e l a x i n g t h e i n t e g e r t o i n t e r v a l c o n s t r a i n t s , m a k i n g t h e p r o b l e m e a s i e r t o s o l v e . O t h e r r e s e a r c h e r s i n C a n a d a a d o p t e d a r e l i a b i l i t y - p r o g r a m m i n g m o d e l f o r h y d r o p o w e r o p t i m i z a t i o n ( S r i n i v a s a n et. a l . , 1 9 9 4 ) . I n t h i s m o d e l i n g a p p r o a c h , t h e s t o c h a s t i c n a t u r e o f i n f l o w s i s c o n s i d e r e d i n t h e f o r m u l a t i o n o f a c h a n c e c o n s t r a i n e d l i n e a r p r o g r a m . I n t h i s a p p r o a c h , a n o n l i n e a r s e a r c h a l g o r i t h m e v a l u a t e d r e l i a b i l i t i e s w i t h t w o l i n e a r p r o g r a m m i n g r o u t i n e s . O n e w a s u s e d t o e v a l u a t e t h e o p t i m a l p o l i c y f o r t h e c h o s e n r e l i a b i l i t i e s , w h i l e t h e o t h e r e v a l u a t e d t h e o p t i m a l v a l u e o f t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n . T h e m o d e l a l s o i n c l u d e s a l i n e a r i z a t i o n p r o c e d u r e f o r t h e e n e r g y f u n c t i o n t o d e t e r m i n e t h e h e a d - r e l a t e d c o e f f i c i e n t s . F i n a l l y , A c r e s I n t e r n a t i o n a l r e v i e w e d a n d a s s e s s e d t h e m o d e l s a n d m e t h o d s u s e d b y C a n a d i a n U t i l i t i e s t o s c h e d u l e p o w e r g e n e r a t i o n f a c i l i t i e s i n 1994. T h e s t u d y o b j e c t i v e w a s t o d e v e l o p a f r a m e w o r k f o r a c o m p r e h e n s i v e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m t o s o l v e t h e 11 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment p r o b l e m . T h e s t u d y r e c o m m e n d e d s o l u t i o n o f t h e p r o b l e m b y t h e L a g r a n g e a n m e t h o d b y d e c o m p o s i n g i t i n t o t h e u n i t c o m m i t m e n t a n d t h e e c o n o m i c d i s p a t c h s u b - p r o b l e m s . E x t e n s i v e u s e o f l i n e a r n e t w o r k p r o g r a m m i n g m e t h o d s w a s \" r e c o m m e n d e d ( A c r e s I n t e r n a t i o n a l , 1 9 9 4 ) . O t h e r s t r i e d G e n e t i c a l g o r i t h m s ( G A ) t o s o l v e t h e r e s e r v o i r o p e r a t i o n p r o b l e m . W a r d l a w et. a l . , e v a l u a t e d G e n e t i c a l g o r i t h m s f o r o p t i m a l r e s e r v o i r s y s t e m o p e r a t i o n , a n d f o u n d t h e s e a r c h m e t h o d t o b e r o b u s t a n d c o u l d e a s i l y b e a p p l i e d t o c o m p l e x s y s t e m s ( W a r d l a w et. a l . , 1 9 9 9 ) . H o w e v e r t h e a u t h o r s i n d i c a t e d t h a t G A f a l l s h o r t o f f i n d i n g t h e g l o b a l o p t i m a l s o l u t i o n w h i c h w a s a r r i v e d at b y l i n e a r p r o g r a m m i n g . T h e y f u r t h e r r e p o r t e d t h a t t h e e x e c u t i o n t i m e o f G A w a s e i g h t t i m e s l o n g e r t h a n t h a t o f L P , f o r a p r o b l e m o f 10 r e s e r v o i r s f o r 12 t i m e s t e p s . I n a d d i t i o n , a n d f o r e x t e n d e d t h e s t u d y d u r a t i o n , G A e n c o u n t e r e d c o n v e r g e n c e p r o b l e m s , w h i c h r e q u i r e d f u r t h e r m o d i f i c a t i o n s t o t h e a l g o r i t h m . T h e m a j o r a d v a n t a g e o f u s i n g G A , h o w e v e r , i s i t s a b i l i t y t o e a s i l y h a n d l e n o n l i n e a r p r o b l e m s , a n d i t h a s p o t e n t i a l as a n a l t e r n a t i v e t o s t o c h a s t i c d y n a m i c p r o g r a m m i n g . O l i v e i r a a n d L o u c k s a l s o u s e d G A t o e v a l u a t e o p e r a t i n g r u l e s f o r m u l t i r e s e r v o i r s y s t e m s , a n d w e r e c o n c e r n e d w i t h o p t i m i z a t i o n t h e p a r a m e t e r s o f t h e o p e r a t i n g p o l i c i e s o r r u l e s ( O l i v e r i a et. a l . , 1 9 9 7 ) . L u n d a n d G u z m a n d e r i v e d a set o f c o n c e p t u a l r u l e s f o r o p e r a t i n g p o l i c i e s f o r r e s e r v o i r i n s e r i e s a n d i n p a r a l l e l ( L u n d et. a l . , 1 9 9 9 ) , a n d u s e d a n L P m o d e l t o a l l o c a t e s t o r a g e s a m o n g r e s e r v o i r s i n s e r i e s a n d i n p a r a l l e l t o m a x i m i z e h y d r o p o w e r p r o d u c t i o n . I s r a e l a n d L u n d p r e s e n t e d a n a l g o r i t h m f o r d e t e r m i n i n g p r i o r i t y - p r e s e r v i n g u n i t c o s t c o e f f i c i e n t s i n a n e t w o r k f l o w p r o g r a m m i n g f r a m e w o r k a n d u s e d a n L P p r o g r a m t o s e r v e as a p r e p r o c e s s o r t o t h e p r o g r a m ( I s r a e l et. a l . , 1 9 9 9 ) . T e e g a v a r a p u a n d S i m o n o v i c u s e d m e m b e r s h i p f u n c t i o n s f r o m f u z z y set t h e o r y t o r e p r e s e n t t h e d e c i s i o n m a k e r ' s p r e f e r e n c e s i n t h e d e f i n i t i o n o f s h a p e l o s s f u n c t i o n s ( T e e g a v a r a p u et. a l . , 1 9 9 9 ) . Y a n g a n d R e a d u s e d a c o n s t r u c t i v e d u a l d y n a m i c p r o g r a m m i n g a p p r o a c h f o r a r e s e r v o i r m o d e l w i t h s e r i a l c o r r e l a t i o n . T h e y i n d i c a t e d t h a t s g i n i f i c a n t l y b e t t e r o p e r a t i n g p o l i c i e s c o u l d b e o b t a i n e d b y a c c o u n t i n g f o r t h e c o r r e l a t e d i n f l o w s ( Y a n g M . et. a l . , 1 9 9 9 ) . F i n a l y , s e v e r a l a u t h o r s r e p o r t e d t h e u s e o f e v o l u t i o n a r y p o g r a m m i n g t e c h n i q u e s t o s o l v e t h e u n i t c o m m i t m e n t a n d s h o r t - t e r m o p e r a t i o n p l a n n i n g o f h y d r o t h e r m a l p o w e r s y s t e m s ( W e r n e r , T.G., 1999; J u s t e K.A., et a l . , 1 9 9 9 ) . L i k e G A , e v o l u t i o n a r y m e t h o d s a r e t o o s l o w f o r r e a l - t i m e a p p l i c a t i o n s . 2.2 S T A T E - O F - T H E - A R T I N I N D U S T R Y F r o m t h e p e r s p e c t i v e o f t h e r e s e a r c h r e p o r t e d o n i n t h i s t h e s i s , t h e m o s t i m p o r t a n t o f t h e t e c h n i q u e s ( o l d a n d n e w ) a r e t h o s e w h i c h c o n t r i b u t e d t o a p p l i e d m e t h o d s o f a n a l y s i s , a n d t h o s e w h i c h p r e s e n t e d m e t h o d s tha t c o v e r t h e o v e r a l l f r a m e w o r k f o r o p e r a t i o n s p l a n n i n g o f g e n e r a t i n g s y s t e m s t h a t a r e p r e d o m i n a n t l y , o r w i t h s i g n i f i c a n t h y d r o e l e c t r i c c o m p o n e n t s . S u c h t e c h n i q u e s w e r e d e v e l o p e d , i n m o s t c a s e s , i n r e s p o n s e t o t h e n e e d s o f u t i l i t i e s t h a t a c t u a l l y o p e r a t e c o m p l e x g e n e r a t i n g s y s t e m s , w h i c h c o n t a i n s s i g n i f i c a n t h y d r o e l e c t r i c c o m p o n e n t s . W i t h t h i s i n m i n d , r e v i e w o f the l i t e r a t u r e o n t h e m e t h o d s e m p l o y e d t o s o l v e a p p l i e d h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m s r e v e a l e d t h a t f e w r e s e a r c h e r s h a v e a t t e m p t e d t o s o l v e t h e p r o b l e m i n i t s e n t i r e t y . W h a t c o u l d b e f o u n d w e r e m e t h o d s that, p r e d o m i n a n t l y , c o n s i d e r e d s c h e d u l i n g o f t h e r m a l g e n e r a t i o n as a m a j o r c o m p o n e n t o f t h e m i x o f r e s o u r c e s u s e d . H o w e v e r , t h e l i t e r a t u r e i n c l u d e d t h e w o r k o f a n u m b e r o f r e s e a r c h t e a m s w h o f o c u s e d 12 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment o n s y s t e m s t h a t a r e p r e d o m i n a n t l y , o r p u r e l y , h y d r o e l e c t r i c i n n a t u r e . T h e m o s t r e l e v a n t o f t h e s e a r e d i s c u s s e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s . 2.2.1 The Norwegian Electric Power Research Institute (EFI) T h e N o r w e g i a n s y s t e m i s p a r t o f t h e N o r d i c p o w e r s y s t e m c o v e r i n g N o r w a y , S w e d e n , F i n l a n d a n d D e n m a r k . A n u m b e r o f p a p e r s b y s e v e r a l r e s e a r c h e r s w i t h E F I o u t l i n e d t h e m e t h o d o l o g y u s e d t o m a n a g e t h e p r e d o m i n a n t l y h y d r o e l e c t r i c N o r w e g i a n s y s t e m ( M o et a l . , 1 9 9 7 ; J o h a n n e s e n et a l , 1997; F o s s o et a l . , 1997; G j e l s v i k et a l . , 1 9 9 2 ; H j e r t e n a e s et a l . , 1992; J o h a n n e s e n et a l . , 1 9 8 9 ) . I n t h e s e p a p e r s , t h e a u t h o r s p r e s e n t e d t h e o v e r a l l f r a m e w o r k f o r s c h e d u l i n g a h y d r o - d o m i n a t e d p o w e r p r o d u c t i o n s y s t e m . T h e N o r w e g i a n g e n e r a t i n g s y s t e m i s m o r e t h a n 9 9 % h y d r o e l e c t r i c , w i t h m o r e t h a n 7 0 g e n e r a t i n g c o m p a n i e s , e a c h r e s p o n s i b l e f o r s c h e d u l i n g t h e i r o w n o p e r a t i o n s . A p o w e r e x c h a n g e ( N o r d P o o l ) a n d a s y s t e m o p e r a t o r a r e r e s p o n s i b l e f o r m a r k e t i n g a n d s y s t e m c o o r d i n a t i o n o p e r a t i o n s . T h e p o w e r e x c h a n g e i s g u i d e d b y a set o f a g r e e d - u p o n r u l e s t h a t d e f i n e t h e s a l e o f e l e c t r i c a l e n e r g y a n d t h e s p o t p r i c e m a r k e t c l e a r a n c e s t r u c t u r e i n t h e p o o l . T h e m e t h o d o l o g y d e v e l o p e d at E F I a n d a d o p t e d i n N o r w a y f o l l o w e d c l o s e l y t h e w o r k o f L i n d q v i s t b a c k i n t h e 1960's ( L i n d q v i s t , 1 9 6 2 ) . L i n d q v i s t ' s b a s i c a p p r o a c h w a s e x t e n d e d t o a c c o u n t f o r d e r e g u l a t i o n o f the e l e c t r i c i n d u s t r y i n N o r w a y . T h e m e t h o d o l o g y f o l l o w s a m o d e l i n g h i e r a r c h y f o r t h e l o n g , m e d i u m , a n d s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m , a n d i s s u m m a r i z e d as f o l l o w s . M o r e d e t a i l s o n t h e m e t h o d o l o g y c a n b e f o u n d i n t h e a b o v e - c i t e d r e f e r e n c e s . A s t o c h a s t i c d y n a m i c p r o g r a m m i n g m o d e l d e r i v e s t h e l o n g - t e r m s y s t e m o p e r a t i n g s t r a t e g y ( G j e l s v i k et. a l . , 1 9 9 2 ) . T h e m o d e l a g g r e g a t e s t h e s y s t e m r e s o u r c e s as o n e r e s e r v o i r a n d t h e n d e t e r m i n e s t h e v a l u e o f e x p e c t e d h y d r o e l e c t r i c e n e r g y p r o d u c t i o n a n d t h e a s s o c i a t e d e n e r g y s t o r a g e f o r e a c h t i m e s t e p . I n f l o w s , p r i c e s a n d d e m a n d f o r e n e r g y a r e m o d e l e d as s t o c h a s t i c v a r i a b l e s . T h e m e d i u m - t e r m t a r g e t s t o r a g e l e v e l s a r e d e t e r m i n e d f r o m t h e l o n g - t e r m m o d e l , w h i c h a r e t h e n u s e d i n m e d i u m - t e r m m o d e l s as c o n s t r a i n t s . T h e m e d i u m - t e r m m o d e l s a r e d e t e r m i n i s t i c l i n e a r m o d e l s , w h i c h t r e a t s u n c e r t a i n t y i n i n f l o w s b y g e n e r a t i n g a n u m b e r o f s c e n a r i o s ( s t o c h a s t i c d u a l d y n a m i c p r o g r a m m i n g ( S D D P ) i s c o n s i d e r e d as a n a l t e r n a t i v e f o r t h e m e d i u m - t e r m m o d e l i n g p r o c e s s d e s c r i b e d a b o v e ) . R e s u l t s f r o m t h e m e d i u m - t e r m m o d e l s c o n s i s t o f e n d p o i n t s t o r a g e c o s t d e s c r i p t i o n s f o r u s e i n t h e s h o r t t e r m s c h e d u l i n g m o d e l . T h e s h o r t - t e r m h o u r l y s c h e d u l i n g p r o b l e m i s s o l v e d as a d e t e r m i n i s t i c l a r g e - s c a l e l i n e a r p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m , a n d i t i n c l u d e s m o r e d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f t h e s y s t e m t h a n t h e o t h e r h i g h e r l e v e l m o d e l s . T h e m e d i u m a n d s h o r t - t e r m m o d e l s a r e c o u p l e d t h r o u g h t h e i n c r e m e n t a l w a t e r v a l u e d e s c r i p t i o n s . T h e s e d e s c r i p t i o n s a c c o u n t f o r p e r t u r b a t i o n s o f t h e r e s e r v o i r c o n t e n t s i n r e l a t i o n t o t h e c o n t e n t s o f o t h e r r e s e r v o i r s . T h i s i s m o d e l e d i n t h e s h o r t -t e r m b y t h e u s e o f p e n a l t y - f u n c t i o n r e p r e s e n t a t i o n o f the e n d p o i n t r e s e r v o i r d e s c r i p t i o n s ( s e e M o , 1 9 9 7 f o r d e t a i l s ) . T h e o b j e c t i v e o f t h e s h o r t - t e r m m o d e l i s t o o p t i m a l l y m a t c h s u p p l y a n d d e m a n d b y c o n s i d e r i n g t h e l o n g - t e r m o b j e c t i v e s ( r e p r e s e n t e d b y r e s e r v o i r s ' t a r g e t s a n d w a t e r v a l u e s ) a n d t h e s h o r t - t e r m m a r k e t p r i c e s . T h e m o d e l i n g m e t h o d o l o g y p r e s e n t e d b y t h e N o r w e g i a n r e s e a r c h e r s i s c o n s i d e r e d t o b e o n e o f t h e m o s t a p p r o p r i a t e m e t h o d s f o u n d i n t h e l i t e r a t u r e t o - d a t e , as it c o n s i d e r s a h y d r o - d o m i n a t e d g e n e r a t i n g s y s t e m , m a n a g e d b y i n d i v i d u a l g e n e r a t i n g c o m p a n i e s , o p e r a t i n g i n a d e r e g u l a t e d m a r k e t s t r u c t u r e . H o w e v e r , a l t h o u g h t h e m o d e l i n g a p p r o a c h i s a p p e a l i n g , it c a n n o t b e r e a d i l y a d o p t e d as a s t a n d a r d a p p r o a c h t h a t c o u l d b e a p p l i e d t o t h e B . C . H y d r o c a s e w i t h o u t f u r t h e r r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t f o r at l e a s t t h r e e r e a s o n s . F i r s t , t h e c o n f i g u r a t i o n a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e 13 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment m a r k e t s t r u c t u r e f o r B.C. H y d r o i s d i f f e r e n t t h a n t h e N o r w e g i a n c a s e ( t w o m a r k e t s t r u c t u r e s : A l b e r t a a n d t h e U.S., e a c h w i t h d i f f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c s ) . S e c o n d , t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d t h e c o n s t r a i n t s g o v e r n i n g t h e o p e r a t i o n o f t h e B.C. H y d r o s y s t e m (e.g., e n v i r o n m e n t a l c o n s i d e r a t i o n s , t h e C o l u m b i a T r e a t y , a n d t h e P e a c e R i v e r o p e r a t i n g r e g i m e ) d i f f e r f r o m t h o s e i n N o r w a y . T h i r d , t h e B.C. H y d r o s y s t e m e n j o y s a l a r g e r s t o r a g e c a p a c i t y a n d m o r e f l e x i b i l i t y t h a n t h e N o r w e g i a n s y s t e m . 2.2.2 The University of Waterloo (Unny et al., 1982) A h i e r a r c h i c a l a p p r o a c h c o n s i s t i n g o f a n u m b e r o f s t a t i s t i c a l a n d o p t i m i z a t i o n m o d e l s f o r t h e l o n g , m e d i u m , s h o r t - t e r m , a n d r e a l - t i m e f o r t h e s e r i a l l y c o n n e c t e d A l c a n m u l t i - r e s e r v o i r s y s t e m i n Q u e b e c w a s d e v e l o p e d . T h e l o n g , m e d i u m a n d s h o r t - t e r m m o d e l s p r o v i d e a n o p e r a t i o n a l p o l i c y ( i n t h e f o r m o f r u l e c u r v e s f o r r e s e r v o i r s t a t e s ) t h a t r e a l - t i m e o p e r a t o r s m u s t c o m p l y w i t h . T h e r e a l - t i m e s c h e d u l i n g p r o b l e m i s f o r m u l a t e d as a l i n e a r m o d e l tha t d e t e r m i n e s t h e h o u r l y s c h e d u l e f o r o n e d a y , w h i c h m i n i m i z e s e n e r g y u s e f o r f i x e d r e s e r v o i r states at t h e e n d o f t h e s t u d y p e r i o d . S e v e r a l i t e r a t i o n s b e t w e e n t h e s h o r t a n d t h e r e a l t i m e m o d e l s ar e p e r f o r m e d t o a d j u s t f o r d i s c r e p a n c i e s i n f l o w a n d l o a d f o r e c a s t s . 2.2.3 Hydro Quebec (Turgeon, 1982) I n 1982, T u r g e o n c o m p a r e d t h r e e m e t h o d s f o r s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g o f h y d r o p l a n t s i n s e r i e s : d y n a m i c p r o g r a m m i n g ; t h e p r o g r e s s i v e o p t i m a l i t y a l g o r i t h m ; a n d t h e d i s c r e t e m a x i m u m p r i n c i p l e . H e c o n c l u d e d t h a t t h e p r o g r e s s i v e o p t i m a l i t y a l g o r i t h m w a s t h e m o s t s u i t a b l e t o s o l v e t h e p r o b l e m . H o w e v e r , R o b i t a i l l e ( R o b i t a i l l e et a l . 1 9 9 5 ) a n d L a f o n d ( L a f o n d , 1 9 9 7 ) r e p o r t e d t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f a r e a l - t i m e r i v e r m a n a g e m e n t s y s t e m f o r H y d r o - Q u e b e c f o r s h o r t - t e r m o p e r a t i o n s . T h e m e t h o d u s e d f o r t h e s h o r t - t e r m h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g u s e s a s u c c e s s i v e l i n e a r p r o g r a m m i n g a p p r o a c h . T h e s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g m o d e l i s u s e d t o m a x i m i z e t h e e f f i c i e n c y o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m i n a s i n g l e r i v e r b a s i n . A s L a f o n d p u t s i t , t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n u s e d i n t h i s s c h e d u l i n g s y s t e m \" p a r a l l e l s t h e c u r r e n t p r a c t i c e o f t h e d i s p a t c h e r , i t i s c o n s i d e r e d t o p r o v i d e t h e b e s t b a s i s f o r a f i r s t r e g i o n a l o p t i m i z a t i o n t o o l w h e n u s e d o v e r a r o l l i n g h o r i z o n a n d w i t h a p p r o p r i a t e f i n a l ( r e s e r v o i r ) s t a t e l o w e r b o u n d s . \" 2.2.4 Centro de Pesquisas de Energia Electrica, Brazil (Pereria et al, 82; 83, 85; 89; 91) I n a s e r i e s o f j o u r n a l a r t i c l e s i n t h e 1980's a n d e a r l y 1990's, P e r e r i a i n t r o d u c e d a m e t h o d o l o g y f o r c e n t r a l i z e d o p e r a t i o n p l a n n i n g o f t h e p r e d o m i n a n t l y h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g s y s t e m i n B r a z i l . T h e m e t h o d o l o g y d e c o m p o s e d t h e p l a n n i n g a c t i v i t i e s i n t o t h r e e m a j o r l e v e l s : l o n g - t e r m , m e d i u m - t e r m , a n d s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g . T o d e r i v e a l o n g - t e r m s t r a t e g y o v e r a f i v e - y e a r p l a n n i n g h o r i z o n , t h e s y s t e m s o f r e s e r v o i r s a r e a g g r e g a t e d i n t o o n e r e s e r v o i r a n d a s t o c h a s t i c d y n a m i c p r o g r a m m i n g m o d e l i s u s e d t o d e r i v e w e e k l y t a b l e s d e s c r i b i n g t h e o p t i m a l p r o p o r t i o n o f h y d r o a n d t h e r m a l g e n e r a t i o n as a f u n c t i o n o f a g g r e g a t e s y s t e m s t o r a g e . T h e m e d i u m - t e r m d e s e g r e g a t e s t h e w e e k l y g e n e r a t i o n s c h e d u l e f o r t h e a g g r e g a t e r e s e r v o i r i n t o g e n e r a t i o n t a r g e t s f o r e a c h p l a n t i n t h e s y s t e m . T h e p r o b l e m i s f o r m u l a t e d as a n o n - l i n e a r p r o g r a m m i n g p r o b l e m a n d i s s o l v e d b y t h e m e t h o d o f s u c c e s s i v e l i n e a r p r o g r a m m i n g . T h e s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g p r o b l e m i s s o l v e d as a l a r g e - s c a l e l i n e a r 14 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment p r o g r a m , w h i c h p r o d u c e s h o u r l y g e n e r a t i o n s c h e d u l e s . T h e g e n e r a t i o n t a r g e t s c a l c u l a t e d b y t h e m e d i u m - t e r m m o d e l d e t e r m i n e w e e k l y t a r g e t s t h a t t h e s h o r t - t e r m m o d e l s s h o u l d meet. S i n c e t h e w e e k l y t a r g e t e n e r g y l e v e l s m i g h t n o t p r o d u c e a n e l e c t r i c a l l y f e a s i b l e s c h e d u l e i n t h e s h o r t - t e r m , a n e w m e t h o d o l o g y a i m e d at f i n d i n g a g l o b a l o p t i m a l s o l u t i o n w a s p r o p o s e d . T h i s m e t h o d o l o g y i s i t e r a t i v e a n d u s e s t h e B e n d e r s d e c o m p o s i t i o n t e c h n i q u e t h a t d i v i d e s t h e g l o b a l p r o b l e m i n t o t w o i n d e p e n d e n t s u b - p r o b l e m s : m a s t e r p r o b l e m , a n d s u b - p r o b l e m s ( s e e P e r e r i a et a l . , 1 9 8 3 f o r d e t a i l s ) . A l t h o u g h t h e a b o v e m e t h o d o l o g y h a s s i g n i f i c a n t l y c o n t r i b u t e d t o t h e t h e o r y o f p l a n n i n g r e s e r v o i r o p e r a t i o n s , i t s e e m s t h a t c e n t r a l i z e d i m p l e m e n t a t i o n h a d s o m e d i f f i c u l t i e s . F o r e x a m p l e , i n 1995, L y r a a n d F e r r e i r a w i t h t h e S t a t e o f P a r a n a E n e r g y C o m p a n y i n B r a z i l i n d i c a t e d t h a t \" E v e n t h o u g h u t i l i t i e s o p e r a t e u n d e r g u i d e l i n e s e s t a b l i s h e d b y g o v e r n m e n t r e g u l a t i o n s a n d o p e r a t i o n a g r e e m e n t s , t h e b e s t o v e r a l l ( c e n t r a l i z e d ) s c h e d u l i n g m a y n o t m e e t t h e i r i n d i v i d u a l i n t e r e s t s . \" T h e y f u r t h e r d e s c r i b e d a m u l t i - o b j e c t i v e a p p r o a c h t o t h e s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m m a n a g e d b y \" t h e i r \" c o m p a n y . T h e m o d e l u t i l i z e s t h e c o n c e p t o f d i s c r e t e d i f f e r e n t i a l d y n a m i c p r o g r a m m i n g , w h e r e t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m f o r s e r i a l l y c o n n e c t e d r e s e r v o i r s i s d e c o m p o s e d i n t o a s e r i e s o f o p t i m a l c o n t r o l p r o b l e m s ( s e e L y r a et a l . , 1 9 9 5 f o r d e t a i l s ) . F u r t h e r , a n d i n 1 9 9 7 , d e S a J r et a l . , ( w i t h o n e o f t h e B r a z i l i a n E l e c t r i c U t i l i t i e s i n R i o d e J a n e i r o ) p r o p o s e d a \" s i m p l e o p t i m i z a t i o n a p p r o a c h \" t h a t u s e s a l i n e a r p r o g r a m m i n g m o d e l t o a c t as a n i n t e r f a c e b e t w e e n th e s h o r t - t e r m p l a n n i n g a n d t h e r e a l - t i m e d i s p a t c h o f g e n e r a t i n g u n i t s . T h e m o d e l a c c o u n t s f o r t h e h y d r o s y s t e m c o n s t r a i n t s a n d t h e o b j e c t i v e s e e k s t o m a x i m i z e r e s e r v o i r s t o r a g e at t h e e n d o f t h e s t u d y p e r i o d . 2.2.5 The University of California, Los Angeles (Yeh et al., 1992) I n 1992, Y e h p r e s e n t e d a m u l t i l e v e l m a n a g e m e n t s c h e m e a p p l i e d t o a h y d r o t h e r m a l s y s t e m i n C h i n a . T h e s c h e m e i n c l u d e s a m o n t h l y , d a i l y a n d h o u r l y o p t i m i z a t i o n m o d e l tha t a i m s at f i n d i n g t h e h o u r l y s c h e d u l e o f t h e r m a l a n d h y d r o e l e c t r i c p l a n t s t o m i n i m i z e t h e c o s t o f t h e r m a l p o w e r g e n e r a t i o n . T h e m o n t h l y a n d d a i l y m o d e l s d e t e r m i n e t h e a l l o c a t i o n o f h y d r o p o w e r i n e a c h m o n t h o f t h e y e a r a n d f o r t h e f i r s t m o n t h i n t h e s t u d y . T h i s a l l o c a t i o n i s t h e n u s e d i n t h e h o u r l y m o d e l as a c o n s t r a i n t . T h e h o u r l y m o d e l i n c o r p o r a t e s t r a n s m i s s i o n l o s s e s b u t d o e s n o t i n c l u d e t h e c o n t i n u i t y e q u a t i o n f o r r e s e r v o i r s . T h e m o n t h l y a n d d a i l y o p t i m i z a t i o n a r e s o l v e d b y a n L P - D P a l g o r i t h m , w h i l e t h e I n c r e m e n t a l D y n a m i c P r o g r a m m i n g w i t h S u c c e s s i v e A p p r o x i m a t i o n t e c h n i q u e w a s u s e d t o s o l v e t h e h o u r l y o p t i m i z a t i o n p r o b l e m . 2.2.6 Georgia Institute of Technology (Georgakakos, 1997) S e v e r a l a u t h o r s h a v e i n v e s t i g a t e d t h e p o t e n t i a l u s e o f c o n t r o l e n g i n e e r i n g m e t h o d o l o g i e s f o r w a t e r r e s o u r c e s a n d r e s e r v o i r o p e r a t i o n s ( C h a n et. a l . , 1975; W a s i m i et. a l . , 1983; G e o r g a k a k o s , 1 9 9 7 ) . T h e s e m e t h o d s a r e e f f i c i e n t i n f i n d i n g a s o l u t i o n t o t h e r e s e r v o i r o p e r a t i o n p r o b l e m . T h e i r e f f i c i e n c y s t e m s f r o m t h e g r e a t s a v i n g i n c o m p u t e r m e m o r y s p a c e d u e t o t h e f a c t t h a t t h e y d o n o t d i s c r e t i z e t h e s t a t e v a r i a b l e s , as i n d y n a m i c p r o g r a m m i n g . C h a n s u g g e s t e d t h e u s e o f a n i t e r a t i v e t r a c k i n g a l g o r i t h m f o r r o u t i n g s t o r m w a t e r t h r o u g h a c o m b i n e d s e w e r n e t w o r k . W a s i m i et. a l . s u g g e s t e d t h e u s e o f l i n e a r q u a d r a t i c G a u s s i a n 15 A Decision Suppor t System tor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment ( L Q G ) c o n t r o l m e t h o d w i t h t h e t r a c k i n g a l g o r i t h m f o r r e a l - t i m e d a i l y o p e r a t i o n o f a m u l t i -r e s e r v o i r s y s t e m u n d e r f l o o d c o n d i t i o n s . T h e b a s i c i d e a o f L Q G m e t h o d s i s t h a t t h e y u s e p e n a l t y f u n c t i o n s t o d i r e c t t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n t o w a r d s a n o p t i m a l ( o r n e a r o p t i m a l ) p a t h o r t r a j e c t o r y . I n s o m e s e n s e i t r e s e m b l e s t h e m e t h o d s u g g e s t e d b y S i g v a l d a s o n i n 1 9 7 6 as d e s c r i b e d a b o v e . G e o r g a k a k o s et. a l . e x t e n d e d t h e L Q G c o n t r o l m e t h o d t o s o l v e t h e p r o b l e m i n a n i t e r a t i v e o p t i m i z a t i o n p r o c e d u r e t h a t s t a r t s f r o m a n i n i t i a l s e q u e n c e o f t h e c o n t r o l v a r i a b l e s a n d g e n e r a t e s b e t t e r s e q u e n c e s , b y u s i n g a n a l y t i c a l t e c h n i q u e s , u n t i l c o n v e r g e n c e i s a c h i e v e d ( f o r d e t a i l s o n t h e m e t h o d s e e G e o r g a k a k o s et a l . , 1987, 1 9 9 3 a , 1 9 9 3 b ; G e o r g a k a k o s 1 9 8 9 ) . H o w e v e r , a l t h o u g h v e r y e f f i c i e n t , t h e p r o c e d u r e d o e s n o t g u a r a n t e e g l o b a l o p t i m a l i t y ( G e o r g a k a k o s , 1 9 9 7 ) . 2.2.7 The Pacific Gas and Electric Company (Ikura et al, 1984) I k u r a r e p o r t e d t h e d e v e l o p m e n t o f a s o l u t i o n m e t h o d o l o g y f o r a w e e k l y ( o r m o n t h l y ) l a r g e - s c a l e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m . T h e m a i n c o n t r i b u t i o n o f t h e r e s e a r c h i s t h e e x p l i c i t c o n s i d e r a t i o n o f f o r c e d s p i l l s ( o v e r a s p i l l w a y w h e n r e s e r v o i r s t o r a g e a r e at t h e i r u p p e r l i m i t ) i n t h e p r o b l e m f o r m u l a t i o n b y m e a n s o f i n t r o d u c i n g a p e n a l t y i n t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n . A n e t w o r k f l o w a l g o r i t h m p r o v i d e d a g o o d s t a r t i n g s o l u t i o n t o t h e p r o b l e m . T h e r e a f t e r , t h e p r o b l e m i s f o r m u l a t e d a n d s o l v e d as a n o n - l i n e a r p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m u s i n g t h e q u a s i - N e w t o n s c h e m e i n t h e c o m m e r c i a l p a c k a g e M i n o s ( M u r t a g h et. a l . , 1 9 7 8 ) . 2.2.8 Tennessee Valley Authority (TVA) A l t h o u g h T V A h a s b e e n t r y i n g t o o p t i m i z e i t s l a r g e - s c a l e h y d r o t h e r m a l s y s t e m f o r a n u m b e r o f y e a r s , a n d h a v e t r i e d t h e m a j o r i t y o f t h e a v a i l a b l e o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s ( s e e G i l e s et a l . , 1 9 8 1 ; G i l e s 1 9 8 8 ) , o n l y r e c e n t l y h a v e t h e y e n g a g e d i n t h e d e v e l o p m e n t o f a c o m p r e h e n s i v e m o d e l i n g e n v i r o n m e n t that u s e s l i n e a r p r o g r a m m i n g at i t s c o r e ( M a g e e et a l . , 1994; S h a n e et a l , 1 9 9 5 ) . I n f a c t T V A h a v e s p e c i f i c a l l y r e q u e s t e d t h e d e v e l o p m e n t o f a p r o t o t y p e o p t i m i z a t i o n m o d e l tha t u s e s a c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e , r o b u s t l i n e a r s o l v e r . A s r e p o r t e d b y M a g e e o n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e T V A p r o t o t y p e s y s t e m , t h e m o d e l i n g m e t h o d o l o g y r e l i e s o n m i n i m i z i n g t h e v i o l a t i o n o f a s e t o f p r i o r i t i z e d p o l i c y c o n s t r a i n t s . T h e p o l i c y c o n s t r a i n t s c o n t a i n a w i d e r a n g e o f c o n s t r a i n t s : g u i d e - c u r v e s , f l o w , p u l s i n g , n o - s p i l l , n a v i g a t i o n , a n d s y s t e m s s t o r a g e c o n s t r a i n t s , e t c . T h e o b j e c t i v e f u n c t i o n m a x i m i z e s th e e c o n o m i c b e n e f i t s o f p o w e r g e n e r a t i o n . T h e e c o n o m i c v a l u e t o b e m a x i m i z e d r e p r e s e n t s t h e v a l u e o f i m m e d i a t e p o w e r g e n e r a t i o n a g a i n s t f u t u r e e x p e c t e d v a l u e o f w a t e r i n s t o r a g e , w h i c h i s g i v e n b y e c o n o m y g u i d e c u r v e s . T h e i m m e d i a t e v a l u e o f h y d r o p o w e r i s d e f i n e d as t h e t h e r m a l r e p l a c e m e n t v a l u e o f h y d r o p o w e r g e n e r a t e d . 2.2.9 Electricite de France (Renaud, 1993; Goux et al, 1997) R e n a u d a n d G o u x d e s c r i b e d a m e t h o d o l o g y f o r o p t i m i z i n g t h e c o m p l e x , l a r g e - s c a l e , g e n e r a t i o n s y s t e m i n F r a n c e . T h e F r e n c h s y s t e m c o n s i s t s o f 6 0 n u c l e a r p o w e r p l a n t s , a b o u t 1 0 0 t h e r m a l p o w e r p l a n t s , a n d h u n d r e d s o f h y d r o e l e c t r i c p l a n t s l o c a t e d i n m o r e t h a n f i f t e e n r i v e r s y s t e m s , w i t h a n u m b e r o f v e r y l a r g e s t o r a g e f a c i l i t i e s ( a t r u l y l a r g e - s c a l e s y s t e m ) . T h e 16 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment s h o r t - t e r m g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g a c t i v i t y f o r t h e g e n e r a t i o n s y s t e m i s c e n t r a l i z e d i n F r a n c e . S i n c e g l o b a l o p t i m i z a t i o n o f s u c h a s y s t e m i s v e r y d i f f i c u l t ( s o m e o f t h e t h e r m a l c o s t f u n c t i o n s a r e n o n - c o n v e x ) , a n d i m p r a c t i c a l , a d e c o m p o s i t i o n a p p r o a c h i s b e i n g u s e d . T h e d e c o m p o s i t i o n a p p r o a c h i s b a s e d o n t h e m e t h o d o f \" p r i c e d e c o m p o s i t i o n \" ( w h i c h r e l a t e s t o t h e u s e o f t h e L a g r a n g i a n m u l t i p l i e r s ) . D e c o m p o s i t i o n i s d o n e f o r e a c h h o m o g e n o u s t y p e o f a c t i v i t y i n t h e e l e c t r i c s y s t e m ( t h e r m a l a n d n u c l e a r g e n e r a t i o n ; h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n ; a n d t r a n s m i s s i o n n e t w o r k ) . F o r e a c h t y p e , a s u b - p r o b l e m i s f o r m u l a t e d a n d o p t i m i z e d b y d i f f e r e n t a l g o r i t h m s , a n d t h e p r o b l e m s a r e t h e n p a s t e d t o g e t h e r a n d g l o b a l l y o p t i m i z e d b y u s i n g t h e \" A u g m e n t e d L a g r a n g i a n a n d S p l i t t i n g V a r i a b l e s t e c h n i q u e \" . A l t h o u g h t h i s t e c h n i q u e i s r e p o r t e d t o b e e f f i c i e n t i n s o l v i n g t h e g l o b a l o p t i m i z a t i o n p r o b l e m , i t i s n o t o f g r e a t i n t e r e s t t o t h i s t h e s i s ( s i n c e t h e F r e n c h s y s t e m c o n s i s t s l a r g e l y o f n u c l e a r a n d t h e r m a l s y s t e m ) . W h a t i s i n t e r e s t i n g , h o w e v e r , i s t h a t l i n e a r p r o g r a m m i n g w a s u s e d t o s o l v e t h e ( l a r g e - s c a l e ) s c h e d u l i n g p r o b l e m f o r t h e h y d r o e l e c t r i c s u b - p r o b l e m . A l t h o u g h t h e h y d r o e l e c t r i c m o d e l u s e d i s g r e a t l y s i m p l i f i e d , f u t u r e e n h a n c e m e n t s a r e f o r e s e e n t o i m p r o v e t h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m ( s e e R e n a u d , 19 9 3 , B a t u t , 1 9 9 2 a n d G o u x , 1 9 9 7 f o r m o r e d e t a i l s ) . 2.2.10 Hydro Electric Commission of Tasmania, Australia (Piekutowski, etal, 1994) P i e k u t o w s k i r e p o r t e d o n d e v e l o p m e n t o f a l a r g e - s c a l e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g m o d e l t h a t i n c l u d e d a d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f a s e r i a l l y c a s c a d e d r e s e r v o i r s y s t e m . T h e m o d e l w a s d e v e l o p e d t o d e t e r m i n e t h e o p t i m a l g e n e r a t i o n s c h e d u l e s a n d t o i n v e s t i g a t e t h e e x p o r t a n d i m p o r t c a p a b i l i t i e s u n d e r a p r o p o s e d t i e l i n e b e t w e e n t h e I s l a n d o f T a s m a n i a a n d m a i n l a n d A u s t r a l i a . T h e m o d e l i n c l u d e s e q u a t i o n s t h a t d e s c r i b e s f o r c e d s p i l l c o n d i t i o n s , s t o r a g e t a r g e t p e n a l t y f u n c t i o n s , l o a d - r e s o u r c e b a l a n c e , e n e r g y - d i s c h a r g e i n p u t / o u t p u t , a n d s y s t e m h y d r a u l i c s . T h e p r o b l e m i s f o r m u l a t e d as a l a r g e - s c a l e l i n e a r a l g o r i t h m a n d i s s o l v e d b y a c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e l i n e a r s o l v e r . T h e a u t h o r s h i g h l i g h t e d o n e o f t h e a d v a n t a g e s o f u s i n g l i n e a r p r o g r a m m i n g as t h e s o l u t i o n m e t h o d : t h e f a c t that t h e u n i t s ' i n c r e m e n t a l c o s t s c a n b e d e r i v e d f r o m t h e d u a l v a r i a b l e s o f t h e l i n e a r p r o g r a m s o l u t i o n a n d t h a t t h e s y s t e m i n c r e m e n t a l c o s t c a n b e o b t a i n e d f o r m t h e d u a l v a r i a b l e s o f t h e l o a d - r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n . T h e u n i t s ' i n c r e m e n t a l c o s t s w e r e u s e d t o p r o v i d e a r a n k i n g o f t h e u n i t s f o r r e a l -t i m e d i s p a t c h w h i l e t h e s y s t e m i n c r e m e n t a l c o s t s w a s u s e d f o r s c h e d u l i n g t r a d i n g t r a n s a c t i o n s . i 2.3 S U M M A R Y O v e r t h e l a s t s e v e n t y y e a r s , s e v e r a l r e s e a r c h e r s a n d p r a c t i t i o n e r s h a v e d e v o t e d c o n s i d e r a b l e e f f o r t t o d e v e l o p t e c h n i q u e s t h a t c a n b e u s e d at o n e o r m o r e o f t h e v a r i o u s l e v e l s o f o p e r a t i o n s p l a n n i n g o f h y d r o e l e c t r i c a n d t h e r m a l f a c i l i t i e s . I n s u m m a r y , t h e r e i s n o s i n g l e t y p e o f r e s e r v o i r o p e r a t i o n p r o b l e m , b u t r a t h e r , a m u l t i t u d e o f d e c i s i o n p r o b l e m s a n d s i t u a t i o n s . E a c h h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g s y s t e m a n d e a c h s t u d y r e v i e w e d i s u n i q u e . S e v e r a l t y p e s o f d e c i s i o n v a r i a b l e s , d e c i s i o n c r i t e r i a a n d c o n s t r a i n t s h a v e b e e n m o d e l e d a n d i n c o r p o r a t e d i n t o v a r i o u s s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n m o d e l i n g s t u d i e s a n d a p p l i c a t i o n s . T h e r e i s n o s i m p l e a n s w e r t o t h e q u e s t i o n o f w h i c h m o d e l s a n d a n a l y s i s t e c h n i q u e s s h o u l d b e u s e d f o r a p a r t i c u l a r s i t u a t i o n a n d a p p l i c a t i o n . H o w e v e r , s e v e r a l k e y f a c t o r s t o b e c o n s i d e r e d 17 A Decision Support System for Real-lime Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment i n f o r m u l a t i n g a n a p p l i e d m o d e l i n g a n d a n a l y s i s a p p r o a c h f o r a p a r t i c u l a r a p p l i c a t i o n a r e d i s c u s s e d i n C h a p t e r s 4 a n d 5. B u t b e f o r e c o n c l u d i n g t h i s s e c t i o n o n l i t e r a t u r e r e v i e w , i t c o u l d b e s a i d t h a t l i n e a r p r o g r a m m i n g i s o n e o f t h e m o s t w i d e l y a d o p t e d o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s f o r r e a l - l i f e a p p l i c a t i o n s i n t h e h y d r o p o w e r i n d u s t r y a l l o v e r t h e w o r l d . T h i s i s d e s p i t e t h e f a c t t h a t t h e p r o b l e m s a r e i n t e r n a l l y n o n l i n e a r a n d m a n y o t h e r t e c h n i q u e s h a v e b e e n s u g g e s t e d a n d u s e d i n d i f f e r e n t c i r c u m s t a n c e s . B e f o r e a d d r e s s i n g t h e q u e s t i o n o f \" W h y u s e l i n e a r p r o g r a m m i n g ? \" i t i s a p p r o p r i a t e h e r e t o r e c a l l s o m e o f t h e m a i n f e a t u r e s o f t h e t e c h n i q u e . L i n e a r p r o g r a m m i n g h a s b e c o m e a v e r y p o p u l a r t o o l f o r u s e i n o p t i m i z a t i o n p r o b l e m s i n i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s . O n e o f t h e r e a s o n s i s t h a t v e r y l a r g e p r o b l e m s c a n b e s o l v e d w i t h r e a s o n a b l e c o m p u t e r r e s o u r c e a n d t i m e . P r o b l e m s w i t h a f e w h u n d r e d t h o u s a n d s v a r i a b l e s a n d a m a t c h i n g n u m b e r o f c o n s t r a i n t s c a n n o w b e r o u t i n e l y h a n d l e d a n d s o l v e d e f f i c i e n t l y . A l s o , a m a j o r i n v e s t m e n t i n t e r m s o f m a n p o w e r a n d e x p e r t i s e h a s b e e n p u t i n t o t h e d e v e l o p m e n t o f g e n e r a l - p u r p o s e s o l v e r s a n d a l g e b r a i c m o d e l i n g l a n g u a g e s t h a t c a n e f f i c i e n t l y s o l v e l a r g e - s c a l e p r o b l e m s a n d a l s o h a n d l e n o n - l i n e a r p r o b l e m s b y i t e r a t i o n s . T h e l i n e a r p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e a l s o h a s t h e a d v a n t a g e o v e r o t h e r o p t i m i z a t i o n m e t h o d s o f b e i n g w e l l d e f i n e d a n d e a s y - t o - u n d e r s t a n d a n d e x p l a i n t o e n d - u s e r s . I n a d d i t i o n , a l i n e a r o b j e c t i v e f u n c t i o n a n d a set o f l i n e a r o r p i e c e w i s e l i n e a r c o n s t r a i n t s c a n r e a l i s t i c a l l y r e p r e s e n t m a n y r e s e r v o i r o p e r a t i o n p r o b l e m s . A l t h o u g h t h e m e t h o d o l o g y i s w i d e l y u s e d , a n d i s c a p a b l e o f s o l v i n g l a r g e - s c a l e p r o b l e m s , i t s u f f e r s f r o m t h e f a c t t h a t t h e p r o b l e m s m u s t b e s t a t e d i n a n a l g e b r a i c a l l y l i n e a r o r p i e c e w i s e l i n e a r f o r m . T h e s h o r t - t e r m , h o u r l y h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m i s a l a r g e - s c a l e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m t h a t h a s r e c e i v e d s o m e a t t e n t i o n f r o m a c a d e m i c s a n d p r a c t i t i o n e r s w o r k i n g i n t h e f i e l d . S e v e r a l t e c h n i q u e s t o s o l v e t h e p r o b l e m h a v e b e e n r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e . T h e L a g r a n g i a n r e l a x a t i o n a p p r o a c h ( k n o w n as t h e L a m b d a t e c h n i q u e ) , g r a d i e n t s e a r c h t e c h n i q u e s ( n o n - l i n e a r o p t i m i z a t i o n ) , a n d d y n a m i c p r o g r a m m i n g c a n b e u s e d . H o w e v e r , c o n v e r g e n c e t o t h e o p t i m a l s o l u t i o n i n t h e s e m e t h o d s ( i f f o u n d ) c o u l d b e s l o w . F o r r e a l - t i m e s c h e d u l i n g o f l a r g e - s c a l e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s , d y n a m i c p r o g r a m m i n g b e c o m e s u n a t t r a c t i v e s i n c e t h e m e t h o d o l o g y s u f f e r s f r o m t h e c u r s e o f d i m e n s i o n a l i t y - r e q u i r i n g c o m p u t e r m e m o r y a n d s t o r a g e o f u n a t t a i n a b l e s i z e , a n d p r o c e s s i n g s p e e d o f c o n s i d e r a b l e m a g n i t u d e . F o r t h e s e r e a s o n s , a n d d u e t o i t s a t t r a c t i v e f e a t u r e s d e s c r i b e d a b o v e , t h e l i n e a r p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e i s c o n s i d e r e d t h e b e s t t o h a n d l e t h e l a r g e - s c a l e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m c o n s i d e r e d i n t h i s t h e s i s . I n a d d i t i o n , t h e a v a i l a b i l i t y o f p r o v e n a n d r o b u s t c o m m e r c i a l s o f t w a r e p a c k a g e s t o s o l v e l i n e a r p r o g r a m m i n g p r o b l e m s r e l i a b l y a n d e f f i c i e n t l y s u p p o r t e d t h e c h o i c e o f l i n e a r p r o g r a m m i n g as t h e ' m e t h o d o f s o l u t i o n ' f o r t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m . 18 CHAPTER 3 THE DECISION MAKING ENVIRONMENT T h i s C h a p t e r d e s c r i b e s t h e d e c i s i o n - m a k i n g e n v i r o n m e n t a n d t h e r a t i o n a l e f o r d e v e l o p i n g t h e s u b j e c t m a t t e r o f t h i s t h e s i s : t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m f o r h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g i n a c o m p e t i t i v e m a r k e t e n v i r o n m e n t . T h e C h a p t e r sta r t s w i t h a b r i e f d e s c r i p t i o n o f t h e B C H y d r o p o w e r s y s t e m . T h e n t h e c u r r e n t p l a n n i n g e n v i r o n m e n t a n d m o d e l i n g t e c h n i q u e s e m p l o y e d at B . C . H y d r o are b r i e f l y d e s c r i b e d . T h e e x t e n t o f t h e d e c i s i o n - m a k i n g e n v i r o n m e n t i n a l a r g e - s c a l e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m , a n d a v a i l a b l e m e t h o d s a n d a n a l y t i c t e c h n i q u e s , a n d t h e c l a s s i f i c a t i o n o f d e c i s i o n p r o b l e m s a r e b r i e f l y d e s c r i b e d . 3.1 T H E B . C . H Y D R O P O W E R S Y S T E M T h e h i s t o r i c d e v e l o p m e n t o f t h e B . C . H y d r o g e n e r a t i n g s y s t e m i s d e s c r i b e d , a n d t h e m a i n c o m p o n e n t s o f t h e e l e c t r i c s y s t e m a r e o u t l i n e d w i t h a n e m p h a s i s o n t h e h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s . T h e n a g l a n c e at t h e f u t u r e a n d t h e e f f o r t s t a k e n b y B. C . H y d r o t o s h a p e i t t o m e e t t h e c h a l l e n g e s a h e a d a r e o u t l i n e d . 3.1.1 Historic Development of B.C. Hydro's Generating Facilities S o o n a f t e r t h e i n v e n t i o n o f e l e c t r i c i t y t o w a r d s t h e e n d o f t h e l a s t c e n t u r y , h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g s t a t i o n s a n d d e l i v e r y s y s t e m s s t a r t e d t o b e b u i l t t o m a k e e l e c t r i c i t y a v a i l a b l e t o c o n s u m e r s . I n B r i t i s h C o l u m b i a , h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s h a v e g r o w n h a n d i n h a n d w i t h t h e e c o n o m i c a n d s o c i a l d e v e l o p m e n t o f t h e p r o v i n c e . F o r e x a m p l e , t h e V a n c o u v e r S t r e e t R a i l w a y C o m p a n y r a n t h e c i t y ' s f i r s t e l e c t r i c s t r e e t c a r i n 1890, w h i l e t h e B r i t i s h C o l u m b i a E l e c t r i c R a i l w a y C o m p a n y d e v e l o p e d t h e f i r s t h y d r o e l e c t r i c p l a n t i n B r i t i s h C o l u m b i a at G o l d s t r e a m n e a r V i c t o r i a i n 1898. S o o n a f t e r w a r d , d o m e s t i c a n d i n d u s t r i a l d e m a n d f o r e l e c t r i c i t y g r e w , a n d s e v e r a l o t h e r p l a n t s w e r e d e v e l o p e d at L a k e B u n t z e n ( 1 9 0 3 ) i n t h e L o w e r m a i n l a n d a n d at t h e J o r d a n R i v e r i n V a n c o u v e r I s l a n d ( 1 9 1 1 ) . S o o n a f t e r w a r d , p r i v a t e c o m p a n i e s d e v e l o p e d m a n y o t h e r h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s a c r o s s t h e p r o v i n c e . E l e c t r i c i t y g e n e r a t e d b y o t h e r c o m p a n i e s w a s m a i n l y d e v o t e d f o r i n d u s t r i a l u s e (e.g., W e s t K o o n t e n a y P o w e r a n d L i g h t C o m p a n y ) . P r i o r t o 1 9 4 5 , m a n y c o m m u n i t i e s h a d n o e l e c t r i c i t y at a l l . I n t h a t y e a r t h e B . C . p r o v i n c i a l g o v e r n m e n t c r e a t e d t h e B . C . P o w e r C o m m i s s i o n w h i c h set t h e s t a g e f o r a c o n s o l i d a t e d e f f o r t at a c q u i r i n g t h e s m a l l f r a g m e n t e d c o m p a n i e s a n d e x t e n d i n g t h e s e r v i c e t o r u r a l i s o l a t e d a r e a s , a n d b u i l d i n g n e w g e n e r a t i n g s t a t i o n s a n d e x p a n d i n g t h e t r a n s m i s s i o n s y s t e m . T h e r e s u l t s w e r e e l e c t r i f i c a t i o n o f o v e r 2 0 0 c o m m u n i t i e s a l l o v e r t h e p r o v i n c e . A s t h e p r o v i n c e p o p u l a t i o n g r e w , d e m a n d f o r e l e c t r i c i t y i n c r e a s e d . B . C. E l e c t r i c c o n s t r u c t e d l a r g e - s c a l e h y d r o e l e c t r i c p r o j e c t s o n t h e B r i d g e R i v e r ( 1 9 4 8 ) a n d B. C . P o w e r C o m m i s s i o n o n t h e C a m p b e l l R i v e r ( 1 9 5 3 ) . B y 1960, c o n s t r u c t i o n o f t h e n a t u r a l 19 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment g a s - f i r e d B u r r a r d T h e r m a l G e n e r a t i n g S t a t i o n b e g a n w i t h t h e a i m t o s e r v e t h e e v e r - g r o w i n g d e m a n d i n t h e L o w e r M a i n l a n d . A f t e r W o r l d W a r II, c o n s i d e r a b l e d e v e l o p m e n t o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s t o o k p l a c e i n t h e U n i t e d S t a t e s o f A m e r i c a . S o m e o f t h e m a j o r d e v e l o p m e n t s w e r e i n t h e P a c i f i c N o r t h w e s t o n t h e C o l u m b i a R i v e r S y s t e m . E f f i c i e n t o p e r a t i o n o f t h e U.S. f a c i l i t i e s r e q u i r e d c o n s t r u c t i o n o f l a r g e s t o r a g e f a c i l i t i e s o n t h e C a n a d i a n s i d e . T h e B . C . p r o v i n c i a l g o v e r n m e n t a n d t h e A m e r i c a n s r e a l i z e d t h e p o t e n t i a l g a i n i n c o o r d i n a t i n g t h e i r e f f o r t s t o d e v e l o p l a r g e - s c a l e i n f r a s t r u c t u r e f a c i l i t i e s r e q u i r e d f o r t a p p i n g t h e r e s o u r c e s o f o n e o f t h e c o n t i n e n t ' s g r e a t r i v e r s , t h e C o l u m b i a . I n a d d i t i o n , t h e p r o v i n c i a l g o v e r n m e n t r e a l i z e d t h e p o t e n t i a l i n d e v e l o p i n g t h e P e a c e R i v e r . I n 1 9 6 1 t h e g o v e r n m e n t s t e p p e d i n t o b u y B . C . E l e c t r i c a n d g a v e i t t h e t a s k o f d e v e l o p i n g t h e P e a c e R i v e r g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s . O n e y e a r l a t e r , t h e g o v e r n m e n t j o i n e d B . C . E l e c t r i c w i t h t h e P o w e r C o m m i s s i o n a n d c r e a t e d t h e B . C . H y d r o P o w e r A u t h o r i t y , k n o w n n o w as B C H y d r o . O n e o f t h e f i r s t a c c o m p l i s h m e n t s o f B . C . H y d r o w a s t h e 1 9 6 4 d e v e l o p m e n t o f t h e I n t e r n a t i o n a l C o l u m b i a R i v e r T r e a t y . S o o n a f t e r w a r d , B . C . H y d r o u n d e r t o o k t h e d e v e l o p m e n t o f s o m e o f t h e m o s t e x t e n s i v e h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n t h e w o r l d . D u r i n g t h e p e r i o d 1 9 6 4 - 1 9 7 4 , s e v e r a l m e g a - s c a l e p r o j e c t s w e r e d e v e l o p e d o n t h e C o l u m b i a a n d t h e P e a c e R i v e r s ( s e e T a b l e 3.1). B y 1980, g e n e r a t i n g c a p a c i t y i n c r e a s e d t o a l m o s t 8 0 0 0 M e g a w a t t s - a n i n c r e a s e o f m o r e t h a n f i v e t i m e s t h e c a p a c i t y i n 1962. D u r i n g t h e 1980's d e v e l o p m e n t o f g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s s l o w l y d e c l i n e d , a n d a m a j o r r e s t r u c t u r i n g o f B . C . H y d r o t o o k p l a c e . T h e r e s t r u c t u r i n g w a s a i m e d at s e p a r a t i n g B.C. G a s a n d p u b l i c t r a n s i t t h a t h a d b e e n i n h e r i t e d f r o m B . C . E l e c t r i c . T o w a r d s t h e e n d o f t h e d e c a d e , t h e i n s t a l l e d c a p a c i t y h a s r i s e n t o a b o u t 1 0 5 0 0 m e g a w a t t s . N e w s o u r c e s o f e l e c t r i c i t y s u p p l y w e r e s o u g h t f r o m n o n t r a d i t i o n a l s o u r c e s , s u c h as d e m a n d - s i d e m a n a g e m e n t , a n d n e w p a r t n e r s h i p s w i t h t h e i n d e p e n d e n t p o w e r p r o d u c e r s . T h e i n t r o d u c t i o n o f i n d e p e n d e n t p o w e r p r o d u c e r s m e a n t t h a t B . C . H y d r o w a s n o t t h e s o l e p r o d u c e r o f e l e c t r i c i t y i n t h e P r o v i n c e . I n 1990's, t h e c o n c e p t o f p u b l i c l y o w n e d u t i l i t i e s w a s c h a l l e n g e d . M o n o p o l i e s o v e r b a s i c s e r v i c e s s u c h as c o m m u n i c a t i o n , gas, a n d e l e c t r i c p o w e r w e r e u n d e r g o i n g d e r e g u l a t i o n . T h e s e c h a n g e s a r e s a i d t o b e d r i v e n b y m a n y f a c t o r s i n c l u d i n g c u s t o m e r s ' d e m a n d f o r n e w s e r v i c e s a n d s u p p l y a n d p r i c i n g o p t i o n s , t e c h n o l o g y i m p r o v e m e n t s , n e w i n d e p e n d e n t p o w e r p r o d u c e r s , a n d l e g i s l a t i v e a n d r e g u l a t o r y m o v e m e n t t o w a r d m o r e c o m p e t i t i v e i n d u s t r i e s . A c c o r d i n g l y , i n 1995, B.C. H y d r o a n n o u n c e d a m a j o r r e s t r u c t u r i n g a i m e d at d e a l i n g w i t h t h e n e w c o m p e t i t i v e a r r a n g e m e n t s . T h e f a l l o u t o f t h i s r e s t r u c t u r i n g w a s a n e w o r g a n i z a t i o n s t r u c t u r e t h a t c o n s i s t s o f t h r e e b a s i c b u s i n e s s u n i t s : P o w e r S u p p l y , T r a n s m i s s i o n a n d D i s t r i b u t i o n , a n d M a r k e t i n g a n d C u s t o m e r S e r v i c e s . T h e P o w e r S u p p l y B u s i n e s s U n i t m a n a g e s t h e g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s , w h i l e t h e T r a n s m i s s i o n a n d D i s t r i b u t i o n B u s i n e s s U n i t m a n a g e s t h e t r a n s m i s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n n e t w o r k , a n d t h e M a r k e t i n g a n d C u s t o m e r S e r v i c e s B u s i n e s s U n i t d e a l s w i t h t h e s a l e o f e l e c t r i c i t y t o B . C . H y d r o c u s t o m e r s . W i t h i n t h e M a r k e t i n g B u s i n e s s U n i t , P o w e r E x d e a l s w i t h e l e c t r i c i t y t r a d e a c t i v i t i e s o u t s i d e o f t h e P r o v i n c e . I f f u l l d e r e g u l a t i o n h a d i t s w a y , a n d B . C . H y d r o w e r e p r i v a t i z e d , t h e e l e c t r i c i t y i n d u s t r y i n B r i t i s h C o l u m b i a w o u l d h a v e g o n e t h r o u g h a f u l l l o n g c y c l e , f o l l o w i n g t h e h y p o t h e s i s o f l o n g w a v e s ( K o n d r a t i e f f , N . D., 1 9 3 5 ) . F o r a h i s t o r i c a l a n d p e r s o n a l a c c o u n t o f t h e d e v e l o p m e n t o f B . C . H y d r o a n d i t s p r e d e c e s s o r s s i n c e 1860, s e e t h e n e w l y p u b l i s h e d b o o k ( 1 9 9 8 ) \" G a s l i g h t s t o G i g a w a t t s : A H u m a n H i s t o r y o f B . C . H y d r o a n d i t s P r e d e c e s s o r s \" b y t h e P o w e r P i o n e e r s - a g r o u p o f B . C . H y d r o f o r m e r e m p l o y e e s . 2 0 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment 3.1.2 The B.C. Hydro Electric System T h e B . C . H y d r o e l e c t r i c s y s t e m c o n s i s t s o f t w o m a j o r c o m p o n e n t s : t h e g e n e r a t i n g s y s t e m a n d t h e t r a n s m i s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n s y s t e m . T h r o u g h a c o m p l e x s e t o f g e n e r a t i n g , t r a n s m i s s i o n , a n d d i s t r i b u t i o n f a c i l i t i e s , e l e c t r i c i t y g e n e r a t e d b y B . C . H y d r o i s d e l i v e r e d t o 1.53 m i l l i o n r e s i d e n t i a l , l i g h t a n d l a r g e i n d u s t r i a l c u s t o m e r s i n B r i t i s h C o l u m b i a a n d t r a d e c u s t o m e r s i n A l b e r t a , a n d t h e U.S. ( B . C . H y d r o , 1 9 9 8 ) . I n t h e f o l l o w i n g s u b - s e c t i o n s , t h e B . C . H y d r o g e n e r a t i o n , t r a n s m i s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n s y s t e m s a r e b r i e f l y d e s c r i b e d . i . T h e G e n e r a t i o n S y s t e m B . C . H y d r o o p e r a t e s 3 0 h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s w i t h 3 2 r e s e r v o i r s i n 6 m a j o r b a s i n s a n d 2 7 w a t e r s h e d s , a n d t h r e e t h e r m a l g e n e r a t i n g p l a n t s . T a b l e 3.1 l i s t s t h e m a j o r i t y o f e x i s t i n g h y d r o a n d t h e r m a l g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s , t h e i r c o m m i s s i o n i n g d a t e s a n d g e n e r a t i n g c a p a c i t i e s , a n d t h e s y s t e m o f r e s e r v o i r s m a n a g e d b y B . C . H y d r o a l o n g w i t h t h e i r l i v e s t o r a g e c a p a c i t i e s . O t h e r m i n o r g e n e r a t i n g p l a n t s a n d t h e i r a s s o c i a t e d f a c i l i t i e s a r e n o t i n c l u d e d i n t h e t a b l e . T a b l e 3.1 i n d i c a t e s t h a t o v e r 9 0 % o f t h e i n s t a l l e d g e n e r a t i n g c a p a c i t y o f a b o u t 11,200 M W is h y d r o e l e c t r i c . T w o o f B . C . H y d r o r e s e r v o i r s p r o v i d e m u l t i - y e a r l i v e s t o r a g e : t h e W i l l i s t o n o n t h e P e a c e R i v e r ( 4 0 b i l l i o n M 3 ) , a n d t h e K i n b a s k e t o n t h e C o l u m b i a R i v e r (14.8 b i l l i o n M ) - e n a b l i n g B . C . H y d r o t o s t r a t e g i c a l l y p l a n t h e i r o p e r a t i o n s f o r s e v e r a l y e a r s a h e a d . A b o u t t h r e e - q u a r t e r s o f t h e e l e c t r i c i t y i s p r o d u c e d at m a j o r i n s t a l l a t i o n s o n t h e P e a c e a n d C o l u m b i a R i v e r s y s t e m s , w h i l e o t h e r m a i n e n e r g y s o u r c e s i n c l u d e s m a l l e r h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s o n t h e B . C . C o a s t , t h e l o w e r m a i n l a n d , a n d V a n c o u v e r I s l a n d , a n d a n a t u r a l - g a s -f i r e d g e n e r a t i n g s t a t i o n i n t h e V a n c o u v e r a r e a . T h e r m a l g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s a r e u s e d t o s u p p l e m e n t t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m i n y e a r s o f l o w w a t e r f l o w a n d d u r i n g p e r i o d s w h e n n a t u r a l g a s p r i c e s a r e l o w ( m a i n l y d u r i n g s u m m e r ) . I n t e r m s o f f i r m e n e r g y c a p a b i l i t y ( t h e a s s u r e d e n e r g y c o n t r i b u t i o n o f t h e e l e c t r i c s y s t e m o v e r o n e y e a r ) , t h e B . C . H y d r o s y s t e m p r o v i d e s f o r a b o u t 5 0 , 0 0 0 g i g a w a t t - h o u r s o f e n e r g y p e r a n n u m . A 100 - w a t t l i g h t b u l b s w i t c h e d o n f o r o n e h o u r c o n s u m e s 1 0 0 w a t t - h o u r , a n d o n e g i g a w a t t - h o u r c a n s e r v e a b o u t 1 0 0 r e s i d e n t i a l c u s t o m e r s f o r a b o u t o n e y e a r . O n a v e r a g e , t h e r m a l g e n e r a t i o n c o n t r i b u t e s a b o u t 3 . 5 % , w h i l e e n e r g y p u r c h a s e s c o n t r i b u t e a b o u t 1 . 5 % o f t o t a l e n e r g y use, w i t h t h e b a l a n c e p r o v i d e d f r o m h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s . F i g u r e 3.1 i l l u s t r a t e s d i s t r i b u t i o n o f s o u r c e s o f s u p p l y f o r t h e y e a r e n d e d M a r c h 3 1 s t , 1998. 21 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment Exchange net 1.1% Purchases 14.2% Thermal 2.3% Other Hydro 8.6% Bridge River 4.8% Peace Canyon 5.3% Seven Mile 5.6% Kootenay Canal J 6.0% G. M. Shrum 22.2% Revelstoke 15.8% Mica 14.1% Source of data: BC Hydro, 1998a. F i g u r e 3.1. S o u r c e s o f E l e c t r i c i t y S u p p l y i n 1 9 9 8 . 22 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment T a b l e 3.1. P l a n t s a n d R e s e r v o i r s M a n a g e d b y B . C . H y d r o P l a n t N a m e I n s t a l l e d P l a n t T y p e & R e s e r v o i r a n d S t o r a g e ( C o m m i s s i o n i n g ) C a p a c i t y A v g . H / K ( M i l l i o n M 3 ) ( M W ) ( M W / m 3 / s ) Peace Region G . M . S h r u m ( 1 9 6 8 ) 2 7 3 0 . 0 H y d r o (1.43) W i l l i s t o n ( 3 9 , 4 7 2 ) P e a c e C a n y o n ( 1 9 8 0 ) 700.0 H y d r o (0.34) D i n o s a u r ( 2 1 6 ) Subtotal 3430.0 39,688 Columbia Region M i c a ( 1 9 7 7 ) 1840.0 H y d r o (1.49) K i n b a s k e t ( 1 4 , 8 0 0 C o l u m b i a T r e a t y ) R e v e l s t o k e ( 1 9 8 4 ) 2 0 0 0 . 0 H y d r o (1.15) L a k e R e v e l s t o k e (5,304) S e v e n M i l e ( 1 9 6 ? ) 594.0 H y d r o (0.53) P e n d d ' O r e i l l e ( 6 0 ) W a n e t a ( 1 9 5 4 ) 360.0 H y d r o (0.51) W a n e t a (5) D u n c a n D a m ( 1 9 6 7 ) - - Duncan Lake (1,727 Columbia Treaty) K e e n l e y s i d e ( 1 9 6 8 ) - - A r r o w L a k e s ( 8 , 7 5 8 C o l u m b i a T r e a t y ) K o o t e n a y C a n a l ( 1 9 7 6 ) 528.0 H y d r o (0.71) Kootenay Lake (Run of river) W h a t c h a n ( 1 9 5 1 ) 50.0 H y d r o (1.60) W h a t s h a n L a k e ( 2 7 1 ) E l k o ( 1 9 2 4 ) 12.0 H y d r o (0.47) E l k R i v e r H e a d p o n d ( S m a l l / r u n o f r i v e r ) W. H a r d m a n ( 1 9 6 0 ' s ) 8.0 H y d r o (1.82) C o u r s i e r L a k e ( 2 9 ) A b e r f e l d i e ( 1 9 2 2 ) 5.0 H y d r o (0.65) B u l l R i v e r h e a d p o n d , ( r u n o f r i v e r ) S p i l l i m a c h e e n ( 1 9 5 5 ) 4.0 H y d r o (0.53) R u n o f r i v e r Subtotal 5410.0 30,954 Lower Mainland/ Fraser Region B u r r a r d ( 1 9 6 2 ) 912.5 T h e r m a l / G a s -A l o u e t t e ( 1 9 2 8 ) 8.0 H y d r o (0.34) A l o u e t t e L a k e ( 1 5 5 ) S t a v e F a l l s ( 1 9 1 1 ) 50.0 H y d r o (0.28) S t a v e L a k e ( 4 6 8 ) R u s k i n ( 1 9 3 0 ) 105.0 H y d r o (0.28) H a y w a r d L a k e ( 2 4 ) B u n t z e n ( 1 9 0 3 ) 72.8 H y d r o (1.03) B u n t z e n L a k e / C o q u i t l a m L a k e ( 2 0 2 ) C h e a k a m u s ( 1 9 5 7 ) 155.0 H y d r o (2.52) D a i s y L a k e ( 4 6 ) C l o w h o m ( 1 9 5 8 ) 33.0 H y d r o (0.41) C l o w h o m L a k e ( 1 0 5 ) W a h l e a c h (-) 60.0 H y d r o (4.84) J o n e s L a k e ( 6 6 ) L a J o i e ( 1 9 5 6 ) 24.0 H y d r o (0.49) D o w n t o n L a k e ( 7 2 2 ) B r i d g e R i v e r ( 1 9 4 8 ) 480.0 H y d r o (3.15) C a r p e n t e r L a k e (1,011) S e t o n ( 1 9 5 6 ) 44.0 H y d r o (0.40) S e t o n L a k e (9) S h u s w a p ( 1 9 2 9 ) 5.2 H y d r o (0.19) S u g a r L a k e ( 1 4 8 ) S u b t o t a l 1949.5 2,856 C o a s t a l R e g i o n P r i n c e R u p e r t (-) 46.0 T h e r m a l / G a s -F a l l s ( 1 9 3 0 ) 7.0 H y d r o (0.46) B i g F a l l s L a k e ( 2 4 ) S u b t o t a l 53.0 2 4 2 3 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment V a n c o u v e r I s l a n d F l e g i o n J o r d a n R i v e r ( 1 9 1 1 ) S t r a t h c o n a ( 1 9 5 8 ) L a d o r e ( 1 9 5 8 ) J o h n H a r t ( 1 9 5 3 ) A s h R i v e r ( 1 9 5 9 ) P u n t l e d g e ( 1 9 1 2 ) K e o g h ( m i d 1970's) 170.0 56.0 47.0 126.0 27.0 24.0 99.7 H y d r o (2.58) H y d r o (0.32) H y d r o (0.28) H y d r o (1.03) H y d r o (1.96) H y d r o (0.88) T h e r m a l / G a s E l l i o t , D i v e r s i o n , B e a r C r e e k R e s . ( 2 8 ) B u t t l e L a k e ( 8 2 3 ) L o w e r C a m p b e l l L a k e ( 3 1 7 ) J o h n H a r t L a k e (3) E l s i e L a k e ( 7 7 ) C o m o x L a k e ( 1 0 6 ) Subtotal 549.7 1,354 Grand Total 11,383.2 74,876 S o u r c e s : B C H y d r o , 1 9 9 3 a n d p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n . * H / K i s a p r o x y f o r t h e p l a n t e f f i c i e n c y , a n d i s c a l c u l a t e d f r o m l o n g - t e r m s t u d i e s as t h e a v e r a g e p l a n t g e n e r a t i o n i n M e g a W a t t / p l a n t d i s c h a r g e i n c u b i c m e t e r s p e r s e c o n d . It i s a c o m m o n l y u s e d t e r m i n i n d u s t r y . i i . T h e T r a n s m i s s i o n a n d D i s t r i b u t i o n S y s t e m T h e t r a n s m i s s i o n n e t w o r k c o n n e c t s t h e g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s w i t h t h e m a j o r d e m a n d c e n t e r s i n t h e P r o v i n c e . T h e i m b a l a n c e b e t w e e n g e n e r a t i n g r e s o u r c e s a n d d e m a n d c e n t e r s h a s s h a p e d t h e d e v e l o p m e n t o f t h e B . C . H y d r o t r a n s m i s s i o n n e t w o r k . F i g u r e 3.2 i s a m a p o f t h e B.C. H y d r o m a j o r e l e c t r i c a l t r a n s m i s s i o n s y s t e m f a c i l i t i e s , a n d F i g u r e 3.3 i l l u s t r a t e s t h e d i s t r i b u t i o n o f g e n e r a t i n g c a p a c i t y a n d e l e c t r i c a l d e m a n d c e n t e r s i n B r i t i s h C o l u m b i a . A l s o s h o w n i n F i g u r e s 3.2 a n d 3.3 a r e t h e c o n n e c t i o n s b e t w e e n t h e B . C . H y d r o t r a n s m i s s i o n n e t w o r k a n d the A l b e r t a a n d t h e w e s t e r n U.S. t r a n s m i s s i o n n e t w o r k s . T h e t i e l i n e c a p a c i t y t o A l b e r t a i s r a t e d at 1 1 0 0 M W o f t r a n s f e r c a p a b i l i t y , w h i l e t h e U.S. t o t a l t i e l i n e c a p a c i t y h a s b e e n u p g r a d e d r e c e n t l y t o 3 2 5 0 M W . T h e t r a n s m i s s i o n n e t w o r k c o n s i s t s o f 17,600 k m o f h i g h v o l t a g e s t r a n s m i s s i o n l i n e s ( a b o v e 6 0 k i l o v o l t s ) . T e r m i n a l s t a t i o n s s e r v e t w o p u r p o s e s : t h e y c o n t r o l e n e r g y f l o w i n t h e t r a n s m i s s i o n n e t w o r k ; a n d t h e y r e d u c e v o l t a g e t o d i s t r i b u t i o n l i n e l e v e l s . T h e d i s t r i b u t i o n n e t w o r k c o n n e c t s c o n s u m e r s t o t h e t r a n s m i s s i o n n e t w o r k t h r o u g h 5 1 , 4 0 0 k m o f d i s t r i b u t i o n l i n e s . D i s t r i b u t i o n s u b s t a t i o n s r e d u c e v o l t a g e as n e e d e d f o r r e s i d e n t i a l , c o m m e r c i a l , a n d s m a l l a n d m e d i u m i n d u s t r i a l c u s t o m e r s . 2 4 A Decision Support System tor Reai-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment Source: BC Hydro, 1994 F i g u r e 3.2. M a p o f B C H y d r o ' s M a j o r E l e c t r i c a l S y s t e m . 2 5 A Decision Support System tor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment - 8 4 0 30 20 10 0 \u00E2\u0080\u00A2 Firm On Peak Prices ~i r 07- 05- 03- 02- 31-Jul- 28- 28- 26-Jul- 23- 23- 21-Jul- 18-Apr-96 Aug-96 Dec-96 Apr-97 97 Nov-97 Mar-98 98 Nov-98 Mar-99 99 Nov-99 Date Source of Information: Resource Management, BC Hydro, 1999. F i g u r e 3.15. M i d - C o l u m b i a E l e c t r i c i t y P r i c e s . 6 2 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment iv. Major Benefits of Electricity Trade It i s w i d e l y h e l d t h a t e l e c t r i c i t y t r a d e i m p r o v e s t h e s e c u r i t y a n d e f f i c i e n c y o f e l e c t r i c s y s t e m s . It a l s o c a n p r o v i d e s i g n i f i c a n t a d d i t i o n a l r e v e n u e s i n p r e d o m i n a n t l y h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s d u r i n g w e t y e a r s , s i n c e s u r p l u s w a t e r c a n b e s t o r e d i n r e s e r v o i r s . E l e c t r i c i t y t r a d e i s e n h a n c e d b y t h e f a c t t h a t d e m a n d c h a r a c t e r i s t i c s , t y p e o f g e n e r a t i o n , a n d c l i m a t e i n d i f f e r e n t r e g i o n s v a r y . F o r e x a m p l e , d u r i n g t h e s u m m e r m o n t h s h i g h d e m a n d s f o r e l e c t r i c i t y i n S o u t h e r n C a l i f o r n i a a r i s e f r o m t h e u s e o f a i r c o n d i t i o n e r s , w h i l e d e m a n d i n B . C . i s l o w , a n d r e s e r v o i r i n f l o w i s h i g h , w h i c h m e a n s tha t a \" h o t \" s p o t m a r k e t c a n d e v e l o p i n t h e m o n t h s o f J u l y a n d A u g u s t i n C a l i f o r n i a . A n o t h e r e x a m p l e i s t h e h i g h d e m a n d i n w i n t e r m o n t h s i n A l b e r t a , w h i c h a r i s e s f r o m t h e u s e o f e l e c t r i c i t y f o r h e a t i n g p u r p o s e s . T h i s c o i n c i d e s w i t h l o w d e m a n d i n C a l i f o r n i a a n d t o s o m e d e g r e e l o w d e m a n d i n B . C . E l e c t r i c i t y t r a d e i s a l s o m a d e p o s s i b l e b e c a u s e t h e B . C . H y d r o t r a n s m i s s i o n n e t w o r k i s i n t e r c o n n e c t e d w i t h t r a n s m i s s i o n n e t w o r k s i n A l b e r t a , W e s t K o o t e n a y P o w e r i n s o u t h e a s t e r n B.C., t h e A l c a n s y s t e m i n t h e N o r t h C o a s t , a n d t h e i n t e r c o n n e c t e d s y s t e m i n t h e w e s t e r n U n i t e d S t a t e s . C u r r e n t l y , t h e t i e l i n e t o A l b e r t a p r o v i d e s i n t e r c h a n g e c a p a c i t y o f u p t o 1 1 0 0 M W , w h i l e t h e t i e s t o t h e U.S. p r o v i d e i n t e r c h a n g e c a p a c i t y o f a p p r o x i m a t e l y 3 2 5 0 M W . S e v e r a l c o n d i t i o n s m a k e e l e c t r i c i t y t r a d e a v i a b l e o p t i o n f o r u t i l i t i e s t o c o n s i d e r . F i r s t , i n w e t y e a r s , s u r p l u s w a t e r s t o r e d i n r e s e r v o i r s c a n b e u s e d t o g e n e r a t e a n d t r a d e e l e c t r i c i t y i n t h e m a r k e t . S i n c e B . C . H y d r o p o s s e s s c o n s i d e r a b l e s t o r a g e c a p a b i l i t y , s u r p l u s w a t e r c a n b e s t o r e d a n d c o n v e r t e d at a l a t e r d a t e t o e l e c t r i c e n e r g y . W h e n s t o r a g e c a p a b i l i t y i s n o t s u f f i c i e n t t o s t o r e t h e t o t a l v o l u m e o f w a t e r i n f l o w s , t h e n w a t e r i s s p i l l e d , a n d t h e o p p o r t u n i t y i s l o s t . S e c o n d , i n d r y y e a r s s h o r t a g e s o f g e n e r a t i o n d u e t o l o w w a t e r l e v e l s c a n b e c o m p e n s a t e d f o r b y p u r c h a s e s o f s u r p l u s e n e r g y f r o m o t h e r u t i l i t i e s . T h i r d , i n e m e r g e n c y s i t u a t i o n s , e l e c t r i c i t y c a n b e p u r c h a s e d f r o m o t h e r u t i l i t i e s t o p r o v i d e b a c k u p p o w e r . F o r i n s t a n c e , i f a n u m b e r o f g e n e r a t i n g u n i t s w e r e s u d d e n l y p u t o u t o f s e r v i c e , o r w h e n a m a j o r t r a n s m i s s i o n l i n e is d e - e n e r g i z e d f o r a f a u l t o r f o r o t h e r r e a s o n s , o t h e r n e i g h b o r i n g u t i l i t i e s c a n b e c a l l e d u p o n t o p r o v i d e s u p p o r t t o c o m p e n s a t e f o r t h e l o s s . T h e p r o c e d u r e s t o r e i n s t a t e t h e s e o u t a g e s d u e t o s y s t e m d i s t u r b a n c e s a r e u s u a l l y a u t o m a t e d t o p r e v e n t b l a c k o u t s ( o r b r o w n o u t s ) . F o u r t h , e l e c t r i c i t y t r a d e c a n a l s o b e u s e d t o \" t i m e - s h i f t \" t h e g e n e r a t i o n o f o t h e r s y s t e m s t h a t d o n o t h a v e r e s e r v o i r s t o r a g e a n d p e a k i n g c a p a b i l i t y - a k e y f e a t u r e o f h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s . F i f t h , s i g n i f i c a n t r e v e n u e s c a n b e e a r n e d t h r o u g h s i m u l t a n e o u s s a l e s t o a n d p u r c h a s e s f r o m o t h e r e l e c t r i c u t i l i t i e s ( a r b i t r a g e ) . D u r i n g t h e p a s t f e w y e a r s , B . C . H y d r o h a s r e a l i z e d s i g n i f i c a n t b e n e f i t s f r o m e l e c t r i c i t y t r a d e t h r o u g h c o o r d i n a t i o n o f i t s s y s t e m o p e r a t i o n s w i t h o t h e r u t i l i t i e s i n A l b e r t a a n d t h e U.S. It i s w i d e l y h e l d that t h e s e c o o r d i n a t i o n a c t i v i t i e s o p t i m i z e t h e i n t e r c o n n e c t e d s y s t e m r e s o u r c e s , i n c r e a s e i t s s e c u r i t y a n d r e l i a b i l i t y , a n d t h a t i t p r o v i d e s s i g n i f i c a n t f i n a n c i a l b e n e f i t s t o B r i t i s h C o l u m b i a . C u r r e n t c o o r d i n a t i o n a g r e e m e n t s e x i s t b e t w e e n B . C . H y d r o a n d W e s t K o o t e n a y P o w e r , C o m i n c o , A l c a n , T r a n s A l t a U t i l t i e s i n A l b e r t a , a n d t h e B o n n e v i l l e P o w e r A d m i n i s t r a t i o n . T h e m a i n o b j e c t i v e o f s u c h c o o r d i n a t i o n a g r e e m e n t s i s t o s h a r e t h e r e s u l t i n g c o s t s a v i n g s . T h r e e e x a m p l e s i l l u s t r a t e t h e b e n e f i t s o f s u c h c o o r d i n a t i o n a g r e e m e n t s . F i r s t , d u e t o t h e f l e x i b i l i t y o f h y d r o e l e c t r i c r e s o u r c e s , B . C . H y d r o i s a b l e t o r a p i d l y c h a n g e its g e n e r a t i o n l e v e l s t o f o l l o w v a r i a t i o n s i n l o a d w i t h a l m o s t n o c o s t i n c u r r e d . T h i s i s i n c o n t r a s t to p u r e l y t h e r m a l s y s t e m s , w h e r e c h a n g e s i n g e n e r a t i o n l e v e l s c a n c a u s e c o n s i d e r a b l e i n c r e a s e s i n f u e l c o s t s . T h e c o o r d i n a t i o n a g r e e m e n t b e t w e e n B.C. H y d r o a n d t h e T r a n s A l t a U t i l i t i e s e x p l o i t s t h e f l e x i b i l i t y o f t h e B.C. H y d r o s y s t e m t o i m p o r t e n e r g y a n d 6 3 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment s t o r e w a t e r i n r e s e r v o i r s d u r i n g o f f - p e a k h o u r s at n i g h t a n d g e n e r a t e e l e c t r i c i t y a n d e x p o r t i t to A l b e r t a d u r i n g d a y p e a k h o u r s . S e c o n d , d u e t o d i f f e r e n t s t r e a m f l o w a n d r u n o f f p a t t e r n s , s o m e n e i g h b o r i n g u t i l i t y , w i t h p r e d o m i n a n t l y h y d r o e l e c t r i c s y s t e m , c o u l d e x p e r i e n c e l o w s t r e a m f l o w c o n d i t i o n s w h i l e B . C . H y d r o ' s s y s t e m i n f l o w s a r e h i g h e r . A l t r u i s m p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e u n d e r t h e s e c o n d i t i o n s , w h e r e t h e w a t e r - r i c h u t i l i t y c o u l d b e c a l l e d u p o n t o s u p p o r t t h e w a t e r - p o o r n e i g h b o r i n g u t i l i t y . T h i r d , s t o r a g e a g r e e m e n t s p l a y s a m a j o r r o l e i n s t o r i n g w a t e r s u r p l u s t o i m m e d i a t e r e q u i r e m e n t s f o r o n e u t i l i t y l o c a t e d d o w n s t r e a m i n t h e s a m e r i v e r s y s t e m f o r m o r e b e n e f i c i a l u s e at a l a t e r t i m e . B . C . H y d r o f r e q u e n t l y a c t s as a w a t e r - b a n k e r t o s t o r e w a t e r i n t h e C o l u m b i a R i v e r s t o r a g e f a c i l i t i e s f o r U.S. u t i l i t i e s i n t h e P a c i f i c N o r t h w e s t d u r i n g M a y a n d J u n e w h e n s t r e a m f l o w s a r e h i g h i n t h e C o l u m b i a R i v e r s y s t e m . T h i s s t o r e d w a t e r i s r e l e a s e d w h e n i t i s m o r e v a l u a b l e t o u s e . It s h o u l d b e n o t e d h e r e t h a t o p e r a t i o n s o f s t o r a g e a n d h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n t h e C o l u m b i a R i v e r s y s t e m i n t h e U.S. a r e m u c h m o r e c o n s t r a i n e d t h a n t h e h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s o n t h e C o l u m b i a R i v e r s y s t e m i n B . C . T h i s s t e m s f r o m t h e s t r i c t e n v i r o n m e n t a l a n d r e g u l a t o r y c o n s t r a i n t s i m p o s e d i n t h e U.S. T h e s e c o n s t r a i n t s s e v e r e l y l i m i t o n e o f t h e m a i n f e a t u r e s o f h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g s y s t e m s - n a m e l y , t h e i r g e n e r a t i n g f l e x i b i l i t y o v e r o t h e r t y p e s o f g e n e r a t i n g s y s t e m s (e.g., n u c l e a r a n d t h e r m a l ) . 6 4 A Decision Support System tor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment 3.3 DECISION-MAKING PROCESSES A N D DECISION SUPPORT S Y S T E M S 3.3.1 Decision Making Approaches in Organizations A s i d e f r o m e n g i n e e r i n g , d e c i s i o n - m a k i n g a p p r o a c h e s c a n b e f o u n d i n t h e f i e l d s o f i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , e c o n o m i c s , o p e r a t i o n s r e s e a r c h , m a n a g e m e n t s c i e n c e , o r g a n i z a t i o n a l b e h a v i o r , a n d o t h e r f i e l d s o f s t u d y . I n t h e i r r e v i e w o f t h e s t a t e - o f - t h e - a r t i n t h e f i e l d s o f o p e r a t i o n s r e s e a r c h a n d m a n a g e m e n t s c i e n c e , l e a d i n g s c i e n t i s t s i n t h e f i e l d h a v e r e c o g n i z e d t h a t o n e o f t h e h i g h e s t p o t e n t i a l r e s e a r c h a r e a s s t i l l y e t t o b e a d d r e s s e d i n c l u d e d e c i s i o n m a k i n g i n o r g a n i z a t i o n s ( S i m o n et a l . 1 9 8 7 a, p. 2 7 ) : \" A l t h o u g h t h e d e c i s i o n m a k i n g p r o c e s s e s o f o r g a n i z a t i o n s h a v e b e e n s t u d i e d i n t h e f i e l d o n a l i m i t e d s c a l e , a g r e a t m a n y m o r e s u c h i n t e n s i v e s t u d i e s w i l l b e n e e d e d b e f o r e t h e f u l l r a n g e o f t e c h n i q u e s u s e d b y o r g a n i z a t i o n s t o m a k e t h e i r d e c i s i o n s i s u n d e r s t o o d , a n d b e f o r e t h e s t r e n g t h s a n d w e a k n e s s e s o f t h e s e t e c h n i q u e s a r e g r a s p e d . \" C o n c e r n o v e r u n d e r s t a n d i n g t h e d e c i s i o n - m a k i n g p r o c e s s e s i n o r g a n i z a t i o n s , a n d u n d e r s t a n d i n g t h e f a c t o r s t h a t s h o u l d b e c o n s i d e r e d i n a r r i v i n g at o r g a n i z a t i o n a l d e c i s i o n s p r o m p t e d t h e N o b e l P r i z e C o m m i t t e e o n e c o n o m i c s t o a w a r d t h e N o b e l P r i z e i n E c o n o m i c s t o C o a s e i n 1992. C o a s e a r g u e d t h a t c u r r e n t m e t h o d o l o g i e s i n e c o n o m i c s i g n o r e i m p o r t a n t a s p e c t s o f d e c i s i o n m a k i n g i n o r g a n i z a t i o n s s u c h as t r a n s a c t i o n c o s t s a n d t h e set o f r u l e s a n d r e g u l a t i o n s t h a t o r g a n i z a t i o n s h a v e t o d e a l w i t h i n a r r i v i n g at t h e i r o p e r a t i o n a l d e c i s i o n s . A b r i e f o v e r v i e w o f a v a i l a b l e d e c i s i o n m a k i n g m e t h o d s a n d p r o c e s s e s , a n d d e c i s i o n s u p p o r t s s y s t e m s i s g i v e n as b a c k g r o u n d . 3.3.2 Historical- Development of Decision-Making Methods A l t h o u g h h u m a n s h a v e b e e n m a k i n g d e c i s i o n s s i n c e t h e e a r l y d a y s o f t h e i r e x i s t e n c e , d e c i s i o n a n a l y t i c a l t e c h n i q u e s a n d d e c i s i o n a n a l y s i s m e t h o d o l o g i e s a r e r e l a t i v e l y n e w. F o r i n s t a n c e , m a n y o f t h e f o u n d i n g f a t h e r s o f t h e f i e l d o f d e c i s i o n a n a l y s i s a n d t h e p e o p l e r e s p o n s i b l e f o r d e v e l o p i n g t h e t e c h n i q u e s a r e s t i l l a l i v e t o d a y . It i s w e l l k n o w n t h a t m a t h e m a t i c i a n s a n d p h i l o s o p h e r s h a v e l o n g t r i e d t o d e v e l o p f o r m a l t h e o r i e s a n d m o d e l s t h a t a t t e m p t e d t o d e s c r i b e h u m a n b e h a v i o r i n d e c i s i o n - m a k i n g s i t u a t i o n s . B y t h e e n d o f W o r l d W a r II t h e f i e l d o f o p e r a t i o n s r e s e a r c h a d v a n c e d t h e s c i e n t i f i c f r a m e w o r k f o r p r o b l e m s o l v i n g a n d t h e o r i e s o n m i l i t a r y t a c t i c a l p r o b l e m s o l v i n g e m e r g e d . T h e e r a a l s o m a r k e d a n a c c e l e r a t e d t r e n d t o w a r d s a u t o m a t i o n a n d m e c h a n i z a t i o n , w i t h t h e a i m at r e l i e v i n g h u m a n s o f s o m e o f th e m e n t a l a n d p h y s i c a l t a s k s t h e y p e r f o r m i n t h e i r d a i l y f u n c t i o n s . B y t h e 1950's a n d 1960's, d e v e l o p m e n t s i n t h e f i e l d s o f c o m p u t e r a n d o p e r a t i o n s r e s e a r c h w e n t h a n d i n h a n d . W h a t f o l l o w e d w a s t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f s p e c i a l i z e d c o m p u t e r s a n d c o m p u t e r a p p l i c a t i o n s t a i l o r e d t o s o l v e t h e g r o w i n g n e e d s o f m a n a g e m e n t i n c o m p l e x i n d u s t r i a l o r g a n i z a t i o n s . O p e r a t i o n s r e s e a r c h s c i e n t i s t s a n d o t h e r r e s e a r c h e r s i n t h e f i e l d o f m a t h e m a t i c a l m o d e l i n g h a v e d e v e l o p e d a n d r e f i n e d a l g o r i t h m s a n d m a t h e m a t i c a l t h e o r i e s a n d a t t e m p t e d t o a p p l y t h e m t o i n d u s t r i a l p r o d u c t i o n p r o c e s s e s . S i n c e t h e 1980's, t h e n e w g e n e r a t i o n o f c o m p u t e r t e c h n o l o g y ( s o f t w a r e a n d h a r d w a r e ) h a s a l l o w e d a c o n v e r g e n c e o f t h e f i e l d s o f i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g a n d 6 5 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Market Env i ronment Information Technology (Computer science) \u00E2\u0080\u00A2 Database and Data Acquisition Technologies \u00E2\u0080\u00A2 Artificial Intelligence Mathematics and Management Science \u00E2\u0080\u00A2 Simulation Models \u00E2\u0080\u00A2 Optimization Models \u00E2\u0080\u00A2 Multi-attribute Models \u00E2\u0080\u00A2 Decision Analysis Models Computer Hardware & Software Man-Machine Interface Decision Maker Adapted from Mitra 1987. Figure 3.16. Interactions between Science, Technology and the Decision-Maker for Solving Decision Problems m a t h e m a t i c a l m o d e l i n g . T h e a i m h a s b e e n t o c r e a t e c o m p u t e r b a s e d t o o l s w h i c h c o u l d h e l p h u m a n s t o m a k e b e t t e r d e c i s i o n s a n d t o c o n t r o l c o m p l e x p r o c e s s e s i n a t i m e l y f a s h i o n . T h e f i e l d o f A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e ( A I ) i s m a k i n g n o t a b l e a d v a n c e s t h a t c a n n o t b e i g n o r e d , as M i t r a e l e g a n t l y c a p t u r e d i t ( M i t r a , G . 1987; s e e a l s o S i m o n , 1 9 8 7 b ) : \" M a n y o f u s w h o c o m e f r o m o t h e r w i s e t r a d i t i o n a l O R a n d m a n a g e m e n t s c i e n c e b a c k g r o u n d s n e e d t o t a k e i n t o a c c o u n t a p a r t i c u l a r a s p e c t o f d e c i s i o n s u p p o r t t o o l s w h i c h h a s l e d t o t h e i n t r o d u c t i o n o f n e w l y e m e r g i n g a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ( A I ) m e t h o d s i n a b i g w a y . T h e c a s e i s set o u t b e l o w i n i t s e s s e n t i a l f o r m . D e c i s i o n - m a k i n g r e q u i r e s c a r e f u l g a t h e r i n g a n d e v a l u a t i o n o f f a c t s , a s c e r t a i n i n g r e l a t i v e m e r i t s o f c h o s e n a l t e r n a t i v e s a n d r e a s o n i n g a b o u t c o n s e q u e n c e s . I n i t s w i d e s t s e n s e m a t h e m a t i c s i s c o n c e r n e d w i t h m a n i p u l a t i o n o f i n f o r m a t i o n , p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n a n d a r r i v i n g at c o n c l u s i o n s . T h i s i s a c h i e v e d b y r e a s o n i n g a b o u t p r o p e r t i e s a n d d e r i v i n g t h e o r e m s t h a t r e l a t e t o a p a r t i c u l a r p r o b l e m d o m a i n . T h u s t h e m a t h e m a t i c a l i n f e r e n c e p r o c e d u r e w h i c h c a n b e b a s e d o n a l t e r n a t i v e t h e o r i e s o f l o g i c i s i d e a l l y s u i t e d t o p r o v i d e a b s t r a c t r e p r e s e n t a t i o n as it c a p t u r e s t h e c o m m o n d e n o m i n a t o r f o r a r a n g e o f o t h e r w i s e u n r e l a t e d p r o b l e m s . I n t h e n o r m a l c o u r s e o f e v e n t s s u c h a b s t r a c t i o n s o n l y a m o u n t e d t o e l e g a n c e a n d c o m p l e t e n e s s u n t i l c o m p u t e r s w e r e r e a l l y e s t a b l i s h e d as a m a j o r g a d g e t i n o u r w o r k i n g a n d p r i v a t e l i v e s . ... A f u n d a m e n t a l f o c u s o f A I r e s e a r c h i s d e c i s i o n - m a k i n g a p p l i c a t i o n . E f f e c t i v e d e c i s i o n - m a k i n g a n d s u p p o r t i n g t h e d e c i s i o n - m a k e r a r e a l s o t h e m a j o r c o n c e r n o f m a n a g e m e n t s c i e n c e a n d d a t a b a s e t e c h n o l o g y . T h e s e t a k e n t o g e t h e r h a v e l e d t o t h e c o n c e p t o f a d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m ( D S S ) . \" 6 6 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment 3.3.3 Structure of Decision Support Systems A d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s h o u l d f o r m t h e l i n k b e t w e e n t h e d e c i s i o n - m a k e r a n d t h e t e c h n o l o g i e s , m e t h o d o l o g i e s a n d t e c h n i q u e s t h a t c o u l d b e u s e d t o m a k e d e c i s i o n s . S u c h a n a r r a n g e m e n t c a n b e d e p i c t e d i n t h e g e n e r a l i z e d m o d e l s h o w n i n F i g u r e 3.16. T h e m o d e l c o u l d c o n s i s t o f t h e f o l l o w i n g c o m p o n e n t s : \u00E2\u0080\u00A2 T h e d e c i s i o n - m a k e r , w h o i s i n t e r e s t e d i n f i n d i n g a s o l u t i o n f o r t h e p r o b l e m ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e m a n - m a c h i n e i n t e r f a c e t h a t p r o v i d e s t h e m e a n s b y w h i c h t h e d e c i s i o n - m a k e r c o u l d c o m m u n i c a t e h i s / h e r p r e f e r e n c e s a n d v a l u e s , a n d p r e s e n t t h e r e s u l t s o f t h e a n a l y s i s . U n d e r s t a n d a b l y , t h i s i n t e r f a c e c o n s i s t s o f c o m p u t e r s o f t w a r e a n d h a r d w a r e ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e t e c h n o l o g i e s c a p a b l e o f p r o v i d i n g t h e i n f o r m a t i o n n e e d e d t o p e r f o r m t h e a n a l y s i s a n d t o m a k e i n f o r m e d d e c i s i o n s ; a n d \u00E2\u0080\u00A2 T h e m e t h o d s a n d t e c h n i q u e s s u i t e d f o r a n a l y z i n g a n d s o l v i n g t h e d e c i s i o n p r o b l e m , a n d i n t e r p r e t i n g t h e r e s u l t s . M a n y b e l i e v e t h a t c o m p u t e r s w i l l p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e a u t o m a t i o n o f c o n t r o l p r o c e s s e s o f t h e r o u t i n e t y p e . T h e a b o v e m o d e l e m p h a s i z e s t h e v i e w th a t h i g h e r l e v e l d e c i s i o n - m a k i n g w i l l , n o w a n d i n t h e n e a r f u t u r e , b e m a d e b y h u m a n d e c i s i o n m a k e r s , p r i m a r i l y b e c a u s e t h e y , t h r o u g h t h e e x e r c i s e o f t h e i r m e n t a l a b i l i t i e s , p o s s e s s t h e o n l y c u r r e n t l y a v a i l a b l e m e a n s o f i n t e g r a t i n g a n d i n t e r r e l a t i n g i n f o r m a t i o n f o r w h i c h r a t i o n a l f o r m u l a t i o n s a r e n o t y e t p o s s i b l e , o r a r e t o o e x p e n s i v e a n d c u m b e r s o m e t o b u i l d , o r a r e v e r y d i f f i c u l t t o s e l l t o e n d - u s e r s . N e v e r t h e l e s s , m a n y r o u t i n e c o n t r o l f u n c t i o n s , w h i c h d o n o t r e q u i r e h u m a n j u d g m e n t , w i l l e v e n t u a l l y e n d u p p r o g r a m m e d as d e c i s i o n - m a k i n g f u n c t i o n s , p a r t i c u l a r l y f o r r e a l - t i m e c o n t r o l o f p r o d u c t i o n f a c i l i t i e s (e.g., c o n t r o l o f g e n e r a t i n g u n i t s ) a n d f o r i n t e r p r e t i n g a n d e x e c u t i n g w e l l d e f i n e d o p e r a t i o n a l p r o c e d u r e s . 3.3.4 The Need for Decision Support Systems A v a l i d q u e s t i o n c o u l d t h e n b e a s k e d as t o w h y a d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m i s n e e d e d f o r p l a n n i n g t h e o p e r a t i o n s o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s ? T o a n s w e r t h i s f u n d a m e n t a l q u e s t i o n , o n e o n l y h a s t o c o n s i d e r t h e f o l l o w i n g p o i n t s . F i r s t , d e r e g u l a t i o n o f t h e e l e c t r i c i n d u s t r y a l l o v e r t h e w o r l d i n c r e a s e d t h e c o m p l e x i t y o f d e c i s i o n m a k i n g p r o b l e m s , b e c a u s e t h e s y s t e m o p e r a t o r i s n o l o n g e r o n l y c o n c e r n e d w i t h o p e r a t i n g t h e s y s t e m e f f i c i e n t l y t o m e e t t h e l o a d , b u t a l s o h a s t o m a k e t r a d e o f f s t h a t m a x i m i z e t h e v a l u e o f r e s o u r c e s u n d e r t h e i r c o n t r o l , w h i l e r e s p e c t i n g a l l o f t h e p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s . S e c o n d , t h e m e t h o d s f o r h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g h a v e b e c o m e f a i r l y r e l i a b l e a n d a r e b e c o m i n g a n e c e s s a r y c o m p o n e n t o f t h e d a i l y o p e r a t i o n s o f o r g a n i z a t i o n s . T h i r d , c o m p u t e r t e c h n o l o g y ( b o t h h a r d a n d s o f t w a r e ) h a s b e c o m e a d v a n c e d a n d u s e r f r i e n d l y s u c h t h a t t h e a v e r a g e o p e r a t o r i s b e c o m i n g a c c u s t o m e d t o a n d w i l l i n g t o u s e t h e m . F o u r t h , t h e t i m e s p e n t o n p r e p a r i n g t h e s c h e d u l e s c o u l d m o r e p r o d u c t i v e l y b e s p e n t o n o t h e r m o r e i m p o r t a n t t a s k s ( s u c h as a t t e n d i n g t o e m e r g e n c y s i t u a t i o n s ) . F i f t h , b o t h t h e f i n a n c i a l a n d o p e r a t i o n a l r i s k s a r e t o o h i g h f o r a n y r a t i o n a l o p e r a t o r t o h a n d l e u n a i d e d . S i x t h , t h e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m i s v e r y c o m p l e x a n d i t s s o l u t i o n r e q u i r e s s e v e r a l s o p h i s t i c a t e d c o m p u t e r m o d e l s t o b e d e v e l o p e d a n d l i n k e d i n a c o h e r e n t a n d c o n c e p t u a l l y c o r r e c t a p p r o a c h . I n m a n a g i n g a c o m p l e x h y d r o e l e c t r i c s y s t e m , a set o f p o l i c i e s , o b j e c t i v e s , a n d o p e r a t i o n a l p r o c e d u r e s i n a n o r g a n i z a t i o n a r e u s u a l l y f o r m u l a t e d t o d i r e c t t h e s y s t e m o p e r a t o r i n m a k i n g 6 7 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-time H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment t h e d a y - b y - d a y o p e r a t i o n a l d e c i s i o n s . T h e o p e r a t i o n a l p r o c e d u r e s c o u l d t y p i c a l l y r e f l e c t t h e p o l i c i e s a n d o b j e c t i v e s o f t h e o r g a n i z a t i o n a n d t h e y c o u l d l a y o u t r u l e s a n d r e g u l a t i o n s , w h i c h i n e f f e c t o u t l i n e t h e w a y d e c i s i o n s s h o u l d b e m a d e . I d e a l l y , g r o u n d r u l e s c o u l d b e set t o e l i m i n a t e t h e s h o r t c o m i n g o f h u m a n j u d g m e n t u n d e r p r e s s u r e , w h i c h i s c h a r a c t e r i z e d b y b o u n d e d r a t i o n a l i t y ( S i m o n , 1 9 7 9 ) . R a t i o n a l b e h a v i o r , i n t h i s s e n s e , i s t y p i f i e d b y a d e c i s i o n m a k e r w h o h a s \" w e l l - o r g a n i z e d a n d s t a b l e s y s t e m o f p r e f e r e n c e s a n d a s k i l l i n c o m p u t a t i o n t h a t e n a b l e s h i m t o c a l c u l a t e , f o r t h e a l t e r n a t i v e c o u r s e s o f a c t i o n t h a t a r e a v a i l a b l e t o h i m , w h i c h o f t h e s e w i l l p e r m i t h i m t o r e a c h t h e h i g h e s t a t t a i n a b l e p o i n t o n h i s p r e f e r e n c e s c a l e \" ( S i m o n , 1 9 5 5 ) . A l t h o u g h S i m o n d i s c a r d s t h e i d e a t h a t t h e b e h a v i o r o f o r g a n i z a t i o n s i n c h o i c e s i t u a t i o n s f a l l f a r s h o r t o f t h e i d e a o f \" m a x i m i z i n g \" a d v o c a t e d i n e c o n o m i c t h e o r y ( s e e B a u m o l , 1 9 7 7 C h a p t e r 15), h e c l e a r l y e m p h a s i z e s t h e n e e d t o d e v e l o p d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s i n t e n d e d t o a i d o r g a n i z a t i o n s t o r e f l e c t t h e i r s y s t e m o f p r e f e r e n c e s , a n d t o c o n s i d e r a b l y s p e e d - u p c o m p u t a t i o n s t o a s s e s s t h e set o f a l t e r n a t i v e a c t i o n s w h i c h p e r m i t t h e m t o r e a c h t h e h i g h e s t p o i n t o n t h e i r p r e f e r e n c e s c a l e . A d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m c a n t h e n b e d e f i n e d as a c o m p u t e r b a s e d a p p l i c a t i o n s y s t e m t h a t h e l p s t h e p r o b l e m \" o w n e r s \" t o m a k e d e c i s i o n s . T h e m e t h o d s a n d t e c h n i q u e s f o r c o n s t r u c t i n g d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s ar e n o t t h e c e n t r a l t h e m e o f t h i s t h e s i s , as t h e t o p i c i s e x t e n s i v e a n d t h e s u b j e c t o f e x t e n s i v e r e s e a r c h as d i s c u s s e d b y S p r a g u e et a l . ( 1 9 8 2 ) , B o n c z e k et a l , ( 1 9 8 1 ) , a n d T u r b a n ( 1 9 9 0 ; 1998). T h e c e n t r a l t h e m e o f d e v e l o p i n g d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s , h o w e v e r , i s t h a t p e o p l e a r e n o t g o o d c a l c u l a t o r s o f t h e d y n a m i c b e h a v i o r o f c o m p l i c a t e d s y s t e m s , a n d t h a t t h e n u m b e r o f v a r i a b l e s t h a t p e o p l e c a n i n f a c t p r o p e r l y r e l a t e t o o n e a n o t h e r i s v e r y l i m i t e d . T h i s i s t r u e s i n c e t h e i n t u i t i v e j u d g m e n t o f e v e n a s k i l l e d o p e r a t o r i s q u i t e u n r e l i a b l e i n a n t i c i p a t i n g t h e d y n a m i c b e h a v i o r o f a s i m p l e s y s t e m o f p e r h a p s f i v e o r s i x v a r i a b l e s ( F o r r e s t e r 1 9 9 2 ) . S u c h l i m i t s i n a n t i c i p a t i n g s y s t e m b e h a v i o r a r e t r u e e v e n w h e n t h e c o m p l e t e s t r u c t u r e a n d a l l p a r a m e t e r s o f a s y s t e m a r e f u l l y k n o w n . T h i s n o t i o n o f l i m i t a t i o n s o n p r o c e s s i n g a n d c o m p u t i n g a b i l i t i e s o f h u m a n d e c i s i o n m a k e r s f o c u s e s a t t e n t i o n o n t h e n e e d t o d e v e l o p a set o f d e c i s i o n s u p p o r t t o o l s t o a i d t h e d e c i s i o n m a k e r i n t r a n s l a t i n g t h e s e t s o f p o l i c i e s , o b j e c t i v e s , p r o c e d u r e s a n d g r o u n d r u l e s l a i d o u t b y t h e o r g a n i z a t i o n i n t o o p e r a t i o n a l d e c i s i o n s . D e c i s i o n s u p p o r t t o o l s c a n b e i n t h e f o r m o f m e n t a l m o d e l s o r m a t h e m a t i c a l m o d e l s . M e n t a l m o d e l s c a n b e i n t h e f o r m o f c a u s e a n d e f f e c t , w h e r e t h e o b s e r v e d c a u s e c a n t r i g g e r a n a u t o m a t i c , p r e v i o u s l y l e a r n e d , r e s p o n s e - a s i n t h e c a s e o f e x p e r i e n c e d h y d r o e l e c t r i c s y s t e m o p e r a t o r i n flood s i t u a t i o n s . M a t h e m a t i c a l m o d e l s , o n t h e o t h e r h a n d , r e l y o n a set o f p r e d e f i n e d m a t h e m a t i c a l r e l a t i o n s h i p s that, d e p e n d i n g o n t h e l e v e l o f d e t a i l d e s i r e d , p o r t r a y t h e s t r u c t u r e a n d t h e w a y t h e s y s t e m s h o u l d b e o p e r a t e d g i v e n t h e p o l i c i e s , o b j e c t i v e s , a n d o p e r a t i o n a l p r o c e d u r e s . I t i s e a s y t o s e e w h y m e n t a l m o d e l s f a i l i n m e e t i n g t h e sets o f p o l i c i e s , o b j e c t i v e s , a n d o p e r a t i o n a l p r o c e d u r e s . F o r i n s t a n c e , t h e l o n g - t e r m a n d s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g p r o b l e m o f a l a r g e - s c a l e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m o f f e r s a g r e a t a r r a y o f o p e r a t i n g a l t e r n a t i v e s . N u m e r o u s a n d s o m e t i m e s c o n f l i c t i n g c o n s t r a i n t s a r e i m p o s e d o n r e s e r v o i r r e l e a s e s , e l e v a t i o n s , a n d o t h e r s y s t e m v a r i a b l e s . I n a d d i t i o n , t h e s y s t e m a n d t h e m a r k e t c h a r a c t e r i s t i c s a n d t h e o p e r a t i o n a l g o a l s a r e d y n a m i c a n d c h a n g e o v e r t i m e . T o c o p e w i t h t h e i n c r e a s i n g c o m p l e x i t y o f t h e s c h e d u l i n g p r o b l e m , a n e w a p p r o a c h t h a t c a n p r o v i d e g u i d a n c e u n d e r c u r r e n t c o n d i t i o n s , a n d f o r f u t u r e s i t u a t i o n s i n w h i c h p a s t o p e r a t i o n e x p e r i e n c e i s n o t a p p l i c a b l e , i s n e e d e d . A h i e r a r c h y o f t h e o p e r a t i o n a l p l a n n i n g m o d e l s c o u l d b e d e v e l o p e d i n t h e s p i r i t o f d e c i s i o n a n a l y s i s as e l e g a n t l y d e s c r i b e d b y R a i f f a : 6 8 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compet i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment \" T h e s p i r i t o f d e c i s i o n a n a l y s i s i s t o d i v i d e a n d c o n q u e r : D e c o m p o s e a c o m p l e x p r o b l e m i n t o s i m p l e r p r o b l e m s , g e t y o u r t h i n k i n g s t r a i g h t i n t h e s e s i m p l e r p r o b l e m s , p a s t e t h e s e a n a l y s e s t o g e t h e r w i t h a l o g i c a l g l u e , a n d c o m e o u t w i t h a p r o g r a m f o r a c t i o n f o r t h e c o m p l e x p r o b l e m ( R a i f f a , 1968, p. 2 7 1 ) . \" C h a p t e r 4 d e t a i l s t h e s t r u c t u r e o f o n e o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s i n t h e h i e r a r c h y o f t h e o p e r a t i o n a l p l a n n i n g m o d e l s as o u t l i n e d i n F i g u r e 3.11. T h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m h a s b e e n d e v e l o p e d i n t h e s p i r i t o f t h e m o d e l d e p i c t e d i n F i g u r e 3.16 t o a c c o m m o d a t e t h e c o m p l e x i t y o f t h e d e c i s i o n m a k i n g e n v i r o n m e n t as d i s c u s s e d a b o v e , a n d t o p r o v i d e t h e n e e d e d ( a n d r e q u i r e d ) l i n k b e t w e e n t h e l o n g a n d s h o r t - t e r m o p e r a t i o n s p l a n n i n g f o r t h e B.C. H y d r o s y s t e m . 6 9 CHAPTER 4 THE DECISION SUPPORT SYSTEM I n t h i s C h a p t e r t h e o b j e c t i v e s o f d e v e l o p i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a r e o u t l i n e d . T h e n t h e u s e r ' s r e q u i r e m e n t s a n d d e s i g n p h i l o s o p h y o f t h e s y s t e m a r e d e s c r i b e d , f o l l o w e d b y a b r i e f d e s c r i p t i o n o f i t s m a i n c o m p o n e n t s a n d s t r u c t u r e . T h e n a b r i e f d e s c r i p t i o n o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s m o d e l e d i s g i v e n . T h i s i s f o l l o w e d b y a d e t a i l e d o u t l i n e o f t h e g e n e r a l i z e d f o r m u l a t i o n o f t h e o p t i m i z a t i o n m a t h e m a t i c a l m o d e l . 4.1 OBJECTIVES OF THE DECISION SUPPORT SYSTEM In o p e r a t i n g a c o m p l e x h y d r o e l e c t r i c s y s t e m i n a c o m p e t i t i v e m a r k e t e n v i r o n m e n t t h e o p e r a t i o n a l as w e l l as t h e f i n a n c i a l r i s k s a r e h i g h . T r a d i t i o n a l l y t h e m a i n o b j e c t i v e o f t h e s y s t e m o p e r a t o r w a s t o s e c u r e a s t a b l e s u p p l y o f e l e c t r i c p o w e r to m e e t t h e l o a d d e m a n d w h i l e m e e t i n g t h e s y s t e m ' s p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s . T h e m a j o r d r i v i n g f o r c e i n m a k i n g o p e r a t i n g d e c i s i o n s w a s t o e n s u r e t h e a v a i l a b i l i t y o f s u f f i c i e n t e n e r g y a n d c a p a c i t y t o m e e t t h e s y s t e m d e m a n d w h i l e m e e t i n g t h e n o n - p o w e r r e q u i r e m e n t s a n d o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s . T h e o r e t i c a l l y s p e a k i n g , i n a c o m p e t i t i v e e l e c t r i c i t y m a r k e t i n d u s t r y t h e r e i s a l w a y s a p r i c e at w h i c h e l e c t r i c i t y c a n b e e i t h e r s o l d o r p u r c h a s e d . P r i c e s t h e n b e c o m e t h e m a j o r d r i v i n g f o r c e i n m a k i n g o p e r a t i o n a l d e c i s i o n s . U n d e r s u c h c i r c u m s t a n c e s , a n y p h y s i c a l o r o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s l i m i t t h e a b i l i t y o f t h e s y s t e m o p e r a t o r t o e x p l o i t t h e f u l l f l e x i b i l i t y o f t h e s y s t e m a n d t o m a x i m i z e t h e v a l u e o f t h e r e s o u r c e s . T h e a i m o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m ( S T O M ) d e v e l o p e d i n t h i s t h e s i s i s t o a s s i s t t h e s h i f t a n d p r o j e c t e n g i n e e r s i n i m p r o v i n g t h e o p e r a t i o n a l e f f i c i e n c y o f t h e B . C . H y d r o s y s t e m a n d t o m a k e g o o d o p e r a t i o n a l a n d t r a d i n g d e c i s i o n s w h i l e m e e t i n g t h e c o n s t r a i n t s . 4.2 USER'S FUNCTIONAL REQUIREMENTS AND DESIGN PHILOSOPHY T w o v e r y i m p o r t a n t c o m p o n e n t s o f t h e r e s e a r c h r e p o r t e d o n i n t h i s t h e s i s a r e t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e u s e r ' s f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s a n d t h e d e s i g n p h i l o s o p h y o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m . 4.2.1 User's Functional Requirements F o r S T O M t o b e used e f f e c t i v e l y a n d r e l i a b l y b y i t s i n t e n d e d u s e r s i n t h e i r d a i l y o p e r a t i o n s , t h e f o l l o w i n g f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s w e r e set o u t b y t h e u s e r s : i. It should rely on a reliable and accurate database. T h e s t e p s t h a t w e r e t a k e n t o m e e t t h i s r e q u i r e m e n t a r e d i s c u s s e d i n C h a p t e r 5; i i. It should be easy to use. T h e s t e p s t a k e n t o m e e t t h i s r e q u i r e m e n t c o n s i s t e d o f d e v e l o p i n g t h e G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e , a n d t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e - t w o o f t h e c o m p o n e n t s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m , as d i s c u s s e d b e l o w ; 7 0 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment iii. It. could be run by any authorized user in the BC Hydro computer network. T h e s t e p s t a k e n t o m e e t t h i s r e q u i r e m e n t c o n s i s t e d o f d e v e l o p i n g t h e c o m p u t e r c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s - a c o m p o n e n t o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m , as d i s c u s s e d b e l o w ; , i v . It should be fully integrated with the LRB system. T h e s t e p s t a k e n t o m e e t t h i s r e q u i r e m e n t c o n s i s t e d o f c o o r d i n a t i n g w i t h t h e S h i f t E n g i n e e r s a n d c o m p u t e r s u p p o r t p e r s o n n e l t o i n s e r t t h e r e q u i r e d m o d u l e s i n t h e L R B s y s t e m t o e x t r a c t S T O M ' s i n p u t d a t a . T h e s e s t e p s a r e d i s c u s s e d i n m o r e d e t a i l i n C h a p t e r 5. It s h o u l d b e m e n t i o n e d t h a t t h e f r o n t - e n d o f S T O M , (th e G U I ) w a s d e s i g n e d t o b e l a u n c h e d f r o m t h e L R B s y s t e m , a n d t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e i s f u l l y i n t e g r a t e d a n d e x p o r t s t h e r e s u l t s b a c k t o t h e L R B s y s t e m - t h e m a i n \" w o r k h o r s e \" u s e d b y t h e S h i f t E n g i n e e r ; v. It should closely model the current status of the system. T o m e e t t h i s r e q u i r e m e n t t h e m o s t c u r r e n t i n f o r m a t i o n c o n t a i n e d i n t h e L R B s y s t e m i s r e a d a n d t r a n s f e r r e d f o r u s e b y t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m . A l s o a h y d r a u l i c s i m u l a t o r w a s d e v e l o p e d , u n d e r t h e d i r e c t a n d c l o s e s u p e r v i s i o n o f t h e a u t h o r , t o a c c u r a t e l y p o r t r a y t h e r e s p o n s e o f t h e s y s t e m ; v i . It should allow the user to dynamically select a set of plants for simulation and/or optimization studies. T o m e e t t h i s r e q u i r e m e n t t h e G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e a l l o w s S T O M u s e r s t o s e l e c t t h e r i v e r s y s t e m s a n d g e n e r a t i n g p l a n t s t h e y w i s h t o i n c l u d e i n t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n s t u d y . I n a d d i t i o n , t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n m a t h e m a t i c a l m o d e l s , a n d t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m s , b o t h a l l o w t h e u s e r t o d y n a m i c a l l y s e l e c t o n e o r m o r e p l a n t s f o r e i t h e r s i m u l a t i o n a n d / o r o p t i m i z a t i o n s t u d i e s ; v i i . It should complete the study for ten plants and for 168 hours in less than three minutes. T o m e e t t h i s r e q u i r e m e n t a s o p h i s t i c a t e d , s t a t e - o f - t h e - a r t c o m m e r c i a l m o d e l i n g l a n g u a g e a n d l i n e a r p r o g r a m m i n g s o l v e r w a s o b t a i n e d a n d a W i n d o w s N T n e t w o r k s e r v e r i s d e d i c a t e d t o r u n t h e o p t i m i z a t i o n / s i m u l a t i o n m o d e l s . I n a d d i t i o n , a f a s t h y d r a u l i c s i m u l a t o r w a s c o d e d i n t h e e f f i c i e n t C p r o g r a m m i n g l a n g u a g e . T h e l i n e a r p r o g r a m m i n g m o d e l w a s a l s o o p t i m i z e d t o m i n i m i z e t h e t i m e r e q u i r e d t o r u n t h e m o d e l . It s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e a b o v e f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s w e r e n o t s e t at t h e o u t s e t o f t h e r e s e a r c h p r o j e c t . T h e y w e r e d e v e l o p e d i t e r a t i v e l y t h r o u g h t i m e - c o n s u m i n g d i s c u s s i o n a n d d e b a t e , as d i s c u s s e d i n C h a p t e r 5. 4.2.2 Design Philosophy S T O M f o c u s e s o n t h e u s e r as t h e u l t i m a t e d e c i s i o n m a k e r , w h o d e c i d e s w h e n t o u s e i t , h o w t o u s e i t , w h a t a n a l y s i s t o p e r f o r m w i t h i t , a n d w h e t h e r t o a c c e p t o r r e j e c t i t s r e s u l t s . It w a s d e s i g n e d t o g i v e f u l l f l e x i b i l i t y t o i t s u s e r t o d y n a m i c a l l y f o r m u l a t e t h e p r o b l e m t h e y w i s h t o s o l v e a n d t h e n s o l v e i t i n the s h o r t e s t t i m e p o s s i b l e . T h e u s e r h a s f u l l c o n t r o l o v e r a l l o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a a n d t h e l i m i t s t h a t f o r m t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l ' s c o n s t r a i n t s . T h e y a l s o h a v e c o n t r o l o v e r s o m e o f t h e m o d e l ' s c o n s t r a i n t s , a n d t h e n u m b e r o f r i v e r s y s t e m s a n d p l a n t s t o b e i n c l u d e d i n t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n s t u d y . It w a s d e s i g n e d t o b e u s e d as a d e c i s i o n s u p p o r t t o o l , t o g i v e i n s i g h t s i n t o t h e c o m p l e x n a t u r e o f t h e d e c i s i o n p r o b l e m , a n d n o t as p o t e n t i a l r e p l a c e m e n t o f i t s u s e r s . It a l s o e n a b l e s t h e u s e r t o s e l e c t t h e t i m e f r a m e f o r t h e s t u d y , w h e t h e r i t i s as s h o r t as o n e h o u r , o r as l o n g as 168 h o u r s . T h e u s e r a l s o s e l e c t s t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n o f t h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s , b e i t t o r u n t h e s y s t e m t o m a x i m i z e e f f i c i e n c y o r t o m a x i m i z e v a l u e o f r e s o u r c e s . 71 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Rea l-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Market Env i r onmen t 4.3 C O M P O N E N T S O F T H E D E C I S I O N S U P P O R T S Y S T E M S T O M c o n s i s t s o f s i x c o m p o n e n t s : t h e L R B S y s t e m D a t a P r e p a r a t i o n P r o c e d u r e s , D a t a S a v i n g a n d the S o f t w a r e t h a t l a u n c h t h e G U I , t h e G U I , t h e C o m m u n i c a t i o n P r o t o c o l s , t h e S i m u l a t o r , t h e O p t i m i z e r , a n d t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e . T h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s i s d e s i g n e d t o b e c a r r i e d o u t o n t w o w o r k s t a t i o n s ( s e e F i g u r e 4.1 f o r s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f t h e s y s t e m ) : a p e r s o n a l c o m p u t e r c l i e n t w o r k s t a t i o n t h a t c o n t a i n s t h e L R B s y s t e m , t h e G U I , t h e r e s u l t s - d i s p l a y s o f t w a r e , a n d t h e c l i e n t ' s n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s ; a n d a W i n d o w s N T S e r v e r W o r k s t a t i o n t h a t c o n t a i n s t h e S i m u l a t o r , t h e O p t i m i z e r , a n d t h e s e r v e r ' s c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s . T h e f o l l o w i n g i s a b r i e f d e s c r i p t i o n o f t h e s e c o m p o n e n t s . A d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f t h e o p t i m i z a t i o n m a t h e m a t i c a l m o d e l i s c o n t a i n e d i n S e c t i o n 4.5. A n n e x C l i s t s t h e s o f t w a r e p r o g r a m s u s e d i n S T O M a n d g i v e s b r i e f d e t a i l s o f t h e i r f u n c t i o n s . SHIFT OFFICE (Client Workstation) Monitors 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Monitor No. 9 Scheduling System Displays Graphical User Interface STOM Results Network Communication Protocols I NT SERVER WORKSTATION OPTIMIZATION MATHEMATICAL PROGRAMMING MODEL IN AM PL I T i CPLEX SOLVER . 1, , MUM M , ___ L . HYDRAULIC SIMULATOR * * DATA & MODELS F i g u r e 4.1. M a i n D e s i g n F e a t u r e s o f S T O M . 4.3.1 Data Preparation Procedures, Data Saving and GUI Launch Software S e v e r a l s t e p s s h o u l d b e f o l l o w e d t o p r e p a r e i n p u t d a t a f o r t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n s t u d y . F u l l d e t a i l s o n t h e s e s t e p s h a v e b e e n i n c l u d e d i n t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m ' s \" U s e r ' s G u i d e \" ( S h a w w a s h et. a l . , 1 9 9 8 ) , a n d w e r e s u m m a r i z e d i n a n i n s t r u c t i o n s h e e t as a t t a c h e d i n A n n e x B . T h e f o l l o w i n g i s a l i s t i n g o f t h e s e steps: 72 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Ma rke t Env i r onmen t i. Prepare the L R B System Input Data a. C h e c k t h e L R B s c h e d u l e s f o r e r r o r s i n d a t a (e.g., n o n - n u m e r i c i n p u t s ) , b. V e r i f y s c h e d u l e d g e n e r a t i o n l i m i t s t o e n s u r e t h a t t h e g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s c a p a c i t i e s a r e n o t e x c e e d e d o r are n o t i n c o n f l i c t w i t h e a c h o t h e r , c. B a l a n c e t h e L R B , to e n s u r e t h a t a v a i l a b l e r e s o u r c e s c o u l d m e e t t h e l o a d , d. V e r i f y t h e r e s e r v o i r ' s m a x i m u m a n d m i n i m u m o p e r a t i o n a l l i m i t s , e. V e r i f y t h e l o c a l i n f l o w s a n d s p i l l s f o r e a c h r e s e r v o i r , f. V e r i f y t h e a c t u a l r e s e r v o i r w a t e r l e v e l s f o r e r r o r s i n i n p u t d a t a , g. U p d a t e t h e u n i t o u t a g e s c h e d u l e b y r u n n i n g t h e O u t a g e R e q u e s t F o r m ( O R F ) s o f t w a r e . O n c e O R F i s r u n , a f i l e t h a t c o n t a i n s a n h o u r l y l i s t i n g o f a d e c i m a l r e p r e s e n t a t i o n o f g e n e r a t i n g u n i t a v a i l a b i l i t y f o r e a c h p l a n t f o r e a c h o f t h e 168 h o u r s i s c r e a t e d . It s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e a b o v e d a t a p r e p a r a t i o n s t e p s a r e o f t h e r o u t i n e t y p e a n d t h a t d a t a i n t h e L R B s y s t e m i s r e g u l a r l y c h e c k e d a n d u p d a t e d b y t h e S h i f t E n g i n e e r . F o r t h i s r e a s o n , t h e a b o v e s t e p s d o n o t c o n s t i t u t e a d d i t i o n a l s t e p s t h a t n e e d t o b e t a k e n t o r u n t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n s t u d y . ii. Software to Write Input Data and to Launch the GUI O n c e t h e d a t a h a v e b e e n c h e c k e d a n d v e r i f i e d , t h e u s e r c a n i n i t i a t e t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n p r o c e s s b y s i m p l y p r e s s i n g t h e \" S T O M \" b u t t o n i n t h e L R B s y s t e m . O n c e t h e \" S T O M \" b u t t o n i s p r e s s e d i n p u t d a t a i s a u t o m a t i c a l l y s a v e d at th e C l i e n t ' s w o r k s t a t i o n , a n d the G U I i s a u t o m a t i c a l l y l a u n c h e d . A V i s u a l B a s i c / E x c e l r o u t i n e h a s b e e n i n s e r t e d i n t h e L R B t o s a v e t h e r e q u i r e d i n p u t d a t a , a n d t o l a u n c h t h e G U I . T h i s r o u t i n e a l s o p e r f o r m s a c h e c k o n t h e i n p u t d a t a f o r a n y o b v i o u s e r r o r s , s u c h as n o n - n u m e r i c i n p u t s . T h e r o u t i n e w r i t e s o u t t h e i n p u t d a t a t o t e x t f i l e s i n s p e c i a l f o r m a t s u c h that t h e S i m u l a t o r a n d t h e O p t i m i z e r m o d e l s c a n r e a d t h e m . It a l s o c o n t a i n s p r e l i m i n a r y d a t a c h e c k i n g r o u t i n e s t h a t c h e c k i f S T O M h a s b e e n p r o p e r l y s e t - u p t o r u n f r o m t h e L R B s y s t e m . I f s u c h e r r o r s w e r e e n c o u n t e r e d , e r r o r m e s s a g e s are d i s p l a y e d t o t h e u s e r i d e n t i f y i n g t h e s o u r c e o f e r r o r . I f e r r o r s i n i n p u t d a t a a r e f o u n d , a l o g f i l e i s t h e n d i s p l a y e d t o i n f o r m t h e u s e r o n t h e t y p e o f e r r o r a n d i t s l o c a t i o n , a n d t h e r u n i s a b o r t e d . I f S T O M w a s n o t p r o p e r l y s e t u p , t h e u s e r i s a d v i s e d t o c o n t a c t t h e L R B s y s t e m c o m p u t e r s u p p o r t p e r s o n t o s o l v e t h e p r o b l e m . T h e d a t a - s a v i n g c o d e w r i t e s o u t S T O M ' s i n p u t d a t a as l i s t e d i n T a b l e 4.1. 73 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment Table 4.1. STOM Input Data Saved from the LRB System Contents (Number of hours or data records) D o m e s t i c L o a d o n t h e B C H y d r o S y s t e m ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s ) S c h e d u l e d T o t a l I m p o r t s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s ) S c h e d u l e d T o t a l E x p o r t s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s ) P l a n t M a x i m u m G e n e r a t i o n C a p a c i t i e s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / p l a n t ) P l a n t M i n i m u m G e n e r a t i o n L i m i t s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / p l a n t ) P l a n t s c h e d u l e d G e n e r a t i o n ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / p l a n t ) R e s e r v o i r A c t u a l / F o r e c a s t F o r e b a y l e v e l s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / p l a n t ) R e s e r v o i r i n f l o w s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / p l a n t ) R e s e r v o i r S p i l l s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / p l a n t ) S p e c i a l a n d f i s h r e l e a s e s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / p l a n t ) S p i l l r e l e a s e s t h r o u g h c o n t r o l l e d g a t e s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / p l a n t ) . B r e a k d o w n o f t h e I m p o r t s / E x p o r t s a n d p o t e n t i a l o r a c t u a l n e t s p o t s a l e s ( 1 6 8 h o u r s f o r e a c h t y p e o f e x c h a n g e ) M a r k e t i n g i n f o r m a t i o n , l i s t i n g t h e h o u r l y s p o t p r i c e s a n d t i e l i n e c a p a c i t i e s f o r t h e A l b e r t a a n d t h e U S m a r k e t s ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / m a r k e t . T h e r m a l g e n e r a t i o n i n p u t p a r a m e t e r s a n d l i m i t s . P h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l u p p e r a n d l o w e r r e s e r v o i r f o r e b a y l e v e l s . C o m b o n u m b e r , r e p r e s e n t i n g t h e u n i t s a v a i l a b i l i t y i n e a c h p l a n t ( 1 6 8 H o u r l y v a l u e s / p l a n t ) 4.3.2 The Graphical User Interface T o a r r i v e at t h e r i g h t d e s i g n a n d f u n c t i o n a l i t y f o r a G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e ( G U I ) t h e u s e r s m u s t b e f u l l y i n v o l v e d i n i t s d e s i g n , a n d t h e i r r e q u i r e m e n t s m u s t b e t a k e n i n t o a c c o u n t . T h u s the G U I w a s d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d i n v e r y c l o s e c o o r d i n a t i o n w i t h i t s u s e r s , as d e s c r i b e d i n C h a p t e r 5. T o m a k e S T O M e a s y t o u s e a n d t o b e r e s p o n s i v e t o u s e r ' s n e e d s a n d r e q u i r e m e n t s , s e v e r a l f u n c t i o n a l f e a t u r e s w e r e i n c l u d e d i n t h e G U I t o e a s e t h e f o l l o w i n g t a s k s f o r t h e u s e r : \u00E2\u0080\u00A2 S e l e c t t h e r i v e r s y s t e m s t o b e i n c l u d e d i n t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n s t u d y ; \u00E2\u0080\u00A2 S e l e c t t h e p l a n t s t o b e i n c l u d e d i n t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y ; \u00E2\u0080\u00A2 C o n f i r m t h e i n i t i a l r e s e r v o i r ' s f o r e b a y e l e v a t i o n s ; \u00E2\u0080\u00A2 S e t t h e s t u d y d a t e a n d t h e s t a r t i n g h o u r a n d t h e n u m b e r o f h o u r s f o r t h e s t u d y ; \u00E2\u0080\u00A2 S e l e c t t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n f o r t h e o p t i m i z a t i o n r u n ; \u00E2\u0080\u00A2 R e v i e w m a r k e t i n g i n f o r m a t i o n : f o r e c a s t s p o t p r i c e s , t r a n s m i s s i o n t i e - l i n e l i m i t s ; \u00E2\u0080\u00A2 R e v i e w m a r g i n a l v a l u e o f e n e r g y a n d t a r g e t e l e v a t i o n s f o r r e s e r v o i r s ; \u00E2\u0080\u00A2 S e t o p e r a t i n g r e s e r v e a n d r e g u l a t i n g m a r g i n s ; \u00E2\u0080\u00A2 S e t a d d i t i o n a l , o p t i o n a l , o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s a n d l i m i t s ; a n d \u00E2\u0080\u00A2 L a u n c h t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n p r o c e s s . T o m a k e th e p r o c e s s u s e r f r i e n d l y , t h e G U I i s c o d e d i n V i s u a l B a s i c a n d i s l a u n c h e d f r o m a b u t t o n i n t h e L R B s y s t e m , as d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4.3.1. C o m p u t e r c o d i n g o f t h e G U I i n 7 4 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i r onmen t V i s u a l B a s i c w a s i n i t i a l l y c a r r i e d o u t b y a g r o u p o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g / C o m p u t e r E n g i n e e r i n g s t u d e n t s , f r o m U . B . C , w h o a l s o d e v e l o p e d t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s as p a r t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r E E 4 7 5 f o u r t h - y e a r c o u r s e p r o j e c t ( H w a n g et. a l . , 1 9 9 8 ) . S i n c e i t s o r i g i n a l d e s i g n , s e v e r a l r e v i s i o n s w e r e r e q u i r e d t o r e f l e c t u s e r ' s p r e f e r e n c e s a n d r e q u i r e m e n t s . F i g u r e 4.2, i l l u s t r a t e s t h e f r o n t - e n d o f t h e c u r r e n t v e r s i o n o f t h e G U I . A d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f t h e i t s m a i n f u n c t i o n a l f e a t u r e s i s a t t a c h e d i n A n n e x D. I Optimizer/Simulator Plant Selection River Systems F P e a c e G M S (661.42 P C N 1501.87 F The Columbia River System F Co lumbia M C A |728 94 R E V \57lF I- Kootneay F PendOrei l le S E V ^ 2 4 7 2 W A N U61.95 F C a m p b e l S C A 1215.78 L D R 1178.04 JHT H39 I - J o r d a n River F F r r r r r r F F F F r F S t a ve I - Coquit lam F Bridge F A s h F Cheakamus F C lowhom F Puntledge r F W a h l e a c h IIHI99 ALU f^TTF SFL J73.3 R U S JJi-Tf LAJ |72S.7S B R JG33G8 S O N 1236.22 A S H 1329.36 C M S (371.2 C O M (4J I7 W A H 1629.44 I E Plants Hevatmn Opt imized River Systems P lants clfSL Opt imized r r r r F F r F r F r F Start Date (04-15-1998 Start Hour N o . of Hours (155 No. of P lants Object ive Func t ion M i n _ Q C F M i n QCF De-select A l Opt ions O K Ex i t /Cance l F i g u r e 4.2. S T O M G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e 7 5 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-time H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment 4.3.3 The Communication Protocols A s o u t l i n e d b y t h e u s e r ' s f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s , i t w a s r e q u i r e d t h a t S T O M c o u l d b e r u n b y a n y a u t h o r i z e d u s e r i n t h e B . C . H y d r o c o m p u t e r n e t w o r k . T h e r a t i o n a l e b e h i n d t h i s r e q u i r e m e n t i s t h a t r u n n i n g t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n p r o c e s s o n t h e w o r k s t a t i o n , w h i c h c o n t a i n s t h e L R B s y s t e m , i s i m p r a c t i c a l , f o r s e v e r a l r e a s o n s . F i r s t , t o r u n t h e L R B s y s t e m , c o n s i d e r a b l e w o r k s t a t i o n s y s t e m r e s o u r c e s a r e r e q u i r e d a n d t h e r e f o r e , a s i n g l e w o r k s t a t i o n w a s i n c a p a b l e o f e f f i c i e n t l y h a n d l i n g t h e c o m p l e x m a t h e m a t i c a l m o d e l s d e v e l o p e d . S e c o n d , t h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s i s a t i m e - a n d m e m o r y - c o n s u m i n g p r o c e s s , a n d t h e r e f o r e i t w a s n o t t o l e r a b l e f o r t h e L R B w o r k s t a t i o n t o b e o c c u p i e d e x c l u s i v e l y b y t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n p r o c e s s f o r a n y l e n g t h o f t i m e . T h i r d , t h e m e t h o d o f l a u n c h i n g S T O M i s at a D O S p r o m p t , w h i l e t h e L R B i s r u n n i n g i n t h e W i n d o w s 9 5 e n v i r o n m e n t . S w i t c h i n g b e t w e e n e n v i r o n m e n t s i s t i m e c o n s u m i n g a n d c u m b e r s o m e a n d c o u l d h i n d e r t h e s t a b i l i t y o f t h e w o r k s t a t i o n . F o u r t h , t h e S h i f t O f f i c e i s l o c a t e d i n t w o d i f f e r e n t b u i l d i n g s ( E d m o n d s a n d D o w n t o w n ) . T o e n a b l e t h e S h i f t E n g i n e e r t o r u n S T O M f r o m w h e r e v e r h e i s l o c a t e d , i t w a s r e q u i r e d t h a t a c e n t r a l s e r v e r b e u s e d t o r u n t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n p r o c e s s . F i f t h , f u t u r e d e v e l o p m e n t s o f S T O M e n t a i l s u s e o f t h e s y s t e m b y m a n y o t h e r u s e r s ( p r o j e c t p l a n n i n g e n g i n e e r s ) w h o h a v e a c c e s s t o t h e B . C . H y d r o c o m p u t e r n e t w o r k . A s o l u t i o n w a s n e e d e d t o t h e p r o b l e m o f d i s t r i b u t i n g t h e c o m p u t a t i o n w o r k l o a d o v e r t h e n e t w o r k - c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t . I n c o n s u l t a t i o n w i t h t h e B . C . H y d r o c o m p u t e r n e t w o r k e n g i n e e r s a n d t h e e n d - u s e r s o f S T O M , t h e s o l u t i o n a r r i v e d at w a s t o d e s i g n S T O M i n s u c h a w a y as t o l a u n c h t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n p r o c e s s f r o m t h e c l i e n t ( L R B ) w o r k s t a t i o n a n d r u n t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n m o d e l s o n a d e d i c a t e d n e t w o r k s e r v e r . O n c e t h e S h i f t E n g i n e e r s u b m i t s t h e r u n , t h e y c a n c o n t i n u e w i t h o t h e r t a s k s w h i l e w a i t i n g f o r t h e r e s u l t s t o b e f o r m a t t e d a n d d i s p l a y e d at t h e L R B w o r k s t a t i o n . T h e a b o v e r e q u i r e m e n s n e c e s s i t a t e d d e v e l o p m e n t o f t w o c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s : t h e c l i e n t , a n d t h e s e r v e r c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s . T h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s a r e c o d e d i n C a n d V i s u a l C + + t o p e r f o r m r e m o t e p r o c e d u r e c a l l s , t o t r a n s f e r i n p u t a n d o u t p u t d a t a , a n d t o i n i t i a t e a n d t e r m i n a t e t h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s . T h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s a u t o m a t i c a l l y t r a n s f e r i n p u t d a t a a n d c o m m a n d s b e t w e e n t h e c l i e n t w o r k s t a t i o n a n d th e N T S e r v e r w o r k s t a t i o n ( s e e F i g u r e 4.1 f o r l a y o u t ) . O n c e t h e c l i e n t c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l i s a c t i v a t e d b y t h e G U I , i t c o m p r e s s e s i n p u t d a t a f i l e s g e n e r a t e d b y t h e L R B s y s t e m a n d t h e i n t e r f a c e , a n d i t t h e n c a l l s t h e N T S e r v e r b y u t i l i z i n g a r e m o t e p r o c e d u r e c a l l . I f t h e N T S e r v e r a n d t h e C P L E X s o f t w a r e a r e a v a i l a b l e , t h e n t h e c l i e n t ' s p r o t o c o l t r a n s f e r s t h e d a t a a n d s i g n a l s t h e s e r v e r ' s c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l . H o w e v e r , i f t h e N T S e r v e r i s n o t a v a i l a b l e i t q u e u e s t h e c a l l a n d k e e p s t r y i n g u n t i l t h e N T s e r v e r i s f r e e d f r o m o t h e r r u n s , o r it t e r m i n a t e s a f t e r s e v e r a l t r i a l s i f t h e S e r v e r w a s n o t a v a i l a b l e . T h e c l i e n t ' s c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l i s k e p t r u n n i n g at t h e c l i e n t ' s w o r k s t a t i o n w a i t i n g f o r a s i g n a l f r o m t h e s e r v e r p r o t o c o l . O n c e s i g n a l e d , t h e s e r v e r ' s c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l i s s u e s t w o i n s t r u c t i o n s . T h e f i r s t i n s t r u c t i o n i s t o d e c o m p r e s s t h e c l i e n t ' s i n p u t d a t a a n d d i s t r i b u t e i t i n t o d e s i g n a t e d d i r e c t o r y s t r u c t u r e at th e N T S e r v e r . T h e s e c o n d i n s t r u c t i o n p a s s e s a D O S a r g u m e n t th a t l a u n c h e s t h e A M P L m o d e l i n g s e s s i o n a n d i n v o k e s a s c r i p t - t e x t f i l e , w h i c h r e l a t e s t o t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n s e l e c t e d b y t h e u s e r , i n t h e A M P L s y n t a x . A t t h e N T S e r v e r , t h e o v e r a l l p r o c e s s i s c o n t r o l l e d b y t h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e ( F o u r e r , 1 9 9 3 ) . O n c e t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n p r o c e s s i s c o m p l e t e ( w h e n t h e A M P L s e s s i o n e n d s ) , t h e S e r v e r ' s c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l c a l l s t h e c l i e n t w o r k s t a t i o n , c o m p r e s s e s a n d t r a n s f e r s 7 6 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment o u t p u t d a t a . W h e n the t r a n s f e r i s c o m p l e t e , t h e c l i e n t ' s p r o t o c o l t a k e s o v e r , l a u n c h e s t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e a n d t h e n t e r m i n a t e s i t s e l f . F o r m o r e d e t a i l s o n i m p l e m e n t a t i o n c o n s i d e r a t i o n s w i t h t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s s e e C h a p t e r 5. B . C . H y d r o c u r r e n t l y h o l d s a o n e - u s e r l i c e n s e f o r A M P L a n d C P L E X s o f t w a r e s y s t e m s . F o r t h i s r e a s o n , i f m o r e t h a n o n e c l i e n t a t t e m p t s t o s i m u l t a n e o u s l y a c c e s s t h e N T S e r v e r , a s i g n a l i s s e n t t o t h e c l i e n t ' s p r o t o c o l t o i n d i c a t e t h a t t h e s e r v e r s i d e i s b u s y p e r f o r m i n g a n o p t i m i z a t i o n r u n o r i s u n a v a i l a b l e , i f t h e s e r v e r h a s b e e n t a k e n o u t o f s e r v i c e . T h e c l i e n t ' s p r o t o c o l t r i e s t o r e e s t a b l i s h c o n n e c t i o n w i t h t h e N T S e r v e r f o r u p t o t e n t i m e s w i t h 10 s e c o n d s i n t e r v a l s b e t w e e n e a c h a t t e m p t . I f t h e s e r v e r i s s t i l l b u s y , i t t h e n q u i t s , a n d i n f o r m s t h e u s e r t h a t t h e s e r v e r i s n o t a v a i l a b l e . T h e c o m m u n i c a t i o n p r o c e s s l o g i s s a v e d t o a t e x t d a t a f i l e t h a t c o n t a i n s t h e a c t i v i t i e s c a r r i e d o u t b y t h e p r o t o c o l s , a n d c a n b e a c c e s s e d f o r d e b u g g i n g p u r p o s e s . O n e o t h e r i m p o r t a n t d e s i g n f e a t u r e o f t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s i s t h a t t h e y a r e p o r t a b l e t o a n y c l i e n t , o r n e t w o r k s e r v e r w o r k s t a t i o n t h a t s u p p o r t s r e m o t e p r o c e d u r e s c a l l s . T h i s h a s b e e n a c c o m p l i s h e d b y r e q u i r i n g t h a t t h e p r o t o c o l s b e m a c h i n e i n d e p e n d e n t , a n d t h a t t h e c o m m u n i c a t i o n p r o c e d u r e s a n d d e f a u l t s e t t i n g s a r e a l l s p e c i f i e d b y d e f a u l t c o n f i g u r a t i o n f i l e s . T h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s w e r e d e v e l o p e d b y a t e a m o f s t u d e n t s f r o m t h e E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t / C o m p u t e r E n g i n e e r i n g , U . B . C , as f o u r t h y e a r p r o j e c t f o r t h e i r E E 4 7 5 c o u r s e , u n d e r t h e s u p e r v i s i o n o f D r . W. G . D u n f o r d . F u r t h e r t e c h n i c a l d e t a i l s o n t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s c a n b e f o u n d i n H w a n g et a l . , ( 1 9 9 7 ) . 4.3.4 The Hydraulic Simulator A s o u t l i n e d b y t h e u s e r ' s f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s , i t w a s r e q u i r e d t h a t S T O M s h o u l d c l o s e l y m o d e l t h e c u r r e n t s t a t u s o f t h e s y s t e m a n d t h a t i t s h o u l d c o m p l e t e t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n r u n i n t h e s h o r t e s t t i m e p o s s i b l e . T o s a t i s f y t h e s e r e q u i r e m e n t s a n d B . C . H y d r o ' s n e e d s , t h e h y d r a u l i c s i m u l a t o r ( R i s t o c k et. a l . , 1 9 9 8 ) w a s d e v e l o p e d i n h o u s e u n d e r t h e d i r e c t s u p e r v i s i o n o f t h e a u t h o r a n d B . C . H y d r o o p e r a t i o n s e n g i n e e r s . W o r k o n t h e s i m u l a t o r s t a r t e d at t h e e a r l y s t a g e s o f t h e r e s e a r c h p r o j e c t . T h e e a r l y s t a g e s i n v o l v e d c o l l e c t i o n a n d s c r e e n i n g o f p h y s i c a l i n p u t d a t a , a n d d e v e l o p i n g a n u n d e r s t a n d i n g o f t h e h y d r a u l i c p r o p e r t i e s o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s m o d e l e d . L a t e r s t a g e s i n c l u d e d c o d i n g t h e s i m u l a t o r i n t h e C p r o g r a m m i n g l a n g u a g e a n d i m p r o v i n g i t s a c c u r a c y a n d a l g o r i t h m i c c o r r e c t n e s s . M o r e d e t a i l s o n d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e s i m u l a t o r c a n b e f o u n d i n C h a p t e r 5. T h e s i m u l a t o r f o l l o w s a m o d u l a r d e s i g n i n t h a t e a c h o f i t s m a i n r o u t i n e s a r e i n c l u d e d i n a s e p a r a t e m o d u l e . S e v e r a l m o d u l e s are l i n k e d t o f o r m a c o h e r e n t s i n g l e a p p l i c a t i o n : t h e s i m u l a t o r . T h i s f e a t u r e a l l o w e d e a s i e r d e b u g g i n g a n d m o d i f i c a t i o n t o t h e c u m b e r s o m e a n d e x t e n s i v e C c o d e . It a l s o a l l o w e d s o m e m o d u l e s t o b e e a s i l y a d a p t e d f o r o t h e r a p p l i c a t i o n s a n d u s e s w i t h i n B . C . H y d r o . F o r e x a m p l e t h e m o d u l e tha t c a l c u l a t e s p l a n t s ' g e n e r a t i n g c a p a c i t y w a s l a t e r i n t e g r a t e d i n t o t h e L R B s y s t e m t o c a l c u l a t e the c a p a c i t i e s o f g e n e r a t i n g p l a n t s as a f u n c t i o n o f t h e i r f o r e b a y e l e v a t i o n s . T h e h y d r a u l i c s i m u l a t o r m o d e l s t h e h y d r a u l i c s y s t e m a n d c a l c u l a t e s t h e p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l l i m i t s o f t h e h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s . F o r e a c h h o u r i n t h e s t u d y , i t h y d r a u l i c a l l y m o d e l s u p s t r e a m i n f l o w s a n d o u t f l o w s u s i n g t h e m a s s b a l a n c e e q u a t i o n f o r e a c h r e s e r v o i r . I n f l o w s c a n b e o f a n y c o m b i n a t i o n : u p s t r e a m s p i l l s , t u r b i n e f l o w s , a n d l o c a l r i v e r o r t r i b u t a r y 7 7 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i r onmen t i n f l o w s . O u t f l o w s c o n s i s t o f t u r b i n e , s p i l l o r s p e c i a l r e l e a s e o u t f l o w s (e.g., r e q u i r e d f i s h a n d o t h e r r e l e a s e s ) . It t h e n c o m p u t e s t h e r e s u l t i n g s t o r a g e a n d c o n v e r t s i t t o f o r e b a y e l e v a t i o n at t h e e n d o f e a c h h o u r u s i n g s t o r a g e e l e v a t i o n t a b l e s . T h e s i m u l a t o r a l s o c a l c u l a t e s m a x i m u m a n d m i n i m u m t u r b i n e d i s c h a r g e s a n d m a x i m u m g e n e r a t i n g c a p a c i t y f o r e a c h p l a n t . It a l s o p e r f o r m s c h e c k s o n e l e v a t i o n , d i s c h a r g e , a n d g e n e r a t i o n t o d e t e r m i n e i f a n y o p e r a t i o n a l o r p h y s i c a l l i m i t s h a v e b e e n v i o l a t e d . T h e s i m u l a t o r c a n r u n as a s o l o a p p l i c a t i o n (i.e., w i t h o u t t h e O p t i m i z e r ) i f n o p l a n t s a r e s e l e c t e d f o r o p t i m i z a t i o n i n G U I . T h i s f e a t u r e a l l o w s t h e S h i f t E n g i n e e r t o s i m u l a t e t h e r e s p o n s e o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m t o g e n e r a t i o n s c h e d u l e s a n d d e t e r m i n e f o r e b a y e l e v a t i o n s as w e l l as g e n e r a t i o n a n d d i s c h a r g e l i m i t s . T h e s i m u l a t o r w r i t e s o u t t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n r e s u l t s t o a t e x t o u t p u t f i l e t h a t i s t r a n s f e r r e d f o r d i s p l a y b y t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e . F i g u r e 4.3 i l l u s t r a t e s s o u r c e s o f d a t a a n d t h e l i n k s o f t h e s i m u l a t o r t o o t h e r c o m p o n e n t s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a n d t o o t h e r B . C . H y d r o i n f o r m a t i o n s y s t e m s . T h e s i m u l a t i o n a l g o r i t h m i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4.4, a n d i s o u t l i n e d i n A n n e x A . T h e s i m u l a t o r w a s d e v e l o p e d b y a n u m b e r o f g r a d u a t e s t u d e n t s a n d r e s e a r c h a s s i s t a n t s f r o m the C i v i l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t , U . B . C , u n d e r d i r e c t s u p e r v i s i o n o f t h e a u t h o r a n d o p e r a t i o n s e n g i n e e r s at B . C . H y d r o . F u r t h e r t e c h n i c a l d e t a i l s o n t h e s i m u l a t o r c a n b e f o u n d i n R i s t o c k et a l . , ( 1 9 9 8 ) . 7 8 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Rea l-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment 'Operational Data Files P D S S Data BC Hydro Data Bases Gate Position & Stat Release Extraction Program (VB) StatRlse.dat GatePosn.dat P FMS Data Conversion of PFMS to Outage data Outage.exe (C) Client Workstation Hard Drive Temp storage of Operational data Network Communication Protocols Transfer of data a . - initiation and -termination of Sim/Opt processes JJT Server Hard Drive Temp storage of Operational data Permanent storage of Physical data 0 utage.dat LRBfb.dat Oplimits.dat Control.dat User Overrides (Emin, Emax, Qmin, Qmax) CF.dat Price.dat Price.dat CF.dat Export/ Import Spot Data Optimizer Results Output1.dat Sensitivity An^lys data Sim/Opt GUI (VB) Simulator Results: Output2.dat Optimizer (AMPL, CPLEX) FBsim.dat G e n d a t Physical and Operational Data Files** Simulator (C) \" ' In termediate Results and Data (OptData Files) Simulator/Optimizer Data Flow: General Arrangement Source: Ristock et. al., 1998 Figure 4.3. Simulator/Optimizer Data Flow General Arrangement 7 9 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for R e a l t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Market Env i ronment Start Initialize Variables and Structures Read Input Data Calculate Initial Storages Check Initial Elevations are within limits For Hour = Starthour to Nhours Do For Plant = 1 to Nplants Do Convert Generation to Discharge Calculate all Non-Turbine Releases Calculate Total Inflow Calculate Total Outflow Calculate New Storage via Mass-Balance Equation, convert to New Forebay Store Breakpoint Data for the Optimizer Check that New Forebay is within Limits Perform Tailwater Calculations (in future...) Calculate Minimum Plant Generation and Discharge Calculate Maximum Plant Generation and Discharge More Hours More Plants No More Hours Read Import, Export, and Load Files; Calculate Residual Load Calculate Residual load, Write Load oth.dat File Solo Simul'n Read Files HK.dat, CF.dat, and Price.dat Format and Write Data Files for the Optimizer Write Results to Output2.dat End No More Plants Figure 4 .4 . The Simulator Algorithm Flowchart. Source: Ristock et. al, 1998. 8 0 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compet i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment 4.3.5 The Optimizer T h e O p t i m i z e r u s e s l i n e a r p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e s w i t h t w o s o f t w a r e p a c k a g e s : t h e A M P L ( F o u r e r e , 1 9 9 3 ) m a t h e m a t i c a l p r o g r a m m i n g l a n g u a g e , a n d t h e C P L E X s o l v e r ( I L O G , 1 9 9 8 ) . D e t a i l s o n t h e m a t h e m a t i c a l p r o g r a m m i n g f o r m u l a t i o n , t h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e ( F o u r e r et. a l . , 1 9 9 3 ) , t h e C P L E X s o l v e r , a n d t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m c a n b e f o u n d i n S e c t i o n 4.5. 4.3.6 The Results-Display Software A s o u t l i n e d b y t h e U s e r ' s F u n c t i o n a l R e q u i r e m e n t s , i t w a s r e q u i r e d t h a t S T O M s h o u l d b e f u l l y i n t e g r a t e d w i t h t h e L R B s y s t e m , a n d t h a t it s h o u l d b e e a s y t o u s e . T h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e a c h i e v e s p a r t o f t h e s e r e q u i r e m e n t s . T h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e h a s u n d e r g o n e s e v e r a l p h a s e s o f d e v e l o p m e n t as d i s c u s s e d i n C h a p t e r 5. A l l S h i f t E n g i n e e r s h a v e p a r t i c i p a t e d i n t h e d e s i g n o f t h e g r a p h i c d i s p l a y s a n d i n s e l e c t i n g t h e f o r m a t o f o u t p u t data. T h e s o f t w a r e i s c o d e d i n V i s u a l B a s i c f o r E x c e l t o b e c o m p a t i b l e w i t h t h e L R B s y s t e m . It i s d e s i g n e d t o b e l a u n c h e d b y a s i m p l e V i s u a l B a s i c p r o g r a m t h a t i s a c t i v a t e d o n c e t h e c l i e n t ' s c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l r e c e i v e s t h e s i g n a l f r o m t h e N T S e r v e r c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l t h a t t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n r u n h a s b e e n c o m p l e t e d . T h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e c o n s i s t s o f s e v e r a l s p r e a d s h e e t s : t h e g e n e r a t i o n s u m m a r y , the i n d i v i d u a l p l a n t s h e e t s , t h e n u m e r i c o u t p u t r e s u l t s f r o m t h e s i m u l a t o r a n d t h e o p t i m i z e r , a n d a s h e e t t h a t d i s p l a y s t h e o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t u s e d i n t h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s ( S e e A n n e x F f o r g r a p h i c d i s p l a y s ) . T h e g e n e r a t i o n s u m m a r y s h e e t l i s t s t h e o p t i m i z e d g e n e r a t i o n s c h e d u l e s f o r a l l o p t i m i z e d p l a n t s i n t h e s t u d y . It a l s o l i s t s t h e r e s i d u a l g e n e r a t i o n f r o m a l l o t h e r p l a n t s a l o n g w i t h p r e s c h e d u l e d e x p o r t s a n d i m p o r t s , a n d th e e n e r g y g a i n (as c o m p a r e d to t h e L R B s c h e d u l e ) r e s u l t i n g f r o m t h e o p t i m i z a t i o n r u n . T h e s e i n d i c a t o r s a r e u s e d as m e a s u r e s o f t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e o p t i m i z a t i o n r u n , a n d a r e d e p e n d e n t o n t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n c h o s e n b y t h e u s e r . F o r e x a m p l e i f t h e u s e r h a s s e l e c t e d t h e m a x i m u m e f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n , t h e n t h e e n e r g y g a i n m e a s u r e s t h e d i f f e r e n c e i n e n e r g y u s e b e t w e e n t h e L R B s c h e d u l e a n d t h e o p t i m i z e r s c h e d u l e . T h e e n e r g y g a i n i n t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n r e p r e s e n t s t h e a m o u n t o f e n e r g y s t o r e d i n r e s e r v o i r s as a r e s u l t o f r u n n i n g t h e o p t i m i z a t i o n r o u t i n e . If, h o w e v e r , t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n w a s t o m a x i m i z e e n e r g y p r o d u c t i o n w h i l e f i x i n g r e s e r v o i r s t o r a g e l e v e l s t o t h o s e s c h e d u l e d b y t h e L R B , t h e n t h e e x t r a p o w e r g a i n e d w o u l d r e p r e s e n t t h e e x t r a e n e r g y t h a t c o u l d b e g e n e r a t e d a n d p r o b a b l y s o l d i n t h e m a r k e t w i t h t h e s a m e a m o u n t o f w a t e r u s e d . I f t h e m a x i m u m p r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n i s u s e d , e n e r g y g a i n s ( o r l o s s e s ) r e p r e s e n t s b o t h t h e g a i n s i n e n e r g y as a d i r e c t r e s u l t o f i m p r o v e d s y s t e m e f f i c i e n c y a n d f r o m i n c r e a s e d ( o r d e c r e a s e d ) e n e r g y t r a n s a c t i o n s . U n d e r t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n t h e s u m m a r y s h e e t a l s o l i s t s t h e o p t i m i z e d net t r a d i n g t r a n s a c t i o n s t o A l b e r t a a n d to t h e U.S., a l o n g w i t h o t h e r d a t a . I n t h e s u m m a r y she e t , s e v e r a l g r a p h i c d i s p l a y s g i v e s t h e u s e r t h e f e e l o f t h e d i s t r i b u t i o n o f t h e o p t i m i z e d g e n e r a t i o n as w e l l as t h e p r e s c h e d u l e d a n d o p t i m i z e d t r a d i n g s c h e d u l e s , a n d t h e r e s i d u a l a n d t o t a l d o m e s t i c l o a d . In a d d i t i o n , a n o t h e r g r a p h i c d i s p l a y i l l u s t r a t e t h e g a i n e r s a n d t h e l o s e r s i n t o t a l g e n e r a t i o n o v e r t h e o p t i m i z a t i o n r u n . I f t h e \" M a x i m i z e P r o f i t \" o b j e c t i v e f u n c t i o n w a s u s e d , a n a d d i t i o n a l g r a p h i c d i s p l a y i l l u s t r a t e s t h e d i s t r i b u t i o n o f s p o t p r i c e s a n d t h e o p t i m i z e d n e t s p o t s a l e s i n t h e U.S. a n d A l b e r t a m a r k e t s , i n o n e d i s p l a y . 81 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i r onmen t I n a d d i t i o n t o t h e s u m m a r y she e t , f o r e a c h p l a n t i n c l u d e d i n t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n r u n a s e p a r a t e s h e e t i s d y n a m i c a l l y c r e a t e d t o n u m e r i c a l l y a n d g r a p h i c a l l y d i s p l a y t h e o u t p u t r e s u l t s . F o r e a c h p l a n t t h e o u t p u t d a t a , s h o w n i n T a b l e 4.2, i s l i s t e d a n d c h a r t e d f o r e a c h h o u r i n t h e s t u d y f o r t h e u s e r t o r e v i e w . T o m a k e i t e a s i e r f o r t h e u s e r t o q u i c k l y a s s i m i l a t e o u t p u t d a t a , a c o l o r i n g s c h e m e , h a s b e e n u s e d t o i n d i c a t e t h e o p t i m i z e d , L R B s c h e d u l e d o r a c t u a l d a t a ( w h e n h i s t o r i c s c h e d u l e s a r e u s e d ) . It w a s f o u n d t h a t t h e s e m a d e i t m u c h e a s i e r f o r t h e S h i f t E n g i n e e r t o q u i c k l y i d e n t i f y t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e L R B a n d t h e o p t i m i z e d s c h e d u l e s . It a l s o m a k e s a s s i m i l a t i o n o f t h e m a s s i v e a m o u n t o f d a t a e a s i e r f o r t h e u s e r . T h e o t h e r a d v a n t a g e o f h a v i n g a s e p a r a t e s h e e t f o r e a c h p l a n t i s t h a t t h e u s e r c a n q u i c k l y m o v e f r o m o n e p l a n t t o t h e o t h e r t o c o m p a r e d e t a i l s o f t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e f o r d i f f e r e n t p l a n t s , o r t o d i s p l a y c h a r t s f o r t w o p l a n t s s i m u l t a n e o u s l y . T h e u s e r s r a r e l y u s e t h e s h e e t s t h a t c o n t a i n s t h e n u m e r i c o u t p u t r e s u l t s , b u t t h e y w e r e k e p t t o a s s u r e u s e r s t h a t o u t p u t f r o m t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n m o d e l s i s d i r e c t l y a v a i l a b l e i f n e e d e d . I n a d d i t i o n t o p r o v i d i n g a u s e r - f r i e n d l y d i s p l a y e n v i r o n m e n t , t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e i s e q u i p p e d w i t h o t h e r f e a t u r e s t o m a k e i t e a s i e r f o r t h e S h i f t E n g i n e e r t o n a v i g a t e i n d i v i d u a l s h e e t s . F o r e x a m p l e , t o m o v e f r o m t h e c h a r t t h a t d i s p l a y s t h e f o r e b a y l e v e l s , a l l t h e u s e r h a s to d o i s t o c l i c k o n t h e c h a r t i t s e l f o r o n a b u t t o n t o d i s p l a y t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e s c h a r t , a n d a g a i n t o d i s p l a y t h e t o t a l p l a n t d i s c h a r g e c h a r t . I n a d d i t i o n , a c h a r t - z o o m f a c i l i t y h a s b e e n p r o v i d e d t o s c a l e t h e c h a r t ' s a x e s t o d i s p l a y f i n e r d e t a i l s o f t h e o u t p u t d a t a . T h e s e i s s u e s m a y s e e m t r i v i a l t o m o s t p e o p l e , b u t t h e y w e r e f o u n d t o b e v e r y i m p o r t a n t i n g e t t i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a c c e p t e d a n d u s e d b y t h e v e r y b u s y o p e r a t i o n s e n g i n e e r s w o r k i n g a 12 - h o u r d a y a n d n i g h t s h i f t s . I n a d d i t i o n t o s c h e d u l i n g g e n e r a t i o n f o r p l a n t s , t h e S h i f t E n g i n e e r i s a l s o r e s p o n s i b l e f o r d e c i d i n g w h i c h u n i t s a r e t o b e s w i t c h e d o n o r o f f at e a c h p l a n t a n d f o r e a c h h o u r . T o a i d t h e S h i f t E n g i n e e r i n t h i s t a s k , t h e R e s u l t s _ D i s p l a y s o f t w a r e c o n t a i n s a s h e e t t h a t l i s t s t h e o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t u s e d b y S T O M to d e f i n e t h e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n ( s e e S e c t i o n 4.5 a n d 4.6 f o r m o r e d e t a i l s ) . T h i s d i s p l a y h e l p s t h e S h i f t E n g i n e e r t o c o m p a r e S T O M ' s r e s u l t s w i t h t h o s e f r o m o t h e r u n i t c o m m i t m e n t s o f t w a r e s y s t e m s (e.g., t h e S t a t i c P l a n t C o m m i t m e n t P r o g r a m ( S P U C ) a n d t h e D y n a m i c U n i t C o m m i t m e n t ( D U C ) ) u s e d t o d i s p a t c h u n i t s i n r e a l t i m e o p e r a t i o n s . 8 2 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e Power Marke t Env i ronment Table 4.2. Output Results Displayed to the User P l a n t ID N a m e H o u r Optimized Generation (MW) LRB Generation (MW) Minimum Generation (MW) Maximum Generation (MW) Optimized Forebay Elevation (M) LRB Forebay Elevation (M) Actual/Calculated Reservoir Level (M) Minimum Forebay Elevation (M) Maximum Forebay Elevation (M) Optimized Plant Discharge (CMS) L R B Plant Discharge (CMS) Optimized Turbine Discharge (CMS) LRB Turbine Discharge (CMS) Minimum Plant Discharge (CMS) Maximum Plant Discharge (CMS) Local Inflow (CMS) Total Inflow (CMS) Spill (CMS) Total Outflow (CMS) 83 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Rea l-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Market Env i ronment 4.4 H Y D R O E L E C T R I C S Y S T E M S M O D E L E D T h e c u r r e n t v e r s i o n o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m p r o v i d e s t h e o p t i m a l h o u r l y g e n e r a t i o n s c h e d u l e f o r t h e r i v e r s y s t e m s a n d h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s l i s t e d i n T a b l e 4.3. Table 4.3. River Systems, Reservoirs and Plants Modelled River System Plants Generation Capacity (MW) T h e P e a c e G . M . S h r u m ( G M S ) , P e a c e C a n y o n ( P C N ) 3,430 T h e C o l u m b i a M i c a ( M C A ) , R e v e l s t o k e ( R E V ) 3,840 T h e P e n d D ' O r e i l l e S e v e n M i l e ( S E V ) , W a n e t a ( W A N ) 9 5 4 T h e S t a v e A l o u e t t e ( A L U ) , S t a v e F a l l s ( S F L ) , R u s k i n ( R U S ) 163 T h e B r i d g e L a j o i e ( L A J ) , B r i d g e ( B R ) , S e t o n ( S O N ) 5 4 8 T h e C h e a k a m u s C h e a k a m u s ( C M S ) 155 T h e C l o w h o m C l o w h o m ( C O M ) 33 T h e W a h l e a c h W a h l e a c h ( W A H ) 6 0 T h e C a m p b e l l S t r a t h c o n a ( S C A ) , L a d o r e ( L D R ) , J o h n H a r t ( J H T ) 2 2 9 T h e A s h A s h ( A S H ) 2 7 T o t a l 9,439 T h e s e r e p r e s e n t a p p r o x i m a t e l y 8 3 % o f th e t o t a l g e n e r a t i n g s y s t e m c a p a c i t y ( h y d r o a n d t h e r m a l ) , a n d a b o u t 9 1 % o f t h e t o t a l h y d r o e l e c t r i c s y s t e m ( s e e T a b l e 3.1 f o r c o m p a r i s o n ) . T h e o n l y t h r e e m a j o r h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s that a r e n o t c u r r e n t l y m o d e l e d b y S T O M a r e t h e K o o t e n a y C a n a l ( 5 2 8 M W ) , t h e J o r d a n R i v e r ( 1 7 0 M W ) , a n d t h e B u n t z e n ( 7 2 M W ) s y s t e m s . T h e m a i n r e a s o n s f o r n o t i n c l u d i n g t h e s e a r e t h e u n a v a i l a b i l i t y o f o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a r e q u i r e d a n d i n c o m p l e t e r e p r e s e n t a t i o n i n t h e h y d r a u l i c s i m u l a t o r . H o w e v e r , o n c e t h e o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a a n d t h e a l g o r i t h m t o h y d r a u l i c a l l y s i m u l a t e t h e s e s y s t e m s ar e a v a i l a b l e , i t w i l l b e v e r y e a s y t o i n c l u d e t h e m i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l . A n n e x G c o n t a i n s a b r i e f d e s c r i p t i o n o f the m a i n o p e r a t i o n a l f e a t u r e s o f th e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s c u r r e n t l y m o d e l e d b y S T O M . 84 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment 4.5 MATHEMATICAL MODELING OF GENERATING FACILITIES C o n s i d e r a b l e t h o u g h t , d i s c u s s i o n , s t u d y a n d a n a l y s i s w a s c o n d u c t e d b e f o r e t h e g e n e r a l i z e d m a t h e m a t i c a l m o d e l d e s c r i b e d h e r e i n w a s f o r m u l a t e d . It i n v o l v e d i s s u e s s u c h as t h e n a t u r e a n d c o m p l e x i t y o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s t o b e m o d e l e d , u s e r ' s e x p e c t a t i o n s a n d t h e i r f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s , t h e g o a l o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a n d h o w i t w i l l b e u s e d i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s . It a l s o i n c l u d e d c o n s i d e r a t i o n o f h o w t h e m o d e l c o u l d e v o l v e t o c o n s i d e r o t h e r m o d e l i n g a s p e c t s t h a t B . C . H y d r o m a y w i s h t o i n c l u d e i n t h e f u t u r e . T h e m a i n d i l e m m a w a s h o w t o b u i l d a m o d e l t h a t c o u l d b e f o r m u l a t e d d y n a m i c a l l y w i t h o u t h a v i n g t o s i g n i f i c a n t l y r e v i s e i t s s t r u c t u r e e v e r y t i m e t h e u s e r w i s h e d t o r u n a d i f f e r e n t c o m b i n a t i o n o f r i v e r s y s t e m s o r f o r a d i f f e r e n t s t u d y d u r a t i o n . T h e s e i s s u e s a r e a d d r e s s e d i n C h a p t e r 5. H o w e v e r , o n e c a n e a s i l y r e a l i z e t h e g r e a t b e n e f i t s f r o m f o r m u l a t i n g a g e n e r a l i z e d m o d e l . T h e m a t h e m a t i c a l m o d e l d e s c r i b e d h e r e i n e x p l o i t s r e c e n t a d v a n c e s i n t h e a l g e b r a i c m o d e l i n g l a n g u a g e s b y f o r m u l a t i n g t h e m o d e l i n a s e m i - n e t w o r k s t r u c t u r e as o u t l i n e d b e l o w . 4.5.1 Hydraulic Modeling of Reservoir Operations i. Representation of Hydroelectric Facilities A t y p i c a l h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n s y s t e m c o n s i s t s o f sets o f r i v e r s , t r i b u t a r i e s , r e s e r v o i r s , p o w e r h o u s e s a n d a d d i t i o n a l h y d r a u l i c f a c i l i t i e s s u c h as i n t a k e s t r u c t u r e s , s p i l l w a y g a t e s a n d w e i r s , as d e s c r i b e d i n A n n e x G . A r i v e r s y s t e m m a y c o n t a i n o n e o r m o r e g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s t h a t c o u l d b e c o n n e c t e d s e r i a l l y o r i n p a r a l l e l . S e r i a l l y c o n n e c t e d f a c i l i t i e s a r e h y d r a u l i c a l l y c o n n e c t e d , b e c a u s e d i s c h a r g e s f r o m a h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t y c o n s t i t u t e a p a r t o f t h e i n f l o w s t o t h e d o w n s t r e a m f a c i l i t i e s . R i v e r S y s t e m T y p e II a n d R i v e r S y s t e m s T y p e I i n F i g u r e 4.5 i l l u s t r a t e s t h i s . T w o r i v e r s y s t e m s c o u l d a l s o b e h y d r o l o g i c a l l y c o u p l e d , b e c a u s e d i s c h a r g e s f r o m o n e f a c i l i t y i n o n e r i v e r s y s t e m c o u l d c o n s t i t u t e s o m e o f t h e i n f l o w s t o o n e o r m o r e f a c i l i t y i n o t h e r r i v e r s y s t e m as i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4.5 f o r R i v e r S y s t e m s T y p e I. I n a d d i t i o n t o h y d r o l o g i c c o u p l i n g , h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s a r e c o u p l e d d y n a m i c a l l y f r o m o n e t i m e p e r i o d t o t h e n e x t , b e c a u s e d e c i s i o n s o n f l o w r e l e a s e s m a d e at a n y t i m e p e r i o d a n d l o c a t i o n a f f e c t s d e c i s i o n s o n f l o w s i n o t h e r t i m e p e r i o d s a n d at o t h e r l o c a t i o n s i n t h e s t u d y . I n f l o w s t o r e s e r v o i r s m a y b e n a t u r a l o r m o d i f i e d b y t h e o p e r a t i o n o f a n u p s t r e a m p l a n t . A s i d e f r o m h y d r o p o w e r g e n e r a t i o n , h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s a r e a l s o o p e r a t e d t o s a t i s f y d i s c h a r g e r e q u i r e m e n t s a c c o r d i n g t o c e r t a i n r u l e s t h a t a r e set b y e n v i r o n m e n t a l , r e g u l a t o r y , n a v i g a t i o n , a n d l o n g - t e r m p l a n n i n g r e q u i r e m e n t s , as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 3.3, a n d S e c t i o n 4.4. F i g u r e 4.5 i l l u s t r a t e s a t y p i c a l s e t u p o f r i v e r s a n d r e s e r v o i r s f o r a h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g s y s t e m c o n t a i n i n g t w o r i v e r s y s t e m s . 8 5 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Market Env i ronmen t Figure 4 .5. Schematic of Typical River Systems with Reservoirs and Hydroelectric Facilities. T o c a p t u r e t h e c o m p l e x n a t u r e o f i n f l o w s t o a n d f r o m r e s e r v o i r s i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m , a m a t r i x s t r u c t u r e h a s b e e n u s e d t o d e s c r i b e f l o w s o u r c e s a n d d e s t i n a t i o n s . S e v e r a l i n c i d e n c e m a t r i c e s w e r e u s e d t o d e s c r i b e t h e t u r b i n e a n d s p i l l d i s c h a r g e s a n d i n f l o w s f r o m o r t o r e s e r v o i r s as f o l l o w s . T h e QTRjk a n d QSRjk m a t r i c e s d e s c r i b e s t h e t u r b i n e a n d s p i l l f l o w s f r o m h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t y j t o h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t y k (j e J, k e K: j = k). T h e i n d e x k r e p r e s e n t s t h e r o w s i n t h e m a t r i x w h i l e j r e p r e s e n t s t h e c o l u m n s . O t h e r m a t r i c e s w e r e u s e d t o d e s c r i b e t h e t u r b i n e UQTjk a n d s p i l l UQSjk h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t y ' s i n f l o w s f r o m f a c i l i t y j t o f a c i l i t y k (j e J, k e K: j * k). A n e n t r y o f '1' i n t h e m a t r i c e s i n d i c a t e s t h a t a p h y s i c a l f l o w o c c u r s f r o m o r b e t w e e n r e s e r v o i r s , w h i l e '0' i n d i c a t e s n o f l o w s . T h e s e s i m p l e , y e t p o w e r f u l , d e s c r i p t i o n s o f t h e s y s t e m h a v e a l l o w e d m o d e l i n g o f v e r y c o m p l e x p a t t e r n s o f f l o w s b e t w e e n r e s e r v o i r s . It a l s o a l l o w e d t h e m o d e l t o b e f o r m u l a t e d d y n a m i c a l l y as w i l l b e d i s c u s s e d i n C h a p t e r 5 ( S e c t i o n 5.1 a n d 5.2). 8 6 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment QTRjk = j y' + i j + 2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 J - l J k 1 0 0 \u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u00A2 0 0 k + \ 0 l 0 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u00A2 0 0 k + 2 0 0 1 \u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u00A2 0 0 K - l 0 0 0 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u00A2 0 0 K 0 0 0 1 QSRjk = j 7 + 1 j + 2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 J - l J k 1 0 0 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 0 0 k + \ 0 1 0 \u00E2\u0080\u00A2 0 0 k + 2 0 0 1 \u00E2\u0080\u00A2 0 0 K - l 0 0 0 1 0 K 0 0 0 \u00E2\u0080\u00A2 1 (4.5.1.1) (4.5.1.2) I n t h e QTR^ m a t r i x s h o w n a b o v e , t h e i n d e x j a n d k r e p r e s e n t s t h e s a m e f a c i l i t y , w h i c h g i v e s r i s e t o a s q u a r e m a t r i x . A t u r b i n e o u t f l o w s f r o m f a c i l i t i e s j, j+1, a n d J are a l s o d i s c h a r g e d f r o m f a c i l i t i e s k, k+1, a n d K r e s p e c t i v e l y . A s t h e v a l u e i n t h e m a t r i x that c o r r e s p o n d s t o f a c i l i t y ( J - l , K - l ) i s \" 0 \" i n QTRjk, t h e r e i s n o t u r b i n e d i s c h a r g e f r o m t h e f a c i l i t y . A s i m i l a r m a t r i x w a s u s e d t o d e s c r i b e s p i l l d i s c h a r g e s f r o m h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s , QSRjk- N o t e t h a t t h e r e a r e s p i l l s f r o m p l a n t ( J - l , K - l ) , s i n c e t h e c o r r e s p o n d i n g v a l u e i n t h e QSRjk m a t r i x i s \" 1 \" . UQTjk = j 7 + 1 j+2 k 0 1 0 k+\ 0 0 0 k+2 0 0 1 K - l 0 0 0 K 0 0 0 j \u00E2\u0080\u0094 i J 0 0 0 0 0 0 1 1 (4.5.1.3) 87 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Market Env i ronment UQSjk 7 7 + 1 7 + 2 J - l J k 0 0 0 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 0 0 k + \ 0 1 0 \u00E2\u0080\u00A2 0 0 k + 2 0 0 1 \u00E2\u0080\u00A2 0 0 (4.5.1.4) K - l 0 0 0 \u00E2\u0080\u00A2 1 0 K 0 0 0 1 M a t r i c e s d e s c r i b i n g a f a c i l i t y ' s u p s t r e a m i n f l o w s ( e x c l u d i n g s t r e a m i n f l o w s ) a r e a r r a n g e d s i m i l a r t o t h o s e i n f a c i l i t y ' s o u t f l o w s . N o t e tha t t h e f a c i l i t y ' s i n f l o w s c a n o r i g i n a t e f r o m o n e o r m o r e f a c i l i t i e s i n t h e s y s t e m . F o r e x a m p l e , i n t h e UQTjk m a t r i x , f a c i l i t y K - l r e c e i v e s t u r b i n e d i s c h a r g e s t h a t o r i g i n a t e s f r o m f a c i l i t y J - l a n d J, w h i l e f a c i l i t i e s k+1 a n d K r e c e i v e s n o u p s t r e a m t u r b i n e d i s c h a r g e s . u. Modeling Turbine and Spill Operations T o t a l s p i l l s f r o m a r e s e r v o i r at t i m e s t e p t c o n s i s t o f f i x e d (QSFkt, t e T), s p i l l s a n d v a r i a b l e s p i l l s (QSkt). F i x e d s p i l l s s a t i s f y r e g u l a t o r y a n d n o n - p o w e r r e q u i r e m e n t s , w h i l e v a r i a b l e s p i l l s d e p e n d o n t h e r e s e r v o i r ' s s t o r a g e l e v e l , a n d a r e e x p r e s s e d i n t h e m o d e l as a p i e c e w i s e l i n e a r p e n a l t y f u n c t i o n o f t h e r e s e r v o i r ' s s t o r a g e (5V,): as f o l l o w s : QSk, = f(Sk,). (4.5.1.5) T h e s p i l l c h a r a c t e r i s t i c f o r a r e s e r v o i r i s m o d e l e d as a o n e o r m o r e s e g m e n t p i e c e w i s e l i n e a r c u r v e , as s h o w n i n F i g u r e 4.6. T h e n u m b e r o f s e g m e n t s d e p e n d s o n the p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c o f t h e f r e e s p i l l s t r u c t u r e ( f r e e s p i l l w e i r o r s p i l l w a y s t r u c t u r e s ) , o r c o u l d b e s p e c i f i e d b y t h e u s e r t o r e f l e c t a c e r t a i n s p i l l p o l i c y o n c e a r e s e r v o i r i s at a c e r t a i n s t o r a g e l e v e l . T h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e f a c i l i t a t e s c o n c i s e d e s c r i p t i o n o f s u c h p i e c e w i s e l i n e a r Variable Reservoir Storage, Ski Figure 4.6. Spill Characteristics for Storage Reservoirs 88 A D e c i s i o n Support S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Market Env i ronment f u n c t i o n s , as d e s c r i b e d i n A n n e x G . T h e s p i l l c h a r a c t e r i s t i c d e s c r i b e d i n F i g u r e 4.6 i n d i c a t e s t h a t as l o n g as t h e r e s e r v o i r i s w i t h i n t h e f i r s t s t o r a g e z o n e , S\h t h e r e w i l l b e n o s p i l l s . H o w e v e r , o n c e t h e r e s e r v o i r s t o r a g e i n c r e a s e s a b o v e t h e f i r s t s t o r a g e z o n e , t h e s l o p e o f t h e p i e c e w i s e l i n e a r c u r v e t h a t c o r r e s p o n d s t o t h e S2kl s e g m e n t w i l l d e t e r m i n e d i s c h a r g e s i n t h e QS2k, s p i l l z o n e . I n t h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e , t h e u s e r s p e c i f i e s t h e s l o p e o f t h e s e g m e n t s , t h e b r e a k p o i n t s o f th e p i e c e w i s e l i n e a r c u r v e i n t h e r e s e r v o i r s t o r a g e a x i s , a n d t h e i n t e r c e p t o f t h e c u r v e w i t h t h e s p i l l a x i s i n o n e e q u a t i o n . S u c h c o n c i s e d e s c r i p t i o n s o f p i e c e w i s e l i n e a r f u n c t i o n s m a k e s a p p r o x i m a t i n g s u c h n o n - l i n e a r , c o n v e x , r e l a t i o n s h i p s v e r y c o n v e n i e n t f o r g e n e r a l i z e d m o d e l r e p r e s e n t a t i o n . ' T u r b i n e a n d s p i l l v a r i a b l e f l o w s f r o m a r e s e r v o i r at t i m e s t e p t (RTjkl, RSjkt) a r e d i r e c t l y s u b s t i t u t e d i n t h e m o d e l b y t h e t u r b i n e (QTkt) a n d s p i l l d i s c h a r g e s , RTjb = QTkt * QTRjk, (4.5.1.6) RSjb = (QSk, + QSFh) * QSRjk. (4.5.1.7) S i m i l a r l y , t h e t u r b i n e a n d s p i l l i n f l o w s t o a r e s e r v o i r (UTjkt, USjkt), a r e d i r e c t l y s u b s t i t u t e d i n t h e m o d e l , UTjb = QTkt * UQTjk (4.5.1 .8) USjk, = (QSk, + QSFkt) * QSRjk. (4.5.1.9) D i r e c t s u b s t i t u t i o n o f v a r i a b l e s a n d p a r a m e t e r s i s a n i m p o r t a n t f e a t u r e o f t h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e , as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.1. It r e d u c e s t h e p r o b l e m s i z e a n d a c c e l e r a t e s t h e s o l u t i o n t i m e r e q u i r e d t o s o l v e t h e p r o b l e m c o n s i d e r a b l y . T u r b i n e a n d s p i l l d i s c h a r g e s c o u l d b e l i m i t e d b y m a x i m u m t u r b i n e a n d s p i l l d i s c h a r g e s ( g r % f , QSMaxkl), a n d m i n i m u m (QT^inkt, QSMinkt) a l l o w a b l e l i m i t s . T h e s e l i m i t s a r e r e p r e s e n t e d i n t h e m o d e l as, QTMmk, < QTkt < QTMaxkt, (4.5.1.10) QSMinkt < (QSFh + QSkt) < QSMaxk,. (4.5.1.11) I n a d d i t i o n , t h e t o t a l d i s c h a r g e f r o m a p l a n t c o u l d b e l i m i t e d b y t h e m a x i m u m (QPMcv= Slope2 (4.5.2.13) Slope2 >= Slope3 (4.5.2.14) w h e r e Slope j i s t h e s l o p e o f t h e f i r s t l i n e a r s e g m e n t , Slope, = (a2-al)l{QBP2-QBPl), (4.5.2.15) a n d Slope2 i s t h e s l o p e o f t h e s e c o n d l i n e a r s e g m e n t 1 0 0 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment Slope, = (a3-a2)/(QBP3-QBP2), (4.5.2.16) a n d Slope3 i s t h e s l o p e o f t h e t h i r d l i n e a r s e g m e n t Slope, = (a4-a3)/(QBP4-QBP3). (4.5.2.17) \u00E2\u0080\u00A2 Step 6. O n c e c u r v e f i t t i n g i n S t e p 5 i s d o n e f o r a l l f o r e b a y e l e v a t i o n s , t h e G b r e a k p o i n t s (GBP1...GBP4) t h a t c o r r e s p o n d t o (QBPj...QBP4) r e s p e c t i v e l y a r e c a l c u l a t e d f o r e a c h f o r e b a y e l e v a t i o n , u s i n g t h e m o d e l d e s c r i b e d i n S t e p 5 w i t h t h e c o e f f i c i e n t s a\...a4. \u00E2\u0080\u00A2 Step 7. O n c e t h e GBPs a r e c a l c u l a t e d , a l i n e a r r e l a t i o n s h i p o f t h e f o r e b a y e l e v a t i o n s a n d t h e GBPs f o r e a c h QBPs a r e c u r v e - f i t t e d u s i n g E x c e l ' s L i n e a r S o l v e r . T h e l i n e a r c u r v e f i t t i n g y i e l d s t h e c o e f f i c i e n t s ( s l o p e m, a n d c o n s t a n t c) o f t h e s t r a i g h t l i n e t h a t r e p r e s e n t s t h e v a r i a t i o n o f p l a n t g e n e r a t i o n w i t h f o r e b a y l e v e l f o r e a c h QBPs, as i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4.13. T o c a l c u l a t e a p l a n t g e n e r a t i o n g i v e n i t s d i s c h a r g e ( o r v i s a v e r s a ) f o r a g i v e n f o r e b a y l e v e l , t h e d i s c h a r g e r a n g e m u s t b e f i r s t d e t e r m i n e d a n d t h e c o r r e s p o n d i n g e q u a t i o n c a n t h e n b e u s e d . A l i n e a r i n t e r p o l a t i o n w i l l t h e n b e r e q u i r e d t o i n t e r p o l a t e b e t w e e n t h e r e q u i r e d p o i n t o f i n t e r e s t a n d t h e t w o b r e a k p o i n t s t h a t l i m i t t h e g i v e n d i s c h a r g e . A s i m i l a r i n t e r p o l a t i o n w i l l y i e l d t h e p l a n t d i s c h a r g e g i v e n t h e p l a n t g e n e r a t i o n i f d e s i r e d . F o r i m p l e m e n t a t i o n i n t h e A M P L l a n g u a g e a n d t h e s i m u l a t o r a l l t h a t i s n e e d e d t o r e p r e s e n t a p l a n t ' s g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n a r e t h e b r e a k p o i n t s o f t h e t u r b i n e d i s c h a r g e (QBPs) a n d t h e c o e f f i c i e n t s o f t h e l i n e a r r e l a t i o n s h i p o f t h e g e n e r a t i o n b r e a k p o i n t s (GBPm's, GBPc's) f o r e a c h u n i t c o m b i n a t i o n , as l i s t e d i n T a b l e 4.4 b e l o w . T h e c u r v e - f i t t i n g p r o c e d u r e o u t l i n e d a b o v e p r o d u c e s v e r y a c c u r a t e p i e c e w i s e l i n e a r c u r v e s . It y i e l d s a t y p i c a l c u r v e f i t t i n g e r r o r o f a b o u t 0 . 3 0 % w i t h a m a x i m u m e r r o r o f 2 % . I n c o n t r a s t , t h e c o m m o n l y u s e d p o l y n o m i a l p l a n t f u n c t i o n s , y i e l d s a n a v e r a g e e r r o r o f 3 . 4 % w i t h a m a x i m u m e r r o r o f 1 6 . 5 % . F i g u r e 4.15 i l l u s t r a t e s t h e v a r i a t i o n o f e r r o r f o r t h r e e c u r v e f i t t i n g p r o c e d u r e s : p i e c e w i s e l i n e a r , l i n e a r , a n d t h e p o l y n o m i a l s . Table 4.4. Coefficients of the Generation Production Function Turbine Breakpoint Generation Breakpoint (m) Coefficients Generation Breakpoint (c) Coefficients QBPi GBP mi GBPci QBP2 GBPm2 GBPc2 QBP3 GBPm3 GBPc3 QBP4 GBPm4 GBPc4 101 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t 60.00 -30.00 -I 1 1 1 1 1 1 i 1 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 Plant Generation (G in MW) Figure 4.15. Variation of Curve Fitting Error by Three Curve Fitting Methods for a Typical Plant with Four Units. d. Correction for Downstream Tailwater Level S P U C a s s u m e s a c o n s t a n t d o w n s t r e a m w a t e r l e v e l w h e n c a l c u l a t i n g t h e o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t . T h i s i s the. m o s t l i k e l y w a t e r l e v e l u n d e r n o r m a l o p e r a t i n g c o n d i t i o n s . T o c o r r e c t f o r d i f f e r e n t d o w n s t r e a m w a t e r l e v e l s o t h e r t h a n t h o s e a s s u m e d b y S P U C , a c o r r e c t i o n t o t h e f o r e b a y l e v e l w a s m a d e t o c o m p e n s a t e f o r o t h e r t h a n n o r m a l c o n d i t i o n s . G e n e r a l l y , t h e s e c o r r e c t i o n s w e r e m i n o r . F o r m o r e d e t a i l s , s e e S e c t i o n 5.1. S t e p 4. e. Plant Generation Limits G e n e r a t i o n i n a p l a n t j at t i m e - s t e p t i s c o n s t r a i n e d b y t h e m i n i m u m ( G M m , r ) a n d t h e m a x i m u m (GMwCjt) p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l l i m i t s , GMinj, < Gj, < GMaxj, (4.5.2.18) T o c a l c u l a t e t h e m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t , t h e s i m u l a t o r c o n s i d e r s t h e f o l l o w i n g i n p u t p a r a m e t e r s ( s e e A n n e x A f o r d e t a i l s o n t h e s i m u l a t o r a l g o r i t h m ) : \u00E2\u0080\u00A2 T h e L R B m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t ( s p e c i f i e d b y t h e u s e r i n t h e L R B i n p u t d a t a f i l e s ) a s o u t l i n e d i n S e c t i o n 4.3.2; 1 0 2 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment \u00E2\u0080\u00A2 T h e m a x i m u m p l a n t d i s c h a r g e , as s p e c i f i e d b y t h e u s e r i n t h e G U I ( s e e S e c t i o n 4.3.2); \u00E2\u0080\u00A2 T h e p l a n t s p i l l s ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e m a x i m u m g e n e r a t i o n as c a l c u l a t e d b y t h e s i m u l a t o r as a f u n c t i o n o f t h e p l a n t ' s f o r e b a y a n d u n i t a v a i l a b i l i t y ( e q u a t i o n (4.5.2.19)) th a t a r e d e r i v e d f r o m S P U C d a t a b a s e , a s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4.16. GMaxj, = f(FBjt,Cjt). * (4.5.2.19) T h e s i m u l a t o r c a l c u l a t e s t h e v a l u e o f t h e m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t b y t a k i n g t h e -\ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Forebay Elevation (FB), in m Figure 4.16. Variation of Maximum Generation Limit with Forebay Level and Unit Availability for a Typical Plant with Four Units*. * Note that other unit combinations are omitted for presentation clarity. m i n i m u m o f t h e f o l l o w i n g : \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 T h e L R B m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e c a l c u l a t e d m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t s f r o m S P U C d a t a b a s e ; a n d \u00E2\u0080\u00A2 T h e c a l c u l a t e d m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t t h a t c o r r e s p o n d s t o t h e m i n i m u m o f : \u00E2\u0080\u00A2 t h e m a x i m u m t u r b i n e d i s c h a r g e l i m i t d e r i v e d f r o m S P U C d a t a b a s e ( s e e F i g u r e 4.17), a n d 103 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compet i t i v e P o w e r Ma rke t Env i ronment _| ! ! j ! ! ( ! p ( 1 Forebay Elevation (FB), Figure 4.17.. Variation of Maximum Turbine Discharge Limit with Forebay Level and Unit Availability for a Typical Plant with Four Units* Note that other unit combinations are omitted for presentation clarity. \u00E2\u0080\u00A2 t h e p l a n t t u r b i n e d i s c h a r g e t h a t i s c a l c u l a t e d b y s u b t r a c t i n g t h e s p i l l d i s c h a r g e f r o m t h e m a x i m u m p l a n t d i s c h a r g e s p e c i f i e d b y t h e u s e r i n t h e G U I ( s e e S e c t i o n 4.3.2). S i m i l a r l y , t h e m i n i m u m g e n e r a t i o n l i m i t (GM'njt) i s c a l c u l a t e d b y t h e s i m u l a t o r as t h e m a x i m u m o f : \u00E2\u0080\u00A2 t h e m i n i m u m v a l u e o f a l l o f t h e o p e r a b l e g e n e r a t i o n r a n g e s f o r a l l a v a i l a b l e u n i t s . T y p i c a l l y , t h e r e a r e t h r e e i n o p e r a b l e r a n g e s f o r e a c h u n i t i n a p l a n t , a n d t h e s i m u l a t o r s e a r c h e s f o r t h e m i n i m u m v a l u e o f a l l o f t h e s e r a n g e s f o r e a c h u n i t a n d u s e s i t as t h e m i n i m u m ; a n d \u00E2\u0080\u00A2 t h e c a l c u l a t e d m i n i m u m g e n e r a t i o n l i m i t t h a t c o r r e s p o n d s t o t h e m i n i m u m p l a n t d i s c h a r g e s p e c i f i e d b y t h e u s e r i n t h e G U I ( s e e S e c t i o n 4.3.2), l e s s s p i l l s . O n c e c a l c u l a t e d b y t h e s i m u l a t o r , t h e m i n i m u m a n d m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t s a r e p a s s e d t o t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l at e a c h i t e r a t i o n i n t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m ( s e e S e c t i o n 5.1). 1 0 4 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t I n a d d i t i o n t o t h e m i n i m u m a n d m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t s , t h e G U I a l s o a l l o w s t h e u s e r t o i m p o s e o p t i o n a l c o n s t r a i n t s t h a t f i x t h e L R B g e n e r a t i o n s c h e d u l e ( G p) f o r a p l a n t i n a n o p t i m i z e d r i v e r s y s t e m ( s e e S e c t i o n 4.3.2), Gp = GLRBp. (4.5.2.20) 4.5.3 Modeling of Thermal Generation O n e t y p e o f t h e r m a l g e n e r a t i o n i s i n c l u d e d i n t h e m o d e l (GTher,). T h e r m a l g e n e r a t i o n i s a f u n c t i o n o f t h e q u a n t i t y o f g a s u s e d (BThert) i n G J ( G i g a J o u l e s ) , a n d t h e t h e r m a l u n i t a v a i l a b i l i t y (CTher,). It i s m o d e l e d b y a p i e c e w i s e l i n e a r c u r v e s i m i l a r t o t h a t o f t h e h y d r a u l i c t u r b i n e s as d i s c u s s e d a b o v e , GTher, = f(BTher,,CThen). (4.5.3.1) T h e t o t a l q u a n t i t y o f g a s ( i n G J ) t h a t c a n b e u s e d i n t h e s t u d y (BTherTotal) i s f i x e d b y a gas c o n t r a c t a n d i s m o d e l e d as a h a r d c o n s t r a i n t , 2ZTt=,BTher, = BTherTotal (4.5.3.2) w h i l e t h e t o t a l g e n e r a t i o n i n t h e t h e r m a l p l a n t i s c o n s t r a i n e d b y t h e m a x i m u m (GTherMax,) a n d m i n i m u m (GTherMmt) g e n e r a t i o n l i m i t s as f o l l o w s , GTherMin, < GTher, D,. (4.5.4.1) P r e s c h e d u l e d t r a n s a c t i o n s a r e f i x e d p a r a m e t e r s i n t h e m o d e l th a t a r e s a v e d f r o m t h e L R B s y s t e m as d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4.3.1, w h i l e n e t s p o t s a l e s a r e v a r i a b l e s i n t h e m o d e l , e x c e p t w h e r e i n d i c a t e d o t h e r w i s e . 4.5.5 Modeling Operating Reserve and Regulating Margin Requirements I n a d d i t i o n t o e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n , g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s are a l s o o p e r a t e d t o m e e t r e a l - t i m e o p e r a t i o n a l r e q u i r e m e n t s s u c h as s p i n n i n g r e s e r v e o b l i g a t i o n s (GOR j) a n d r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t (RMR) as d e f i n e d b y t h e W e s t e r n S y s t e m C o o r d i n a t i n g C o u n c i l ( W S C C ) r e l i a b i l i t y c r i t e r i a ( W S C C , 1997). T o m e e t t h e s e r e q u i r e m e n t s , e q u a t i o n (4.5.2.18) i s m o d i f i e d i n t h e m o d e l as f o l l o w s : GM'\"j, < (Gj, * ( 1 + GOROj) + GRMRjt) < GMaxj, (4.5.5.1) w h e r e GRMRj, i s a v a r i a b l e i n t h e m o d e l t h a t r e p r e s e n t s t h e c o n t r i b u t i o n o f p l a n t j t o t h e t o t a l r e g u l a t i n g m a r g i n (RMR). T o e n s u r e t h a t t h e r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t i s m e t at e a c h t i m e s t e p t, t h e m o d e l i n c l u d e s the r e g u l a t i n g m a r g i n b u f f e r c o n s t r a i n t as f o l l o w s , 2Zl,GRMRj,>RMR. (4.5.5.2) 105 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m lor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Ma rke t Env i ronmen t T h e RMR a n d t h e GOROj a r e s p e c i f i e d b y t h e u s e r i n t h e G U I as d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4.3.2. 4.5.6 Modeling Import and Export Transfer Capability T i e l i n e m a x i m u m a n d m i n i m u m a v a i l a b l e t r a n s f e r c a p a b i l i t y f o r n e t s a l e s {NSSMaxmt, NSSMmmt) l i m i t s t h e n e t s p o t s a l e s t o m a r k e t s i n t h e U.S. a n d A l b e r t a as f o l l o w s , NSS Minm, < NSSm! < NSS Maxm,, (4.5.6.1) T h e l i m i t s o n n e t s p o t s a l e s f o r e a c h m a r k e t a r e u s e r i n p u t s i n t h e G U I , as d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4.3.2. 4.6 S T O M O P T I M I Z A T I O N M O D E L S S T O M p r o v i d e s t h e u s e r w i t h t h e f a c i l i t y t o s e l e c t o n e o f f o u r o b j e c t i v e f u n c t i o n s f o r t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y ( s e e S e c t i o n 4.3.2): m a x i m i z e e f f i c i e n c y ; m i n i m i z e t h e c o s t o f w a t e r u s e d ; m a x i m i z e p o w e r p r o d u c t i o n f o r a g i v e n s t o r a g e t a r g e t l e v e l ; a n d m a x i m i z e p r o f i t s . F o r e a c h o b j e c t i v e f u n c t i o n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l i s d y n a m i c a l l y f o r m u l a t e d b y t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m u s i n g t h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e . T h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s are f o r m u l a t e d i n t w o st e p s . F i r s t , t h e v a r i a b l e s , t h e set o f e q u a t i o n s , a n d t h e p a r a m e t e r s c o m m o n a m o n g t h e f o u r o b j e c t i v e f u n c t i o n s a r e i n c l u d e d i n t h e m o d e l . S e c o n d , t h e a d d i t i o n a l v a r i a b l e s , c o n s t r a i n t s a n d p a r a m e t e r s s p e c i f i c t o e a c h o b j e c t i v e f u n c t i o n a r e t h e n a d d e d t o t h e m o d e l . T h e f o l l o w i n g s u b s e c t i o n s l i s t t h e g e n e r a l i z e d o p t i m i z a t i o n m o d e l c o m m o n t o a l l o b j e c t i v e f u n c t i o n s , a n d th e a d d i t i o n a l v a r i a b l e s , c o n s t r a i n t s a n d p a r a m e t e r s r e q u i r e d f o r e a c h o b j e c t i v e f u n c t i o n . M o r e d e t a i l s o n d y n a m i c f o r m u l a t i o n o f t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s f o r e a c h o b j e c t i v e f u n c t i o n c a n b e f o u n d i n S e c t i o n 5.1. 4.6.1. The Generalized Optimization Model O p t i m i z a t i o n m o d e l s a r e u s u a l l y d i v i d e d i n t o t h r e e b a s i c c o m p o n e n t s : t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n ; t h e d e c i s i o n v a r i a b l e s ; a n d th e c o n s t r a i n t s . T h e s e a r e d i s c u s s e d b e l o w . i . D e c i s i o n V a r i a b l e s T h e d e c i s i o n v a r i a b l e s i n t h e c o m m o n m o d e l a r e o f t w o t y p e s , i n d e p e n d e n t a n d d e p e n d e n t v a r i a b l e s . I n d e p e n d e n t v a r i a b l e s a r e t h o s e t h a t t h e o p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m s e a r c h e s f o r , w h i l e t h e d e p e n d e n t v a r i a b l e s a r e c a l c u l a t e d b y th e m o d e l ' s e q u a t i o n s . T h e r e a r e t w o c a t e g o r i e s o f v a r i a b l e s i n t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m : h y d r o v a r i a b l e s , a n d p o w e r g e n e r a t i o n v a r i a b l e s . T h e h y d r o v a r i a b l e s a r e c o n t i n u o u s , w h i l e t h e p o w e r g e n e r a t i o n v a r i a b l e s a r e d i s c r e t e , as f o l l o w s : \u00E2\u0080\u00A2 T h e i n d e p e n d e n t t u r b i n e d i s c h a r g e v a r i a b l e s , QTp, i n c u b i c m e t e r s p e r s e c o n d , \u00E2\u0080\u00A2 T h e i n d e p e n d e n t f o r c e d s p i l l d i s c h a r g e v a r i a b l e s , QSp, i n c u b i c m e t e r s p e r s e c o n d , \u00E2\u0080\u00A2 T h e d e p e n d e n t t o t a l p l a n t d i s c h a r g e v a r i a b l e s , QPkt, i n c u b i c m e t e r s p e r s e c o n d , \u00E2\u0080\u00A2 T h e d e p e n d e n t r e s e r v o i r s t o r a g e v a r i a b l e s , S^t, i n c u b i c m e t e r s p e r s e c o n d f o r o n e d a y , \u00E2\u0080\u00A2 T h e d e p e n d e n t p l a n t g e n e r a t i o n v a r i a b l e s , (Gp), i n m e g a w a t t s f o r e a c h h o u r . 10 6 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-time H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Competitive P o w e r Marke t Env i ronment I n a d d i t i o n , t h e r e a r e o t h e r v a r i a b l e s t h a t a r e s p e c i f i c f o r o t h e r o b j e c t i v e f u n c t i o n s , as d e s c r i b e d i n s u b s e q u e n t s u b s e c t i o n s . ii. The Constraints T h e r e a r e t w o d i f f e r e n t t y p e s o f g e n e r a l c o n s t r a i n t s f o r t h i s p r o b l e m : h y d r o c o n s t r a i n t s , a n d p o w e r g e n e r a t i o n c o n s t r a i n t s . T h e hydro constraints, as d i s c u s s e d i n s e c t i o n 4.5.1, are: t h e p i e c e w i s e f u n c t i o n r e p r e s e n t i n g t h e f o r c e d s p i l l d i s c h a r g e s f r o m a r e s e r v o i r , QSk, = f(Sk<), (4.6.1.1) t h e m a t r i c e s r e p r e s e n t i n g t h e t u r b i n e d i s c h a r g e s f r o m a r e s e r v o i r , RTjh = QTkt * QTRjk, (4.6.1.2) t h e m a t r i c e s r e p r e s e n t i n g t h e s p i l l d i s c h a r g e s f r o m a r e s e r v o i r , RSjk, = (QSkt + QSFk,)*QSRjk, (4.6.1.3) t h e m a t r i c e s r e p r e s e n t i n g t h e u p s t r e a m t u r b i n e i n f l o w s t o e a c h r e s e r v o i r , UTjk, = QTj,*UQTjk, (4.6.1.4) the m a t r i c e s r e p r e s e n t i n g t h e u p s t r e a m s p i l l i n f l o w s t o e a c h r e s e r v o i r , USjk, =-(QSh + QSFkt) * UQSjk (4.6.1.5) the u p p e r a n d l o w e r b o u n d s o n t u r b i n e d i s c h a r g e f r o m e a c h r e s e r v o i r , QTMinkt < QTkt < QTMaxkt, (4.6.1.6) the u p p e r a n d l o w e r b o u n d s o n t o t a l s p i l l d i s c h a r g e s f r o m a r e s e r v o i r s , QSMink, < (QSFkt + QSkt) < QS Maxk,, (4.6.1.7) t h e t o t a l p l a n t d i s c h a r g e f r o m e a c h r e s e r v o i r , QPk, = QTkt + QSk, + QSFkt, (4.6.1.8) t h e u p p e r a n d l o w e r b o u n d s o n t o t a l p l a n t d i s c h a r g e f r o m e a c h r e s e r v o i r , QPMinkt < QPk, < QPMaxkt (4.6.1.9) t h e m a s s - b a l a n c e ( c o n t i n u i t y ) e q u a t i o n f o r r e s e r v o i r s , t h a t c o u p l e s t h e s t o r a g e d e p e n d e n t d e c i s i o n v a r i a b l e s a c r o s s t i m e , Sku +1) = Sk, + ( - Z j = 1 RTjk, - Z j = , RSjk, + Z j - i UTjh + I j = I USjk, + NRIti) 124, (4.6.1.10) and , t h e u p p e r a n d l o w e r b o u n d s o n e a c h r e s e r v o i r s t o r a g e , SMink, D, (4.6.2.2) 4.6.3. Minimize the Cost of Water Used Optimization Model i. Objective Function T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n u s e s t h e C o s t F a c t o r , CF, t o w e i g h t h e t u r b i n e a n d t h e s p i l l d i s c h a r g e s f o r e a c h p l a n t , w h i c h w h e n a g g r e g a t e d o v e r the s t u d y d u r a t i o n r e s u l t i n m i n i m i z i n g t h e t o t a l c o s t o f w a t e r u s e d b y t h e o p t i m i z e d p l a n t s . CF i s a u s e r i n p u t p a r a m e t e r f o r e a c h p l a n t , a n d i t r e f l e c t s t h e c o s t o f w a t e r t o b e u s e d f o r p o w e r g e n e r a t i o n a n d s p i l l s f r o m e a c h p l a n t . A h i g h C F c o r r e s p o n d s t o m o r e c o s t l y ( v a l u a b l e ) w a t e r f r o m t h e c o r r e s p o n d i n g p l a n t . T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n i s t y p i c a l l y u s e d w h e n th e u s e r p r e f e r s t o h a v e m o r e c o n t r o l o n t h e a m o u n t o f w a t e r u s e d f r o m e a c h p l a n t , p a r t i c u l a r l y f r o m t h e u p p e r - m o s t r e s e r v o i r s i n e a c h r i v e r s y s t e m (e.g. t h e K i n b a s k e t i n t h e C o l u m b i a , o r t h e W i l l i s t o n i n t h e P e a c e ) . It c o u l d b e u s e d i n t h e p r o c e s s o f p r e p a r i n g p r e l i m i n a r y h o u r l y p l a n n i n g s c h e d u l e s f o r s e v e r a l d a y s a h e a d ( u p t o o n e w e e k ) t h a t c o u l d r e f l e c t t h e \" G e n e r a t i o n S c h e d u l e P r e f e r e n c e O r d e r \" f o r t h e p l a n n i n g p e r i o d . I f t h e u s e r w i s h e s t o u s e m o r e w a t e r f r o m a 108 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t p a r t i c u l a r p l a n t , t h e n a l o w e r C F r e l a t i v e v a l u e c o u l d b e a s s i g n e d t o that p l a n t . T h e d e f a u l t C F v a l u e s a r e c a l c u l a t e d i n t h e G U I b y d i v i d i n g 1.0 b y t h e n u m b e r o f p l a n t s s e l e c t e d f o r o p t i m i z a t i o n . A l t h o u g h i t i s a g o o d p r a c t i c e t o n o r m a l i z e t h e C F v a l u e s t o a d d u p t o 1.0, i t i s , h o w e v e r , n o t a r e q u i r e m e n t . I f t h e u s e r h a s a c c e s s t o t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r f o r e a c h p l a n t ( i n $/m 3/s) i n t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y , t h e s e v a l u e s c a n b e e n t e r e d , a n d t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y w i l l t h e n m i n i m i z e t h e t o t a l v a l u e o f t h e p l a n t s ' d i s c h a r g e s u s e d t o m e e t t h e l o a d a n d to m e e t s p i l l s r e q u i r e m e n t s . T h e o b j e c t i v e f u n c t i o n i s e x p r e s s e d i n t h e m o d e l as, Minimize: \u00C2\u00A3 j = , Tl,(QTj, + QSj, + QSFj,)* CFj. . . (4.6.3.1) ii. Additional Decision Variables T h e r e a r e n o a d d i t i o n a l d e c i s i o n v a r i a b l e s f o r t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n . iii. Additional Constraints I n a d d i t i o n t o e q u a t i o n s i n t h e g e n e r a l i z e d m o d e l (4.6.1.1-4.6.1.13), t h e o n l y a d d i t i o n a l c o n s t r a i n t f o r t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n i s t h e h y d r o - g e n e r a t i o n c o u p l i n g e q u a t i o n r e p r e s e n t i n g t h e l o a d - r e s o u r c e b a l a n c e , as d i s c u s s e d i n s e c t i o n 4.5.4. N o t e tha t t h e r m a l g e n e r a t i o n (Gther,) as w e l l as th e n e t s p o t s a l e s (NSSml) a r e f i x e d at t h e i r L R B v a l u e s . T h e l o a d - r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n i s e x p r e s s e d i n t h e m o d e l as, I U Gjt + E t ; GSims, + GTher, - 1 \" , NSS,mt - I \" , PNSm, > D, (4.6.3.2) 4.6.4 Maximize the Value of Power Production Optimization Model i. Objective Function T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n m a x i m i z e s t h e v a l u e o f t h e a d d i t i o n a l p o w e r t h a t c o u l d b e g e n e r a t e d i n t h e s t u d y , p r o v i d e d that t a r g e t r e s e r v o i r l e v e l s at t h e e n d o f t h e s t u d y a r e met. T h e t a r g e t r e s e r v o i r l e v e l s a r e d e t e r m i n e d b y s i m u l a t i n g f o r e b a y l e v e l s , f o r e a c h p l a n t , g i v e n t h e L R B g e n e r a t i o n s c h e d u l e , r e s e r v o i r ' s s p i l l s a n d i n f l o w s . I n t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n , t h e o p t i m i z e d s p o t s a l e s c h e d u l e s (SpotPower,) a r e w e i g h t e d b y u s e r - i n p u t h o u r l y s p o t p r i c e s t h a t r e f l e c t e s t i m a t e s o f t h e p r e v a i l i n g m a r k e t c o n d i t i o n s o v e r t h e s t u d y d u r a t i o n . T h e u s e r i n t h e G U I c o u l d s h a p e t h e h o u r l y s p o t p r i c e s t r u c t u r e t o r e f l e c t peak-, h i g h - , a n d l o w - l o a d h o u r p r i c e s . T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n i s t y p i c a l l y u s e d w h e n t h e u s e r w o u l d l i k e t o m a x i m i z e t h e s h o r t - t e r m r e v e n u e s f r o m s p o t s a l e s i n t h e p r o c e s s o f p r e p a r i n g p r e l i m i n a r y h o u r l y p l a n n i n g s c h e d u l e s f o r s e v e r a l d a y s a h e a d ( u p t o o n e w e e k ) . T h e o b j e c t i v e f u n c t i o n i s e x p r e s s e d i n t h e m o d e l as, Maximize: Tlt=,SpotPowert* SpotPricet (4.6.4.1) ii. Additional Decision Variables T h e r e i s o n e a d d i t i o n a l i n d e p e n d e n t v a r i a b l e i n t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n , a n d i t r e p r e s e n t s t h e a d d i t i o n a l h o u r l y s p o t p o w e r {SpotPower,) t h a t c o u l d b e g e n e r a t e d a n d p o s s i b l y s o l d i n t h e s p o t m a r k e t g i v e n t h e f i x e d r e s e r v o i r ' s t a r g e t l e v e l s . iii. Additional Constraints I n a d d i t i o n t o t h e e q u a t i o n s i n t h e g e n e r a l i z e d m o d e l (4.6.1.1-4.6.1.13), t w o a d d i t i o n a l 1 0 9 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t c o n s t r a i n t s a r e a d d e d . T h e f i r s t , f i x e s t h e s t o r a g e l e v e l f o r e a c h o p t i m i z e d r e s e r v o i r s t o t h e ( L R B ) s c h e d u l e d s t o r a g e at t h e l a s t t i m e s t e p i n t h e s t u d y , T h e s e c o n d c o n s t r a i n t i s t h e h y d r o - g e n e r a t i o n c o u p l i n g e q u a t i o n r e p r e s e n t i n g t h e l o a d -r e s o u r c e b a l a n c e , as d i s c u s s e d i n s e c t i o n 4.5.4. N o t e th a t t h e r m a l g e n e r a t i o n (Gther,) as w e l l as t h e n e t s p o t s a l e s (NSSml) a r e f i x e d at t h e i r L R B v a l u e s , a n d t h e n e w v a r i a b l e SpotPower, i s a d d e d t o th e e q u a t i o n . T h e l o a d - r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n i s e x p r e s s e d i n t h e m o d e l as, ZU Gj, + Zl, GSims, + GTher, - Zt, NSSim, - Zt, PNSm, - SpotPower, > D, (4.6.4.3) 4.6.5 Maximize the Profit Optimization Model i . O b j e c t i v e F u n c t i o n F o r a h y d r o e l e c t r i c s y s t e m w i t h s i g n i f i c a n t m u l t i - y e a r s t o r a g e , t h e p r i m e o b j e c t i v e i s t o f i r s t m e e t t h e d o m e s t i c l o a d d e m a n d a n d f i r m e x p o r t / i m p o r t c o n t r a c t s a n d t h e n t o m a k e t h e o p t i m a l t r a d e - o f f b e t w e e n p r e s e n t b e n e f i t s , e x p r e s s e d as r e v e n u e s f r o m r e a l - t i m e s p o t e n e r g y s a l e s , a n d t h e p o t e n t i a l e x p e c t e d l o n g - t e r m v a l u e o f r e s o u r c e s , e x p r e s s e d as t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r s t o r e d i n r e s e r v o i r s . I n o t h e r w o r d s , t h e d e c i s i o n t o b e m a d e i s w h e n a n d h o w m u c h t o i m p o r t a n d / o r e x p o r t a n d h o w m u c h t h e r m a l e n e r g y t o g e n e r a t e as w e l l as w h e n , w h e r e a n d h o w m u c h w a t e r t o s t o r e i n o r d r a f t f r o m r e s e r v o i r s w h i l e m e e t i n g t h e d o m e s t i c l o a d a n d t h e f i r m e x p o r t / i m p o r t c o n t r a c t s . T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n i s i n t e n d e d f o r u s e i n t h e S h i f t O f f i c e i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s m o d e . T h e o b j e c t i v e i s e x p r e s s e d i n t h e m o d e l as, + Zt, Zl, NSSm,*NSSPricem, TTK \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 (4.6.5.1) +Zk=l(SkT - STargetkT)*MVWk*24*3600 -ZT,=lGThert*TIC, T h e f i r s t t e r m r e p r e s e n t s t h e s u m o f r e v e n u e s ( o r c o s t s ) a c c r u e d f r o m n e t s p o t e n e r g y (4.6.4.2) Maximize: S Value of water in storage c 0 0 Reservoir storage, nr Figure 4.18. Value of Water in Storage and Marginal Value of Water for Time SteD t 1 1 0 A D e c i s i o n Suppo r t S y s t e m lor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment 2 Planning study duration Figure 4.19. Marginal Value of Water as a Function of Storage and Time e x p o r t s ( o r i m p o r t s ) , g i v e n f o r e c a s t h o u r l y s p o t p r i c e s (NSSPriceml) i n $ / M W H r , i n t h e U.S. a n d A l b e r t a e l e c t r i c i t y m a r k e t s . T h e s e c o n d t e r m r e p r e s e n t s t h e s u m o f s t o r a g e c o s t ( o r a d d e d s t o r a g e v a l u e ) o f d e v i a t i n g f r o m t h e t e r m i n a l t a r g e t s t o r a g e l e v e l (STargetkT) at t a r g e t h o u r ( 7 ) . F o r e a c h o p t i m i z e d r e s e r v o i r , m u l t i p l y i n g t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e o p t i m i z e d s t o r a g e at t h e t a r g e t h o u r ( S * r ) a n d t h e t a r g e t s t o r a g e (STargetkT) b y t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r (MVWk), i n $/m 3, y i e l d s i t s s t o r a g e c o s t ( o r a d d e d s t o r a g e v a l u e ) . T h e MVWk a n d t h e STargetkT a r e c a l c u l a t e d i n t h e m o d e l f r o m t h e Rbchj ( R a t e f o r B . C . H y d r o ) a n d t h e t a r g e t f o r e b a y l e v e l s r e s p e c t i v e l y . T h e u s e r s p e c i f i e s Rbchj a n d t h e t a r g e t f o r e b a y l e v e l i n t h e G U I , as d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4.3.2. T h e t h i r d t e r m a c c o u n t s f o r t h e c o s t o f t h e r m a l g e n e r a t i o n , a n d i s c a l c u l a t e d b y m u l t i p l y i n g t h e o p t i m i z e d t h e r m a l g e n e r a t i o n b y t h e t h e r m a l e n e r g y i n p u t c o s t (TIC,) i n $ / M W H r , w h i c h i s c a l c u l a t e d f r o m a u s e r - i n p u t i n t h e L R B s y s t e m o n t h e c o s t o f t h e g a s c o n t r a c t . T h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r a n d t h e t a r g e t s t o r a g e f o r e a c h r e s e r v o i r a r e p r e d e t e r m i n e d f r o m l o n g a n d m e d i u m t e r m o p t i m i z a t i o n s t u d i e s , w h i c h y i e l d a w a t e r v a l u e f u n c t i o n , as d e s c r i b e d i n S e c t i o n 3.2.4. S t o c h a s t i c d y n a m i c - p r o g r a m m i n g a n d o t h e r m o d e l s e s t a b l i s h t h e v a l u e o f w a t e r s t o r e d i n r e s e r v o i r s a s a f u n c t i o n o f s t o r a g e l e v e l s a n d t h e s t u d y d u r a t i o n , as i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4.18. T h e d e r i v a t i v e o f t h e v a l u e o f w a t e r f u n c t i o n y i e l d s t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r f o r t h e d u r a t i o n o f t h e p l a n n i n g h o r i z o n a n d f o r e a c h s t o r a g e state, a s h o w n i n F i g u r e 4.19. I l l A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compet i t i v e P o w e r Ma rke t Env i r onmen t Reservoir Storage, Sh, m MVWK Study duration net inflow A \u00E2\u0080\u0094 Target storage, ^TargetkT Optimal production E Start of study End of study, T Time, t F i g u r e 4.20. C u t o f t h e W a t e r V a l u e F u n c t i o n . F o r u s e i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s m o d e , a c u t o f t h e s e c u r v e s ( s e c t i o n 1-1 s h o w n i n F i g u r e 4.19) f o r t h e s t u d y d u r a t i o n p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e v a l u e o f w a t e r f o r t h e n e x t d e c i s i o n t i m e f r a m e . A s s h o w n i n F i g u r e 4.20, at t h e st a r t o f t h e s t u d y , r e s e r v o i r s t o r a g e i s at p o i n t A . D u r i n g t h e s t u d y , t h e s t o r a g e c h a n g e s t o p o i n t B , i f g e n e r a t i o n w a s at i t s m i n i m u m a l l o w a b l e p r o d u c t i o n l e v e l , w i t h t h e n e t i n c r e a s e i n s t o r a g e b e i n g t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n p o i n t s B a n d C . D e p e n d i n g o n t h e p r e v a i l i n g e l e c t r i c i t y m a r k e t c o n d i t i o n s a n d t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r (MVWk), p r o d u c t i o n f r o m a h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t y c a n c a u s e t h e r e s e r v o i r t o e n d a n y w h e r e b e t w e e n p o i n t s B a n d E . I f t h e a s s u m p t i o n s u s e d i n t h e l o n g a n d m e d i u m - t e r m p l a n n i n g m o d e l s ( m a r k e t , i n f l o w a n d m o d e l i n g d e t a i l a s s u m p t i o n s ) w e r e r e a s o n a b l y a c c u r a t e , t h e n t h e o p t i m a l p r o d u c t i o n a n d t a r g e t r e s e r v o i r s t o r a g e l e v e l s c o u l d c o i n c i d e . H o w e v e r , i f t h e a s s u m p t i o n s w e r e s l i g h t l y o f f - t h e - m a r k , t h e n a s l i g h t d e v i a t i o n f r o m t h e r e s e r v o i r ' s t a r g e t s t o r a g e l e v e l c o u l d o c c u r . W i t h v e r y h i g h m a r k e t p r i c e s p r o d u c t i o n i s m a x i m i z e d , a n d t h e r e s e r v o i r ' s s t o r a g e c o u l d b e d r a w n - d o w n to p o i n t E . I f t h e v a l u e o f t h e s p o t t r a d i n g s a l e s s l i g h t l y e x c e e d s t h e v a l u e o f d e v i a t i o n f r o m t h e t a r g e t s t o r a g e l e v e l , t h e n s t o r a g e w o u l d d r o p to p o i n t D. T h u s , d e p e n d i n g o n the MVWk a n d m a r k e t p r i c e s , t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l d e t e r m i n e s t h e o p t i m a l t r a d e o f f b e t w e e n t h e p r e s e n t b e n e f i t s a n d t h e e x p e c t e d l o n g - t e r m v a l u e o f r e s o u r c e s . T h i s o p t i m i z a t i o n p r o c e s s i s e q u i v a l e n t t o f i n d i n g t h e p o i n t o f i n t e r s e c t i o n b e t w e e n t h e r e s o u r c e v a l u e f u n c t i o n a n d t h e m a r k e t d e m a n d f u n c t i o n f o r r e s o u r c e s s e l e c t e d f o r o p t i m i z a t i o n ( h y d r o , t h e r m a l a n d s p o t s a l e s ) . I f t h e i n t e r s e c t i o n p o i n t c o r r e s p o n d i n g t o a p r o d u c t i o n l e v e l h i g h e r t h a n t h e f i r m d e m a n d a n d t h e f i r m e x p o r t / i m p o r t c o n t r a c t s , t h e n p r o d u c t i o n s u r p l u s ( i n e x c e s s o f t h e f i r m l o a d d e m a n d a n d e x p o r t s ) c o u l d b e o f f e r e d f o r s a l e i n t h e s p o t m a r k e t , as i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4.21. O t h e r w i s e , i f t h e o p t i m a l p r o d u c t i o n l e v e l f a l l s s h o r t o f f i r m l o a d d e m a n d a n d t h e f i r m e x p o r t / i m p o r t c o n t r a c t s , it b e c o m e s n e c e s s a r y t o b u y p o w e r f r o m t h e s p o t m a r k e t . T h u s t h e p o i n t s o f i n t e r s e c t i o n b e t w e e n t h e w a t e r v a l u e f u n c t i o n a n d t h e m a r k e t d e m a n d f u n c t i o n d e t e r m i n e t h e o p t i m a l p r o d u c t i o n l e v e l a n d t h e a m o u n t o f s p o t t r a d e s a l e s . T h e r e s o u r c e v a l u e f u n c t i o n d o e s n o t i n c r e a s e at a c o n s t a n t rate, m a i n l y d u e t o t h e d e c l i n e i n w a t e r a n d g a s u s e e f f i c i e n c y at h i g h e r p r o d u c t i o n l e v e l s . 1 1 2 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t Power Production, in MWHr Figure 4.21. Determination of Optimal Production Level Using the Resource Value Function and the Market Demand Function T h e c u r r e n t i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M a s s u m e s t h a t t h e m a r k e t d e m a n d f u n c t i o n f o r B . C . H y d r o i s l i m i t e d b y t h e t r a n s f e r c a p a b i l i t y o f t h e t i e l i n e s t h a t l i n k B . C . H y d r o ' s t r a n s m i s s i o n s y s t e m t o m a r k e t s i n A l b e r t a a n d t h e U.S., a n d b y t h e m a x i m u m p r o d u c t i o n l e v e l , as s h o w n i n F i g u r e 4.21. P o w e r E x p r o v i d e s h o u r l y f o r e c a s t s p o t p r i c e s t h a t r e p r e s e n t t h e a v e r a g e p r i c e s i n t h e A l b e r t a a n d U.S. e l e c t r i c i t y m a r k e t s , a n d a l s o p r o v i d e s t h e h o u r l y l i m i t s o n t h e t i e l i n e c a p a c i t i e s t o A l b e r t a a n d t h e U.S. F u t u r e i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M p l a n s t o i n c l u d e t h e h o u r l y d e m a n d c u r v e f o r b o t h m a r k e t s o n c e t h i s i n f o r m a t i o n b e c o m e s a v a i l a b l e . It s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e h o u r l y s h a d o w p r i c e ( d u a l v a r i a b l e ) o f t h e l o a d r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n i n t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n p r o v i d e s w h a t i s k n o w n i n t h e i n d u s t r y as t h e m a r k e t -c l e a r i n g p r i c e f o r B . C . H y d r o r e s o u r c e s . F u r t h e r d i s c u s s i o n o n s e n s i t i v i t y a n a l y s i s c a n b e f o u n d i n C h a p t e r 6. T h e a b o v e d i s c u s s i o n o n t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n i n t r o d u c e d t w o c o n c e p t s : t h e c o n c e p t o f i m p l i e d m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r , a n d t h e c o n c e p t o f p r o x i m a l a n a l y s i s f o r p r o f i t m a x i m i z a t i o n , as d i s c u s s e d f u r t h e r i n C h a p t e r 7. 113 A D e c i s i o n Support S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Market Env i ronment ii. Additional Decision Variables T h e r e a r e s e v e r a l a d d i t i o n a l i n d e p e n d e n t v a r i a b l e s i n t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n : \u00E2\u0080\u00A2 T h e i n d e p e n d e n t t h e r m a l g e n e r a t i o n v a r i a b l e s (Gther,, Bther,) t h a t r e p r e s e n t g e n e r a t i o n o f t h e B u r r a r d t h e r m a l g e n e r a t i n g s t a t i o n as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5.3, \u00E2\u0080\u00A2 T h e i n d e p e n d e n t n e t s p o t s a l e s (NSSml) i n t h e U.S. a n d t h e A l b e r t a e l e c t r i c i t y s p o t m a r k e t s as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5.4, a n d \u00E2\u0080\u00A2 T h e r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t f o r e a c h p l a n t , GRMRjh as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5.5. iii. Additional Constraints I n a d d i t i o n t o e q u a t i o n s i n t h e g e n e r a l i z e d m o d e l (4.6.1.1-4.6.1.14), s e v e r a l a d d i t i o n a l c o n s t r a i n t s a r e a d d e d t o t h e g e n e r a l i z e d m o d e l . T h e f i r s t , i s t h e l o a d - r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n t h a t i s e x p r e s s e d i n t h e m o d e l as, I , w Gn + Zl.GSims, + GTher, - NSSm, - 1 * , PNSm, > D,. (4.6.5.2) T h e s e c o n d , r e p r e s e n t s t h e t h e r m a l g e n e r a t i o n f r o m t h e B u r r a r d s t a t i o n as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5.3, a n d e x p r e s s e d i n t h e m o d e l b y a p i e c e w i s e l i n e a r c u r v e as f o l l o w s , GTher, = f(BThen, CThen). (4.6.5.3) T h e t h i r d r e p r e s e n t s t h e t o t a l q u a n t i t y o f g a s t h a t c a n b e u s e d ( i n G J ) , w h i c h i s f i x e d b y a g a s c o n t r a c t as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5.3, a n d i s m o d e l e d as a h a r d c o n s t r a i n t , Zl,BTher, = BTherTotal. (4.6.5.4) T h e f o u r t h r e p r e s e n t s t h e b o u n d s o n t h e t o t a l t h e r m a l g e n e r a t i o n as f o l l o w s , GTherMin, < GTher, < GTherMax,. (4.6.5.5) T h e f i f t h , r e p l a c e s e q u a t i o n 4.6.1.13 t o r e p r e s e n t t h e r e a l - t i m e o p e r a t i o n a l r e q u i r e m e n t s s u c h as s p i n n i n g r e s e r v e o b l i g a t i o n s a n d t h e r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t GMi\"j, < (Gj, *(1 + GOROj) + GRMRj,) < GMaxj,. (4.6.5.6) T h e s i x t h , e n s u r e s t h a t t h e s u m o f t h e r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t f o r a l l o p t i m i z e d p l a n t s i s m e t at e a c h t i m e s t e p i n t h e m o d e l , a n d i s r e p r e s e n t e d i n t h e m o d e l as, ZL,GRMRj,>RMR. (4.6.5.7) T h e s e v e n t h , l i m i t s t h e n e t s p o t s a l e s t o t h e m a x i m u m a n d m i n i m u m t i e l i n e a v a i l a b l e t r a n s f e r c a p a b i l i t y t o m a r k e t s i n t h e U.S. a n d A l b e r t a as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5.6, a n d i s r e p r e s e n t e d i n t h e m o d e l as, NSSMinm, j, > Storage _ Limit. Dual\"er ;,), then I r* Muxjier(n) \u00E2\u0080\u00A2 rt MaxJte'r{n-\ ) . FO jt \u00E2\u0080\u0094 O jt, s Min,l,erMji = ^ Min,\u00E2\u0080\u009Eer(n-l, . ; . j . ^ set plant = plant - j; ^ Maxjteiin) ^ Max,Iter(n-\ ) Max,lter(n-\) iS*\" ) / 2* 5 Min,lter(n) n Min ,lter{n \u00E2\u0080\u0094 \ ) , / c C MinJterin-\) \ / o . jt = O jt + (Oji \u00E2\u0080\u0094 O jt) I A, 1 2 4 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Market Env i ronment Storage Level, Sj, i 1st iteration J_. 2nd iteration 3rd iteration 4th iteration <;'' 3rd iteration 2nd iteration 1st iteration Maximum Storage Level, S' Optimized Storage Level, Sj, SMmjt in 4th iteration in 3rd iteration SMinjt in 2nd iteration Time Figure 5.4 The Storage Limits Shrinking Envelop Method Step 5. Solve the Primal or Dual Optimization Problem I n t h i s f i n a l s t ep, t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m i s f o r m u l a t e d f o r a n d s o l v e d b y C P L E X ' s P r i m a l ( o r D u a l ) a l g o r i t h m ( d e p e n d i n g o n t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n ) . I n t h i s f i n a l o p t i m i z a t i o n r u n , t h e o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t a n d t h e t a i l w a t e r a d j u s t m e n t s ( a n d t h e m a x i m u m a n d m i n i m u m s t o r a g e l i m i t s w h e n t h e \" S t o r a g e L i m i t S h r i n k i n g E n v e l o p \" a l g o r i t h m i s u s e d ) d e t e r m i n e d i n t h e f i n a l i t e r a t i o n i n S t e p 4 a b o v e are u s e d . T h e f i n a l s o l u t i o n r e s u l t s a n d s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n a r e w r i t t e n t o t e x t o u t p u t f i l e s . T h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n o u t p u t f i l e s a r e t h e n t r a n s f e r r e d t o t h e c l i e n t w o r k s t a t i o n a n d d i s p l a y e d t o t h e u s e r u s i n g t h e R e s u l t s - D i s p l a y s o f t w a r e . 125 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment 5.2 T H E I M P L E M E N T A T I O N P R O C E S S T h i s s e c t i o n d i s c u s s e s t h e i m p o r t a n t i s s u e o f i m p l e m e n t a t i o n o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m . T h e s e c t i o n s t a r t s w i t h a n o v e r v i e w o f t h e i m p l e m e n t a t i o n r o a d b l o c k s f o r s h o r t - t e r m o p t i m i z a t i o n m o d e l s . T h i s i s f o l l o w e d b y a d i s c u s s i o n o n t h e f a c t o r s t h a t h a v e c o n t r i b u t e d t o t h e s u c c e s s f u l i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M , w i t h e m p h a s i s o n t h e i m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s f o l l o w e d i n t h i s s t u d y . 5.2.1 Implementation Roadblocks It h a s b e e n k n o w n f o r q u i t e s o m e t i m e n o w t h a t s h o r t - t e r m o p t i m i z a t i o n m o d e l s h a v e r a r e l y b e e n u s e d b y t h e p e o p l e w h o a c t u a l l y m a n a g e c o m p l e x r e s e r v o i r s y s t e m s i n r e a l - t i m e . T h e r e a r e s e v e r a l r e a s o n s . F i r s t , m o s t m o d e l s w a s n o t e a s y t o u s e as t h e c o m p u t e r t e c h n o l o g y n e e d e d t o m o d e l c o m p l e x h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s w e r e n o t c a p a b l e o f m e e t i n g t h e n e e d s o f t h e e n d - u s e r i n t e r m s o f e a s e o f u s e a n d t h e t i m e i t t a k e s t o r u n t h e m . S e c o n d , m o s t o f t h e m o d e l s w e r e d e v e l o p e d f o r s p e c i f i c s t u d i e s ( m o s t l y a c a d e m i c ) a n d d i d n o t r e f l e c t e n o u g h o f t h e c o m p l e x i t y a n d f l e x i b i l i t y t h a t w a s r e q u i r e d b y t h e e n d u s e r . T h i r d , a n d as g i v e n i n a l a n d m a r k a r t i c l e b y Y e h ( Y e h , 1 9 8 5 ) , t h e p e o p l e w h o c a n a n d d o a p p l y o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s a r e g e n e r a l l y w o r k i n g at a n \" a c a d e m i c \" , a b s t r a c t l e v e l t h a t o p e r a t o r s , a c c u s t o m e d t o t a k i n g d i r e c t r e s p o n s i b i l i t y ( a n d r i s k ) f o r t h e i r d a y t o d a y o p e r a t i o n s h a v e d i f f i c u l t y r e l a t i n g to. F o u r t h , o p e r a t o r s d o n o t a l w a y s u n d e r s t a n d t h e e s o t e r i c t h e o r y a n d o f t e n d o n o t a c c e p t t h e s i m p l i f i c a t i o n s n e c e s s a r y t o m a t c h th e a v a i l a b l e t e c h n i q u e s t o t h e s i t u a t i o n at h a n d . F i f t h , i t s i m p l y t a k e s c o n s i d e r a b l e a m o u n t s o f t i m e , p a t i e n c e , a n d e f f o r t t o d e v e l o p , c a l i b r a t e a n d o p e r a t i o n a l l y i m p l e m e n t s u c h c o m p l e x m o d e l s i n r e a l l i f e s i t u a t i o n s . D e s p i t e a l l o f t h e a b o v e d i f f i c u l t i e s , S T O M w a s d e v e l o p e d , c a l i b r a t e d , a n d i m p l e m e n t e d t h r o u g h a t e a m e f f o r t o f t h e B C H y d r o ' s s t a f f , r e s e a r c h e r s a n d s e v e r a l s t u d e n t s f r o m t h e C i v i l , E l e c t r i c a l , a n d C o m p u t e r S c i e n c e D e p a r t m e n t s at t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a ( U B C ) . F a c t o r s w h i c h c o n t r i b u t e d t o t h e s u c c e s s f u l d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M w i l l b e d i s c u s s e d n e x t . 5.2.2 Implementation Process and Success Factors It i s d i f f i c u l t t o i n i t i a t e a n e w w a y o f t h i n g s i n a l a r g e o r g a n i z a t i o n , p a r t i c u l a r l y w h e n t h e e x i s t i n g s y s t e m s t i l l s e e m s t o b e w o r k i n g w e l l . T h e i m p l e m e n t a t i o n o f a d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m i s , i n e f f e c t , t h e i n t r o d u c t i o n o f c h a n g e i n a n o r g a n i z a t i o n . It i s c o m p l i c a t e d l o n g , t e d i o u s , o n g o i n g p r o c e s s t h a t i s v a g u e l y d e f i n e d a n d t h a t c o v e r s a l l p h a s e s o f d e v e l o p m e n t , f r o m i n i t i a l p r o t o t y p i n g t o i n s t i t u t i o n a l i z a t i o n o f t h e n e w s y s t e m . A l t h o u g h m a n y r e s e a r c h e r s h a v e s t u d i e d i s s u e s r e l a t i n g t o t h e s u c c e s s o r f a i l u r e o f c o m p u t e r - b a s e d d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s a n d h a v e p r o v i d e d u s e f u l i n s i g h t s , y e t t h e t h e o r i e s , m e t h o d s a n d p r o c e d u r e s d e v e l o p e d o v e r t h e y e a r s d o n o t g u a r a n t e e s u c c e s s i n r e a l - l i f e s i t u a t i o n s ( T u r b a n , 1998; T u r b a n , 1 9 9 0 ) . H o w e v e r , s e v e r a l f a c t o r s t h a t c o n t r i b u t e t o t h e s u c c e s s f u l i m p l e m e n t a t i o n o f c o m p u t e r - b a s e d d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s h a v e b e e n i d e n t i f i e d b y T u r b a n et a l . T h e s e , a l o n g w i t h o t h e r f a c t o r s t h a t w e r e f o u n d c r i t i c a l f o r i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M h a v e b e e n g r o u p e d i n t e n c a t e g o r i e s , as s h o w n i n F i g u r e 5.5 a n d d i s c u s s e d b e l o w . 12 6 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Rea l-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment Technical factors Modeling Process and Details Implementation Strategy User Involvement Developers Patience and Persistence STOM Implementation Organizational & Management Support Project Related Accuracy of Data Behavioral Factors and User Perception Communication and Interpretation of the Results Figure 5.5 Factors Contributing to Successful Implementation of S T O M . Source: Adapted from Turban, 1990; Turban, 1998. 127 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment i. Technical Factors T e c h n i c a l f a c t o r s c o n c e r n l i m i t a t i o n s o f a v a i l a b l e c o m p u t e r t e c h n o l o g y a n d s c a r c i t y o f t e c h n i c a l r e s o u r c e s a v a i l a b l e f o r d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g S T O M . L i m i t a t i o n s o f a v a i l a b l e t e c h n o l o g y i n c l u d e s c o m p u t e r s o f t w a r e a n d h a r d w a r e as w e l l as t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m s t h a t c a n b e n e f i c i a l l y b e u s e d t o s o l v e t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m a n d p r o v i d e r e l i a b l e r e s u l t s i n t h e f a s t e s t t i m e p o s s i b l e . S c a r c i t y o f t e c h n i c a l r e s o u r c e s , o n t h e o t h e r h a n d , i n c l u d e s l o c a l l y a v a i l a b l e e x p e r t i s e o n m o d e l b u i l d i n g a n d c o m p u t e r p r o g r a m m i n g g i v e n f i n a n c i a l r e s o u r c e l i m i t a t i o n s . T h e f o l l o w i n g b r i e f d i s c u s s i o n a d d r e s s e s t h e a b o v e i s s u e s . a. Selection of the Simulation/Optimization Modeling Environment A k e y q u e s t i o n i n d e v e l o p i n g a m o d e l f o r a p a r t i c u l a r s y s t e m i s w h e t h e r t o u s e a n e x i s t i n g g e n e r a l i z e d h y d r o e l e c t r i c m o d e l , t o m o d i f y a n e x i s t i n g m o d e l , t o d e v e l o p a n e w p r o g r a m u s i n g o n e o f t h e p r o g r a m m i n g l a n g u a g e s ( s u c h as F o r t r a n , C , o r V i s u a l B a s i c ) , t o c o n s t r u c t a m o d e l u s i n g a g e n e r a l p u r p o s e c o m m e r c i a l s o f t w a r e p r o g r a m , o r t o u s e s o m e c o m b i n a t i o n o r v a r i a t i o n o f t h e f o r e g o i n g . F o r m u l a t i n g n e w o p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m s , w r i t i n g a n d d e b u g g i n g t h e c o d e , a n d t e s t i n g n e w p r o g r a m s i s e x p e n s i v e a n d t i m e - c o n s u m i n g . U s i n g a n e x i s t i n g g e n e r a l i z e d s o f t w a r e p r o g r a m i s t y p i c a l l y m u c h e a s i e r t h a n d e v e l o p i n g a n e w o n e , b u t s t i l l c o n s i d e r a b l e d e v e l o p m e n t e f f o r t m a y b e r e q u i r e d t o a d a p t t h e g e n e r a l i z e d s o f t w a r e t o t h e s y s t e m at h a n d . G e n e r i c l i n e a r a n d n o n - l i n e a r p r o g r a m m i n g s o l v e r s a r e a v a i l a b l e , b u t t h e u s e o f s u c h o p t i m i z a t i o n s o l v e r s t y p i c a l l y s t i l l i n v o l v e s s i g n i f i c a n t c o m p u t e r p r o g r a m m i n g e f f o r t t o a d a p t t h e r e a l - w o r l d p r o b l e m t o t h e r e q u i r e d m a t h e m a t i c a l f o r m a t a n d t o m a n a g e i n p u t a n d o u t p u t d a t a . S o o n a f t e r B . C . H y d r o a p p r o a c h e d U B C r e s e a r c h e r s , a c o m p i l a t i o n o f a v a i l a b l e m e t h o d s o f a n a l y s i s w a s d o n e . It t h e n b e c a m e a p p a r e n t t h a t t h e B . C . H y d r o ' s s y s t e m i s u n i q u e a n d t o m e e t th e o p t i m i z a t i o n m o d e l i n g r e q u i r e m e n t s , l i n e a r p r o g r a m m i n g s e e m e d t o b e b e s t s u i t e d t o t h e r e s e r v o i r a n d e n e r g y m a n a g e m e n t p r o b l e m ( s e e C h a p t e r 2 f o r m o r e d e t a i l s ) . T o test t h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e l i n e a r p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e , s e v e r a l s i m p l e p r o t o t y p e m o d e l s w e r e f o r m u l a t e d a n d s o l v e d u s i n g E x c e l ' s b u i l t - i n L i n e a r S o l v e r . T h e p r o t o t y p e m o d e l s h e l p e d t o c o n v i n c e B.C. H y d r o ' s s t a f f , a n d t h e r e s e a r c h t e a m , t h a t l i n e a r p r o g r a m m i n g w a s t h e w a y t o go. A d d i n g c o m p l e x i t i e s t o t h e m o d e l , h o w e v e r , r e q u i r e d t h e u s e o f m o r e a d v a n c e d m o d e l i n g t e c h n i q u e s a n d l i n e a r p r o g r a m m i n g s o l v e r s . R e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e a n d t h e \" W e b \" a n d c o n s u l t a t i o n w i t h s e v e r a l U B C o p e r a t i o n s r e s e a r c h p r o f e s s o r s a n d s t u d e n t s i n d i c a t e d t h a t t h e r e w a s a set o f r o b u s t a n d w e l l t e s t e d m o d e l i n g l a n g u a g e s a n d l i n e a r s o l v e r s . S e v e r a l c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e s o f t w a r e p a c k a g e s ( A M P L a n d G A M S as m o d e l i n g l a n g u a g e s , a n d C P L E X , O S L a n d M i n o s as s o l v e r s ) , w e r e r e v i e w e d i n t e r m s o f t h e i r f e a t u r e s , c o s t s , t e c h n i c a l s u p p o r t , a l g o r i t h m i c m e t h o d s , etc. I n c o n s u l t a t i o n w i t h t h e p r o j e c t m a n a g e m e n t at B . C . H y d r o , t h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e a n d t h e C P L E X s o l v e r w e r e s e l e c t e d . T o test t h e A M P L a n d t h e C P L E X s o f t w a r e p a c k a g e s t h e y w e r e f i r s t p u r c h a s e d a n d i n s t a l l e d o n t h e S u n c o m p u t e r s y s t e m i n t h e C i v i l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t , U B C . T h e E x c e l p r o t o t y p e m o d e l w a s t h e n t r a n s l a t e d u s i n g t h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e , a n d t h e p r o b l e m w a s s o l v e d u s i n g t h e C P L E X l i n e a r s o l v e r . B . C . H y d r o o p e r a t i o n s e n g i n e e r s p r o v i d e d a set o f i n p u t d a t a t o test t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s . S e v e r a l r u n s w e r e t h e n p e r f o r m e d f o r t h e f o u r l a r g e s t p l a n t s a n d t h e m o d e l s a n d o u t p u t r e s u l t s w e r e t h e n d e m o n s t r a t e d t o B . C . H y d r o s t a f f . U p o n r e v i e w o f t h e r u n s r e s u l t s , B.C. H y d r o s t a f f w e r e c o n v i n c e d o f t h e p o t e n t i a l u s e o f t h e 1 2 8 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Rea l-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Market Env i ronmen t t w o s o f t w a r e s y s t e m s a n d s u b s e q u e n t l y p u r c h a s e d a n d i n s t a l l e d t h e m o n a d e d i c a t e d W i n d o w s N T s e r v e r . A s f o r t h e s i m u l a t i o n m o d e l , B . C . H y d r o r e q u i r e d t h e d e v e l o p m e n t o f a d e t a i l e d h y d r a u l i c s i m u l a t i o n m o d e l tha t c o u l d b e u s e d b y S T O M as w e l l as a s t a n d - a l o n e s y s t e m . B . C . ' H y d r o f a v o r e d t h e u s e o f e i t h e r t h e F o r t r a n o r t h e C p r o g r a m m i n g l a n g u a g e s . T h e s i m u l a t i o n m o d e l w a s d e v e l o p e d u s i n g t h e C p r o g r a m m i n g l a n g u a g e f o r t w o m a i n r e a s o n s . T h e f i r s t w a s d u e t o t h e a v a i l a b i l i t y o f s t u d e n t s w i t h f a i r l y g o o d b a c k g r o u n d i n t h e C p r o g r a m m i n g l a n g u a g e , a n d t h e s e c o n d w a s d u e t o s o m e o f t h e s p e c i a l f e a t u r e s o f t h e C p r o g r a m m i n g l a n g u a g e ( u s e o f p o i n t e r s , c o m p u t a t i o n a l s p e e d , e t c ) . T h e c o d i n g o f t h e m o d e l w a s c a r r i e d o u t b y a n u m b e r o f U B C g r a d u a t e a n d u n d e r g r a d u a t e s t u d e n t s f r o m t h e C i v i l E n g i n e e r i n g Dept., a n d a C o - o p s t u d e n t f r o m t h e C o m p u t e r S c i e n c e D e p t . T h e s t u d e n t s w o r k e d u n d e r t h e d i r e c t s u p e r v i s i o n o f B . C . H y d r o o p e r a t i o n s e n g i n e e r s a n d t h e U B C r e s e a r c h t e a m ( f o r m o r e d e t a i l s o n t h e s i m u l a t i o n m o d e l , s e e S e c t i o n 4.3.4). b. Selection of the Server-side Computing Environment A t t h e i n i t i a l s t a g e s o f S T O M d e v e l o p m e n t , a n d a f t e r t h e d e c i s i o n h a s b e e n m a d e t o u s e A M P L a n d C P L E X as t h e m a i n m o d e l i n g a n d o p t i m i z a t i o n e n g i n e s , e x t e n s i v e d i s c u s s i o n s w e r e h e l d o n t h e m o s t a p p r o p r i a t e c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t f o r S T O M i m p l e m e n t a t i o n . T h e d i s c u s s i o n f o c u s e d o n w h e t h e r t o u s e a m a i n f r a m e o r d e s k t o p - c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t f o r t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n r u n s . A t t h e b e g i n n i n g , B . C . H y d r o s t a f f a n d m a n a g e m e n t p r e f e r r e d t h e m a i n f r a m e e n v i r o n m e n t . H o w e v e r , s e v e r a l c o n s u l t a t i o n s w i t h c o m p u t i n g e x p e r t s i n B . C . H y d r o , U B C , a n d o p e r a t i o n s r e s e a r c h p r o f e s s i o n a l s ( p a r t i c u l a r l y C P L E X a n d A M P L d e v e l o p e r s ) , i t b e c a m e e v i d e n t t h a t t h e \" w a y o f t h e f u t u r e \" i s t o g o w i t h t h e W i n d o w s N T o p e r a t i n g e n v i r o n m e n t . S e v e r a l f a c t o r s f a v o r e d s e l e c t i o n o f t h e W i n d o w s N T o p e r a t i n g e n v i r o n m e n t . F i r s t , t h e c o s t t o p u r c h a s e A M P L a n d C P L E X f o r W i n d o w s N T i s a b o u t U S $ 1 2 , 0 0 0 f o r a s i n g l e p r o c e s s . I n a d d i t i o n , C P L E X d e v e l o p e r s w e r e h e s i t a n t t o l i c e n s e C P L E X f o r t h e o p e n V M S o p e r a t i n g e n v i r o n m e n t ( D i g i t a l E q u i p m e n t V a x s y s t e m ) , s i n c e t h e y w o u l d n o t b e a b l e t o c o n t r o l t h e n u m b e r o f p r o c e s s e s r u n n i n g at a n y i n s t a n c e . I n a d d i t i o n , t h e c o s t t o p u r c h a s e A M P L a n d C P L E X f o r t h e o p e n V M S c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t c o u l d b e as h i g h as U S $ 1 0 0 , 0 0 0 . S e c o n d , t h e p r o c e s s i n g s p e e d a n d t h e s i z e o f r a n d o m a c c e s s m e m o r y ( R A M ) f o r d e s k t o p - b a s e d c o m p u t e r s are a p p r o a c h i n g t h o s e o f m e d i u m s i z e d m a i n f r a m e c o m p u t e r w o r k s t a t i o n s (e.g., D i g i t a l E q u i p m e n t A l p h a s y s t e m s r u n n i n g at a b o u t 5 0 0 M H z , a n d 5 0 0 M B o f R A M ) , at a f r a c t i o n o f t h e c o s t . It h a s b e e n s a i d t h a t t h e s p e e d o f I n t e l ( o r s i m i l a r ) p r o c e s s o r s a r e d o u b l i n g e v e r y 18 m o n t h s o r l e s s (e.g., w h e n th e p r o j e c t s t a r t e d 1 0 0 M H z p r o c e s s o r w a s t o p o f l i n e , t w o y e a r s l a t e r , 4 5 0 M H z p r o c e s s o r s a r e a v a i l a b l e i n m a r k e t ) . T h i r d , a n a d v a n t a g e o f u s i n g t h e W i n d o w s N T . o p e r a t i n g e n v i r o n m e n t w a s t h e a v a i l a b i l i t y o f the m o d u l e s t h a t p e r f o r m t h e r e m o t e p r o c e d u r e c a l l s a n d t h e e a s e o f a d a p t i n g t h e s e m o d u l e s f o r u s e b y t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s d e v e l o p e d f o r S T O M b y a t e a m o f U B C E l e c t r i c a l / E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g s t u d e n t s . F o u r t h , t h e f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s d i c t a t e d t h a t a n y u s e r w i t h a c c e s s t o t h e B . C . H y d r o c o m p u t e r n e t w o r k c o u l d u s e S T O M . T h i s h a s r e q u i r e d t h e u s e o f a s e r v e r -c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t s u c h as W i n d o w s N T . F i f t h , t h e c o s t o f p u r c h a s i n g , u p g r a d i n g a n d m a i n t a i n i n g a n I n t e l - b a s e d d e s k t o p W i n d o w s N T s e r v e r i s n e g l i g i b l e ( a b o u t $ 5 , 0 0 0 t o p u r c h a s e ) i n c o m p a r i s o n w i t h a m e d i u m s i z e d m a i n f r a m e s y s t e m s ( a b o u t $ 1 2 0 , 0 0 0 f o r t h e 1 2 9 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment D i g i t a l A l p h a s e r v e r ) . T h e l o w c o s t o f t h e W i n d o w s N T s e r v e r s y s t e m h a s a l s o a l l o w e d f o r a d e d i c a t e d s y s t e m t o b e a l l o c a t e d s o l e l y f o r t h e u s e o f S T O M . b. Selection of the Client-side Computing Environment D e c i s i o n o n t h e c l i e n t - s i d e c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t w a s m u c h l e s s t r o u b l e s o m e , s i n c e m o s t e n g i n e e r s ( a n d t h e S h i f t O f f i c e ) u s e t h e W i n d o w s 9 5 o p e r a t i n g e n v i r o n m e n t i n t h e i r d a i l y o p e r a t i o n s . T h e W i n d o w s 9 5 c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t h a s a l s o a l l o w e d d e v e l o p m e n t o f a u s e r - f r i e n d l y S T O M i n t e r f a c e i n V i s u a l B a s i c , t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s i n C a n d V i s u a l C + + p r o g r a m m i n g l a n g u a g e s , a n d t h e R e s u l t s - d i s p l a y s o f t w a r e i n V i s u a l B a s i c f o r E x c e l ( s e e S e c t i o n s 4.3.2, 4.3.3 a n d 4.3.6.for m o r e d e t a i l s ) . c. Technical Resources O n e o f t h e m a i n o b s t a c l e s t o d e v e l o p i n g t h e s e t o f s o f t w a r e p r o g r a m s f o r S T O M w a s t h e e n o r m o u s a m o u n t o f c o m p u t e r p r o g r a m s t h a t n e e d e d t o b e c o d e d , a n d t h e m o d e l i n g d e t a i l s t h a t n e e d e d t o b e a d d r e s s e d . It w a s e v i d e n t f r o m t h e start t h a t t o d e v e l o p a r o b u s t s y s t e m w o u l d r e q u i r e a l a r g e n u m b e r o f p e r s o n - h o u r s a n d c o n s i d e r a b l e s u m s o f m o n e y . F o r t h e s e r e a s o n s , a n d d u e t o l i m i t e d f i n a n c i a l r e s o u r c e s a v a i l a b l e f o r t h e p r o j e c t , U B C g r a d u a t e a n d u n d e r g r a d u a t e s t u d e n t s c a r r i e d o u t m o s t o f t h e w o r k u n d e r t h e g u i d a n c e a n d d i r e c t i o n o f B C H y d r o o p e r a t i o n s e n g i n e e r s a n d t h e r e s e a r c h t e a m at U B C . T h e s t u d e n t s w e r e e i t h e r h i r e d d i r e c t l y b y B . C . H y d r o ( t h r o u g h t h e U B C C o - o p p r o g r a m ) , o r t h e y w e r e h i r e d d i r e c t l y b y U B C . T h i s a r r a n g e m e n t w o r k e d v e r y w e l l f o r b o t h B . C . H y d r o a n d t h e s t u d e n t s . B.C. H y d r o h a s b e n e f i t e d i n t w o w a y s : f i n a n c i a l l y , a n d t e c h n i c a l l y . F i n a n c i a l l y , i t w a s m u c h c h e a p e r to h i r e s t u d e n t s t o d o t h e p r o t o t y p i n g a n d f o r m a l m o d e l i n g w o r k . F r o m a t e c h n i c a l p o i n t o f v i e w , B . C . H y d r o w a s a b l e t o a c q u i r e u p - t o - d a t e t e c h n i c a l m e t h o d s i n p r o t o t y p i n g a n d b u i l d i n g S T O M c o m p o n e n t s a n d o t h e r s u p p o r t i n g s o f t w a r e s y s t e m s . T h e a r r a n g e m e n t h a s a l s o h e l p e d B . C . H y d r o i n r e c r u i t i n g n e w b l o o d i n t o t h e o r g a n i z a t i o n , as s o m e o f t h e s t u d e n t s e n d e d u p w o r k i n g f o r B . C . H y d r o . F o r s t u d e n t s , i t p r o v i d e d a n e x c e l l e n t l e a r n i n g e n v i r o n m e n t a n d f i n a n c i a l h e l p f o r t h e i r g r a d u a t e a n d u n d e r g r a d u a t e s t u d i e s . ii. Modeling Process and Details A n y a p p l i e d m o d e l i n g p r o c e s s s h o u l d b e a p p r o a c h e d w i t h l o t s o f c o m m o n s e n s e -s o m e t h i n g w h i c h e n g i n e e r s a r e s u p p o s e d t o b e g o o d at. F o r t h e a p p l i e d m o d e l i n g p r o c e s s t o b e s u c c e s s f u l , i t s h o u l d f o l l o w t h e r e q u i r e m e n t s a n d u n d e r s t a n d i n g o f t h e p r o b l e m - t o - b e -m o d e l e d o w n e r s . F o r t h i s r e a s o n , t h e f u l l t e a m o f m a n a g e r s , e n d - u s e r s , m o d e l e r s , a n d s y s t e m - t o - b e - m o d e l e d e x p e r t s s h o u l d b e i n v o l v e d a n d b e a b l e t o u n d e r s t a n d t h e b a s i c s o f the m o d e l i n g p r i n c i p l e s a n d m e t h o d s t o b e u s e d . T h e f i r s t s t e p i n s e t t i n g u p a m o d e l i n g p r o c e s s i s t o u n d e r s t a n d t h e s y s t e m t o b e m o d e l e d a n d t h e d e c i s i o n s t h a t w i l l b e b a s e d o n i t s o u t p u t . T h i s i s n o t a n e a s y s t e p t o a c h i e v e , s i n c e the o b j e c t i v e s o f t h e m o d e l c o u l d b e i n t e r p r e t e d d i f f e r e n t l y b y e a c h o f t h o s e i n v o l v e d i n the p r o c e s s a n d b y t h e m o d e l u s e r s . T h e o b j e c t i v e s o f m o d e l i n g c a n a l s o c h a n g e w i t h o u t n o t i c e . F o r t h i s r e a s o n i t p a y s t o d e v e l o p a v e r y s i m p l e p r o t o t y p e m o d e l a n d t o g e t t h e t e a m o f p e o p l e i n v o l v e d t o s c r u t i n i z e i t , t a k e i t a p a r t , a n d t h e n a g r e e o h w h a t s h o u l d b e m o d e l e d . T h e 1 3 0 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment p r o t o t y p e m o d e l c a n a l s o s e r v e t o c l a r i f y w h a t i s n e e d e d f o r t h e f u l l - s c a l e m o d e l a n d w h a t i s i n v o l v e d i n t e r m s o f i n p u t d a t a r e q u i r e d t o r u n t h e m o d e l . N e x t a t h o r o u g h u n d e r s t a n d i n g o f t h e s y s t e m t o b e m o d e l e d i s e s s e n t i a l . T h i s i s a l s o d i f f i c u l t . T h e m o d e l e r s h o u l d r e l y o n t h e e x p e r i e n c e o f t h e s y s t e m - t o - b e - m o d e l e d e x p e r t s i n t h e o r g a n i z a t i o n , a n d s h o u l d b e v e r y c a r e f u l a b o u t c h a l l e n g i n g t h e w i s d o m o f e x p e r i e n c e d m e m b e r s . A s t h e s a y i n g g o e s , \" t h e d e v i l i s i n t h e d e t a i l s . \" A s i n d i c a t e d i n t h e u s e r ' s f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s , i t w a s r e q u i r e d t h a t S T O M s h o u l d a c c u r a t e l y m o d e l t h e h o u r l y o p e r a t i o n o f a v e r y c o m p l e x h y d r o e l e c t r i c s y s t e m . S i n c e t h e u s e r s o f S T O M a r e o p e r a t i o n s e n g i n e e r s w h o m a n a g e e v e r y a s p e c t o f t h e s y s t e m , t h e m a t h e m a t i c a l r e p r e s e n t a t i o n s o f t h e h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s h a d t o . b e v e r y a c c u r a t e , as d e t a i l e d i n S e c t i o n 4.5. It w a s r e c o g n i z e d at t h e o u t s e t , h o w e v e r , t h a t t o o m a n y d e t a i l s c o u l d e a s i l y o v e r w h e l m t h e m o d e l i n g p r o c e s s a n d t h e d a t a n e e d e d t o r u n t h e m o d e l . F o r t h i s r e a s o n , i t w a s d e c i d e d t h a t S T O M s h o u l d m o d e l o n l y w h a t w a s a b s o l u t e l y r e q u i r e d , p a r t i c u l a r l y d u r i n g t h e e a r l y s t a g e s o f i t s d e v e l o p m e n t . S t a r t i n g w i t h a l o w l e v e l o f d e t a i l a n d i n c r e m e n t a l l y a d d i n g u s e r - r e q u e s t e d f u n c t i o n s (to m a k e i t m o r e r e s p o n s i v e t o t h e u s e r ' s r e q u i r e m e n t s ) n o t o n l y a l l o w e d t h e c o m p l e x m o d e l t o b e m a n a g e a b l e , b u t h a v e a l s o p l a y e d a n i m p o r t a n t r o l e i n a l l o w i n g t h e e n d u s e r t o a c t i v e l y p a r t i c i p a t e i n t h e S T O M d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s . A g g r e g a t i o n a n d g e n e r a l i z a t i o n o f s y s t e m r e p r e s e n t a t i o n p l a y e d a m a j o r r o l e i n k e e p i n g i n p u t d a t a r e q u i r e m e n t s a n d m o d e l i n g d e t a i l s t o a m i n i m u m . T h e m a j o r a g g r e g a t i o n t h a t w a s a d o p t e d i n S T O M w a s t o m o d e l g e n e r a t i o n at t h e p l a n t l e v e l , r a t h e r t h a n at t h e u n i t l e v e l . T h i s m o d e l i n g m e t h o d o l o g y s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d t h e l e v e l o f d e t a i l i n t h e m o d e l a n d a l l o w e d t h e u s e o f s o m e o f t h e i m p o r t a n t f e a t u r e s o f th e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n a n d the l i n e a r p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5. A s i n d i c a t e d i n t h e d i s c u s s i o n o n t h e c u r v e f i t t i n g p r o c e d u r e f o r t h e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n ( S e c t i o n 4.5.2), t h e d e c i s i o n t o u s e t h r e e p i e c e w i s e l i n e a r s e g m e n t s i l l u s t r a t e s t h e t r a d e o f f b e t w e e n s i m p l i c i t y a n d a c c u r a c y . F i r s t , h i g h e r a c c u r a c y o f t h e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n r e p r e s e n t a t i o n c o u l d b e a c h i e v e d b y m a t c h i n g t h e n u m b e r o f s e g m e n t s i n t h e p i e c e w i s e l i n e a r c u r v e w i t h t h e n u m b e r o f g e n e r a t i n g u n i t s i n a p l a n t . T h e h i g h e r a c c u r a c y , h o w e v e r , w o u l d r e q u i r e a m o r e c o m p l e x c u r v e - f i t t i n g p r o c e d u r e , w h i c h c o u l d b e h a r d t o m a i n t a i n i n t h e f u t u r e . S e c o n d , as t h e n u m b e r o f p i e c e w i s e l i n e a r s e g m e n t i n c r e a s e s , s o d o e s t h e n u m b e r o f v a r i a b l e s a n d c o n s t r a i n t s i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l , w h i c h m a k e s t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m h a r d e r t o s o l v e . T h i r d , i f t h e n u m b e r o f p i e c e w i s e l i n e a r s e g m e n t s w e r e t o v a r y f o r e a c h u n i t c o m m i t m e n t , a d d i t i o n a l c o d i n g w o u l d b e r e q u i r e d i n t h e h y d r a u l i c s i m u l a t o r a n d t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s a n d t h e i r i n p u t d a t a s t r u c t u r e s . S e v e r a l b e n e f i t s * w e r e r e a l i z e d f r o m g e n e r a l i z a t i o n o f s y s t e m r e p r e s e n t a t i o n . F i r s t , i t a l l o w e d t h e u s e r t o f o r m u l a t e t h e m o d e l d y n a m i c a l l y , w h i c h c o u l d b e c o n s i d e r e d as o n e o f t h e i n n o v a t i v e f e a t u r e s o f S T O M . S e c o n d , i t s i g n i f i c a n t l y f a c i l i t a t e d t h e n u m e r o u s r e v i s i o n s o f t h e m o d e l t o a c c o m m o d a t e u s e r ' s r e q u e s t s a n d r e q u i r e m e n t s . T h i r d , i t a l l o w e d t h e u s e r t o m o d i f y t h e m o d e l t h r o u g h a u s e r - f r i e n d l y i n t e r f a c e ( s e e S e c t i o n 4.3.2 f o r d e t a i l s ) . F o u r t h , i t a l l o w e d t h e m o d e l t o b e f o r m u l a t e d i n a n e a s y t o u n d e r s t a n d f o r m , w h i c h a l s o m a d e e x p l a n a t i o n o f t h e m o d e l t o t h e u s e r a n d t o B . C . H y d r o s t a f f e a s i e r . F i f t h , a n d t h r o u g h t h e u s e o f t h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e a n d t h e i n c i d e n c e m a t r i c e s ( d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4.5), t h e e n t i r e g e n e r a l i z e d m o d e l f o r m u l a t i o n i s o n l y a b o u t s e v e n p a g e s l o n g , w h i c h m a k e s t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l e a s i e r t o m a i n t a i n , d e b u g a n d m o d i f y i n t h e f u t u r e . 131 A D e c i s i o n Suppo r t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment i i i . User Involvement It i s b e l i e v e d t h a t u s e r i n v o l v e m e n t c o n t r i b u t e d a l m o s t 5 0 % t o th e s u c c e s s f u l i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M . M a n y B . C . H y d r o s t a f f , i n c l u d i n g t h e s h i f t e n g i n e e r s , w e r e d i r e c t l y i n v o l v e d i n s e t t i n g o u t t h e f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s a n d m o d e l i n g d e t a i l s t h a t c a p t u r e d t h e p h y s i c a l as w e l l as t h e o p e r a t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e g e n e r a t i n g s y s t e m . T h e u s e r s a n d s e v e r a l B . C . H y d r o s t a f f m e m b e r s w e r e i n v o l v e d i n a l l p h a s e s o f d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M : t h e p l a n n i n g p h a s e , t h e d e s i g n p h a s e , t h e t e s t i n g , v e r i f i c a t i o n a n d i m p l e m e n t a t i o n p h a s e . a. User Involvement in the Planning Phase I n t h e p l a n n i n g p h a s e t h e f o c u s o f t h e i n t e r a c t i o n w i t h B . C . H y d r o s t a f f w a s o n t h e c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t s a n d m o d e l i n g t e c h n o l o g i e s t o b e u s e d (as d i s c u s s e d i n t h e \" T e c h n i c a l F a c t o r s \" a b o v e ) , o n g e t t i n g a g r e e m e n t w i t h B.C. H y d r o o n w h a t i s g o i n g t o b e m o d e l e d , o n s o u r c e s o f data, a n d o n t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n s f o r t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s . D u r i n g t h i s p h a s e trie p r o t o t y p e m o d e l s ( u s i n g t h e E x c e l L i n e a r s o l v e r ) w e r e d e v e l o p e d a n d u s e d t o a s s e s s t h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e l i n e a r p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e f o r t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s . T h e p r o t o t y p e m o d e l s w e r e a l s o u s e d t o i n i t i a t e d i s c u s s i o n w i t h i n B . C . H y d r o o n t h e m o s t a p p r o p r i a t e o b j e c t i v e f u n c t i o n s f o r t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s . O n e p a r t i c u l a r o b j e c t i v e f u n c t i o n p l a y e d a m a j o r r o l e i n c o n v i n c i n g m a n y e n g i n e e r s o f t h e b e n e f i t s o f u s i n g o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s f o r s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s . I n t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n , t h e r e s e r v o i r l e v e l s w e r e c o n s t r a i n e d t o s t a r t at a n d e n d u p at t h e i r s c h e d u l e d l e v e l s . B y m a x i m i z i n g t h e e f f i c i e n c y o f t h e g e n e r a t i n g p l a n t s a n d m a n i p u l a t i n g t h e r e s e r v o i r ' s w a t e r l e v e l s , t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l w a s a b l e t o g e n e r a t e m o r e e n e r g y , y e t s t i l l m e e t t h e s y s t e m c o n s t r a i n t s , a n d e n d u p at t h e s a m e s c h e d u l e d r e s e r v o i r l e v e l s . T h i s d e m o n s t r a t e d t h a t a r e l a t i v e l y s i m p l e o p t i m i z a t i o n m o d e l (as i t w a s t h e n ) c o u l d p r o d u c e m o r e e n e r g y f r o m t h e e x i s t i n g s y s t e m t h a n c o u l d t h e e x p e r i e n c e d o p e r a t o r w h o h a d d r a w n u p t h e s c h e d u l e . It a l s o s u g g e s t e d t h a t a d d i t i o n a l b e n e f i t s c o u l d b e a c h i e v e d f r o m i m p r o v i n g t h e s y s t e m r e p r e s e n t a t i o n a n d a c c u r a c y o f t h e m o d e l . D u r i n g t h e p l a n n i n g p h a s e t h e f i r s t d r a f t o f t h e m a t h e m a t i c a l m o d e l f o r t h e f o u r m a j o r p l a n t s i n t h e B C H y d r o s y s t e m w a s a l s o f o r m u l a t e d . T h e m a t h e m a t i c a l m o d e l f o r m u l a t i o n w a s i t e r a t i v e i n n a t u r e , a n d i t i n v o l v e d s e v e r a l s e s s i o n s w i t h e x p e r i e n c e d s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s i n a n e f f o r t t o f l e s h o u t t h e r e q u i r e d m o d e l i n g d e t a i l s . I n t h e s e s e s s i o n s t h e r e q u i r e d i n p u t d a t a w a s a l s o a s s e s s e d . T h e m o d e l ' s i n p u t d a t a w a s d i v i d e d i n t o t w o c a t e g o r i e s . T h e f i r s t c a t e g o r y c o n c e r n s p h y s i c a l i n p u t d a t a , w h i c h d e s c r i b e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s , w h i l e t h e s e c o n d c a t e g o r y c o n c e r n s o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a , w h i c h d e s c r i b e s t h e c u r r e n t s t a t u s o f t h e s y s t e m ( s e e S e c t i o n s 4.3.1 a n d 4.5 f o r m o r e d e t a i l s ) . O n c e t h e p r o t o t y p e o p t i m i z a t i o n m o d e l s w e r e f o r m u l a t e d u s i n g t h e A M P L / C P L E X s o f t w a r e p a c k a g e s o n t h e S u n c o m p u t e r s y s t e m i n t h e C i v i l E n g i n e e r i n g D e p t . a n d o n c e i t w a s d e m o n s t r a t e d t h a t t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s p r o d u c e d a c c u r a t e a n d r e l i a b l e r e s u l t s f o r 1 3 2 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r Schedul ing) in a Compe t i t i v e P o w e r ' M a r k e t Env i ronmen t t h e f o u r m a j o r p l a n t s , t h e f o c u s w a s s h i f t e d t o e x p a n d t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s a n d t o i n i t i a t e t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n p h a s e o f t h e p r o j e c t . b. User Involvement in the Design Phase I n t h e d e s i g n p h a s e t h e f o c u s o f i n t e r a c t i o n w i t h B . C . H y d r o s t a f f w a s o n a s s e s s i n g t h e r e q u i r e d c o m p o n e n t s t o m a k e t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l o p e r a t i o n a l , o n h o w t o g e n e r a l i z e a n d e x p a n d t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l f o r o t h e r m a j o r h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m , o n w a y s a n d m e a n s t o c h e c k a n d v e r i f y t h e p h y s i c a l i n p u t d a t a , a n d o n h o w t o m e s h t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l i n t o t h e L R B s y s t e m . T h e f i r s t s t e p i n t h e d e s i g n p h a s e w a s t o a r r i v e at t h e r e q u i r e d c o m p o n e n t s a n d t h e p r e l i m i n a r y s t r u c t u r e o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a n d h o w t h e y w e r e g o i n g t o b e m e s h e d i n t o t h e L R B s y s t e m . A r r i v i n g at t h e r e q u i r e d c o m p o n e n t s i n v o l v e d d i s c u s s i o n s w i t h s e v e r a l B . C . H y d r o s t a f f m e m b e r s , w h i c h i n c l u d e d t h e L R B s y s t e m d e s i g n e r s a n d p r o g r a m m e r s as w e l l as o p e r a t i o n s a n d c o m p u t e r n e t w o r k e n g i n e e r s r e s p o n s i b l e f o r t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e s o f t w a r e a n d h a r d w a r e s y s t e m s f o r t h e n e w l y f o r m e d S h i f t O f f i c e . F r o m t h e s e d i s c u s s i o n a n d d e b a t e s e s s i o n s t h e a u t h o r w a s a b l e t o d e f i n e a p r e l i m i n a r y set o f f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m ( s e e S e c t i o n 4.2.1 f o r m o r e d e t a i l s ) . T h e s e f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s s e r v e d as a set o f \" s t a n d a r d s \" f o r t h e s y s t e m , a n d t h e y w e r e e x p a n d e d as d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e s y s t e m p r o g r e s s e d . T h e s e c o n d s t e p i n t h e d e s i g n p h a s e w a s t o d e t e r m i n e t h e t e c h n i c a l d e t a i l s a n d t e c h n i c a l e x p e r t i s e n e e d e d t o c a r r y o u t t h e w o r k f o r o t h e r c o m p o n e n t s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m . T h e c o m p o n e n t s i n c l u d e d t h e g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e , t h e h y d r a u l i c s i m u l a t i o n s y s t e m , t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s , t h e r e s u l t s d i s p l a y s o f t w a r e , a n d t h e c o m p u t e r c o d e t o s a v e a n d c h e c k t h e i n t e g r i t y o f t h e o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a . B y t h i s t i m e t h e w o r k l o a d i n t h e p r o j e c t h a d e x p a n d e d a n d a d i v i s i o n o f l a b o u r w a s r e q u i r e d . O t h e r g r a d u a t e a n d u n d e r g r a d u a t e s t u d e n t s w e r e r e c r u i t e d a n d h i r e d t o f o r m a r e s e a r c h p r o j e c t t e a m . E a c h m e m b e r o f t h e p r o j e c t t e a m p e r f o r m e d h i s / h e r w o r k i n c l o s e c o o r d i n a t i o n w i t h o t h e r t e a m m e m b e r s a n d w i t h B . C . H y d r o s t a f f . T h i s a r r a n g e m e n t h e l p e d t h e t e a m m e m b e r s t o l e a r n w h a t w a s g o i n g o n i n t h e p r o j e c t ( a n d t o l e a r n i n t h e p r o c e s s ) . It a l s o h e l p e d B . C . H y d r o s t a f f t o s t a y i n c l o s e t o u c h w i t h t h e r e s e a r c h p r o j e c t . S e v e r a l g r o u p a n d o n e - t o - o n e d i s c u s s i o n s e s s i o n s w e r e h e l d w i t h s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s , c o m p u t e r n e t w o r k e n g i n e e r s , a n d c o m p u t e r p r o g r a m m e r s t o c o m e u p w i t h t h e p r e l i m i n a r y d e s i g n f e a t u r e s o f t h e g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e , t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s , t h e s i m u l a t o r , a n d t h e r e s u l t s d i s p l a y s o f t w a r e . T h e d i s c u s s i o n s r e s u l t e d i n n u m e r o u s c h a n g e s u n t i l t h e s e s o f t w a r e s y s t e m s w e r e f i n a l l y p e r f o r m i n g t h e f u n c t i o n s t h e y w e r e i n t e n d e d to. I n t h e d e s i g n p h a s e , t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l w a s g e n e r a l i z e d t o i n c l u d e t h e m a j o r h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m a n d e x t e n s i v e t e s t i n g o f t h e o p t i m i z a t i o n a n d s i m u l a t i o n m o d e l s w e r e c a r r i e d out. A set o f t e s t s u s i n g t h e 1 9 9 6 h i s t o r i c o p e r a t i o n a l i n p u t data, w h i c h c o v e r e d o p e r a t i o n s m o d e s f o r m o s t o f t h e y e a r , r e v e a l e d s o m e i n c o n s i s t e n c i e s a n d e r r o r s i n s o m e o f t h e p h y s i c a l as w e l l as t h e o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a . T h e y a l s o u n c o v e r e d s o m e m a j o r a n d m i n o r b u g s i n t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n m o d e l s , w h i c h w e r e c o r r e c t e d as t h e t e s t s p r o g r e s s e d . N e e d l e s s t o s a y , e r r o r s a n d i n c o n s i s t e n c i e s i n o p e r a t i o n a l a n d p h y s i c a l i n p u t d a t a r e q u i r e d m u c h w o r k f r o m t h e p r o j e c t t e a m ( s e e \" A c c u r a c y o f D a t a \" f o r d e t a i l s ) . It a l s o c a u s e d s o m e d e l a y s i n i m p l e m e n t i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m at t h e s h i f t o f f i c e f o r r e a l - t i m e use. 133 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e Power Marke t Env i ronment A l t h o u g h m a n a g e m e n t w e r e k e e n t o g o a h e a d w i t h t h e i m p l e m e n t a t i o n p h a s e , t h e a u t h o r p r e f e r r e d t o d e l a y i m p l e m e n t a t i o n o f t h e s y s t e m f o r u s e i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s u n t i l t h e m a j o r p r o b l e m s w i t h t h e p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a h a d b e e n r e s o l v e d a n d u n t i l t h e s y s t e m w a s b e h a v i n g i n a w a y a c c e p t a b l e t o t h e e n d - u s e r . O t h e r w i s e , i t w a s t h o u g h t , r e l u c t a n t u s e r s w o u l d f i n d g o o d a n d j u s t i f i a b l e r e a s o n s f o r n o t u s i n g S T O M a n d t h e s y s t e m c o u l d e n d u p s h e l v e d s o m e w h e r e i n t h e o r g a n i z a t i o n . F o r t u n a t e l y , b y t h e e n d o f t h e d e s i g n p h a s e t h e c o m p o n e n t s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m w e r e f i n a l l y c o m i n g t o g e t h e r a n d b e h a v i n g s u f f i c i e n t l y w e l l t o b e p r e s e n t e d t o t h e e n d - u s e r . c. User Involvement in the Implementation Phase T h i s i m p l e m e n t a t i o n p h a s e w a s c r i t i c a l , as i t c o u l d d e t e r m i n e w h e t h e r t h e s y s t e m d e v e l o p e d s o f a r m e t t h e r e q u i r e m e n t s a n d e x p e c t a t i o n s o f t h e s e v e n s h i f t e n g i n e e r s - t h e m a i n u s e r s o f t h e s y s t e m . I n t h i s p h a s e t h e i n i t i a l f o c u s w a s o n t r a i n i n g t h e s h i f t e n g i n e e r s o n h o w t o p r e p a r e t h e i n p u t d a t a a n d h o w t o u s e t h e s y s t e m i n t h e i r d a i l y o p e r a t i o n s . M o s t o f t h e s h i f t e n g i n e e r s w e r e v e r y i n t e r e s t e d i n S T O M . I n p a r t i c u l a r , s o m e o f t h e s h i f t e n g i n e e r s w e r e h e a v i l y i n v o l v e d i n d e v e l o p m e n t o f o t h e r s o f t w a r e s y s t e m s t h a t w e r e b e i n g p u t t o g e t h e r f o r u s e i n t h e n e w S h i f t O f f i c e . T h e i r k n o w l e d g e o f t h e r e q u i r e m e n t s o f o t h e r e n g i n e e r s ( i n t e r m s o f e a s e o f u s e o f t h e G U I a n d d i s p l a y i n g t h e o u t p u t r e s u l t s ) w a s e x p l o i t e d t o a r r i v e at t h e i n i t i a l r e l e a s e o f t h e g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e a n d t h e r e s u l t s d i s p l a y s o f t w a r e . T h e y a l s o p r o v i d e d c o n s i d e r a b l e h e l p i n f o r m u l a t i n g t h e o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a c h e c k l i s t c o n t a i n e d i n A n n e x B , a n d i n c o n d u c t i n g s e v e r a l t e s t r u n s b e f o r e S T O M ' s i n i t i a l r e l e a s e . D u r i n g t h e t r a i n i n g s e s s i o n s t h e f o c u s o f t h e e n d u s e r s w a s o n a s s e s s i n g t h e b e n e f i t s o f u s i n g S T O M i n t h e i r d a i l y o p e r a t i o n s a n d h o w i t c o u l d b e i n t e g r a t e d w i t h t h e o t h e r t o o l s t h a t t h e y u s e . It a l s o i n v o l v e d t e s t i n g , v e r i f y i n g , a n d u n d e r s t a n d i n g i t s o u t p u t s . I n a d d i t i o n , a n d as t h e s h i f t e n g i n e e r s s t a r t e d t o i n t e r a c t w i t h t h e s y s t e m , t h e i r f e e d b a c k r e q u i r e d s i g n i f i c a n t m o d i f i c a t i o n s t o t h e g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e , t o t h e r e s u l t s d i s p l a y s o f t w a r e , t o t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n m o d e l s , a n d f i n a l l y t o t h e p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a . A t t h e i n i t i a l s t a g e o f i m p l e m e n t a t i o n , t h e t r a i n i n g s e s s i o n s w e r e s t r u c t u r e d b y m a n a g e m e n t o f t h e S h i f t O f f i c e s o t h a t t h e s h i f t e n g i n e e r w h o w a s w o r k i n g o n t h e p r e v i o u s d a y ( s ) s h i f t w o u l d , r u n a p o s t m o r t e m s t u d y o f t h e s c h e d u l e s d i s p a t c h e d . I n t h e s e t r a i n i n g s e s s i o n s t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n that m a x i m i z e s t h e e f f i c i e n c y o f t h e s y s t e m w a s u s e d . T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n w a s s e l e c t e d f o r its e a s e o f u s e as i t r e q u i r e s m i n i m a l i n p u t d a t a f r o m t h e user. T h i s s t r u c t u r e o f t r a i n i n g s e s s i o n s s i g n i f i c a n t l y h i g h l i g h t e d t h e b e n e f i t s a n d t h e d r a w b a c k s o f S T O M . O n t h e b e n e f i t s s i d e , i t s h o w e d t h e s h i f t e n g i n e e r s w h a t c o u l d h a v e b e e n d o n e t o m a x i m i z e t h e e f f i c i e n c y o f t h e s y s t e m ( r a t h e r t h a n m a x i m i z i n g t h e e f f i c i e n c y f o r i n d i v i d u a l p l a n t s ) , w h i l e t h e i r s c h e d u l e s w e r e s t i l l f r e s h i n t h e i r m i n d s . I n m a n y i n s t a n c e s t h e s h i f t e n g i n e e r s w o u l d e i t h e r j u s t i f y t h e i r s c h e d u l e s , t h e r e b y i n d i c a t i n g a s h o r t c o m i n g o r m i s s i n g m o d e l i n g d e t a i l , o r q u e s t i o n t h e l o g i c o f t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l , i n w h i c h c a s e a d e t a i l e d a n a l y s i s o f t h e o u t p u t w o u l d b e c a r r i e d out. I n b o t h c a s e s t h e b e n e f i t s g a i n e d f r o m t h e e x e r c i s e s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d t h e m o d e l a n d i t s u n d e r s t a n d i n g b y t h e u s e r . I n t h e p r o c e s s o f p r e p a r i n g t h e i n p u t d a t a a n d r e v i e w i n g t h e r e s u l t s , t h e s h i f t e n g i n e e r s w o u l d a l s o c r i t i c i z e t h e d a t a p r e p a r a t i o n p r o c e s s , t h e G U I , a n d t h e r e s u l t s d i s p l a y s o f t w a r e , o r t h e y w o u l d r e q u e s t a d d i t i o n a l f e a t u r e s t o b e i n c l u d e d i n t h e m . A t t h e e n d of. e a c h p o s t m o r t e m r u n , t h e s h i f t e n g i n e e r s w e r e r e q u i r e d t o p r e p a r e a s h o r t r e p o r t o n t h e i r f i n d i n g s . T h e r e p o r t s w e r e d i s t r i b u t e d t o t h e i r c o l l e a g u e s f o r i n f o r m a t i o n a n d f e e d b a c k . I n m a n y i n s t a n c e s t h e s e s h o r t 1 3 4 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compet i t i v e P o w e r Ma rke t Env i ronment r e p o r t s s t i r r e d a n e x t e n s i v e d i s c u s s i o n , a n d i n m a n y c a s e s r e s u l t e d i n r e v i s i o n s t o t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l o r o t h e r s o f t w a r e s y s t e m s th a t t h e y use. T h e f i r s t s t a g e o f i m p l e m e n t a t i o n a l s o h i g h l i g h t e d s o m e o f t h e d r a w b a c k i n t h e p r o c e d u r e s u s e d t o c h e c k a n d v e r i f y S T O M ' s i n p u t d a t a . It a l s o h i g h l i g h t e d t h e n e e d f o r m o r e s t a f f i n t h e s h i f t o f f i c e t o p e r f o r m o p t i m i z a t i o n a n d s i m u l a t i o n s t u d i e s i n r e a l - t i m e . T o t e s t t h e p o t e n t i a l u s e o f S T O M a n d o t h e r s o f t w a r e s y s t e m s (e.g., t h e u n i t c o m m i t m e n t p r o g r a m ) f o r r e a l - t i m e s c h e d u l i n g , t h e s h i f t e n g i n e e r s w e r e a s k e d t o test t h e \" m a x i m i z e t h e p r o f i t \" o b j e c t i v e f u n c t i o n i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s m o d e w h i l e a c t i n g as a s e c o n d s h i f t e n g i n e e r a l o n g s i d e t h e f i r s t s h i f t e n g i n e e r . A f t e r t h i s test b y t h e m a j o r i t y o f t h e s h i f t e n g i n e e r s , i t b e c a m e e v i d e n t t h a t t h e r e c o u l d b e s i g n i f i c a n t g a i n s i n h a v i n g m o r e s t a f f w h o s e m a i n f o c u s w o u l d b e t o r u n S T O M a n d o t h e r o p t i m i z a t i o n a n d s i m u l a t i o n m o d e l s t o p r e p a r e t h e s c h e d u l e s f o r t h e f i r s t s h i f t e n g i n e e r . F o l l o w i n g t h i s e x e r c i s e t h r e e a d d i t i o n a l s h i f t e n g i n e e r s h a v e b e e n a d d e d . T h e i r m a i n f u n c t i o n ( s t a r t i n g m i d o f O c t o b e r 1 9 9 9 ) w i l l b e t o f o c u s o n r u n n i n g S T O M a n d o t h e r s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n m o d e l s t o a i d t h e p r o c e s s o f p r e p a r i n g t h e g e n e r a t i o n a n d t r a d i n g s c h e d u l e s b y t h e s h i f t e n g i n e e r . T h e s e c o n d s t a g e o f i m p l e m e n t a t i o n f o c u s e d o n a c q u i r i n g m a r k e t i n g i n f o r m a t i o n f r o m P o w e r E x , o n m o d i f y i n g t h e L R B s y s t e m t o r e a d a n d w r i t e t h e m a r k e t i n g i n f o r m a t i o n , a n d o n t r a i n i n g t h e s h i f t e n g i n e e r s o n t h e u s e o f t h e o t h e r o b j e c t i v e f u n c t i o n s o f S T O M , i n p a r t i c u l a r t h e m a x i m i z e p r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n . S e v e r a l s h i f t e n g i n e e r s a n d t h e m a n a g e r o f t h e s h i f t o f f i c e w e r e i n v o l v e d i n s e t t i n g s o m e o f t h e m o d e l i n g d e t a i l s a n d i n p u t d a t a r e q u i r e m e n t s f o r t h e \" m a x i m i z e t h e p r o f i t \" o b j e c t i v e f u n c t i o n . It a l s o i n v o l v e d r e v i s i o n o f t h e p r o c e d u r e s u s e d t o c h e c k a n d v e r i f y t h e r e q u i r e d o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a f o r S T O M . T h e t h i r d i m p l e m e n t a t i o n s t a g e w a s s c h e d u l e d t o t a k e p l a c e i n M a y 1 9 9 9 . T h e f o c u s o f the t h i r d s t a g e w a s o n f u l l i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M at t h e s h i f t o f f i c e f o r r e a l - t i m e use. I n s u m m a r y , t r a i n i n g o n t h e s y s t e m a n d u s e r i n v o l v e m e n t h e l p e d t o a c h i e v e t h e f o l l o w i n g : a s s e s s i n g t h e i m p o r t a n c e o f c h e c k i n g a n d v e r i f y i n g i n p u t d a t a , v a l i d a t i n g t h e m o d e l f o r o p e r a t i o n a l u s e , u n d e r s t a n d i n g o f t h e m o d e l b y t h e u s e r s , a s s e s s i n g a d d i t i o n a l m o d e l i n g d e t a i l s r e q u i r e m e n t s , e n h a n c i n g t h e u s e r - f r i e n d l i n e s s o f t h e G U I a n d t h e r e s u l t s d i s p l a y s o f t w a r e , h i g h l i g h t i n g t h e n e e d f o r m o r e i n d i v i d u a l a n d g r o u p t r a i n i n g , a s s e s s i n g t h e n e e d f o r a d d i t i o n a l s t a f f t o r u n S T O M i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s m o d e , a n d a s s e s s i n g t h e b e n e f i t s o f S T O M . iv. Organizational and Management Support T h i s r e s e a r c h p r o j e c t w a s c a r r i e d o u t w i t h a r e l a t i v e l y l o w p r o f i l e . F o r t h i s r e a s o n it w a s l o o k e d u p o n b y t h o s e w i t h a l i t t l e k n o w l e d g e o f t h e p r o j e c t , as a n o t h e r r e s e a r c h p r o j e c t l i k e l y t o e n d u p p r o d u c i n g s o m e t h i n g th a t p r o b a b l y c o u l d b e u s e d . D u e t o i t s l o w p r o f i l e o n l y f e w p e o p l e , w h o w e r e d i r e c t l y i n v o l v e d i n t h e p r o j e c t , k n e w a b o u t w h a t w a s g o i n g o n i n t h e p r o j e c t ( u p u n t i l t h e m o d e l s w e r e i n a c t u a l i m p l e m e n t a t i o n p h a s e ) . F o r t h i s r e a s o n the r e s e a r c h p r o j e c t d i d n o t e n c o u n t e r s i g n i f i c a n t r e s i s t a n c e f r o m p e r s o n s w i t h i n the o r g a n i z a t i o n , o r t o p u t i t i n t h e o p e r a t i o n s r e s e a r c h j a r g o n , it d i d n o t e n c o u n t e r \" t a c t i c s o f c o u n t e r i m p l e m e n t a t i o n \" ( T u r b a n , 1 9 9 0 ) . 135 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t F o r t u n a t e l y , t h e m a n a g e r s a n d s e n i o r o p e r a t i o n s e n g i n e e r s w h o k n e w w h a t w a s g o i n g o n i n t h e p r o j e c t f u l l y s u p p o r t e d i t , as t h e y w e r e f u l l y c o n v i n c e d t h a t i t w a s \" t h e w a y t o g o \" i n d e v e l o p i n g c o m p l e x m o d e l s f o r a c o m p l e x h y d r o e l e c t r i c s y s t e m . A n o t h e r f a c t o r t h a t m a y h a v e c o n t r i b u t e d t o t h e s u c c e s s f u l i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M w a s th a t t h e r e s e a r c h e r s i n v o l v e d i n t h e p r o j e c t w e r e n o t B.C. H y d r o e m p l o y e e s a n d w e r e s h i e l d e d f r o m o r g a n i z a t i o n a l p o l i t i c s . T h i s w a s d e s p i t e t h e f a c t t h a t m o s t o f t h e r e s e a r c h w a s c o n d u c t e d o n B . C . H y d r o p r e m i s e s , a n d t h e r e s e a r c h e r s w e r e g i v e n f u l l a c c e s s t o a l l f a c i l i t i e s a v a i l a b l e t o B . C . H y d r o e m p l o y e e s . S u p p o r t o f t o p m a n a g e m e n t t o i n s t i t u t i o n a l i z e t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a n d t o i n t e g r a t e i t w i t h o t h e r o p e r a t i o n a l t o o l s u s e d b y t h e S h i f t O f f i c e a l s o p l a y e d a m a j o r r o l e i n t h e s u c c e s s o f S T O M i m p l e m e n t a t i o n . A s the r e s e a r c h p r o j e c t p r o g r e s s e d , a n d a s t h e i n i t i a l i m p l e m e n t a t i o n r e s u l t s s h o w e d t h e b e n e f i t s o f u s i n g S T O M b y t h e S h i f t E n g i n e e r s , t o p m a n a g e m e n t p r o v i d e d a d d i t i o n a l f i n a n c i a l a n d t e c h n i c a l s u p p o r t f o r t h e r e s e a r c h p r o j e c t a n d f o r i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M i n t h e s h i f t o f f i c e f o r r e a l - t i m e o p e r a t i o n s . S T O M w a s e v e n i n c l u d e d a s o n e o f t h e m a i n p r o j e c t s u n d e r t h e B u s i n e s s T r a n s i t i o n P l a n t h a t B C H y d r o i s c u r r e n t l y i m p l e m e n t i n g t o p r e p a r e t h e o r g a n i z a t i o n f o r t h e n e w e l e c t r i c i t y m a r k e t s t r u c t u r e . F i n a l l y , t h e f a c t o r o f l u c k s h o u l d n o t b e i g n o r e d . T w o o f t h e m a i n a d v o c a t e s ( w h o o r i g i n a l l y a p p r o a c h e d U B C ) f o r d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g S T O M b e c a m e t h e m a n a g e r s r e s p o n s i b l e f o r i t s i m p l e m e n t a t i o n . T h e t w o m a n a g e r s a l s o h a v e v e r y g o o d r e l a t i o n s h i p w i t h t h e m a n a g e r o f t h e r e s e a r c h p r o j e c t . v. Accuracy of Data \" G a r b a g e i n , g a r b a g e o u t \" , i s t h e f a m o u s s a y i n g t h a t i s o f t e n u s e d i n o p e r a t i o n s r e s e a r c h j a r g o n t o r e f l e c t t h e i m p o r t a n c e o f i n p u t d a t a i n a n y m o d e l i n g e x e r c i s e . S T O M i s n o e x c e p t i o n . S T O M i s a n o p e r a t i o n a l t o o l t h a t r e l i e s o n i t s u s e r t o e n s u r e t h e a c c u r a c y a n d i n t e g r i t y o f o p e r a t i o n a l i n p u t data. F o r S T O M t o b e u s e d e f f e c t i v e l y a n d r e l i a b l y b y t h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s at B . C . H y d r o a r e l i a b l e a n d a c c u r a t e d a t a b a s e w a s r e q u i r e d . It w a s a l s o r e q u i r e d t h a t S T O M s h o u l d b e f u l l y i n t e g r a t e d w i t h t h e L R B s y s t e m , a n d i t s h o u l d c l o s e l y m o d e l t h e c u r r e n t s t a t u s o f t h e s y s t e m . S e v e r a l s t e p s w e r e t a k e n t o m e e t t h e s e r e q u i r e m e n t s . F i r s t , t h e p r o c e s s o f a c q u i r i n g a n d c h e c k i n g t h e o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a w a s s e p a r a t e d f r o m t h a t f o r t h e p h y s i c a l i n p u t d a t a . S e c o n d , t h e p h y s i c a l d a t a w a s c o l l e c t e d , c h e c k e d , d e r i v e d , s t o r e d i n t h e r e q u i r e d f o r m a t f o r t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n m o d e l s , a n d t h e n c a l i b r a t e d f o r o p e r a t i o n a l u s e . T h i r d , t o e x t r a c t S T O M ' s o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a s e v e r a l c o m p u t e r s o f t w a r e m o d u l e s w e r e i n s e r t e d i n t o t h e L R B s y s t e m , o r w e r e d e v e l o p e d t o p r e p a r e t h e r e q u i r e d i n p u t d a t a . F o u r t h , S T O M G U I w a s d e s i g n e d t o a l l o w t h e u s e r t o set a n d r e v i e w s o m e o f t h e s t u d y ' s p a r a m e t e r s a n d l i m i t s as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.3.2. S e v e r a l p r o c e d u r e s w e r e f o r m u l a t e d t o c h e c k a n d v e r i f y o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a , as s h o w n i n A n n e x B . I n a d d i t i o n , t h e G U I w a s d e s i g n e d t o r e a d a n d r e w r i t e t h e o p e r a t i o n a l d a t a f o r t h e p l a n t s s e l e c t e d a n d f o r t h e d u r a t i o n o f t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n s t u d y . I n t h e p r o c e s s o f r e w r i t i n g t h e o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a , t h e G U I p e r f o r m s t h e f o l l o w i n g f u n c t i o n s : - \u00E2\u0080\u00A2 c h e c k f o r e r r o r s i n i n p u t d a t a (e.g., n o n - n u m e r i c i n p u t ) , c h e c k f o r m i s s i n g i n p u t d a t a , c h e c k f o r v i o l a t i o n s o f o p e r a t i o n a l l i m i t s (e.g., s t a r t i n g r e s e r v o i r l e v e l s a r e o u t s i d e t h e i r l i m i t s , t o t a l a v a i l a b l e g e n e r a t i o n c a p a c i t y m e e t s t h e l o a d a n d t h e p r e s c h e d u l e d i m p o r t s a n d e x p o r t s ) . 1 3 6 A D e c i s i o n Suppo r t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Ma rke t Env i ronment I f a n e r r o r o r a v i o l a t i o n o f t h e l i m i t s i s d e t e c t e d , t h e G U I l i s t s a n d d i s p l a y s t h e m t o t h e u s e r a n d q u i t s t h e r u n . S e v e r a l t y p e s o f o p e r a t i o n a l d a t a p r o b l e m s w e r e e n c o u n t e r e d d u r i n g - t h e i m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s o f S T O M . T h e t y p e s o f p r o b l e m s a n d t h e s o l u t i o n a d o p t e d a r e s u m m a r i z e d as f o l l o w s : I n c o r r e c t d a t a d u e t o i n a c c u r a t e , o r c a r e l e s s d a t a e n t r y . T h e s o l u t i o n w a s t o d e v e l o p a s y s t e m a t i c w a y t o e n s u r e t h e a c c u r a c y o f d a t a (e.g., s u m m a r i z e d c h e c k l i s t as a t t a c h e d i n A n n e x B ) , c h e c k d a t a i n t e g r i t y , a n d r e p o r t a n y p r o b l e m s t o t h e u s e r b e f o r e s u b m i t t i n g t h e r u n (e.g., c h e c k a n d r e w r i t e d a t a f o r p l a n t s s e l e c t e d a n d f o r t h e d u r a t i o n o f t h e s t u d y ) . I n t h e c a s e o f d e r i v e d d a t a , t h e p r o b l e m s w e r e i n v e s t i g a t e d a n d c o r r e c t e d w i t h t h e a i d o f t h e s h i f t e n g i n e e r s a n d t h e t e a m o f c o m p u t e r p r o g r a m m e r s r e s p o n s i b l e f o r m a i n t e n a n c e o f t h e L R B s y s t e m . D a t a n o t a v a i l a b l e . H i g h l i g h t t h e p r o b l e m a n d a i d i n t h e d e v e l o p m e n t o f s o f t w a r e s y s t e m s t o g e n e r a t e d a t a i n t h e r e q u i r e d f o r m a t , or, w h e n p o s s i b l e g e n e r a t e d a t a i n t e r n a l l y . E r r o r s i n d a t a m e a s u r e m e n t . I n v e s t i g a t e t h e s o u r c e o f d i s c r e p a n c y a n d s u g g e s t w a y s t o c o r r e c t f o r i t (e.g., t h e P I d a t a i s a c t u a l m e a s u r e d data, w h i c h c o n t a i n s n o i s e a n d s o m e t i m e s e r r o r s ) . D a t a d o e s n o t e x i s t . C o m e u p w i t h b e s t e s t i m a t e s w i t h u s e r s u g g e s t i o n s . T h e r e s e a r c h t e a m s p e n t m a n y m o n t h s o n a c q u i r i n g , d e r i v i n g , v e r i f y i n g , a n d c a l i b r a t i n g t h e p h y s i c a l d a t a b a s e u s e d i n S T O M . T h i s e f f o r t r e s u l t e d i n t h e c r e a t i o n o f o n e o f t h e m o s t a c c u r a t e p h y s i c a l s e t o f d a t a o n h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n B.C. H y d r o . T h e m a i n f o c u s o f t h i s e f f o r t w a s t o e n s u r e t h a t S T O M r e l i e s o n t h e m o s t r e c e n t a n d t e c h n i c a l l y c o r r e c t set o f d a t a t h a t e x i s t s i n t h e o r g a n i z a t i o n . A s c a n b e i m a g i n e d , t h e w o r k w a s t e d i o u s , as i t r e q u i r e d i n t e r a c t i o n w i t h m a n y s t a f f m e m b e r s a n d i n m a n y i n s t a n c e s m a n u a l l y \" m i n i n g \" t h e d a t a o u t o f o l d as w e l l as n e w d a t a sets t o e x t r a c t t h e i n f o r m a t i o n n e e d e d f o r S T O M . vi. Interpretation and Communication of Results M e a n i n g f u l , u n d e r s t a n d a b l e , a n d c o n v e n i e n t l y o b t a i n a b l e d i s p l a y s o f r e s u l t s a r e n e c e s s a r y i f a m o d e l i s t o b e u s e f u l f o r o p e r a t i o n a l u s e . A s d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.3.6, t h e R e s u l t s -D i s p l a y S o f t w a r e w a s d e v e l o p e d i n c l o s e c o o r d i n a t i o n w i t h t h e e n d - u s e r . I n a d d i t i o n t o the e x t e n s i v e n u m e r i c d i s p l a y o f r e s u l t s , t h e s o f t w a r e u s e s t h e c o m p u t e r g r a p h i c c a p a b i l i t i e s o f E x c e l t o a l l o w t h e r e s u l t s t o b e m o r e m e a n i n g f u l l y i n t e r p r e t e d . T h e i n t e r p r e t a t i o n a n d c o m m u n i c a t i o n o f m o d e l r e s u l t s a l s o c o n t a i n s m e a s u r e s o f p e r f o r m a n c e o f t h e o p t i m i z a t i o n r u n f o r e a c h o b j e c t i v e f u n c t i o n . A s i n d i c a t e d i n S e c t i o n 4.3.6, th e r e s u l t s - d i s p l a y s o f t w a r e a l l o w s t h e u s e r t o s a v e o u t p u t o f t h e o p t i m i z a t i o n r u n f o r l a t e r u s e o r f o r r e v i e w b y o t h e r s . It a l s o a l l o w s t h e u s e r t o e x p o r t t h e r e s u l t s t o t h e L R B s y s t e m , t h e r e b y c o m p l e t i n g t h e c y c l e o f t h e o p t i m i z a t i o n r u n . T h e s u m m a r y s h e e t c o n t a i n s t h e m o s t i m p o r t a n t r e s u l t s f o r a h i g h e r l e v e l v i e w , a n d b e h a v i o r o f the r u n as w e l l as a p e r f o r m a n c e m e a s u r e o f t h e o p t i m i z a t i o n r u n . O t h e r s h e e t s c o n t a i n d e t a i l e d i n f o r m a t i o n o n e a c h p l a n t i n c l u d e d i n t h e o p t i m i z a t i o n / s i m u l a t i o n r u n . T h e a b o v e f e a t u r e s o f t h e r e s u l t s d i s p l a y s o f t w a r e a l l o w t h e u s e r t o r e v i e w , u n d e r s t a n d a n d i n t e r p r e t t h e o u t p u t o f t h e o p t i m i z a t i o n r u n i n a q u i c k a n d e a s y w a y . 1 3 7 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Rea l-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t vii. Behavioral factors U s e r p e r c e p t i o n o f t h e s y s t e m w a s f o u n d t o b e v e r y i m p o r t a n t i n g e t t i n g t h e s y s t e m a c c e p t e d b y t h e m a j o r i t y o f t h e s h i f t e n g i n e e r s . A s m e n t i o n e d i n t h e d e s i g n p h i l o s o p h y o f S T O M , th e u s e r i s t h e u l t i m a t e d e c i s i o n - m a k e r , w h o d e c i d e s w h e n t o u s e i t , h o w t o u s e i t , w h a t a n a l y s i s t o p e r f o r m w i t h i t , a n d w h e t h e r t o a c c e p t o r r e j e c t i t s r e s u l t s . I n s u m m a r y , S T O M u s e r s h a v e v i e w e d i t as a d e c i s i o n s u p p o r t t o o l t o a i d t h e m i n m a k i n g t h e i r d e c i s i o n s , a n d n o t as a s y s t e m t h a t w i l l s o m e d a y r e p l a c e t h e m . T h e o t h e r i m p o r t a n t b e h a v i o r a l f a c t o r i n g e t t i n g t h e s y s t e m a c c e p t e d i s t h e u s e r - b u i l d e r r e l a t i o n s h i p . A l l B . C . H y d r o s t a f f a n d i n p a r t i c u l a r t h e o p e r a t i o n s e n g i n e e r s h a v e t h e i r o w n j o b s t o a t t e n d to. T h e r e s e a r c h t e a m w a s c a r e f u l n o t t o e x c e s s i v e l y i n t r u d e o n t h e m , p a r t i c u l a r l y w h e n i m p o r t a n t e v e n t s w e r e t a k i n g p l a c e (e.g., s u d d e n o u t a g e , f l o o d s , i m p o r t a n t m e e t i n g s , e t c ) . T o g e t t h i n g s d o n e , t h e a u t h o r a d o p t e d a s e m i - c a u s a l b u s i n e s s r e l a t i o n s h i p w i t h t h e c o n c e r n e d s t a f f , w h o i n m a n y i n s t a n c e s c a n c e l l e d a p p o i n t m e n t s w i t h t h e r e s e a r c h t e a m t o t a k e c a r e o f m o r e u r g e n t a s p e c t s o f t h e i r j o b . A m o n g th e o t h e r i m p o r t a n t b e h a v i o r a l f a c t o r s i s r e s i s t a n c e t o c h a n g e , a n d h o w S T O M u s e r s a n d o t h e r s p e r c e i v e d t h e s y s t e m i n t h e o r g a n i z a t i o n . S T O M w a s l o o k e d at b y m a n y as a l i n k b e t w e e n t h e l o n g / m e d i u m - t e r m p l a n n i n g s t u d i e s a n d t h e r e a l - t i m e o p e r a t i o n s , w h i l e o t h e r s p e r c e i v e d S T O M as p o t e n t i a l l y t h r e a t e n i n g t o t h e i r j o b s . T h e t w o v i e w s , a n d m a n y i n b e t w e e n , w e r e n o t e a s y t o r e c o n c i l e . I n i t i a l p e r c e p t i o n s a r e h a r d t o c h a n g e , a n d e v e r y e f f o r t w a s m a d e t o s t r e s s t h e p o i n t t h a t S T O M i s n o t a r e p l a c e m e n t o f i t s u s e r s , b u t r a t h e r , i s a t o o l t o a i d t h e m i n m a k i n g i m p o r t a n t a n d c o m p l e x d e c i s i o n s , p a r t i c u l a r l y i n t h e n e w e m e r g i n g m a r k e t e n v i r o n m e n t . It w a s a l s o f o u n d t h a t w h e n a s y s t e m i s p e r c e i v e d t o h a v e m a n a g e m e n t s u p p o r t i t g e t s a c c e p t e d m u c h m o r e q u i c k l y t h a n i f i t d i d not. A s m e n t i o n e d a b o v e , S T O M d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n e n j o y e d c o n s i d e r a b l e m a n a g e m e n t s u p p o r t , a n d f o r t h i s r e a s o n m a n y v i e w e d i t as a n i m p o r t a n t s y s t e m t o m a s t e r . F i n a l l y , d u r i n g t h e p o s t m o r t e m s t u d i e s , i t w a s f o u n d t h a t t h e m o d e l g a i n e d a c c e p t a n c e w h e n i t s r e s u l t s c o n f i r m e d a d e c i s i o n t h a t h a d a l r e a d y b e e n m a d e , o r w h e n th e a n s w e r s s e e m e d \" o b v i o u s \" . viii. Project Related P r o j e c t r e l a t e d i s s u e s c o n c e r n s p r o j e c t b e n e f i t s , a n d w h e t h e r t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m d e v e l o p e d s o l v e s a p r o b l e m . T h e y a l s o c o n c e r n m a n a g e m e n t o f t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s as w e l l as t h e n e c e s s a r y f i n a n c i a l a n d l o g i s t i c a l s u p p o r t t o d e v e l o p a n d i m p l e m e n t t h e s y s t e m i n r e a l - l i f e . a. Project Benefits T h e b e n e f i t s o f S T O M a r e c o n s i d e r a b l e , a n d t h e y c a n b e s u m m a r i z e d as f o l l o w s . F i r s t , c o m p i l a t i o n a n d v e r i f i c a t i o n o f S T O M ' s p h y s i c a l i n p u t d a t a h a v e r e s u l t e d i n t h e c r e a t i o n o f a v e r y a c c u r a t e d a t a b a s e o n t h e m a j o r i t y o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s m a n a g e d b y B C H y d r o . T h i s , i n t h e o p i n i o n o f t h e a u t h o r , i s p r i c e l e s s . S e c o n d , t h e e x e r c i s e o f b u i l d i n g S T O M h a s l e a d t o t h e e x p l i c i t r e c o g n i t i o n o f r e l a t i o n s h i p s t h a t w e r e n o t r e a l i z e d b e f o r e . F o r e x a m p l e , t h e u t i l i z a t i o n o f t h e c o n c e p t o f o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t t o d e r i v e a n d u s e t h e p l a n t ' s g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n c u r v e s h a s r e s u l t e d i n t h e i n t r o d u c t i o n a n d u s e o f t h e m e t h o d o l o g y a n d t h e e x p l o i t a t i o n o f i t s f e a t u r e s i n S T O M (s e e S e c t i o n 4.5.2). T h i r d , a l t h o u g h t h e f i n a n c i a l b e n e f i t s h a v e b e e n e s t i m a t e d b y B . C . H y d r o t o a m o u n t t o $ 5 m i l l i o n p e r a n n u m , t h e l o n g -138 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Ma rke t Env i ronment t e r m f i n a n c i a l b e n e f i t s o f u s i n g S T O M a r e h a r d t o q u a n t i f y . T h i s i s b e c a u s e as t h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s u s e S T O M , t h e y w i l l t e n d t o l e a r n h o w t h e g e n e r a t i n g s y s t e m s h o u l d b e h a v e i n a n o p t i m a l m a n n e r u n d e r d i f f e r e n t o p e r a t i n g c o n d i t i o n s . T h i s c o u l d p o s s i b l y l e a d t h e m t o d e r i v e s o m e r u l e s t h a t c o u l d b e f o l l o w e d t o o p t i m i z e t h e s y s t e m m e n t a l l y . T h u s , t h e r e t u r n s f r o m r u n n i n g t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s e e m t o d i m i n i s h as t h e y e a r s g o b y , a l t h o u g h S T O M w i l l l i k e l y b e u s e d t o r e i n f o r c e a n d r e a s s u r e t h e e x p e r i e n c e d e n g i n e e r s t h a t t h e i r s c h e d u l e s a r e o p t i m a l . H o w e v e r , n e w u s e r s w i l l g r e a t l y b e n e f i t f r o m r u n n i n g a n d u s i n g S T O M , o r f r o m i n h e r i t i n g t h e r u l e s d e r i v e d b y e x p e r t u s e r s , u n t i l t h e y t o o r e a c h a l e v e l at t h e l e a r n i n g c u r v e w h e r e t h e a p p a r e n t b e n e f i t s d i m i n i s h . F o u r t h , S T O M a c t s as a u n i f y i n g i n s t r u m e n t f o r o r g a n i z a t i o n a l f u n c t i o n s . It i s w e l l - r e c o g n i z e d i n i n d u s t r y t h a t o n e o f t h e v i r t u e s o f a c o r p o r a t e p l a n n i n g m o d e l i s t h a t m a n y i n t e r c o n n e c t i o n s b e t w e e n d i f f e r e n t d e p a r t m e n t s a n d f u n c t i o n s i n a n o r g a n i z a t i o n h a v e t o b e r e p r e s e n t e d e x p l i c i t l y . T h e o b v i o u s e x a m p l e i n S T O M i s t h e f u n c t i o n o f B C H y d r o ' s P o w e r S u p p l y a n d t h e M a r k e t i n g B u s i n e s s U n i t s , w h e r e d i v e r g e n c e o f o b j e c t i v e s c o u l d e x i s t . P r o d u c t i o n c o u l d w e l l b e t r y i n g t o s a t i s f y c e r t a i n r e q u i r e m e n t s (e.g., m e e t i n g t h e d o m e s t i c l o a d , m e e t i n g r e l i a b i l i t y c r i t e r i a , o r e n v i r o n m e n t a l l i m i t s , e t c ) , w h i l e m a r k e t i n g m a y b e t r y i n g t o m a x i m i z e t h e t o t a l v o l u m e o f s a l e s r a t h e r t h a n c o n c e n t r a t i n g o n m a x i m i z i n g p r o f i t s , o r v a l u e o f r e s o u r c e s . F r o m t h i s p e r s p e c t i v e , S T O M a c t s as a n i n s t r u m e n t t o u n i f y t h e o b j e c t i v e s o f t h e o r g a n i z a t i o n , n a m e l y , t o m a x i m i z e t h e v a l u e o f it s r e s o u r c e s . F i f t h , t h e p o s t m o r t e m t e s t i n g a n d u s e r t r a i n i n g p h a s e o n S T O M s h o w e d tha t t h e g a i n i n v a l u e o f t h e o p t i m i z e d s c h e d u l e s v a r i e d f r o m 0 . 2 5 % t o m o r e t h a n 1 % - s o m e i n t h e f o r m o f a d d i t i o n a l r e v e n u e f r o m s a l e s a n d s o m e i n t h e v a l u e o f a d d i t i o n a l s t o r e d w a t e r . A s i d e f r o m t h e o p t i m i z e d s c h e d u l e s , o n e o f t h e m a j o r b e n e f i t s o f u s i n g l i n e a r p r o g r a m m i n g a n d m o d e l s i n g e n e r a l i s t h e d e r i v e d s e n s i t i v i t y a n a l y s i s d a t a that c a n b e o b t a i n e d . S i x t h , a t e a m o f g r a d u a t e a n d u n d e r g r a d u a t e s t u d e n t s c a r r i e d o u t S T O M . d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n . T h e b e n e f i t s o f u s i n g s t u d e n t s a r e s e v e r a l f o l d . T h e c o s t o f t e c h n i c a l e x p e r t i s e t o B.C. H y d r o w a s l o w ( i n c o m p a r i s o n w i t h c o n s u l t a n t f e e s ) , w h i l e t h e g a i n s t o B C c o m m u n i t y a n d t h e c o u n t r y a r e s i g n i f i c a n t ( m a i n l y f r o m t r a i n i n g s t u d e n t s o n r e a l - l i f e p r o b l e m s o l v i n g t e c h n i q u e s , a n d f r o m l o c a l l y d e v e l o p i n g t h e k n o w l e d g e b a s e a n d t e c h n i c a l e x p e r t i s e f o r h y d r o p o w e r s y s t e m o p e r a t i o n s ) . S e v e n t h , S T O M c o n s i d e r a b l y s h o r t e n s t h e t i m e n e e d e d t o p r e p a r e t h e g e n e r a t i o n a n d t r a d i n g s c h e d u l e s , a n d t h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s n o w c a n b e n e f i c i a l l y u s e t h e t i m e s a v e d t o f o c u s o n o t h e r i m p o r t a n t a s p e c t s o f t h e i r j o b . E i g h t h , S T O M ' s o p e r a t i o n a l d a t a r e q u i r e m e n t s p r o v i d e d s i g n i f i c a n t b e n e f i t s i n v e r i f i c a t i o n , a n d i n m a n y i n s t a n c e s f i n d i n g s o u r c e s o f e r r o r i n o p e r a t i o n a l d a t a s o u r c e s . It h a s a l s o h e l p e d i n o r g a n i z i n g a n d a r c h i v i n g o p e r a t i o n a l d a t a f o r u s e w h e n t h e n e e d a r i s e s . N i n t h , S T O M i s a d y n a m i c s y s t e m o p t i m i z e r , r a t h e r t h a n i n d i v i d u a l p l a n t o r u n i t s t a t i c o p t i m i z e r s . T h e k e y w o r d s h e r e a r e d y n a m i c a n d s t a t i c . S T O M l o o k s i n t o t h e f u t u r e a n d o p t i m i z e s t h e s y s t e m b e h a v i o r w h i l e t a k i n g f u t u r e d e c i s i o n a n d s y s t e m l i m i t s a n d c o n s t r a i n t s i n t o a c c o u n t . F i n a l l y , a n d m o s t i m p o r t a n t l y , S T O M p r o v i d e s t h e l i n k i n t h e d e c i s i o n - m a k i n g p r o c e s s b e t w e e n t h e l o n g / m e d i u m - t e r m p l a n n i n g a n d c o o r d i n a t i o n s t u d i e s a n d r e a l - t i m e s y s t e m a n d m a r k e t i n g o p e r a t i o n s . T h e m a i n d r i v e r s o f S T O M a r e m a r k e t p r i c e s a n d th e v a l u e o f w a t e r r e s o u r c e s , w h i c h a r e t o a l a r g e e x t e n t , t h e m a i n d r i v i n g f o r c e s i n e l e c t r i c i t y m a r k e t s t o d a y . 1 3 9 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment b. Management of the Development and Implementation Process I n t e r n a l l y , t h e B . C . H y d r o a n d U B C p r o j e c t m a n a g e m e n t g a v e a h i g h d e g r e e o f f r e e d o m t o r e s e a r c h e r s a n d o t h e r s t u d e n t s w o r k i n g o n t h e p r o j e c t . T h i s c r e a t e d a n i d e a l a t m o s p h e r e t o d e v e l o p i n n o v a t i v e s o l u t i o n s t o t h e p r o b l e m s t h a t w e r e e n c o u n t e r e d i n t h e p r o j e c t . It a l s o a l l o w e d e x p l o r a t i o n o f a v a i l a b l e a n d n e w m e t h o d s o f a n a l y s i s , as d e v e l o p e d i n t h i s t h e s i s . c. Financial and Logistical Support T h e i m p o r t a n t a s p e c t s o f f i n a n c i a l a n d l o g i s t i c a l s u p p o r t c a n n o t b e o v e r e m p h a s i z e d , as t h e y w e r e v e r y c r i t i c a l t o t h e s u c c e s s o f t h i s a p p l i e d r e s e a r c h p r o j e c t . F i n a n c i a l s u p p o r t w a s p r o v i d e d t o c o v e r s t u d e n t s a l a r i e s f o r g r a d u a t e a n d u n d e r g r a d u a t e s t u d e n t s e m p l o y e d o n the r e s e a r c h p r o j e c t b y U B C , as w e l l as t h e C o - o p s t u d e n t s f r o m U B C , t h e U n i v e r s i t y o f V i c t o r i a , a n d o t h e r c o l l e g e s i n B C . L o g i s t i c a l s u p p o r t w a s p r o v i d e d b y B . C . H y d r o as o f f i c e s p a c e a n d c o m p u t e r s a n d o t h e r e q u i p m e n t , as w e l l as a r r a n g e m e n t s t o v i s i t o l d a n d n e w h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s a n d c o n t r o l c e n t r e s i n t h e p r o v i n c e . F i n a l l y , a c c e s s t o a l l i n f o r m a t i o n s o u r c e s w a s p r o v i d e d w i t h n o r e s t r i c t i o n , w h i c h t o a l a r g e e x t e n t c o n t r i b u t e d t o t h e s u c c e s s i n d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g S T O M . ix. Developers Patience and Persistence T h e r e a r e t w o v i r t u e s t h a t e v e r y d e v e l o p e r o f a c o m p l e x d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s h o u l d p o s s e s s : p a t i e n c e a n d p e r s i s t e n c e . H o w e v e r , i t c o u l d b e o f v a l u e t o m e n t i o n t h a t t w o o f t h e m a i n o b s t a c l e s t o g e t t i n g a c o m m e r c i a l o p t i m i z a t i o n s y s t e m s a c c e p t e d a n d i m p l e m e n t e d i n o r g a n i z a t i o n s w h i c h d e a l w i t h c o m p l e x s y s t e m s ar e t h e l a c k o f c o n t i n u e d s u p p o r t t h r o u g h o u t t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s , a n d t h e f a c t t h a t c o m p l e x s y s t e m s ( s u c h as B . C . H y d r o ' s ) r e q u i r e c u s t o m b u i l t o p t i m i z a t i o n m o d e l s a n d u s e r ' s i n t e r f a c e , b o t h o f w h i c h r e q u i r e p a t i e n c e t o d e v e l o p a n d i m p l e m e n t . x. Implementation Strategy A s m e n t i o n e d a b o v e a n i n c r e m e n t a l s t r a t e g y t o d e v e l o p a n d i m p l e m e n t S T O M w a s a d o p t e d . T h e s t r a t e g y s t a r t e d w i t h d e v e l o p i n g a n d s o l v i n g a v e r y s i m p l e m o d e l ( u s i n g t h e E x c e l 5.0 l i n e a r s o l v e r ) f o r t h e f o u r l a r g e s t p l a n t s i n t h e B.C. H y d r o s y s t e m . T h e m o d e l w a s u s e d t o d e m o n s t r a t e t h e p o t e n t i a l a p p l i c a b i l i t y o f t h e t e c h n i q u e a n d t h e b e n e f i t s o f m o d e l i n g t h e i r s h o r t - t e r m o p e r a t i o n s . T h e s e c o n d s t a g e i n c l u d e d t h e u s e o f m o r e s o p h i s t i c a t e d m o d e l i n g a n d o p t i m i z a t i o n t o o l - k i t s ( A M P L a n d C P L E X ) f o r t h e s a m e f o u r p l a n t s , d e v e l o p i n g t h e h y d r a u l i c s i m u l a t o r , a n d d e s i g n a n d d e v e l o p m e n t o f t h e G U I . D u r i n g t h i s s t a g e f o u r o b j e c t i v e f u n c t i o n s w e r e u s e d t o test a n d c a l i b r a t e t h e m o d e l a n d t o f a m i l i a r i z e t h e s h i f t e n g i n e e r s w i t h t h e n e w d e c i s i o n s u p p o r t t o o l . T h e o b j e c t i v e f u n c t i o n s i n c l u d e d m a x i m i z i n g t h e s y s t e m e f f i c i e n c y , m i n i m i z i n g t h e v a l u e o f w a t e r u s e d , m a x i m i z i n g t h e t e r m i n a l v a l u e o f s t o r a g e i n r e s e r v o i r s , a n d m a x i m i z i n g t h e v a l u e o f e x t r a e n e r g y t h a t c o u l d b e g e n e r a t e d g i v e n f i x e d r e s e r v o i r t a r g e t l e v e l s . It a l s o i n c l u d e d s o r t i n g , c l a s s i f y i n g a n d v e r i f y i n g t h e p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l d a t a u s e d i n t h e p r o j e c t . T h e t h i r d s t a g e f o c u s e d o n e x p a n d i n g t h e m o d e l t o i n c l u d e t h e m a j o r i t y o f p l a n t s i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m , a n d t o a d d i n g m o r e p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l d e t a i l s i n t h e m o d e l . It a l s o i n v o l v e d t e s t i n g a n d 1 4 0 A D e c i s i o n Support S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t c a l i b r a t i n g t h e m o d e l f o r r e a l - t i m e u s e ( p o s t m o r t e m a n a l y s i s o f a c t u a l s c h e d u l e s ) . T h e f o u r t h s t a g e i n v o l v e d e x p a n d i n g t h e m o d e l b y a d d i n g r e a l - t i m e m a r k e t i n g i n f o r m a t i o n a n d c o n s t r a i n t s . U p o n c o m p l e t i o n o f t h i s s t a g e t h e f o c u s h a s s h i f t e d t o u s e o f t h e t o o l f o r r e a l -t i m e o p e r a t i o n s t o d e t e r m i n e t h e o p t i m a l h o u r l y g e n e r a t i o n a n d r e a l - t i m e t r a d i n g s c h e d u l e s i n a c o m p e t i t i v e p o w e r m a r k e t . T h e f i f t h s t a g e i s s t i l l o n g o i n g a n d i t i n c l u d e s a d d i n g m o r e d e t a i l e d m a r k e t i n g c o m p o n e n t s , t r a n s m i s s i o n l o s s e s a n d c o n s t r a i n t s , a n d o t h e r o p e r a t i o n a l d e t a i l s t o t h e m o d e l . It a l s o i n v o l v e s e n h a n c e m e n t s t o o t h e r c o m p o n e n t s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m , s u c h as a d d i n g t h e f l e x i b i l i t y t o r u n m u l t i p l e s c e n a r i o s , a n d t o e n a b l e t h e u s e r t o l o a d i n p u t d a t a f r o m p r e v i o u s r u n s a n d c o m p a r e t h e i r o u t p u t s . F u t u r e p l a n n e d s t a g e s i n c l u d e i n c o r p o r a t i n g u n c e r t a i n t y i n t h e s y s t e m f i r m l o a d a n d f o r e c a s t s p o t p r i c e s . It a l s o c o u l d i n c l u d e b u i l d i n g r u l e - b a s e d e x p e r t s y s t e m s t o i n t e r p r e t s e n s i t i v i t y a n a l y s i s o u t p u t d a t a (e.g., G r e e n b e r g , 1 9 9 3 ) . D i s c u s s i o n s o n i m p l e m e n t i n g a m o d i f i e d v e r s i o n o f S T O M t o p r e p a r e t h e s y s t e m o p e r a t i o n p l a n a n d f o r u s e b y t h e p r o j e c t p l a n n i n g e n g i n e e r s t o p r e p a r e p r e l i m i n a r y o p t i m i z e d s c h e d u l e s f o r i n d i v i d u a l r i v e r s y s t e m s are u n d e r w a y . T h i s c o u l d a l s o i n c l u d e d e v e l o p m e n t o f e x p e r t s y s t e m s t h a t c a p t u r e t h e e x p e r t i s e o f e x p e r i e n c e d p r o j e c t p l a n n e r s , a n d t h a t c a n i n t e l l i g e n t l y o p e r a t e a n d o p t i m i z e s m a l l h y d r o f a c i l i t i e s a n d g e n e r a t e s o m e o f t h e c o n s t r a i n t s f o r u s e i n o t h e r o p t i m i z a t i o n m o d e l s . T h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n s t r a t e g y o f S T O M c a n b e s u m m a r i z e d i n t h e f o l l o w i n g p o i n t s . 1. D i v i d e t h e p r o j e c t i n t o m a n a g e a b l e p i e c e s t o r e d u c e t h e r i s k o f p r o d u c i n g a m a s s i v e s y s t e m t h a t d o e s n o t w o r k a n d t o a l l o w t h e u s e r t o test a n d v e r i f y t h e m o d e l a n d t h e d e v e l o p e r t o d e b u g a n d m o d i f y i t . \u00E2\u0080\u00A2 U s e p r o t o t y p e s t o a l l o w i d e a s a n d c o n c e p t s t o d e v e l o p a n d t o t e s t g r a d u a l l y , t h e n i n c o r p o r a t e r e s u l t s o f p r o t o t y p e s i n t o a f u l l - f l e d g e d v e r s i o n . \u00E2\u0080\u00A2 U s e a n e v o l u t i o n a r y a p p r o a c h : d e v e l o p a n d r e l e a s e w o r k i n g v e r s i o n s . \u00E2\u0080\u00A2 D e v e l o p a s e r i e s o f t o o l s a n d s p i n - o f f s f r o m t h e s y s t e m . F o r e x a m p l e , m o d u l e s f r o m S T O M w e r e a d a p t e d f o r o t h e r p u r p o s e s (e.g., c a p a c i t y c a l c u l a t i o n , g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n c u r v e s , e t c ) . 2. K e e p t h e s o l u t i o n a n d it s e x p l a n a t i o n a s s i m p l e as p o s s i b l e . \u00E2\u0080\u00A2 U s e s i m p l e e x p l a n a t i o n s o f t h e m o d e l a n d i t s o u t p u t s . F o r e x a m p l e , t h e g r a p h i c a l s o l u t i o n o f l i n e a r p r o g r a m s w a s u s e d e x t e n s i v e l y t o d e m o n s t r a t e h o w S T O M s o l v e d t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m . \u00E2\u0080\u00A2 H i d e c o m p l e x i t y . G e t th e u s e r t o k n o w w h a t t h e m o d e l i s d o i n g i n a s i m p l e w a y . F o r e x a m p l e , a f t e r r u n n i n g s e v e r a l s t u d i e s , s o m e o f t h e u s e r s s u g g e s t e d a c o m p a r i s o n w i t h o p t i m i z a t i o n t o m a x i m i z e e f f i c i e n c y o f o n e p l a n t i n i s o l a t i o n , t h e n t w o p l a n t s c o m b i n e d , t h e n t h r e e p l a n t s , t h e n t h e s y s t e m . B e y o n d t h r e e p l a n t s d i f f i c u l t i e s w e r e e n c o u n t e r e d . \u00E2\u0080\u00A2 A v o i d t h e c o n c e p t o f \" b l a c k b o x \" b y s h o w i n g t h e u s e r t h e i n f l u e n c e o f t h e i n p u t d a t a t h a t t h e y c o n t r o l o n th e o u t p u t o f t h e m o d e l . 3. D e v e l o p a s a t i s f a c t o r y s u p p o r t b a s e a n d \" m a r k e t \" t h e s y s t e m . \u00E2\u0080\u00A2 O b t a i n u s e r p a r t i c i p a t i o n i n d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g t h e s y s t e m . \u00E2\u0080\u00A2 O b t a i n u s e r c o m m i t m e n t . S h o w t h e b e n e f i t s o f t h e s y s t e m f o r t h e u s e r a n d f o r t h e o r g a n i z a t i o n . 141 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Ma rke t Env i ronmen t \u00E2\u0080\u00A2 O b t a i n m a n a g e m e n t s u p p o r t . F o r f u n d i n g a n d c o n t i n u a t i o n o f p r o j e c t a n d f o r f o r c i n g r e l u c t a n t u s e r s t o u s e t h e s y s t e m . \u00E2\u0080\u00A2 S e l l t h e s y s t e m . G i v e l o t s o f d e m o s t o l o t s o f p e o p l e i n t h e o r g a n i z a t i o n . T r y t o s h o w -o f f t h e q u a l i t y o f t h e s o l u t i o n as c o m p a r e d t o a c t u a l a n d p l a n n e d s c h e d u l e s . \u00E2\u0080\u00A2 G e t t h e u s e r t o d e m o n s t r a t e t h e s y s t e m t o m a n a g e m e n t a n d t o v i s i t o r s f o r m o u t s i d e t h e o r g a n i z a t i o n (e.g., a d e m o to t h e B o n n e v i l l e P o w e r A d m i n i s t r a t i o n a n d t h e C o r p o f E n g i n e e r s p r o m p t e d t h e i r i n t e r e s t s i n d e v e l o p i n g a s y s t e m s i m i l a r t o S T O M ) . \u00E2\u0080\u00A2 F i n d a n u m b e r o f c h a m p i o n u s e r s o f t h e s y s t e m a n d g e t t h e m t o a d o p t i t a n d c o n t r i b u t e t o i t s d e v e l o p m e n t . \u00E2\u0080\u00A2 D o n o t f o r c e n e w i d e a s u n t i l y o u c o n v i n c e m a n a g e m e n t a n d s h o w t h e m i t s b e n e f i t s (i.e., d o n o t t e l l t h e m h o w t o m o d e l t h e s y s t e m , d e v e l o p n e w i d e a s w i t h t h e m ) . \u00E2\u0080\u00A2 S t r e s s t h a t t h e u s e r h a s t h e f i n a l c h o i c e t o a c c e p t a n d m o d i f y o r r e j e c t r e s u l t s . \u00E2\u0080\u00A2 A v o i d c h a n g e a n d e n h a n c e o p e r a t i o n o f e x i s t i n g s y s t e m s . I n s t e a d o f d e v e l o p i n g a s y s t e m t o r e p l a c e t h e L R B s y s t e m , S T O M i s l o o k e d at b y t h e u s e r s as a t o o l t h a t i s i n t e g r a t e d w i t h i n t h e L R B s y s t e m . 4. M e e t u s e r n e e d s a n d i n s t i t u t i o n a l i z e t h e s y s t e m . \u00E2\u0080\u00A2 P r o v i d e o n g o i n g t r a i n i n g . \u00E2\u0080\u00A2 P r o v i d e o n g o i n g a s s i s t a n c e t o e x p l a i n t h e r e s u l t s a n d i n t e r p r e t a t i o n o f t h e s o l u t i o n . \u00E2\u0080\u00A2 G e t m a n a g e m e n t t o i n s i s t o n m a n d a t o r y u s e o f t h e s y s t e m t o a r r i v e at d e c i s i o n s . S T O M i s c o n s i d e r e d as a m e d i u m f o r i n t e g r a t i o n a n d c o o r d i n a t i o n o f l o n g a n d s h o r t t e r m p l a n n i n g a c t i v i t i e s . \u00E2\u0080\u00A2 B e w a r e o f t h e d i f f i c u l t y o f f o r c i n g p e o p l e t o t h i n k i n a p a r t i c u l a r m o l d . P e r m i t v o l u n t a r y u s e t o a v o i d b u i l d i n g r e s i s t a n c e a n d t h e n e e d f o r a h a r d s e l l . 5. S t a g e t h e p r o c e s s o f s y s t e m d e v e l o p m e n t a n d e v a l u a t i o n . \u00E2\u0080\u00A2 D e v e l o p p r o t o t y p e s a n d e v a l u a t e t h e m . \u00E2\u0080\u00A2 D e v e l o p i n i t i a l d e s i g n s a n d e v a l u a t e t h e m . \u00E2\u0080\u00A2 I m p l e m e n t i n i t i a l d e s i g n s , r e v i s e a n d e v a l u a t e t h e m . 6. B e p a t i e n t a n d p e r s i s t e n t . \u00E2\u0080\u00A2 D o n o t b e d i s c o u r a g e d b y d r a w b a c k s . \u00E2\u0080\u00A2 D o n o t b e d i s c o u r a g e d b y u n f r i e n d l y u s e r s . \u00E2\u0080\u00A2 S e e k e x c e l l e n c e a n d e n j o y t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s . 1 4 2 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment CHAPTER 6 RESULTS AND DISCUSSION T h i s c h a p t e r d i s c u s s e s t h e r e s u l t s o f d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m . It s t a r t s w i t h p r e s e n t i n g i l l u s t r a t i v e r e s u l t s f r o m r u n n i n g t h e s y s t e m d u r i n g t h e p r o t o t y p e a n d i n i t i a l d e s i g n p h a s e s o f d e v e l o p m e n t . T h e n a s u m m a r y o f t h e r e s u l t s f r o m a \" p o s t m o r t e m \" a n a l y s i s w i t h t h e f o u r m a j o r p l a n t s i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m f o r t h e \" M a x i m i z e E f f i c i e n c y \" o b j e c t i v e f u n c t i o n i s p r e s e n t e d . T h i s i s f o l l o w e d b y a c o m p a r i s o n o f t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e f o r t h e \" M i n i m i z e t h e C o s t o f W a t e r U s e d \" a n d \" M a x i m i z e t h e V a l u e o f E n e r g y P r o d u c t i o n \" o b j e c t i v e f u n c t i o n s . R e s u l t s o f t h e i m p l e m e n t a t i o n p h a s e f o r M a x i m i z e t h e P r o f i t s o b j e c t i v e f u n c t i o n a r e t h e n p r e s e n t e d . N e x t a b r i e f p r e s e n t a t i o n o f s e n s i t i v i t y a n a l y s i s o u t p u t d a t a f o r t h e M a x i m i z e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n i s g i v e n . F i n a l l y t h e p e r f o r m a n c e o f t h e s o l u t i o n p r o c e s s a n d t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m a d o p t e d i n t h i s s t u d y i s d i s c u s s e d . T h i s f o r m a t f o r p r e s e n t i n g r e s u l t s i s i n t e n d e d t o g i v e a n a p p r e c i a t i o n o f h o w t h e s y s t e m e v o l v e d d u r i n g i t s v a r i o u s s t a g e s o f d e v e l o p m e n t . 6.1 R E S U L T S O F INITIAL S T A G E S O F D E V E L O P M E N T T h i s s e c t i o n p r e s e n t s r e s u l t s o f t h e p r o t o t y p e a n d d e s i g n v e r s i o n s o f t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l . T h e b e h a v i o r o f t h e l i n e a r a n d t h e p i e c e w i s e l i n e a r m o d e l s a r e c o m p a r e d , w i t h e m p h a s i s o n t h e b e h a v i o r o f t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e s , r e s e r v o i r o p e r a t i o n s a n d o p t i m a l p l a n t l o a d i n g . 6.1.1 Results of the Prototype and Design Phases A s d i s c u s s e d i n S e c t i o n 5.2, t h e p r o t o t y p e p h a s e i n v o l v e d d e v e l o p i n g t h e l i n e a r o p t i m i z a t i o n m o d e l a n d d e m o n s t r a t i n g t o t h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s t h e p o t e n t i a l b e n e f i t s o f o p t i m i z i n g t h e g e n e r a t i o n a n d r e s e r v o i r o p e r a t i o n s . T h e l i n e a r m o d e l w a s d e v e l o p e d u s i n g t h e E x c e l 5.0 b u i l t - i n L i n e a r S o l v e r , w h i l e t h e d e s i g n p h a s e i n v o l v e d d e v e l o p i n g t h e f i r s t p r o t o t y p e o f t h e p i e c e w i s e l i n e a r m o d e l . B.C. H y d r o ' s o p e r a t i o n s e n g i n e e r s s e l e c t e d t h e f o u r m a j o r p l a n t s ( G . M . S h r u m , P e a c e C a n y o n , M i c a a n d R e v e l s t o k e ) f o r t h e p r o t o t y p e a n d d e s i g n m o d e l s . T h e l i n e a r o p t i m i z a t i o n m o d e l w a s v e r y s i m p l i f i e d , s o t h a t i t c o u l d b e e a s i l y m o d e l e d a n d s o l v e d u s i n g E x c e l ' s b u i l t - i n S o l v e r , w h i l e t h e p i e c e w i s e l i n e a r m o d e l r e q u i r e d t h e u s e o f t h e A M P L a n d t h e C P L E X s o f t w a r e s y s t e m s . T h e c o n f i g u r a t i o n o f t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s i s d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4.5, a n d i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 6.1. QI r e p r e s e n t s i n f l o w s , QT a n d QS r e p r e s e n t t u r b i n e a n d s p i l l o u t f l o w s r e s p e c t i v e l y , G r e p r e s e n t s g e n e r a t i o n a n d S r e p r e s e n t s s t o r a g e . T h e s t u d i e s w e r e c a r r i e d o u t f o r 2 4 h o u r s w i t h a o n e h o u r i n t e r v a l . 143 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t The Columbia River System F i g u r e 6.1 S c h e m a t i c o f the Peace a n d C o l u m b i a P r o t o t y p e M o d e l . T h e p r o t o t y p e a n d d e s i g n m o d e l s s e r v e d t h e p u r p o s e o f c o n v i n c i n g o p e r a t i o n s e n g i n e e r s o f t h e b e n e f i t s o f o p t i m i z i n g a s y s t e m o f r e s e r v o i r s a n d g e n e r a t i n g s t a t i o n s ( r a t h e r t h a n o p t i m i z i n g i n d i v i d u a l p l a n t a n d r e s e r v o i r o p e r a t i o n s ) . T h e p r o t o t y p e m o d e l w a s l i n e a r (i.e., l i n e a r g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n ) a n d its r e s u l t s w e r e o p t i m i s t i c (i.e., t h e m o d e l p r o m i s e d m o r e b e n e f i t s t h a n c o u l d b e r e a l i z e d ) . T h e s e o p t i m i s t i c r e s u l t s w e r e c o n f i r m e d w h e n t h e m o d e l i n t h e d e s i g n p h a s e w a s c o m p l e t e d . T h e l i n e a r m o d e l a s s u m e d tha t p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y w a s c o n s t a n t o v e r a l l g e n e r a t i o n r a n g e s i n e a c h p l a n t -an a s s u m p t i o n t h a t c o u l d b e a c c e p t a b l e i n l o n g - t e r m s t u d i e s b u t n o t f o r h o u r l y o p e r a t i o n a l p l a n n i n g s t u d i e s . I n l o n g - t e r m s t u d i e s ( w e e k l y o r m o n t h l y p l a n s ) t h e o p e r a t o r i s c o n c e r n e d w i t h t h e a v e r a g e g e n e r a t i o n o f a p l a n t a n d t h e s t u d i e s d e t e r m i n e s t h e e n e r g y b u d g e t i n e a c h t i m e s t e p o f t h e p l a n . I n s h o r t - t e r m s t u d i e s , h o w e v e r , t h e p l a n n e d g e n e r a t i o n s c h e d u l e d e t e r m i n e s t h e a c t u a l p l a n t l o a d i n g f o r e a c h t i m e s t e p i n t h e s t u d y . T o i l l u s t r a t e t h e b e n e f i t s o f u s i n g t h e p i e c e w i s e l i n e a r ( P W L ) d e s c r i p t i o n o f t h e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n o v e r a l i n e a r f u n c t i o n a n d t h e e f f e c t s o f u s i n g p i e c e w i s e l i n e a r d e s c r i p t i o n s o n g e n e r a t i o n a n d r e s e r v o i r s c h e d u l e s , r e s u l t s f r o m r u n n i n g t w o o f S T O M ' s o b j e c t i v e f u n c t i o n s w i l l b e u s e d : M a x i m i z e E f f i c i e n c y a n d M a x i m i z e t h e V a l u e o f P r o d u c t i o n . i . Resu l t s o f the M a x i m i z e E f f i c i e n c y O p t i m i z a t i o n M o d e l T h e r e s u l t s o f t h e l i n e a r a n d P W L m o d e l s f o r t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n , a l o n g w i t h t h e s c h e d u l e d g e n e r a t i o n p l a n ( p r e p a r e d f o r t h i s s t u d y b y t h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s t o r e p r e s e n t a h i g h d o m e s t i c l o a d s t u d y c a s e ) a r e l i s t e d i n T a b l e s 6.1 a n d 6.2. It s h o u l d b e n o t e d t h a t t h i s p l a n w a s o n e o f t h e s c h e d u l e s t h a t w e r e a c t u a l l y p r e p a r e d d u r i n g t h e d e s i g n p h a s e a n d b e f o r e t h e o p t i m i s a t i o n m o d e l w a s i n t r o d u c e d t o o p e r a t i o n s e n g i n e e r s at B . C . H y d r o . 144 A D e c i s i o n Suppo r t S y s t e m (or Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Ma rke t E n v i r o n m e n t Table 6.1. Planned and Optimised Generation Schedules for the Columbia River System: Mica (MCA) and Revelstoke (REV), in M W H r Hour M C A R E V PWL Linear Scheduled PWL Linear Scheduled 1 1618 1819 1163 1226 2000 975 2 1618 1819 1027 962 2000 844 3 1618 1819 977 860 2000 791 4 1618 1819 853 681 2000 685 5 1618 1819 841 701 2000 670 6 1618 1819 871 731 2000 715 7 1618 1819 1110 1302 2000 876 8 1819 1819 1710 1652 2000 1572 9 1819 1819 1735 1879 2000 1776 10 1818 1819 1735 1885 2000 1783 11 1818 1818 1735 1792 2000 1691 12 1818 1818 1688 1652 2000 1583 13 1818 1818 1735 2000 2000 1903 14 1818 1818 1681 1651 2000 1565 15 1818 1818 1673 1651 2000 1556 16 1818 1113 1735 1651 2000 1640 17 1818 1028 1735 1651 2000 1646 18 1818 1192 1735 1793 2000 1808 19 1818 961 1724 1651 2000 1586 20 1818 1144 1735 1740 2000 1756 21 1818 1381 1735 1975 2000 1991 22 1818 1072 1735 1669 2000 1905 23 1818 813 1670 1651 2000 1532 24 1712 2118 1497 1651 207 1164 Total 42,129 38,099 35,835 36,058 46,207 34,013 145 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m lo r Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Marke t E n v i r o n m e n t Table 6.2. Optimised and Planned Generation Schedules for the Peace River System: G . M . Shrum (GMS) and Peace Canyon (PCN), in M W H r Hour GMS PCN PWL Linear Scheduled PWL Linear Scheduled 1 1663 479 2410 490 700 450 2 1663 517 2410 488 396 450 3 1663 649 2410 487 160 450 4 1663 470 2410 486 160 500 5 1663 489 2410 485 160 546 6 1663 518 2410 484 159 500 7 1663 1088 2410 483 160 670 8 2407 2384 2410 485 160 670 9 2407 2613 2410 486 160 670 10 2407 2620 2410 487 160 670 11 2407 2267 2410 489 421 670 12 2391 2018 2410 490 515 670 13 2407 2325 2410 493 575 670 14 2364 2000 2410 493 508 670 15 2346 1985 2410 494 506 670 16 2407 2736 2410 578 606 670 17 2407 2736 2410 584 697 670 18 2407 2736 2410 605 695 670 19 2407 2736 2410 514 693 670 20 2407 2736 2410 606 691 670 21 2407 2736 2410 606 689 670 22 2407 2736 2410 606 692 450 23 2097 2554 2410 496 695 450 24 1663 2736 2410 495 460 450 Total 51,387 46,862 57,840 12,410 10,816 14,296 146 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t T h e p e r f o r m a n c e o f t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y o p t i m i z a t i o n m o d e l i s m e a s u r e d b y t h e s u m o f a d d i t i o n a l e n e r g y g a i n e d a n d s t o r e d i n r e s e r v o i r s . T h e g a i n i s d e t e r m i n e d b y c a l c u l a t i n g t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t o t a l e n e r g y u s e b y t h e p r e - s c h e d u l e d p l a n a n d t h e o p t i m i z e d p l a n . T h e e n e r g y u s e i s c a l c u l a t e d b y m u l t i p l y i n g t h e h o u r l y t u r b i n e d i s c h a r g e s f o r b o t h s c h e d u l e s b y t h e e n e r g y c o n v e r s i o n f a c t o r ( H K ) f o r e a c h p l a n t . T h e v a l u e o f H K i s c o n s t a n t f o r e a c h p l a n t , a n d i s d e t e r m i n e d b y c a l c u l a t i n g t h e e n e r g y c o n v e r s i o n f a c t o r , u s i n g t h e f o r e b a y l e v e l i n t h e l a s t t i m e s t e p i n t h e s t u d y . F i g u r e 6.2 i l l u s t r a t e s t h e s u m o f e n e r g y u s e b y r u n n i n g t h e l i n e a r a n d t h e P W L m o d e l s a n d b y t h e s c h e d u l e d p l a n f o r t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n . T h e F i g u r e s h o w s t h a t l i n e a r m o d e l s o v e r e s t i m a t e t h e b e n e f i t s o f o p t i m i z a t i o n , a n d t h a t t h e P W L m o d e l y i e l d s s l i g h t i m p r o v e m e n t o v e r t h e s c h e d u l e d p l a n . T h e P W L m o d e l , h o w e v e r , p r o d u c e s a m o r e o p e r a t i o n a l l y p r a c t i c a l p l a n , as d i s c u s s e d b e l o w . F i g u r e 6.3 i l l u s t r a t e s t h e g e n e r a t i o n s u m m a r y o f t h e l i n e a r a n d P W L m o d e l s a n d t h e s c h e d u l e d p l a n . It c o u l d b e n o t e d t h a t b o t h t h e l i n e a r a n d t h e P W L m o d e l s g e n e r a t e d m o r e e n e r g y f r o m the, m o r e e f f i c i e n t , C o l u m b i a R i v e r s y s t e m . F i g u r e s 6.4 a n d 6.5 i l l u s t r a t e t h e v a r i a t i o n i n g e n e r a t i o n a n d r e s e r v o i r l e v e l s f o r t h e f o u r p l a n t s i n t h e s t u d y . It c a n b e s e e n t h a t t h e r e s e r v o i r l e v e l s d e t e r m i n e d b y t h e l i n e a r m o d e l f l u c t u a t e m o r e t h a n t h e P W L m o d e l . T h e P W L m o d e l c y c l e d t h e r e s e r v o i r ' s f o r e b a y l e v e l s a n d l o a d e d p l a n t s at d i f f e r e n t g e n e r a t i o n l e v e l s . I n g e n e r a l , c y c l i n g o f s m a l l r e s e r v o i r s , l o c a t e d d o w n s t r e a m o f l a r g e g e n e r a t i n g p l a n t s , a l l o w s t h e u p s t r e a m g e n e r a t i n g p l a n t s t o b e l o a d e d at d i f f e r e n t g e n e r a t i o n l e v e l s d u r i n g p e a k a n d o f f - p e a k h o u r s . U p o n e x p l a i n i n g t h e l o g i c b e h i n d t h i s b e h a v i o r , t h e o p e r a t i o n s e n g i n e e r s a g r e e d w i t h t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l t h a t l o w e r i n g d o w n s t r e a m , s m a l l , r e s e r v o i r s a f e w h o u r s b e f o r e t h e m o r n i n g a n d e v e n i n g p e a k - l o a d p e r i o d s p r o d u c e s m o r e e f f i c i e n t o p e r a t i o n o f t h e s y s t e m . T h e y i n d i c a t e d t h a t t h i s b e h a v i o r a l s o l e a v e s m o r e r o o m f o r o p e r a t i o n a l 2500 2000 -1500 -1000 500 0 Energy Gain, MWHr Scheduled Piecewise Linear Linear Scheduled Piecewise Linear Linear Linear Piecewise Linear Scheduled v v v v v v v v v v v v v v v v v ^ Energy Use, MWHr 139000 139500 140000 140500 141000 141500 142000 142500 Figure 6.2. Energy Use and Gain for the Max. Efficiency Objective Function: Linear, Piecewise Linear Optimization Models and the Scheduled Plan. 1 4 7 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compet i t i v e P o w e r Ma rke t Env i ronment c o n t i n g e n c i e s (e.g. u n e x p e c t e d l a r g e f l u c t u a t i o n i n d o m e s t i c l o a d ) . I n a d d i t i o n , l o w e r i n g s m a l l e r r e s e r v o i r w a t e r l e v e l s d u r i n g o f f - p e a k h o u r s r e s u l t s i n l o w e r l o s s e s ( d u e t o l o w e r g e n e r a t i o n l e v e l s ) , w h i l e r a i s i n g t h e f o r e b a y l e v e l j u s t b e f o r e p e a k s l o a d h o u r s r e s u l t s i n h e a d g a i n a n d c o n s e q u e n t l y m o r e e f f i c i e n t o p e r a t i o n d u r i n g h e a v y l o a d h o u r s . T h e b e h a v i o r o f t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l ( t o c y c l e s m a l l r e s e r v o i r s s i t u a t e d d o w n s t r e a m o f l a r g e g e n e r a t i n g p l a n t s ) h a s c a u s e d a c h a n g e i n t h e w a y t h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s n o w o p e r a t e t h e s y s t e m . I n a d d i t i o n t o o p e r a t i n g p l a n t s i n a n o p t i m a l w a y , t h i s b e h a v i o r h a s a l s o b e e n f o u n d b y t h e o p e r a t i o n s g r o u p t o b e o p e r a t i o n a l l y m o r e r o b u s t . It c a n b e n o t e d f r o m F i g u r e 6.5 t h a t t h e P W L m o d e l l o a d e d p l a n t s at. m o r e c o n s t a n t g e n e r a t i o n l e v e l s t h a n t h e l i n e a r m o d e l . T h e c o n s t a n t g e n e r a t i o n l e v e l s a r e a t t r i b u t e d t o t h e b r e a k p o i n t s i n t h e P W L f u n c t i o n s , w h i c h c o r r e s p o n d t o p e a k e f f i c i e n c y p o i n t s i n t h e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n . T h e b e h a v i o r o f t h e P W L m o d e l , t h e n , h a s w o r k e d as d e s i g n e d , a n d as e x p e c t e d . T h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s h a v e v e r i f i e d t h i s f e a t u r e t o b e o p e r a t i o n a l l y p r a c t i c a l , s i n c e i t g e n e r a l l y c a l l s f o r f e w e r f l u c t u a t i o n s i n g e n e r a t i o n l e v e l s e x c e p t f o r o n e o r t w o p l a n t s . A s c a n b e s e e n i n F i g u r e 6.5, R E V a s s u m e d t h e f u n c t i o n o f r e g u l a t i n g t h e s y s t e m f o r m o s t h o u r s ( h o u r s 1-3, 6-14). T h i s f e a t u r e o f t h e P W L m o d e l h a s c a u s e d s o m e d e b a t e d u r i n g e a r l y s t a g e s o f S T O M i m p l e m e n t a t i o n . H o w e v e r , t h e d e b a t e w a s s e t t l e d o n c e a f u l l a n d d e t a i l e d a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t t o v e r i f y t h e c a u s e o f t h i s b e h a v i o r , w h i c h w a s a t t r i b u t e d t o a s s u m p t i o n o f o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t a n d t h e m e t h o d o l o g y f o r d e r i v i n g t h e P W L f u n c t i o n s , as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5. 148 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment HGOTH* \u00E2\u0080\u00A2Import D G M S EJPCN B M C A m R E V \u00E2\u0080\u00A2 Export 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Hour * GOTH: Generation from other plants in the B.C. Hydro System. Figure 6.3. Generation Summary (in M W H r ) for Max. Efficiency Objective Function: Linear, Piecewise Linear Optimization Models and the Scheduled Plan. 1 4 9 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment GMS Scheduled \u00E2\u0080\u0094 i \u00E2\u0080\u0094 GMS_Max_EfT_PWL \u00E2\u0080\u0094&\u00E2\u0080\u0094 GMS_Max_EFF_Linear 669.61 669.60 669.59 669.58 669.57 669.56 669.55 A 669.54 PCN Scheduled \u00E2\u0080\u0094 \ \u00E2\u0080\u0094 PCN_Max_Efr_PWL \u00E2\u0080\u0094&\u00E2\u0080\u0094 PCN_Max_EFF_Linear 503.00 502.75 502.50 502.25 502.00 501.75 501.50 501.25 501.00 MCA Scheduled \u00E2\u0080\u0094 h \u00E2\u0080\u0094 MCA_Max_Eff_PWL \u00E2\u0080\u0094A\u00E2\u0080\u0094 MCA_Max_EFF_Linear 750.00 749.75 REV Scheduled \u00E2\u0080\u0094 i \u00E2\u0080\u0094 REV_Max_Eft_PWL \u00E2\u0080\u0094A\u00E2\u0080\u0094 REV_Max_EFF_Linear 572.50 Figure 6 .4 . Variation of Forebay Levels (in m) for the Max. Efficiency Objective Function: Linear and Piecewise Linear Optimization Models and the Scheduled Plan. 150 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t \u00E2\u0080\u0094 i \u00E2\u0080\u0094 GMS_Max_Eff_PWL GMS Scheduled \u00E2\u0080\u0094 A \u00E2\u0080\u0094 GMS_Max_E f t j J nea r 3000 A A A A A I I I I I I 1 1 1 H \u00E2\u0080\u0094 P C N _ M a x _ E f f _ P W L P C N Scheduled \u00E2\u0080\u0094 A \u00E2\u0080\u0094 PCN_Max_Ef f_L inear AJ\J\J>. A H i i - r i f i i i i A A A A A A -f1 \u00E2\u0080\u0094 i \u00E2\u0080\u0094 MCA_Max_EfT_PWL MCA Scheduled \u00E2\u0080\u0094 A \u00E2\u0080\u0094 MCA_Max_Eff_Linear 2500 \u00E2\u0080\u0094 i \u00E2\u0080\u0094 R E V _ M a x _ E f f _ P W L REV Scheduled \u00E2\u0080\u0094 A \u00E2\u0080\u0094 REV_Max_Eff_L!near 2500 2000 1500 1000 500 0 A A A A A A A A A A A A J ^ A J ^ ^ \u00E2\u0080\u00A2 i - H -12 18 24 Figure 6.5. Variation of Generation Levels (in MWHr) for the Max. Efficiency Objective Function: Linear and Piecewise Linear Optimization Models and the Scheduled Plan. 151 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ii. Results of the Maximize Value of Production Optimization Model T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n m a x i m i z e s t h e v a l u e o f a d d i t i o n a l e n e r g y t h a t c o u l d b e g e n e r a t e d a n d s o l d i n t h e s p o t m a r k e t , p r o v i d e d that t a r g e t r e s e r v o i r l e v e l s at t h e e n d o f t h e s t u d y a r e met. T h e t a r g e t r e s e r v o i r l e v e l s a r e d e t e r m i n e d b y s i m u l a t i n g t h e e f f e c t o f t h e s c h e d u l e d p l a n . T h i s s t u d y u s e d t h e s a m e i n p u t d a t a as i n ( i ) a b o v e . T h e r e s u l t s o f t h e p r o t o t y p e a n d t h e P W L m o d e l s f o r t h e M a x i m i z e P r o d u c t i o n o b j e c t i v e f u n c t i o n , a l o n g w i t h t h e g e n e r a t i o n p l a n a r e l i s t e d i n T a b l e s 6.3 a n d 6.4. Table 6.3. Planned and Optimized Generation Schedules for the Columbia River System: Mica (MCA) and Revelstoke (REV), in M W H r Hour MCA REV PWL Linear Scheduled PWL Linear Scheduled 1 1350 1819 1163 642 284 975 2 1083 1819 1027 642 1489 844 3 980 1819 977 642 207 791 4 824 174 853 642 838 685 5 928 174 841 642 2000 670 6 648 1819 871 951 207 715 7 1118 621 1110 1120 1009 876 8 1705 1819 1710 1651 1107 1572 9 1819 1155 1735 1674 2000 1776 10 1819 1162 1735 1683 2000 1783 11 1818 1070 1735 1651 2000 1691 12 1696 915 1688 1651 2000 1583 13 1818 1818 1735 1896 1497 1903 14 1671 1818 1681 1651 1072 1565 15 1655 1818 1673 1651 1055 1556 16 1801 1818 1735 1651 1741 1640 17 1807 1818 1735 1651 1210 1646 18 1818 1818 1735 1801 1374 1808 19 1736 1818 1724 1651 2000 1586 20 1818 1818 1735 1750 2000 1756 21 1818 1818 1735 1857 2000 1991 22 1818 1818 1735 1651 2000 1905 23 1406 1818 1670 1650 2000 1532 24 866 21 18 1497 1650 207 1 164 Total 35,817 36,481 35,835 34,099 33,296 34,013 152 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Table 6.4. Optimized and Planned Generation Schedules for the Peace River System: G . M . Shrum (GMS) and Peace Canyon (PCN), in M W H r Hour GMS PCN PWL Linear Scheduled PWL Linear Scheduled 1 2408 2736 2410 599 160 450 2 2408 724 2410 599 700 450 3 2407 2443 2410 599 159 450 4 2407 2736 2410 575 700 500 5 2407 2134 2410 490 159 546 6 2407 1771 2410 490 700 500 7 2407 2736 2410 490 700 670 8 2407 2736 2410 599 700 670 9 2407 2736 2410 691 700 670 10 2407 2736 2410 689 700 670 11 2407 2736 2410 630 700 670 12 2407 2736 2410 597 700 670 13 2407 2736 2410 597 666 670 14 2407 2736 2410 597 700 670 15 2407 2736 2410 597 700 670 16 2407 2736 2410 597 160 670 17 2407 2736 2410 597 697 670 18 2407 2736 2410 597 695 670 19 2407 2173 2410 597 693 670 20 2407 2062 2410 597 691 670 21 2470 2299 2410 661 689 670 22 2407 1990 2410 625 692 450 23 2407 1549 2410 599 695 450 24 2407 2736 2410 599 460 450 Total 57,833 58,185 57,840 14,303 14,317 14,296 T h e p e r f o r m a n c e o f t h e M a x i m i z e t h e V a l u e o f P r o d u c t i o n o b j e c t i v e f u n c t i o n i s m e a s u r e d b y t h e s u m o f t h e v a l u e o f a d d i t i o n a l e n e r g y g e n e r a t e d a n d s o l d i n t h e s p o t m a r k e t . T h i s i s t o s a y t h a t u s i n g t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n the e x t r a e n e r g y g e n e r a t e d c a n b e s o l d at t h e s p o t m a r k e t . T h e d i s t r i b u t i o n o f a d d i t i o n a l e n e r g y i s i n f l u e n c e d b y t h e h o u r l y s p o t m a r k e t p r i c e , as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5. F i g u r e 6.6 i l l u s t r a t e s t h e v a l u e o f p r o d u c t i o n b y t h e p r o t o t y p e l i n e a r a n d t h e d e s i g n m o d e l s a n d b y t h e s c h e d u l e d p l a n f o r t h e M a x i m i z e t h e V a l u e o f P r o d u c t i o n o b j e c t i v e f u n c t i o n . T h e F i g u r e c l e a r l y s h o w s t h a t l i n e a r m o d e l s o v e r e s t i m a t e t h e b e n e f i t s o f o p t i m i z a t i o n , a n d t h a t t h e P W L m o d e l y i e l d s m a r g i n a l i m p r o v e m e n t o v e r t h e s c h e d u l e d p l a n . T h e P W L m o d e l , h o w e v e r , p r o d u c e s a m o r e o p e r a t i o n a l l y p r a c t i c a l p l a n , as d i s c u s s e d b e l o w . F i g u r e 6.7.a i l l u s t r a t e s t h e g e n e r a t i o n s u m m a r y o f t h e l i n e a r a n d P W L m o d e l s a n d t h e s c h e d u l e d p l a n . It c a n b e n o t e d t h a t the l i n e a r m o d e l g e n e r a t e d m o r e f r o m M C A a n d G M S ( t h e m o s t e f f i c i e n t ) , a n d l e s s f r o m R E V , w i t h v e r y s l i g h t c h a n g e i n P C N g e n e r a t i o n s c h e d u l e ( s e e F i g u r e 6.7.b). F i g u r e s 6.8 a n d 6.9 i l l u s t r a t e t h e v a r i a t i o n o f r e s e r v o i r a n d g e n e r a t i o n l e v e l s f o r t h e f o u r p l a n t s i n t h e s t u d y . T h e r e s e r v o i r l e v e l s a n d g e n e r a t i o n s c h e d u l e s d e r i v e d b y the l i n e a r m o d e l f l u c t u a t e s m o r e v i o l e n t l y t h a n t h e P W L m o d e l a n d t h e s c h e d u l e d p l a n s , 153 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t w h i l e t h e P W L m o d e l d e v i a t e d s l i g h t l y f r o m t h e p l a n n e d f o r e b a y l e v e l s a n d p l a n n e d g e n e r a t i o n s c h e d u l e s . I n g e n e r a l , t h e l i n e a r m o d e l r e s u l t s i n c o n s i d e r a b l e v a r i a t i o n i n g e n e r a t i o n at i n d i v i d u a l p l a n t s , w h i c h i s u n a c c e p t a b l e t o s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s . T h i s c o u l d , p e r h a p s , e x p l a i n t h e m i s t r u s t o f o p e r a t o r s f o r p u r e l y l i n e a r o p t i m i z a t i o n m o d e l s . T h e M a x i m i z e t h e V a l u e o f P r o d u c t i o n o b j e c t i v e f u n c t i o n c o u l d s e r v e p u r p o s e s o t h e r t h a n d e r i v i n g t h e o p t i m a l g e n e r a t i o n a n d r e s e r v o i r s c h e d u l e s , g i v e n f i x e d t a r g e t r e s e r v o i r l e v e l s a n d s p o t m a r k e t p r i c e s . S e n s i t i v i t y a n a l y s i s d a t a d e r i v e d f r o m t h i s m o d e l p r o v i d e s t h e u s e r w i t h t h e h o u r l y s y s t e m i n c r e m e n t a l c o s t , t h e p l a n t i n c r e m e n t a l c o s t , a n d t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r s t o r e d i n e a c h r e s e r v o i r . T h e s y s t e m i n c r e m e n t a l c o s t i s t h e s h a d o w p r i c e o f t h e l o a d -r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n , a n d i t r e p r e s e n t s t h e c o s t o f i n c r e a s i n g t h e s y s t e m l o a d b y 1 M W H r . T h e p l a n t i n c r e m e n t a l c o s t i s t h e s h a d o w p r i c e o f t h e P W L g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n , a n d i t r e p r e s e n t s t h e c o s t o f i n c r e a s i n g g e n e r a t i o n b y 1 M W H r . T h e h o u r l y m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r i s t h e s h a d o w p r i c e o f t h e m a s s b a l a n c e e q u a t i o n , w h i c h r e p r e s e n t s t h e v a l u e o f i n c r e a s i n g s t o r a g e i n a r e s e r v o i r b y 1 c u b i c m e t e r . T h e s h a d o w p r i c e o f o t h e r c o n s t r a i n t s i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l c o u l d b e u s e d t o d e r i v e t h e c o s t s o r b e n e f i t s o f t i g h t e n i n g o r r e l a x i n g t h e b o u n d s o f c o n s t r a i n t s . F o r i n s t a n c e , t h e s h a d o w p r i c e o f t h e g e n e r a t i o n l i m i t c o n s t r a i n t s c o u l d b e u s e d t o v a l u e t h e n e x t i n c r e m e n t i n g e n e r a t i o n c a p a c i t y , w h e n t h e c o n s t r a i n t i s b i n d i n g . F o r m o r e d i s c u s s i o n o n s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n a n d i t s s i g n i f i c a n c e t o o p e r a t i o n s p l a n n i n g s e e S e c t i o n 6.2.5. Scheduled Piecewise Linear Linear 0.30% 0.25% 0.20% 0.15% -j 0.10% 0.05% 0.00% Scheduled Piecewise Linear Linear Linear Piecewise Linear Scheduled $3,135,000 $3,140,000 $3,145,000 $3,150,000 Figure 6.6. Production Gain for the Max. Production Objective Function: Linear and Piecewise Linear Optimization Models and the Scheduled Plan. 154 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m lor Rea l-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Marke t Env i r onmen t \u00E2\u0080\u00A2 GOTH \u00E2\u0080\u00A2 Import G G M S E P C N B M C A CD R EV \u00E2\u0080\u00A2 Export 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Figure 6.7.a. Generation Summary (in M W H r ) for Max. Production Objective Function: Linear, Piecewise Linear Optimization Models and the Scheduled Plan. Scheduled Plan Max. Production Piecewise Linear Model Max. Production Linear Model 1000 500 P W L \u00E2\u0080\u00A2 Linear 0 -500 -\u00E2\u0080\u00A21000 GMS PCN MCA R E M G a i n Figure 6.7.b. Gainers and Loser in Generation, and Production Gain of the Linear and Piecewise Linear Models, in M W H r . 155 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t GMS Scheduled \u00E2\u0080\u0094B\u00E2\u0080\u0094 GMS Max P Linear \u00E2\u0080\u0094 0 \u00E2\u0080\u0094 GMS Max P PWL 669.62 669.56 669.54 503.00 502.50 i 1 r - PCN Scheduled \u00E2\u0080\u00A2 PCN Max P Linear o PCN Max P PWL MCA Scheduled \u00E2\u0080\u0094B\u00E2\u0080\u0094MCA_Max_P_Linear O MCA_Max_P_PWL 749.98 ~i r REV Scheduled \u00E2\u0080\u0094B\u00E2\u0080\u0094 REV_Max_P_Linear 573.00 -0\u00E2\u0080\u0094REV Max P PWL Figure 6.8. Variation of Forebay Levels (in m) for the Max. Production Objective Function: Linear and Piecewise Linear Optimization Models and the Scheduled Plan. 1 5 6 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment \u00E2\u0080\u0094 a \u00E2\u0080\u0094 GMS_M ax_P_Li near \u00E2\u0080\u0094\u00C2\u00A9\u00E2\u0080\u0094 G M S_M ax_P_P WL 3000 GMS Scheduled \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 O Q Q Q Q Q Q O O O O 1 1 1 PCN Scheduled \u00E2\u0080\u00A2 PCN Max P Linear O PCN Max P PWL MCA Scheduled \u00E2\u0080\u00A2MCA Max P Linear O MCA Max P PWL 2500 REV Scheduled \u00E2\u0080\u0094B\u00E2\u0080\u0094 REV_Max_P_Linear \u00E2\u0080\u0094 0 \u00E2\u0080\u0094 REV_Max_P_PWL 2500 -B-B-12 18 24 Figure 6.9. Variation of Generation (in MWHr) Levels for the Max. Production Objective Function: Linear and Piecewise Linear Optimization Models and the Scheduled Plan. 157 A D e c i s i o n Suppo r t S y s t e m for R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment 6.1.2 Discussion on the Prototype and Design Phase T h e p r o t o t y p e l i n e a r m o d e l s e r v e d t h e p u r p o s e o f i l l u s t r a t i n g t h e b e n e f i t s o f u s i n g o p t i m i z a t i o n m o d e l s t o a i d s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s i n d e t e r m i n i n g t h e h o u r l y g e n e r a t i o n a n d r e s e r v o i r s c h e d u l e s . T h e r e s u l t s o f t h e i n i t i a l d e v e l o p m e n t p h a s e , h o w e v e r , c l e a r l y i n d i c a t e d t h a t l i n e a r m o d e l s a r e o f l i t t l e v a l u e f o r r e a l - t i m e s y s t e m o p e r a t i o n s a c t i v i t i e s . F o r t h i s r e a s o n m o r e e l a b o r a t e m o d e l i n g o f t h e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n w a s n e e d e d , a n d t h e p i e c e w i s e l i n e a r f u n c t i o n s p r o v e d t o b e t h e m o s t a p p r o p r i a t e o n e t o a d o p t ( s e e S e c t i o n 4.5 f o r m o r e d e t a i l s ) . A s i n d i c a t e d i n t h e r e s u l t s p r e s e n t e d a b o v e , t h e P W L f u n c t i o n p e r f o r m e d as d e s i g n e d a n d as e x p e c t e d . C l o s e e x a m i n a t i o n o f t h e b e h a v i o r o f o p t i m i z e d g e n e r a t i o n s c h e d u l e s r e v e a l e d o t h e r i m p o r t a n t p r o p e r t i e s that a r e o f s i g n i f i c a n c e t o r e a l - t i m e s y s t e m o p e r a t i o n s . T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t i n m a n y i n s t a n c e s o n e o r t w o p l a n t s c o u l d o p e r a t e a w a y f r o m p e a k e f f i c i e n c y p o i n t s . T h e p r a c t i c a l i n t e r p r e t a t i o n o f t h i s b e h a v i o r i s w h a t i s c a l l e d i n t h e i n d u s t r y as ' s w i n g p l a n t s ' . S w i n g p l a n t s a r e u s e d t o p e r f o r m s y s t e m r e g u l a t i o n a n d c o n t r o l . I n r e a l - t i m e c o n t r o l o f g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s , o n e o r t w o , h i g h c a p a c i t y , p l a n t s a r e u s u a l l y a s s i g n e d t h e d u t y o f s y s t e m r e g u l a t i o n ( b a s i c a l l y t o f o l l o w t h e s y s t e m l o a d a n d t o r e g u l a t e t h e e l e c t r i c s y s t e m f r e q u e n c y ) . T h e s e p l a n t s a r e e q u i p p e d w i t h a u t o m a t i c g e n e r a t i o n c o n t r o l ( A G C ) d e v i c e s , w h i c h b a s i c a l l y s e n s e t h e d i s c r e p a n c y b e t w e e n s y s t e m l o a d a n d s y s t e m g e n e r a t i o n a n d a u t o m a t i c a l l y a d j u s t g e n e r a t i o n l e v e l s o f t h e A G C p l a n t s t o m e e t s y s t e m l o a d . O n e o f t h e m a i n f u n c t i o n s o f t h e r e a l - t i m e g e n e r a t i o n s y s t e m o p e r a t o r i s t o s c h e d u l e g e n e r a t i n g p l a n t s f o r t h e n e x t f e w h o u r s ( s e e S e c t i o n 3.2 f o r d e t a i l s ) . E v e r y h o u r , t h e S h i f t E n g i n e e r s e n d t h e s y s t e m c o n t r o l c e n t e r w h a t i s k n o w n i n t h e i n d u s t r y as ' B a s e P o i n t s ' . B a s e p o i n t s c o n s i s t o f t h e h o u r l y g e n e r a t i o n s c h e d u l e f o r e a c h p l a n t , a n d t h e p r e f e r e n c e o f t h e g e n e r a t i o n s y s t e m o p e r a t o r o n w h i c h p l a n t s a r e s u p p o s e d t o r e g u l a t e t h e s y s t e m i n r e a l - t i m e . T h e u s e o f t h e P W L l i n e a r f o r m u l a t i o n , t o d e s c r i b e t h e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n s , h a s a l l o w e d S T O M o p t i m i z a t i o n m o d e l s t o d e r i v e t h e o p t i m a l g e n e r a t i o n s c h e d u l e s and t h e o p t i m a l a s s i g n m e n t o f t h e r e g u l a t i n g p l a n t s f o r e a c h h o u r i n t h e s t u d y . F i g u r e 6.10 a n d 6.11 i l l u s t r a t e s r e s u l t s o f r u n n i n g S T O M f o r t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n f o r t h e f o u r m a j o r p l a n t s i n t h e B C H y d r o s y s t e m ( G M S , P C N , M C A a n d R E V ) f o r 1 6 8 h o u r s . A T i n d i c a t e s t h a t t h e c o r r e s p o n d i n g p l a n t g e n e r a t i o n i s e x a c t l y at o n e o f t h e b r e a k p o i n t s o f t h e P W L f u n c t i o n (i.e. at o n e o f t h e p e a k e f f i c i e n c y p o i n t s ) , w h i l e '0' i n d i c a t e s t h a t t h e p l a n t i s r e g u l a t i n g , o r t a k i n g t h e s l a c k g e n e r a t i o n t o m e e t s y s t e m l o a d . O n a v e r a g e ( f o r t h i s s t u d y ) , M C A a s s u m e d t h e f u n c t i o n o f r e g u l a t i o n ( s i n c e t h e p e r c e n t a g e o f o p t i m a l l o a d i n g a v e r a g e d 6 3 % ) , w h i l e t h e l e a s t e f f i c i e n t p l a n t a m o n g t h e f o u r ( P C N ) w a s l o a d e d at p e a k e f f i c i e n c y l e v e l s m o s t o f t h e t i m e ( a v e r a g e o f 8 1 % ) . G M S a n d R E V o p t i m a l l o a d i n g a v e r a g e d 7 1 % a n d 7 2 % r e s p e c t i v e l y . It c o u l d a l s o b e n o t e d t h a t M C A a s s u m e d the m a i n r e g u l a t i o n f u n c t i o n f o r m o s t m o r n i n g h o u r s i n w e e k d a y s . T h i s i s d u e t o t w o m a i n r e a s o n s : m i n i m u m g e n e r a t i o n l i m i t s , a n d e f f i c i e n c y o f t h e p l a n t at l o w g e n e r a t i o n l e v e l s . T h e M C A a n d R E V p l a n t s h a v e the c a p a b i l i t y t o g e n e r a t e m o r e e f f i c i e n t l y at l o w g e n e r a t i o n l e v e l s d u r i n g l o w l o a d h o u r s . M C A a n d R E V a r e a l s o c a p a b l e o f s h u t t i n g d o w n c o m p l e t e l y d u r i n g l o w l o a d h o u r s , w h i l e G M S a n d P C N a r e r e q u i r e d t o o p e r a t e c o n t i n u o u s l y t o s a t i s f y m i n i m u m f l o w r e q u i r e m e n t s . I n a d d i t i o n , a n d s i n c e t h e r e s e r v o i r f e e d i n g P C N i s s m a l l , a n d i t r a p i d l y r e s p o n d s t o i n f l o w s f r o m G M S , P C N g e n e r a t i o n l e v e l s a r e a l s o p i n n e d at p e a k e f f i c i e n c y p o i n t s d u r i n g l o w l o a d h o u r s , e x c e p t w h e n i t i s m o r e e f f i c i e n t t o o p e r a t e i t as a 158 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t E n v i r o n m e n t r e g u l a t i n g p l a n t a l o n g s i d e M C A . a n d R E V t o k e e p G M S at p e a k e f f i c i e n c y (e.g. d u r i n g S u n d a y m o r n i n g h o u r s ) . F i g u r e 6.12 c o m p a r e s t h e e f f i c i e n c y i n d i c e s a n d P W L g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n s f o r t h e f o u r p l a n t s i n h o u r 18 o f t h e s t u d y . F o r e a c h p l a n t , t h e e f f i c i e n c y i n d e x i s c a l c u l a t e d b y i n d e x i n g t h e p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y o f t h e f o u r b r e a k p o i n t s t o t h e p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y o f t h i r d p o i n t i n t h e P W L f u n c t i o n s . F o r e a c h h o u r i n t h e s t u d y , t h e l i n e a r p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m d e t e r m i n e d t h e o p t i m a l g e n e r a t i o n s c h e d u l e f o r t h e f o u r p l a n t s i n t h e f o l l o w i n g w a y . T h e a l g o r i t h m s e a r c h e s t h e v e r t i c e s o f t h e s p a c e b o u n d e d b y t h e P W L f u n c t i o n s a n d o t h e r b i n d i n g c o n s t r a i n t s (e.g., t h e l o a d r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n ) . I f c o n s t r a i n t s o t h e r t h a n t h e P W L f u n c t i o n a r e n o t b i n d i n g , t h e n t h e a l g o r i t h m f i n d s t h e s o l u t i o n at t h e b r e a k p o i n t o f t h e P W L f u n c t i o n s . I f t h e t o t a l r e q u i r e d g e n e r a t i o n f r o m t h e f o u r p l a n t s i n t h e s t u d y h a p p e n s to c o i n c i d e w i t h a n y o f t h e b r e a k p o i n t s o f t h e f o u r P W L f u n c t i o n s , a n d a l l o t h e r c o n s t r a i n t s a r e s a t i s f i e d , t h e n t h e a l g o r i t h m w o u l d l o a d e a c h p l a n t at t h e m o s t e f f i c i e n t b r e a k p o i n t s ( s e e f o r e x a m p l e W e d n e s d a y h o u r 4 i n F i g u r e 6.10), o t h e r w i s e i t w i l l s e a r c h f o r t h e p l a n t t h a t y i e l d s t h e l e a s t l o s s i n e f f i c i e n c y a n d a s s i g n i t t h e s l a c k . T h e p l a n t w i t h t h e l e a s t l o s s i n e f f i c i e n c y i s d e t e r m i n e d f r o m t h e s l o p e o f t h e s e g m e n t s o f t h e P W L f u n c t i o n . F o r e x a m p l e , F i g u r e 6.12 s h o w s t h e o p t i m a l g e n e r a t i o n s c h e d u l e f o r h o u r 18 i n t h e s t u d y , w h i c h r e p r e s e n t s t h e e v e n i n g p e a k - l o a d h o u r . It c a n b e s e e n t h a t t h e l o s s o f t h e s y s t e m e f f i c i e n c y w o u l d h a v e i n c r e a s e d i f G M S o r P C N g e n e r a t i o n i n c r e a s e d , s o i n c r e a s i n g t h e i r g e n e r a t i o n w o u l d n o t b e o p t i m a l . N o w i f M C A g e n e r a t i o n w a s r e d u c e d t o c o i n c i d e w i t h t h e t h i r d b r e a k p o i n t ( t h e m o s t e f f i c i e n t p o i n t ) a n d R E V g e n e r a t i o n i n c r e a s e d t o t h e f o u r t h p o i n t , R E V g e n e r a t i o n c o u l d n o t h a v e s a t i s f i e d t h e d i s c r e p a n c y r e s u l t i n g f r o m M C A b a c k i n g - o f f f r o m t h e f o u r t h t o t h e t h i r d p o i n t ( s i n c e R E V g e n e r a t i o n i s n e a r t h e m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t ) . T h i s m e a n s t h a t e i t h e r G M S o r P C N w o u l d h a v e t o m a k e - u p f o r t h e s l a c k . S i n c e G M S i s t h e m o r e e f f i c i e n t o f t h e t w o p l a n t s , i t s g e n e r a t i o n w o u l d h a v e t o i n c r e a s e b e y o n d t h e t h i r d b r e a k p o i n t t o m e e t t h e l o a d . T h e d r o p i n e f f i c i e n c y u n d e r t h i s s c e n a r i o , h o w e v e r , w i l l b e l a r g e r t h a n t h e o p t i m a l a l l o c a t i o n d e t e r m i n e d b y t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l ( n o t e t h e s h a r p d r o p i n e f f i c i e n c y i n t h e t h i r d s e g m e n t o f t h e G M S e f f i c i e n c y i n d e x ) , a n d l i k e w i s e t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e w o u l d n o t b e o p t i m a l . R e t u r n i n g t o F i g u r e 6.10, i t c a n b e s e e n t h a t d u r i n g h i g h - l o a d h o u r s (8 a.m.-9 p.m.), t h e P e a c e R i v e r s y s t e m a s s u m e s t h e m a i n f u n c t i o n o f s y s t e m r e g u l a t i o n f o r m o s t w e e k d a y s i n t h i s s t u d y . T h i s i s d u e t o t h e f a c t t h a t at g e n e r a t i o n l e v e l s i n t h e r a n g e o f t h e t h i r d b r e a k p o i n t t h e e f f i c i e n c y o f t h e G M S i s m u c h h i g h e r t h a n t h e o t h e r t h r e e p l a n t s . D u r i n g t h e w e e k e n d , h o w e v e r , G M S i s l o a d e d at p e a k e f f i c i e n c y l e v e l s at t h e s e c o n d p o i n t , a n d t h e f u n c t i o n o f s y s t e m r e g u l a t i o n i s h a n d e d t o M C A . T h i s i s d u e t o t h e f a c t t h a t at h i g h g e n e r a t i o n l e v e l s t h e p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y o f M C A i s h i g h a n d t h e d r o p i n e f f i c i e n c y at t h e h i g h e n d o f t h e e f f i c i e n c y i n d e x c u r v e i s l o w e r t h a n f o r - t h e G M S ( n o t e t h e f l a t n e s s o f M C A a n d R E V e f f i c i e n c y i n d e x i n t h e v i c i n i t y o f t h e t h i r d b r e a k p o i n t , as c o m p a r e d t o t h e s h a r p d e c l i n e i n e f f i c i e n c y i n t h e P e a c e s y s t e m ) . S e v e r a l o t h e r f a c t o r s h a v e b e e n n o t e d t o i n f l u e n c e t h e b e h a v i o r o f t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l , a n d w h e t h e r p l a n t s w e r e l o a d e d at p e a k e f f i c i e n c y l e v e l s o r n o t . F i r s t , w h e n t h e d o m e s t i c l o a d i s h i g h , g e n e r a t i o n l e v e l s c o u l d i n c r e a s e b e y o n d p e a k e f f i c i e n c y p o i n t s t o m e e t t h e l o a d (e.g., T u e s d a y h o u r 18). S e c o n d , w h e n r e s e r v o i r w a t e r l e v e l s a r e i n t h e v i c i n i t y o f t h e i r m a x i m u m o r m i n i m u m l e v e l s , p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y o f t h e p l a n t ( o r a n u p s t r e a m p l a n t ) i s s a c r i f i c e d . T h i r d , w h e n m i n i m u m g e n e r a t i o n l i m i t s a r e b i n d i n g ( d u e t o u n u s u a l o p e r a t i o n a l c o n d i t i o n s , e.g:, t h e i c e f o r m a t i o n i n t h e P e a c e s y s t e m ) p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y c o u l d b e 1 5 9 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t l o w e r e d . F o u r t h , r a m p u p a n d r a m p - d o w n p e r i o d s u s u a l l y r e q u i r e m o r e t h a n o n e ( i n s o m e i n s t a n c e s t h r e e ) p l a n t t o g o t h r o u g h i n e f f i c i e n t ' z o n e s . S t u d i e s u s i n g t h e M a x i m i z e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n a l s o i n d i c a t e d t h a t m o r e p l a n t s w o u l d b e o p e r a t e d at l o w e r e f f i c i e n c y l e v e l s t o m e e t t h e r e g u l a t i n g a n d o p e r a t i n g r e s e r v e r e q u i r e m e n t s a n d t o g e n e r a t e m o r e w h e n m a r k e t p r i c e s a r e h i g h . I n s u m m a r y , t h e d e s i g n a n d f o r m u l a t i o n o f S T O M ' s o p t i m i z a t i o n m o d e l s a n d t h e m o d e l i n g m e t h o d o l o g y a d o p t e d b y t h i s t h e s i s h a v e m e t t h e o p e r a t i o n a l as w e l l as t h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a s o u t l i n e d b y t h e u s e r s ' r e q u i r e m e n t s . T h e f e a t u r e s o f t h e p i e c e w i s e l i n e a r f u n c t i o n s d i s c u s s e d i n t h i s s e c t i o n a r e v e r y p o w e r f u l w h e n u s e d i n c o m b i n a t i o n w i t h l i n e a r p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m s t o d e t e r m i n e t h e o p t i m a l a l l o c a t i o n o f p r o d u c t i o n f a c i l i t i e s . It, h o w e v e r , r e q u i r e s v e r y a c c u r a t e a n d c a r e f u l i n - d e p t h s t u d y o f t h e p r o d u c t i o n f u n c t i o n a n d i t s p r o p e r t i e s . 1 6 0 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Plant Day of Hour % Optimal % Optimal Week 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Loading in Study Wednesday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 8 3 % Thursday 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 5 0 % Friday 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 5 4 % G M S Saturday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 2 % Sunday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 9 2 % 7 1 % Monday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 6 7 % Tuesday 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 5 8 % Wednesday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 8 3 % Thursday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 8 8 % Friday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8 3 % P C N Saturday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 8 8 % 8 1 % Sunday 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 1 % Monday 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 6 7 % Tuesday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 8 8 % Wednesday 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -I 0 7 1 % Thursday 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 3 % Friday 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 8 % M C A Saturday 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 3 3 % 6 3 % Sunday 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 8 % Monday G 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 8 3 % Tuesday 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 1 % Wednesday 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 6 3 % Thursday 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 7 9 % Friday 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 7 1 % R E V Saturday 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 5 % 7 2 % Sunday 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 6 % Monday 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 7 9 % Tuesday 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 u 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 4 2 % Figure 6.10. Optimal Loading Pattern: the Effect of Using Piecewise Linear Generation Production Function in S T O M . ^ P C N \u00E2\u0080\u00A2 G M S 03 M C A H R E V Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday Monday Tuedsay Figure 6.11. Optimal Generation Schedule for G M S , P C N , M C A , and R E V . 161 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 200 600 1000 1400 1800 200 600 1000 1400 1800 Turbine Discharge in cubic meters per second Figure 6.12. Efficiency Index and P W L Production Function (Hour 18 in Study). 162 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 6.2 R E S U L T S O F T H E I M P L E M E N T A T I O N P H A S E T h i s s e c t i o n p r e s e n t s r e s u l t s o f i m p l e m e n t i n g S T O M o p t i m i z a t i o n m o d e l s i n t r a i n i n g a n d i n p r o d u c t i o n m o d e . T h e s t r u c t u r e a n d o b j e c t i v e s o f t h e \" p o s t m o r t e m \" a n a l y s i s s t u d i e s a r e d i s c u s s e d f i r s t . T h e n , r e s u l t s o f t h e p o s t m o r t e m a n a l y s i s s t u d i e s a r e p r e s e n t e d . T h i s i s f o l l o w e d b y p r e s e n t a t i o n o f r e s u l t s f r o m r u n n i n g S T O M f o r M a x i m i z e V a l u e o f P r o d u c t i o n a n d f o r M i n i m i z e t h e C o s t o f W a t e r U s e d o b j e c t i v e f u n c t i o n s . T h e n r e s u l t s a n d d i s c u s s i o n o f t h e i n i t i a l i m p l e m e n t a t i o n o f M a x i m i z e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n i n p r o d u c t i o n m o d e a r e p r e s e n t e d . 6.2.1 Structure and Objectives of the Postmortem Analysis Studies A s i n d i c a t e d i n S e c t i o n 5.2, t h e i n i t i a l p h a s e o f S T O M i m p l e m e n t a t i o n f o c u s e d o n t r a i n i n g t h e s h i f t e n g i n e e r s o n t h e n e w d e c i s i o n s u p p o r t t o o l a n d o n t e s t i n g a n d a s s e s s i n g S T O M b e n e f i t s f o r t h e i r d a i l y o p e r a t i o n s . T h e t r a i n i n g a n d t e s t i n g s e s s i o n s w e r e s t r u c t u r e d s o that t h e s h i f t e n g i n e e r , w h o w o r k e d o n t h e p r e v i o u s d a y ( s ) s h i f t , r a n a p o s t m o r t e m s t u d y o f th e s c h e d u l e s d i s p a t c h e d b y t h e r e a L t i m e s y s t e m c o n t r o l c e n t e r . T h e s t u d i e s w e r e c a r r i e d o u t u s i n g M a x i m i z e t h e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n , f o r t h e f o u r m a j o r p l a n t s i n t h e B C H y d r o s y s t e m ( G . M . S h r u m , P e a c e C a n y o n , M i c a a n d R e v e l s t o k e ) a n d f o r 2 4 h o u r s . M a x i m i z e t h e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n w a s s e l e c t e d b y t h e S h i f t O f f i c e m a n a g e m e n t f o r t w o m a i n r e a s o n s . F i r s t , i t w a s e a s y t o u s e i n t e r m s o f t h e r e q u i r e d i n p u t d a t a t o r u n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l . S e c o n d , t h e s h i f t e n g i n e e r s w e r e f a m i l i a r w i t h t h e o b j e c t i v e . o f m a x i m i z i n g t h e e f f i c i e n c y o f i n d i v i d u a l p l a n t s i n a r i v e r s y s t e m ( u s i n g p l a n t ' s e f f i c i e n c y c u r v e s ) , a n d r u n n i n g t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n h i g h l i g h t e d t h e b e n e f i t s o f m a x i m i z i n g t h e e f f i c i e n c y o f t h e w h o l e g e n e r a t i n g s y s t e m ( r a t h e r t h a n i n d i v i d u a l p l a n t s ) . 6.2.2 Results and Discussion of the Postmortem Analysis Studies O v e r t h e p e r i o d J u n e 1 998 t o A p r i l 1 9 9 9 , a b o u t 5 0 p o s t m o r t e m a n a l y s i s s t u d i e s w e r e c a r r i e d o u t . O v e r a l l , S T O M p e r f o r m e d t h e f u n c t i o n s i t w a s d e s i g n e d f o r , a n d i t m e t the u s e r ' s f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s , as d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4.2. T a b l e 6.5 l i s t s t h e r e s u l t s o f t h e p o s t m o r t e m s t u d i e s . T h e f i r s t c o l u m n c o n t a i n s t h e d a t e o f th e p o s t m o r t e m a n a l y s i s s t u d y , t h e s e c o n d c o l u m n l i s t s t h e t o t a l g e n e r a t i o n o f t h e f o u r p l a n t s i n c l u d e d i n t h e s t u d y , t h e t h i r d - s i x t h l i s t s c h a n g e f r o m a c t u a l s c h e d u l e d g e n e r a t i o n f o r e a c h p l a n t , w h i l e t h e l a s t c o l u m n l i s t s t h e p e r c e n t a g e g a i n i n s t o r e d e n e r g y (as d e f i n e d i n S e c t i o n 6.1). T h e p o s t m o r t e m s t u d i e s c o v e r e d a l m o s t a f u l l y e a r , a n d t h u s t h e s c h e d u l e s r e p r e s e n t e d a l m o s t a l l g e n e r a t i o n p a t t e r n s t h a t c o u l d b e e n c o u n t e r e d i n a t y p i c a l y e a r . F o r e x a m p l e , t h e m a x i m u m t o t a l g e n e r a t i o n o c c u r r e d o n 2 2 D e c e m b e r 1998. T h e d o m e s t i c l o a d w a s t h e h i g h e s t o n r e c o r d ( 8 4 5 2 M W H r at 6 p.m.) f o r B . C . H y d r o . T h e t o t a l s y s t e m g e n e r a t i o n p e a k e d at 9 1 4 6 M W H r , a n d the f o u r p l a n t s g e n e r a t e d a b o u t 7 2 % o f t o t a l g e n e r a t i o n . F i g u r e 6.13 i l l u s t r a t e s t h e d i s t r i b u t i o n o f g e n e r a t i o n f o r t h e f o u r p l a n t s , e x p o r t s a n d g e n e r a t i o n b y o t h e r p l a n t s i n t h e B C H y d r o s y s t e m f o r h o u r 18 ( n o i m p o r t s w e r e m a d e i n t h i s h o u r ) . I n t h i s d a y , S T O M g a i n e d 1 . 6 % ( 2 3 2 0 M W H r ) o v e r t h e d i s p a t c h e d s c h e d u l e . 163 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t T h e o t h e r e x a m p l e c o n s i s t s o f t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e f o r 2 1 J u n e 1 9 9 8 . T h i s d a y m a r k e d t h e l o w e s t h o u r l y g e n e r a t i o n s c h e d u l e i n r e c o r d f o r t h e f o u r p l a n t s ( 5 1 2 M W H r at 6 a.m.). T h e t o t a l s y s t e m g e n e r a t i o n w a s at 4 0 5 3 M W H r a n d t h e f o u r p l a n t s g e n e r a t e d a b o u t 1 3 % o f th e t o t a l . I n t h i s c a s e , S T O M c o u l d n o t i m p r o v e o v e r t h e d i s p a t c h e d s c h e d u l e a n d d i d n o t s c o r e a n y p o s i t i v e g a i n s , r a t h e r i t r e p o r t e d a l o s s o f 0 . 7 8 % (-149 M W H r ) o v e r t h e d i s p a t c h e d s c h e d u l e . T h e m a i n r e a s o n f o r t h i s l o s s w a s as f o l l o w s . D u r i n g t h e m o n t h o f J u n e , M i c a w a s o p e r a t e d f o r w h a t i s c a l l e d ' f i s h - f l u s h o p e r a t i o n . ' T h i s m o d e o f o p e r a t i o n r e q u i r e s t h a t o n e u n i t at t h e M i c a p l a n t o p e r a t e f o r 15-20 m i n u t e s , t w o t o t h r e e t i m e s a-day, at i t s m i n i m u m g e n e r a t i o n l e v e l ( 2 0 0 M W H r ) t o a v o i d a k i l l o f e n t r a p p e d f i s h i n t h e t u r b i n e a n c i l l a r y s t r u c t u r e . S i n c e t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l o p e r a t e s at h o u r l y t i m e s t e p s , a n d s i n c e t h e m i n i m u m g e n e r a t i o n l e v e l at M i c a w a s set at 2 0 0 M W H r , t h e m o d e l w a s f o r c e d t o l o a d t h e M i c a p l a n t at t h e m i n i m u m g e n e r a t i o n l i m i t . S i n c e M i c a w a s f o r c e d t o g e n e r a t e at t h i s m i n i m u m l e v e l , o t h e r p l a n t s h a d t o r e d u c e g e n e r a t i o n t o a c c o m m o d a t e t h e c o n s t r a i n t . T h e o p t i m i z a t i o n m o d e l w a s f o r c e d t o l o a d o t h e r p l a n t s ( G M S , R E V , a n d P C N ) i n e f f i c i e n t l y , w h i c h i n t u r n c a u s e d t h e g a i n t o b e n e g a t i v e . I n o t h e r w o r d s , t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l d i d n o t h a v e a n y f l e x i b i l i t y t o m a n e u v e r , b u t t h e a c t u a l s y s t e m d i d b e c a u s e i t h a d a l l t h e p l a n t s , n o t j u s t t h e f o u r i n t h e s t u d y . F i g u r e s 6.14 a n d 6.15 p r e s e n t t h e c o n t e n t s o f T a b l e 6.5 g r a p h i c a l l y . It c a n b e n o t e d that w h e n t o t a l g e n e r a t i o n f r o m t h e f o u r p l a n t s w a s l o w ( J u n e - J u l y ) , g a i n w a s l o w , a n d i n s o m e i n s t a n c e s n e g a t i v e . H o w e v e r , w h e n t o t a l g e n e r a t i o n i n c r e a s e d , g a i n s f o l l o w e d ( l a t e A u g u s t ) . B u t w h e n t o t a l g e n e r a t i o n i n c r e a s e d a b o v e a c e r t a i n l e v e l ( a b o v e 9 0 , 0 0 0 M W H r ) , t h e g a i n d e c r e a s e d ( e a r l y t o l a t e Sept., l a t e Oct., l a t e Jan.), a l t h o u g h o n s o m e d a y s t h e g a i n w a s h i g h e s t w h e n t o t a l g e n e r a t i o n w a s h i g h ! F i g u r e s 6.14 a n d 6.15 s h o w s t h a t w h e n t h e a l l o c a t i o n o f l o a d b e t w e e n t h e t w o r i v e r s y s t e m s w a s e v e n l y d i s t r i b u t e d , t h e g a i n w a s l o w . F i g u r e 6.16 i n d i c a t e s t h a t t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n a m o n g t h e C o l u m b i a a n d the P e a c e R i v e r s y s t e m s i n a p r o p o r t i o n c l o s e t o t h e i r r e l a t i v e c a p a c i t i e s . T h i s s u g g e s t s t h a t w h e n t h e o p e r a t o r s s c h e d u l e d t h e g e n e r a t i o n c l o s e t o t h i s p a t t e r n , t h e y w e r e a p p r o a c h i n g o p t i m a l o p e r a t i o n - l e a v i n g l i t t l e g a i n a v a i l a b l e f o r S T O M . It c a n a l s o b e n o t e d i n F i g u r e 6.14 ( t o p c h a r t ) t h a t t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l c o n s i s t e n t l y s c h e d u l e d m o r e g e n e r a t i o n f r o m t h e P e a c e s y s t e m f r o m l a t e A u g u s t t o N o v e m b e r , a n d t h e n s w i t c h e d t o g e n e r a t e m o r e f r o m t h e C o l u m b i a R i v e r s y s t e m f r o m l a t e N o v e m b e r u p t o the e n d o f A p r i l . T h i s b e h a v i o r c o u l d a l s o b e p a r t i a l l y a t t r i b u t e d t o t h e u n e v e n a l l o c a t i o n i n t h e d i s p a t c h e d s c h e d u l e s a m o n g th e t w o r i v e r s y s t e m s d u r i n g t h e s e p e r i o d s . F i g u r e 6.14 a l s o s h o w s t h a t d e s p i t e t h e l o w d o m e s t i c l o a d d u r i n g s u m m e r m o n t h s ( J u l y , A u g u s t a n d 164 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m tor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i r onmen t S e p t e m b e r ) i n B r i t i s h C o l u m b i a , t o t a l g e n e r a t i o n w a s r e l a t i v e l y h i g h . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o h e a v y e x p o r t s t o t h e C a l i f o r n i a m a r k e t . F i g u r e 6.17 i l l u s t r a t e s t h e v a r i a t i o n o f p e r c e n t a g e o f e n e r g y g a i n w i t h t o t a l a c t u a l g e n e r a t i o n f o r t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n . It c a n b e n o t e d t h a t t h e g a i n i n s t o r e d e n e r g y w a s h i g h e s t w h e n t o t a l g e n e r a t i o n o f t h e f o u r p l a n t s w a s i n t h e r a n g e 7 5 , 0 0 0 -120,000 M W H r . T h i s o b s e r v a t i o n w a s a l s o c o n f i r m e d b y S T O M u s e r s , w h o i n d i c a t e d t h a t t h e h i g h e s t g a i n s f r o m o p t i m i z a t i o n m o d e l s c a n b e r e a l i z e d w h e n t h e s y s t e m h a s s o m e f l e x i b i l i t y . B y f l e x i b i l i t y i s m e a n t t h a t w h e n t o t a l s y s t e m g e n e r a t i o n i s n e i t h e r at i t s l o w e s t o r i t s h i g h e s t l e v e l s ( o r n e a r m a x i m u m c a p a c i t y l i m i t s ) . T h e r e s u l t s o f p o s t m o r t e m a n a l y s i s s t u d i e s r e i n f o r c e t h i s v i e w , as s h o w n i n F i g u r e 6.17. W h e n t h e s y s t e m h a s s o m e f l e x i b i l i t y , t h e n , a n d as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 6.1, t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l h a s m o r e f r e e d o m t o s e l e c t t h e m o s t e f f i c i e n t a m o n g t h e b r e a k p o i n t s o f t h e P W L f u n c t i o n s , t h u s e n a b l i n g t h e m o d e l t o o p t i m a l l y a l l o c a t e t h e r e s o u r c e s at h a n d . A n a l y s i s o f r e s u l t s p r e s e n t e d i n T a b l e 6.5 i n d i c a t e d t h a t t h e e x p e c t e d g a i n i n s t o r e d e n e r g y w a s a b o u t 1 . 2 7 % , r e p r e s e n t i n g a g a i n o f a b o u t 1 2 4 5 M W H r f o r a 2 4 - h o u r p e r i o d . E v a l u a t e d at m a r k e t p r i c e ( s a y a b o u t C a n $ 2 5 / M W H r ) , t h e m o n e t a r y v a l u e o f g a i n c o u l d a m o u n t t o a b o u t C A N $ 3 1 , 0 0 0 / d a y , o r o n a n n u a l b a s i s , t h e t o t a l g a i n i n s t o r e d e n e r g y c o u l d a m o u n t u p t o C A N $ 1 1 . 4 m i l l i o n p e r a n n u m . E v e n a v e r y c o n s e r v a t i v e e s t i m a t e o f 0 . 5 % g a i n w o u l d y i e l d a b o u t C A N $ 4 . 4 8 m i l l i o n , w h i c h i s i n - l i n e w i t h B C H y d r o ' s e s t i m a t e ( C A N $ 5 m i l l i o n ) o f t h e g a i n s t h a t c o u l d b e o b t a i n e d f r o m i m p l e m e n t i n g S T O M i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n . It s h o u l d , h o w e v e r , b e p o i n t e d o u t t h a t g a i n s f r o m u s i n g t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l w i l l t e n d t o d e c r e a s e as i t s u s e r s b e c o m e a c c u s t o m e d t o t h e o p t i m a l o p e r a t i o n o f t h e s y s t e m . T h i s i n f a c t w a s o n e o f t h e m a i n b e n e f i t s f r o m t h e p o s t m o r t e m a n a l y s i s s t u d i e s . S o m e o f t h e S h i f t E n g i n e e r s i n d i c a t e d t h a t r u n n i n g S T O M , w a s n o t o n l y a \" s o m e w h a t h u m b l i n g \" e x p e r i e n c e , b u t i t a l s o g a v e t h e m t h e c h a n c e t o d e r i v e s o m e r u l e s - o f - t h u m b t h a t t h e y c o u l d u s e . H o w e v e r , t h e s y s t e m o p e r a t o r s t i l l n e e d a d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m , s u c h as S T O M , f o r h i m / h e r t o b e c o n f i d e n t t h a t t h e d e c i s i o n t h e y a r e a b o u t t o m a k e i s o p t i m a l , o r n e a r o p t i m a l . F i g u r e 6.18 d i s p l a y s t h e p r o b a b i l i t i e s a n d c u m u l a t i v e d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n ( C D F ) f o r p e r c e n t a g e o f e n e r g y g a i n e d a n d s t o r e d i n r e s e r v o i r s f o r t h e M a x i m i z e e f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n . T h e p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n i s s k e w e d t o t h e r i g h t - i n d i c a t i v e o f t h e t e n d e n c y o f t h e t a i l t o e x t e n d m o r e o n t h e p o s i t i v e s i d e o f t h e d i s t r i b u t i o n . T h e set o f i n p u t d a t a f o r t h e p o s t m o r t e m a n a l y s i s s t u d i e s w a s a l s o u s e d t o r u n t w o o f S T O M ' s o t h e r o b j e c t i v e f u n c t i o n s : M i n i m i z e t h e C o s t o f W a t e r U s e d a n d t h e M a x i m i z e t h e V a l u e o f E n e r g y P r o d u c t i o n . R e s u l t s o f t h e r u n s a r e l i s t e d i n T a b l e 6.6. T h e s e o p t i m i z a t i o n m o d e l s d i s p l a y e d s i m i l a r o p t i m i z e d g e n e r a t i o n s c h e d u l e s t o t h o s e e x h i b i t e d b y t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n . T h e p e r f o r m a n c e m e a s u r e f o r t h e M a x i m i z e V a l u e o f E n e r g y P r o d u c t i o n w a s d e f i n e d i n S e c t i o n 6.1. T h e p e r f o r m a n c e m e a s u r e f o r t h e M i n i m i z e t h e C o s t o f W a t e r U s e d . d e p e n d s o n t h e u n i t s o f t h e c o e f f i c i e n t s o f t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n , t h e c o s t f a c t o r , w h i c h i s a u s e r i n p u t as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.6. F o r t h e r e s u l t s p r e s e n t e d i n t h i s s e c t i o n , t h e c o s t f a c t o r r e f l e c t s t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r s t o r e d i n r e s e r v o i r s , i n $/m 3 p e r s e c o n d . T h e p e r f o r m a n c e m e a s u r e f o r t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n t h e n r e p r e s e n t s t h e m o n e t a r y v a l u e o f w a t e r g a i n e d a n d s t o r e d i n r e s e r v o i r s , w h i c h t o s o m e e x t e n t i s s i m i l a r t o t h e p e r f o r m a n c e m e a s u r e o f t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n . F i g u r e s 6.19 a n d 6.21 d i s p l a y t h e v a r i a t i o n i n v a l u e g a i n w i t h t o t a l g e n e r a t i o n a n d F i g u r e s 6.18 a n d 6.22 d i s p l a y t h e p r o b a b i l i t y a n d c u m u l a t i v e d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n s o f t h e p e r c e n t a g e o f g a i n i n v a l u e f o r t h e t w o o b j e c t i v e f u n c t i o n s . It c a n b e n o t e d f r o m t h e s e i l l u s t r a t i o n s t h a t t h e v a r i a t i o n i n g a i n w i t h 165 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t t o t a l g e n e r a t i o n b e h a v e d i n a s i m i l a r w a y t o t h a t w i t h t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n . H o w e v e r , t h e M a x i m i z e V a l u e o f E n e r g y P r o d u c t i o n y i e l d e d m u c h l o w e r g a i n s , b e c a u s e r e s e r v o i r w a t e r l e v e l s w e r e c o n s t r a i n e d t o m e e t f i x e d t a r g e t s at t h e e n d o f t h e s t u d y p e r i o d . T a b l e 6.7 g i v e s a s u m m a r y o f t h e s t a t i s t i c a l tests t h a t w e r e c a r r i e d o u t o n t h e r e s u l t s f o r t h e t h r e e o b j e c t i v e f u n c t i o n s . It c a n b e s e e n t h a t g a i n s o f t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y a n d t h e M i n i m i z e C o s t o f W a t e r b e h a v e d i n a s i m i l a r w a y , e x c e p t t h a t t h e g a i n i n t h e M i n i m i z e t h e C o s t o f W a t e r U s e d t e n d e d t o b e f l a t t e r o n t h e p o s i t i v e s i d e . T h e s a m e , h o w e v e r , c a n n o t b e s a i d a b o u t t h e M a x i m i z e V a l u e o f E n e r g y P r o d u c t i o n o b j e c t i v e f u n c t i o n . T h e d i s p e r s i o n o f g a i n f o r t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n i s m u c h l o w e r ( a b o u t 5 0 % ) t h a n w i t h o t h e r o b j e c t i v e f u n c t i o n s , w h i c h i s i n d i c a t i v e o f t h e t e n d e n c y o f g a i n t o b e m o r e c o n c e n t r a t e d a r o u n d t h e m e a n (i.e., p e a k y ) . I n a d d i t i o n , c l o s e i n s p e c t i o n o f F i g u r e 6.21 r e v e a l s t h a t t h e g a i n w a s a l s o h i g h e s t w h e n t o t a l g e n e r a t i o n w a s h i g h . F i g u r e 6.23 c o m p a r e s t h e v a r i a t i o n o f p e r c e n t a g e o f g a i n w i t h t o t a l g e n e r a t i o n , a n d a s e c o n d - o r d e r p o l y n o m i a l f u n c t i o n , w h i c h w a s c u r v e - f i t t e d t o t h e r e s u l t s . It c a n b e n o t e d t h a t t h e g a i n f o r t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y a n d M i n i m i z e t h e V a l u e o f W a t e r U s e d w e r e v e r y s i m i l a r ( % g a i n i s m a x i m u m f o r t h e r a n g e 7 5 , 0 0 0 - 1 2 0 , 0 0 0 M W H r ) . T h a t i s i n c o n t r a s t t o t h e t e n d e n c y o f t h e M a x i m i z e V a l u e o f E n e r g y P r o d u c t i o n , w h i c h i n c r e a s e s as t o t a l g e n e r a t i o n i n c r e a s e s ( h i g h e s t i n t h e 1 0 0 , 000-135,000 M W H r r a n g e ) . F i n a l l y F i g u r e 6.24 c o m p a r e s t h e p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n s f o r t h e t h r e e o b j e c t i v e f u n c t i o n s . 1 6 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Table 6.5. Total Generation and Difference in Plant Generation, and % Gain for the Postmortem Analysis Studies, Maximize Efficiency Objective Function (June 1998 - April 1999) I Total Gen. I AGMS APCN AMCA AREV 09-Jun-98 17-Jun-98 21-Jun-98 59553 44669 19062 -79 1205 2891 2289 1598 3161 -3652 -668 162 -4017 -7048 4159 23-Jun-98 35507 1402 316 3114 -4832 24-Jun-98 30545 749 -657 2144 -2237 28-Jun-98 46561 5169 1707 -81 -6795 03-Jul-98 55766 4530 2009 -5971 -568 07-Jul-98 79718 -1753 224 -2802 4331 09-Jul-98 78857 5409 2030 -6074 -1364 13-Jul-98 33366 -1957 -331 1287 1001 15-Jul-98 71525 5787 2437 -8203 -21 20-JU.I-98 21-Jul-98 58159 89682 11305 2845 -5219 3762 1702 -7733 -8931 2296 24-Jul-98 28-Jul-98 93035 113364 -1101 583 -347 9559 3172 -7797 865 -4934 29-Jul-98 111227 9617 2871 -6203 -6285 06-Aug-98 112910 9467 3325 -6037 -6755 09-Aug-98 78857 5409 2030 -6074 -1364 11-Aug-98 25-Aug-98 105868 135469 16993 5379 -15591 11735 3648 -8940 -6781 -6443 26-Aug-98 136915 8824 2872 -8492 -3203 28-Aug-98 135119 5866 2335 -8090 -111 01-Sep-98 138475 6611 2551 -7103 -2059 03-Sep-98 139334 4676 1757 -7704 1271 22-Sep-98 119586 -53 894 -2522 1680 24-Sep-98 119588 -937 810 -2807 2934 25-Sep-98 84866 -3877 -20 -5946 9843 14-Oct-98 95780 -2493 -35 -3936 6464 20-Oct-98 124059 -6190 -630 -681 7502 21-Oct-98 115389 -5653 -2489 -6802 14944 12-Nov-98 133766 -12711 -2628 6413 8926 16-Nov-98 118763 -22597 -5257 10241 17613 23-Nov-98 115617 -18885 -4320 10388 12817 01-Dec-98 120762 -1426 -126 -4522 6075 02-Dec-98 146835 -12910 -3634 1948 14596 10-Dec-98 129302 -1307 -23 -4416 5745 11-Dec-98 128103 -10546 -2456 2615 10388 22-Dec-98 145013 -13377 -2407 3366 12418 06-Jan-99 123423 249 1325 -4476 2902 25-Jan-99 91891 -6860 -829 -920 8609 29-Jan-99 107038 -7134 -1873 1591 7416 07-Feb-99 78841 -15561 -3679 11001 8239 11-Feb-99 110966 -13616 -2820 3566 12870 12-Feb-99 101941 -19224 -4966 9935 14256 22-Feb-99 09-Mar-99 108372 90767 -11311 -14 -2617 467 5288 -4516 8640 4063 167 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Marke t Env i r on merit Table 6.6. Date, Total Generation Gain for the Postmortem Analysis Studies, and for Max. Efficiency, Date Total Max Efficiency Min Value of Water Max Value of Generation %Gain Used %Gain Production %Gain 09-Jun-98 59553 0.87 0.818 0.5 17-Jun-98 44669 0.02 0.015 -0.825 21-Jun-98 19062 -0.78 -0.208 Infeasible* 23-Jun-98 35507 -0.07 -0.03 Infeasible* 24-Jun-98 30545 -0.56 0.21 Infeasible* 28-Jun-98 46561 1.17 0.61 -0.05 03-Jul-98 55766 0.57 0.381 -0.58 07-Jul-98 79718 -0.19 0.219 -0.781 09-Jul-98 78857 0.60 0.5 -0.05 13-Jul-98 33366 0.98 1.399 Infeasible* 15-Jul-98 71525 0.37 0.336 Infeasible* 20-Jul-98 58159 1.33 1.23 -0.43 21-Jul-98 89682 0.19 0.119 Infeasible* 24-Jul-98 93035 0.29 0.285 -0.19 28-Jul-98 113364 0.84 0.78 0.182 29-Jul-98 111227 0.89 0.819 0.188 06-Aug-98 112910 0.93 0.942 0.18 09-Aug-98 78857 0.60 0.757 -0.047 11-Aug-98 105868 1.55 0.791 0.135 25-Aug-98 135469 0.84 0.595 0.09 26-Aug-98 136915 0.65 0.514 0.146 28-Aug-98 135119 0.50 0.391 0.133 01-Sep-98 138475 0.01 0.58% 0.21% 03-Sep-98 139334 0.37 0.3652 0.123 22-Sep-98 119586 0.47 0.456 0.229 24-Sep-98 119588 0.27 0.29 -0.02 25-Sep-98 84866 1.09 1.08 Infeasible* 14-Oct-98 95780 0.48 0.517 0.35 20-Oct-98 124059 0.55 0.604 0.449 21-Oct-98 115389 0.89 1.247 Infeasible* 12-Nov-98 133766 1.68 1.72 0.038 16-Nov-98 118763 2.70 1.89 0.183 23-Nov-98 115617 1.67 0.97. -0.47 01-Dec-98 120762 0.74 0.983 0.596 02-Dec-98 146835 1.44 0.558 0.162 10-Dec-98 129302 0.68 0.654 0.496 11-Dec-98 128103 1.56 1.256 0.706 22-Dec-98 145013 1.60 1.232 0.07 06-Jan-99 123423 1.19 1.09 1.002 25-Jan-99 91891 1.09 1.181 0.315 29-Jan-99 107038. 0.74 0.684 0.156 07-Feb-99 78841 2.09 3.173 Infeasible* 11-Feb-99 110966 2.68 2.726 -0.328 12-Feb-99 101941 3.48 3.51 -0.11 22-Feb-99 108372 2.29 1.96 0.286 09-Mar-99 90767 0.59 1.213 0.46 Infeasible due to Mica fish REV generation limit, forebay flush operation in June, or due to other limiting constraints (e.g., min. limits, etc.). 168 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m l o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Table 6.7. Summary of Statistical Tests of Results in the Postmortem Analysis Studies Objective Function Measure Max. Min Cost of Max. V. Energy Efficiency Water Used Production Average 0.91 0.93 0.11 Maximum 3.48 3.51 1.00 Minimum -0.78 -0.21 -0.83 Standard Deviation 0.82 0.80 0.40 Kurtosis 1.45 2.44 0.63 Median 0.79 0.77 0.14 Skewness 0.83 1.51 -0.26 Expected Gain, % 1.27 1.19 0.25 Average Generation, MWHr 97628 97628 97628 Expected Gain, MWHr 1245 1165 249 Expected Daily Gain (@ $25/MWHr), $ 31114 29136 6217 Expected Annual Gain, $ (Million) 11.36 10.63 2.27 169 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t U P C N \u00E2\u0080\u00A2 GMS REV LB\" MCA E - 30000 i i CO S CO -i i CD CO CD c O) CD -30000 - 120000 x CD 1= CD O \"cc =5 CC \"5 CD 0) C LU 90000 J 60000 30000 2.50 1.50 0.50 -0.50 -1.50 _ _ _ e i -M y \u00E2\u0080\u00A2 T CO CD cr \u00E2\u0080\u0094) CO CN CO CO CO cn cn cn Z3 h-O CN C N CO CO GO cn cn cn c?i oi oi 3 3 =3 < < < ffl i f l C O CD C N C N CO CO Qj CO Q . V -CD o <_> Ui O O CO 00 00 cn cn cn CD Q CO cn cn cn co cn cn cn cn o) cn \u00C2\u00A33. CD CD C N CJ) T\u00E2\u0080\u0094 O < Figure 6.14. Actual Generation Allocation, Difference in Optimized Schedule, and Gain in Stored Energy: Max. Efficiency Objective Function. 170 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t l Actual PCN H Actual REV \u00E2\u0080\u00A2 Actual GMS \u00E2\u0080\u00A2 Actual MCA 100% s Optimized PCN H Optimized REV \u00E2\u0080\u00A2 Optimized GMS m Optimized MCA Ed E 100% 75% 50% 25% Figure 6.15. Allocation of Generation for Actual and Optimized. \u00E2\u0080\u00A2 Columbia:Peace Ratio (Dispatched) o Columbia:Peace Ratio (Optimized) 2.00 \u00E2\u0080\u00A2 ColumbiaPeace Capacity Ratio 05 or CD 05 01 O-05 E 3 O O * ,. ^ ,\u00E2\u0080\u009E .. \u00E2\u0080\u009E. .... \u00E2\u0080\u009E \u00E2\u0080\u009E ^ \u00E2\u0080\u009E. \u00E2\u0080\u009E \u00E2\u0084\u00A2 \u00E2\u0084\u00A2 \u00E2\u0080\u009E ~. - -- 0 .70 0r25- - i # \ ' - - - 0 .60 LL. Q 0-2-0- - / * \u00C2\u00A7 i - - \ \u00E2\u0080\u00A2 \" - 0 .50 O 0 .15 -/ t # t - 0 .40 I ' - 0 .30 0 .10 - J -*- - - - - -- 0 .20 0 . 0 5 / - 0 .10 I \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 -imfm' 1 1 1 1 ! -1 : 1 T^ **\"\"'* \u00E2\u0080\u00A2 0 .00 - 1 . 0 0 - 0 . 5 0 0 .00 0 .50 1.00 1.50 2 .00 2 .50 3 .00 3 .50 4 .00 4 .50 %Gain in Value of Water Used Figure 6.20. Probability and Cumulative Distribution of %Gain in Value of Stored Water: Min. Cost of Water Used. 173 A D e c i s i o n Suppor t System-for R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Market E n v i r o n m e n t 1.50 co CD 1.00 0.50 4 0.00 -0.50 -1.00 \u00E2\u0080\u009EA\u00E2\u0080\u0094 _ A A A - A A 15,000 45,000 75,000 105,000 135,000 Total Actual Generation, MWHr Figure 6.21. Variation of Energy % Gain with Total Generation: Maximize Production Objective Function. \u00E2\u0080\u0094Probability, MaxV. of Energy Produciton - - - - CDF, MaxV. of Energy Produciton -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 %Gain in Value of Extra Energy Generated Figure 6.22. Probability and Cumulative Distribution Function of %Gain in Value of Extra Energy Generated: Max. Value of Production. 174 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e ' P o w e r Marke t Env i ronment oMin Cost of Water Used %Gain \u00E2\u0080\u00A2 Max Efficency %Gain A Max Value of Production %Gain 4.00 -j 3.50 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -CO 1.00 -0.50 -0.00 --0.50 --1.00 --1.50 -n M a x E f f i c i e n c y M a x V a l u e o f P r o d u c t i o n 15,000 45,000 75,000 105,000 135,000 Total Actual Generation, MWHr Figure 6.23. Compar ison of % G a i n for the three Objective Functions. \u00E2\u0080\u00A2Max Efficiency H \u00E2\u0080\u0094 M i n C o s t o f W a t e r U s e d - * r - MaxV. of Produciton J 3 CO .\u00C2\u00A32 o n i m\u00E2\u0080\u0094\u00E2\u0080\u00A2 i \u00C2\u00AB r -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 %Gain Figure 6.24. Compar ison of Probabi l i ty of % G a i n for the Three Objective Functions. 175 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 6.2.3. Structure and Objectives of Implementation in Production Mode I m p l e m e n t a t i o n o f S T O M i n p r o d u c t i o n m o d e w a s c a r r i e d o u t d u r i n g t h e m o n t h s J a n u a r y t o M a y 1999. T h e i n i t i a l p h a s e f o c u s e d o n a s s e s s i n g t h e t y p e a n d s t r u c t u r e o f m a r k e t i n g i n p u t d a t a n e e d e d t o r u n t h e M a x i m i z e t h e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n i n p r o d u c t i o n m o d e . M a r k e t i n g d a t a i n c l u d e d f o r e c a s t s p o t p r i c e s f o r A l b e r t a a n d U S e l e c t r i c i t y m a r k e t s , a n d t h e t i e l i n e t r a n s f e r l i m i t s t o a n d f r o m t h e t w o m a r k e t s . T h e s e t u p t o t r a n s f e r m a r k e t i n g d a t a e l e c t r o n i c a l l y f r o m P o w e r E x t o t h e L R B s y s t e m w a s c o m p l e t e d at t h e i n i t i a l s t a g e o f t h i s p h a s e . O n c e t h e r e q u i r e d m o d i f i c a t i o n s a n d t h e e l e c t r o n i c t r a n s f e r o f d a t a f r o m P o w e r E x s o f t w a r e s y s t e m s w e r e c o m p l e t e d , s e v e r a l t r a i n i n g a n d t e s t i n g s e s s i o n s w e r e c a r r i e d o u t d u r i n g t h e p e r i o d s F e b r u a r y t o M a y 1999. T h e o b j e c t i v e s o f th e s e s s i o n s w e r e t o t r a i n t h e S h i f t E n g i n e e r s , test, a n d d e b u g S T O M a n d o t h e r n e w d e c i s i o n s u p p o r t t o o l s i n p r o d u c t i o n m o d e . T h e t e s t i n g a n d t r a i n i n g s e s s i o n s i d e n t i f i e d t h e n e e d t o m o d i f y t h e i n p u t d a t a c h e c k i n g a n d v e r i f i c a t i o n p r o c e d u r e e m p l o y e d b y S T O M a n d i n t h e L R B s y s t e m . T h e t r a i n i n g a n d t e s t i n g s e s s i o n s w e r e s t r u c t u r e d s o tha t t w o s h i f t e n g i n e e r s w o r k c o n c u r r e n t l y i n d a y s h i f t ( s e e F i g u r e 6.25). T h e 1 s t S h i f t E n g i n e e r w o u l d c a r r y t h e r e g u l a r d u t i e s o f t h e S h i f t E n g i n e e r ( s e e S e c t i o n 3 . 2 . 4 . i i i . d f o r d e t a i l s ) , w h i l e t h e 2 n d S h i f t E n g i n e e r w o u l d a s s e s s t h e f u n c t i o n a l i t y o f a s s i s t i n g t h e 1 s t S h i f t E n g i n e e r i n s e t t i n g t h e g e n e r a t i o n a n d t r a d i n g s c h e d u l e s u s i n g t h e n e w t o o l s . M a n a g e m e n t o f t h e S h i f t O f f i c e s e l e c t e d S T O M ' s m o s t e x p e r t u s e r a m o n g t h e s h i f t e n g i n e e r s t o a c t as t h e 1 s t S h i f t E n g i n e e r , w h i l e o t h e r S h i f t E n g i n e e r s a c t e d a s t h e 2 n d S h i f t E n g i n e e r . T h e a u t h o r p a r t i c i p a t e d i n m o s t o f t h e t r a i n i n g s e s s i o n s a n d p r o v i d e d s u p p o r t f o r t h e 1 s t a n d 2 n d S h i f t E n g i n e e r s , p a r t i c u l a r l y t o e x p l a i n t h e b e h a v i o r o f S T O M ' s n e w o b j e c t i v e f u n c t i o n u n d e r d i f f e r e n t o p e r a t i n g r e g i m e s a n d m a r k e t c o n d i t i o n s : I n a d d i t i o n , t h e t r a i n i n g s e s s i o n s a l l o w e d i n t r o d u c t i o n o f s e n s i t i v i t y a n a l y s i s d a t a a n d r a i s e d q u e s t i o n s as t o h o w i t c o u l d b e i n t e r p r e t e d a n d u s e d i n p r o d u c t i o n m o d e . 1 7 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t PowerEx Real Time Traders Legend: | | Computer workstation LRB System: Load-Resource Balance software system (in M.S. Excel) PI System: Plant Information System (SCADA based). ORF: Outage Request Form, to update generating unit outages schedules. STOM: The Short Term Optimization Model. SPUC: Static Plant Unit Commitment Program. GUS: Generation Unit Scheduler. Figure 6.25. Plan of the Shift Office, 14th Floor Park Place, Vancouver. 177 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m for R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 6.2.4. Results and Discussion of Implementation in Production Mode T o i l l u s t r a t e t h e r e s u l t s f r o m i m p l e m e n t i n g S T O M i n p r o d u c t i o n m o d e , t h e g e n e r a t i o n a n d t r a d i n g s c h e d u l e s f o r t h e f o u r l a r g e s t h y d r o e l e c t r i c p l a n t s ( G M S , P C N , M C A a n d R E V ) a n d t h e B u r r a r d t h e r m a l s t a t i o n w i l l b e u s e d . T h e p l a n n e d g e n e r a t i o n s c h e d u l e w a s p r e p a r e d b y o n e o f t h e S h i f t E n g i n e e r s o n 2 n d d a y s h i f t . T h e s c h e d u l e d p l a n w a s p r e p a r e d f o r t h e f o u r t h w e e k o f F e b r u a r y 1999. D u r i n g t h i s p e r i o d t h e f o r e c a s t d o m e s t i c l o a d v a r i e d as s h o w n i n F i g u r e 6.26. T h i s f o r e c a s t w a s d e r i v e d b y t h e A N N S T A L F N e u r a l N e t w r o k m o d e l , a n d i t r e p r e s e n t e d a r e g u l a r w i n t e r - d a y l o a d w i t h t w o s h a r p p e a k s , o n e i n t h e m o r n i n g ( 9 a.m.) a n d t h e o t h e r i n t h e a f t e r n o o n ( 6 p.m.). T h e m a x i m u m l o a d p e a k e d at 7 8 8 5 M W H r at 6 p.m. o n M o n d a y a n d T u e s d a y , w h i l e t h e m i n i m u m l o a d f o r t h e s t u d y d e c l i n e d t o 5 1 3 1 M W H r at 4 a.m. o n S u n d a y . T h e a v e r a g e l o a d i n c r e a s e d o n M o n d a y a n d T u e s d a y b y a b o u t 5 0 0 M W H r d u e t o f o r e c a s t c o l d e r t e m p e r a t u r e f o r t h e s e t w o d a y s . P e a k l o a d d u r i n g t h e w e e k e n d d r o p p e d b y a b o u t 5 0 0 M W H r . T h e t o t a l s c h e d u l e d s y s t e m g e n e r a t i o n f o r t h e w e e k a m o u n t e d t o a b o u t 1.043 m i l l i o n M W H r , o f w h i c h , 6 9 % w e r e g e n e r a t e d b y p l a n t s s e l e c t e d f o r t h i s o p t i m i z a t i o n s t u d y . F i g u r e 6.27 s h o w s t h e d i s t r i b u t i o n o f s c h e d u l e d g e n e r a t i o n a m o n g t h e p l a n t s s e l e c t e d f o r t h e o p t i m i z a t i o n r u n a n d f o r o t h e r p l a n t s i n t h e B C H y d r o s y s t e m . T h e o p e r a t i n g r e g i m e d u r i n g t h i s p e r i o d c a l l s f o r t h e P e a c e R i v e r f l o w s t o b e m a i n t a i n e d at r e l a t i v e l y c o n s t a n t l e v e l s t o p r e v e n t b r e a k - u p o f t h e i c e c o v e r o n t h e P e a c e R i v e r . I f t h e i c e c o v e r b r e a k s i t c o u l d c a u s e a n i c e j a m t h a t c o u l d r e s u l t i n e x t e n s i v e f l o o d i n g o f t h e t o w n o f T a y l o r , l o c a t e d d o w n s t r e a m o f t h e P e a c e C a n y o n g e n e r a t i n g f a c i l i t y . F o r t h i s r e a s o n m i n i m u m g e n e r a t i o n l i m i t s (i.e., t u r b i n e d i s c h a r g e l i m i t s ) m u s t b e m a i n t a i n e d at a b o u t 5 0 0 M W H r . T h e s e l i m i t s , h o w e v e r , w e r e l o w e r e d t o 4 1 0 M W H r i n t h e l a s t t w o d a y s o f t h e s t u d y , t h u s a l l o w i n g P C N t o h a v e m o r e f r e e d o m t o c y c l e d u r i n g l o w a n d h i g h l o a d h o u r s ( s e e 8000 5000 A 4500 0 24 48 72 96 120 144 168 Figure 6.26. Variation of Domestic Load for the Optimization Study. 178 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m (o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t PCN Scheduled 8.9% F i g u r e 6.27. A l l o c a t i o n o f G e n e r a t i o n i n t h e S c h e d u l e d P l a n . F i g u r e 6.29). T h e m i n i m u m g e n e r a t i o n r e s t r i c t i o n o n t h e P C N a f f e c t s t h e m o d e o f o p e r a t i o n o f G M S , a n d it r e s t r i c t s i t t o h i g h e r m i n i m u m g e n e r a t i o n l e v e l s ( s e e F i g u r e 6.28), w h i c h i n t u r n r e s t r i c t s the a m o u n t o f i m p o r t s t h a t c o u l d b e a b s o r b e d b y G M S d u r i n g l o w m a r k e t c o n d i t i o n s . F i g u r e 6.28 s h o w s tha t G M S m a x i m u m g e n e r a t i o n c a p a c i t y w a s s c h e d u l e d t o b e l o w e r o n S u n d a y m o r n i n g a n d to i n c r e a s e b a c k t o i t s o r i g i n a l l e v e l M o n d a y m o r n i n g . T h e u p p e r C o l u m b i a p l a n t s w e r e s c h e d u l e d t o o p e r a t e i n r e g u l a t i o n m o d e - b a s i c a l l y t o f o l l o w fluctuations i n d o m e s t i c l o a d ( s e e F i g u r e s 6.30 a n d 6.31). A c a p a c i t y i n c r e a s e ( 3 3 4 M W ) w a s s c h e d u l e d f o r M i c a at h o u r 79, a n d a s i m i l a r i n c r e a s e i n c a p a c i t y w a s s c h e d u l e d f o r R e v e l s t o k e ( 5 0 0 M W ) o n M o n d a y m o r n i n g . T h e f o r e b a y l e v e l o p e r a t i n g r e g i m e c a n b e s u m m a r i z e d as f o l l o w s . G M S a n d M C A f o r e b a y l e v e l s w e r e d r a f t e d b y a b o u t 5 0 c e n t i m e t e r s a n d 1.2 m e t e r s r e s p e c t i v e l y ( F i g u r e s 6.28 a n d 6.30). N o t e , h o w e v e r , t h a t t h e r a t e o f s c h e d u l e d d r a w d o w n f o r M C A f o r e b a y w a s h i g h e r a f t e r t h e w e e k e n d . P C N f o r e b a y l e v e l s w e r e s c h e d u l e d t o s l i g h t l y c y c l e b e f o r e t h e w e e k e n d w i t h a d o w n w a r d t r e n d t o n e a r l y m i n i m u m f o r e b a y l e v e l s , w h i l e d u r i n g t h e w e e k e n d t h e y w e r e s c h e d u l e d t o c y c l e a n d e n d u p c l o s e t o t h e i r m a x i m u m o p e r a t i n g l e v e l ( F i g u r e 6.29). T h e R E V f o r e b a y l e v e l s , o n t h e o t h e r h a n d , w e r e s c h e d u l e d at a n a l m o s t c o n s t a n t l e v e l b e f o r e t h e w e e k e n d a n d t h e r e a f t e r t h e y d e c l i n e d b y a b o u t 5 c e n t i m e t e r s ( F i g u r e 6.31). T h e f o r e c a s t s p o t p r i c e s f o r A l b e r t a a n d U S m a r k e t s b e h a v e d i n s i m i l a r w a y as t h e d o m e s t i c l o a d . T h e S h i f t E n g i n e e r , i n c o o r d i n a t i o n w i t h P o w e r E x r e a l - t i m e t r a d e r s , p r e p a r e d t h e f o r e c a s t s p o t m a r k e t p r i c e s . T h e s p o t m a r k e t p r i c e s p e a k e d d u r i n g m o r n i n g a n d e v e n i n g h o u r s , d r o p p e d s l i g h t l y i n - b e t w e e n p e a k s (10. a.m.-5 p.m.), a n d w e r e l o w d u r i n g l a t e n i g h t t o e a r l y m o r n i n g h o u r s . A l b e r t a f o r e c a s t s p o t m a r k e t p r i c e w a s g e n e r a l l y h i g h e r d u r i n g d a y t i m e 1 7 9 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t t h a n U S s p o t m a r k e t p r i c e , e x c e p t f o r t h e e v e n i n g p e a k h o u r s ( s e e F i g u r e 6.34). D u r i n g l a t e n i g h t t o e a r l y m o r n i n g h o u r s t h e A l b e r t a s p o t m a r k e t p r i c e w a s l o w e r - t h a n t h e U S s p o t m a r k e t p r i c e . T h i s i s a t t r i b u t e d t o t h e t y p e o f A l b e r t a ' s g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s , w h i c h a r e p r e d o m i n a n t l y t h e r m a l , a n d c a n n o t b e s h u t d o w n d u r i n g n i g h t t i m e . T h e f o r e c a s t n e t t i e l i n e t r a n s f e r c a p a b i l i t i e s h a v e v a r i e d d u r i n g d a y a n d n i g h t , a n d n e a r l y e x h i b i t e d a m i r r o r i m a g e o f t h e l o a d ( s e e F i g u r e 6.34). T h e S h i f t E n g i n e e r , i n c o o r d i n a t i o n w i t h P o w e r E x r e a l - t i m e t r a d e r s , p r e p a r e d t h e f o r e c a s t t i e l i n e l i m i t s . T h e S h i f t E n g i n e e r p r e p a r e d o t h e r i n p u t i n f o r m a t i o n r e q u i r e d t o r u n t h e M a x i m i z e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n . T h e i n f o r m a t i o n w a s e n t e r e d u s i n g t h e G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e , as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.3.2 a n d d e t a i l e d i n A n n e x D. It i n c l u d e d t h e f o l l o w i n g : > T h e m a r g i n a l c o s t o f e n e r g y f o r e a c h g e n e r a t i n g p l a n t j, Rbcht ( i n U S $ / M W H r ) . U s i n g Rbchj, a n d HKj , t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r , MVWj ( i n m i l s / m ), f o r c a s c a d e d h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s i n a r i v e r s y s t e m , i s c a l c u l a t e d as f o l l o w s : \u00E2\u0080\u00A2 C a l c u l a t e MVWj f o r t h e f i r s t d o w n s t r e a m r e s e r v o i r (j=l) i n t h e r i v e r s y s t e m : MVW, = Rbch1 *HK,I3.6 \u00E2\u0080\u00A2 C a l c u l a t e MVWj f o r t h e s e c o n d r e s e r v o i r (j=2) i n t h e r i v e r s y s t e m : MVW2 = Rbch2 * HK2 13.6 + MVW, \u00E2\u0080\u00A2 C a l c u l a t e MVWj f o r t h e t h i r d r e s e r v o i r (j=3) i n t h e r i v e r s y s t e m : MVW3=Rbch3*HK3/3.6 + MVW2 \u00E2\u0080\u00A2 a n d s o on.. > T h e o p e r a t i n g r e s e r v e o b l i g a t i o n , w h i c h i s s p e c i f i e d b y t h e u s e r as a f r a c t i o n o f t h e o p t i m i z e d g e n e r a t i o n l e v e l (e.g., 0.05). > T h e r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t , w h i c h i s s p e c i f i e d b y t h e u s e r as t h e m a g n i t u d e o f t h e a v a i l a b l e g e n e r a t i n g c a p a c i t y t o b e r e s e r v e d f o r r e g u l a t i o n p u r p o s e s (e.g., 2 0 0 M W ) . > T h e t a r g e t f o r e b a y l e v e l f o r e a c h r e s e r v o i r , w h i c h i s c o n v e r t e d i n t h e m o d e l t o t h e t a r g e t s t o r a g e , w h i c h i s u s e d i n t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n ( s e e S e c t i o n 4.6 f o r d e t a i l s ) . > T h e f i x e d t a r g e t f o r e b a y l e v e l , w h i c h i s t r a n s l a t e d i n t h e m o d e l as a h a r d c o n s t r a i n t , w h i c h f i x e s t h e f o r e b a y at i t s s c h e d u l e d l e v e l ( s e e S e c t i o n 4.6 a n d A n n e x D f o r d e t a i l s ) . T h e r e s u l t s o f t h e o p t i m i z a t i o n r u n a n d t h e s c h e d u l e d p l a n a r e s u m m a r i z e d a n d c o m p a r e d i n F i g u r e s 6.28-6.34. F i g u r e 6.32 i l l u s t r a t e s t h e g e n e r a t i o n s u m m a r y f o r t h e p l a n n e d a n d o p t i m i z e d s c h e d u l e s . It c o u l d b e n o t e d that, i n g e n e r a l , t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s c h e d u l e d m o r e g e n e r a t i o n f o r e x p o r t s d u r i n g h i g h l o a d , a n d h i g h s p o t m a r k e t p r i c e h o u r s , b a c k e d - o f f t o l o w e r g e n e r a t i o n l e v e l s d u r i n g m e d i u m l o a d h o u r s , a n d d r o p p e d d o w n h y d r o g e n e r a t i o n l e v e l s t o v e r y l o w l e v e l s d u r i n g l o w l o a d h o u r s . T h e o p t i m i z e d g e n e r a t i o n s c h e d u l e f o r t h e B u r r a r d t h e r m a l s t a t i o n ( B U T ) w a s u n c h a n g e d . T h i s i s b e c a u s e t h e p l a n t w a s h e a v i l y r e s t r i c t e d b y i t s m i n i m u m a n d m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t s , a n d b y t h e t o t a l g a s c o n t r a c t f o r 2 The value of HK is constant for each plant and it represents the energy conversion rate for each m3/s used. It is calculated in STOM.by taking the energy conversion rate of the third breakpoint in the PWL function and using the forebay level of the last time step in the study. Note that the third point in the PWL function was chosen to represent the most efficient point for the last segment of the generation production function. The last time step in the study was chosen since it corresponds to the target forebay level used in the objective function, and as specified by the user. 1 8 0 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t t h e s t u d y p e r i o d . It c a n a l s o b e s e e n t h a t d u r i n g t h e w e e k e n d , M o n d a y , a n d T u e s d a y , e x p o r t s w e r e h i g h ( s e e F i g u r e 6.34). T h i s i s b e c a u s e m o r e s y s t e m c a p a c i t y w a s m a d e a v a i l a b l e ( d u e t o l o w e r l o a d o n t h e w e e k e n d a n d h i g h e r g e n e r a t i n g c a p a c i t y o n M o n d a y a n d T u e s d a y ) , w h i l e s p o t m a r k e t p r i c e s w e r e m u c h h i g h e r t h a n t h e s y s t e m m a r g i n a l c o s t , Rbch ( s e e F i g u r e 6.34). F i g u r e s 6.28-6.31 c o m p a r e s t h e o p t i m i z e d a n d p l a n n e d g e n e r a t i o n a n d r e s e r v o i r f o r e b a y s c h e d u l e s . It c o u l d b e n o t e d t h a t t h e o p t i m i z e d f o r e b a y l e v e l s a r e s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h e s c h e d u l e d p l a n , i n m a n y w a y s . F i r s t , t h e o p t i m i z e d f o r e b a y s c h e d u l e s f o r t h e l a r g e p l a n t s ( G M S a n d M C A ) s t o r e d m o r e w a t e r at G M S f o r e b a y ( a b o u t 10 c m ) , w h i l e it d r a f t e d M C A f o r e b a y b y a b o u t 3 0 c m . T h e P e a c e C a n y o n f o r e b a y l e v e l w a s r a i s e d d u r i n g n i g h t a n d w a s d r a f t e d d u r i n g m o r n i n g h o u r s , a n d i t w a s a l s o s l i g h t l y d r a f t e d b e f o r e e v e n i n g p e a k l o a d h o u r s . T h e o p t i m i z a t i o n m o d e l , t h e r e f o r e , p r e p a r e d t h e P e a c e C a n y o n f o r e b a y l e v e l s f o r G M S g e n e r a t i o n t o p e a k d u r i n g m o r n i n g a n d e v e n i n g p e a k l o a d h o u r s ( s e e F i g u r e s 6.28 a n d 6.29). F i g u r e 6.29 a l s o i l l u s t r a t e s t h e e f f e c t o f t h e r i s e a n d f a l l i n P C N f o r e b a y l e v e l s o n i t s m a x i m u m g e n e r a t i o n c a p a c i t y , w h i c h i n c r e a s e s w h e n t h e f o r e b a y l e v e l i s h i g h a n d d r o p s w h e n i t i s l o w . T h e R E V f o r e b a y l e v e l s c y c l e d s l i g h t l y t o o p e r a t e t h e p l a n t m o r e e f f i c i e n t l y , i n r e s p o n s e t o t h e e x p o r t a n d i m p o r t t r a d i n g s c h e d u l e s , a n d t o f l u c t u a t i o n s i n M C A g e n e r a t i o n . O f t e n , R E V f o r e b a y w a s u s e d b y t h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s t o a c c o m m o d a t e h i g h e x p o r t a n d / o r i m p o r t l e v e l s . T h i s m o d e o f o p e r a t i o n w a s a l s o c o n f i r m e d b y S T O M r e s u l t s . F o r i n s t a n c e , i t c a n b e s e e n i n t h i s s t u d y t h a t R E V f o r e b a y l e v e l s w e r e d r a f t e d b y h e a v y e x p o r t l o a d s d u r i n g W e d n e s d a y - S a t u r d a y , w e r e r a i s e d b a c k t o h i g h e r l e v e l s o n S u n d a y , a n d w e r e d r a f t e d b y h e a v y e x p o r t s o n M o n d a y a n d T u e s d a y . F i n a l l y , F i g u r e 6.33 i l l u s t r a t e s t h e h o u r l y d i s t r i b u t i o n o f t h e r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t ( R M R ) a n d t h e o p e r a t i n g r e s e r v e o b l i g a t i o n ( O R O ) . It c o u l d b e n o t e d t h a t O R O c l o s e l y f o l l o w s t h e b e h a v i o r o f t h e o p t i m i z e d g e n e r a t i o n s c h e d u l e s , w h i l e the d i s t r i b u t i o n o f R M R i s s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t . F i g u r e 6.33 s h o w s tha t f o r m o s t h o u r s , P C N p r o v i d e d f o r R M R , a n d i n p a r t i c u l a r d u r i n g h i g h l o a d h o u r s . A l l o c a t i o n o f R M R i n t h i s w a y a l l o w e d P C N t o g e n e r a t e at i t s m i n i m u m a l l o w a b l e l e v e l a n d i n c r e a s e s y s t e m g e n e r a t i o n e f f i c i e n c y . It a l s o a l l o w e d P C N a n d G M S t o h o l d t h e i r f o r e b a y l e v e l s at h i g h e r o p e r a t i n g l e v e l s , a n d at t h e s a m e t i m e h a v e a l l o w e d M C A a n d R E V t o e x p o r t m o r e d u r i n g h i g h a n d p e a k l o a d p e r i o d s . T h e r e m a i n d e r o f R M R w a s t a k e n a l m o s t e n t i r e l y b y G M S , w h i c h a l s o c a u s e d G M S f o r e b a y l e v e l s t o r e m a i n h i g h e r t h a n M C A . It s h o u l d b e n o t e d t h a t t h i s p a t t e r n o f R M R a l l o c a t i o n i s t y p i c a l f o r t h e p e r i o d w h e n i c e f o r m a t i o n r e s t r i c t s t h e m o d e o f o p e r a t i o n i n the P e a c e S y s t e m b y r e s t r i c t i n g the c h a n g e s i n f l o w . P e r f o r m a n c e o f t h e M a x i m i z e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n i s m e a s u r e d b y c o m p a r i n g t h e v a l u e o f t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n ( v a l u e o f s p o t t r a d i n g s c h e d u l e s a n d t h e i n c r e m e n t / d e c r e m e n t o f v a l u e o f w a t e r s t o r e d i n r e s e r v o i r s ) f o r b o t h t h e p r e - p l a n n e d a n d t h e o p t i m i z e d s c h e d u l e s . I n s u m m a r y , the M a x i m i z e P r o f i t o p t i m i z a t i o n m o d e l b e h a v e d i n a n a c c e p t a b l e w a y a n d m e t u s e r ' s e x p e c t a t i o n s . I n a r r i v i n g at t h e g e n e r a t i o n a n d t r a d i n g s c h e d u l e s , the o p t i m i z a t i o n m o d e l f a c t o r s - i n a l l u s e r ' s s p e c i f i e d i n f o r m a t i o n o n t h e m o d e l e d s y s t e m s a n d o n m a r k e t c o n d i t i o n s . It p r o d u c e s r e l i a b l e a n d b e l i e v a b l e g e n e r a t i o n a n d r e s e r v o i r s c h e d u l e s t h a t c a n a i d t h e S h i f t E n g i n e e r i n a r r i v i n g at t h e d e c i s i o n o n w h e n a n d h o w m u c h to i m p o r t a n d / o r e x p o r t a n d h o w m u c h t h e r m a l e n e r g y t o g e n e r a t e as w e l l as w h e n , w h e r e a n d h o w m u c h w a t e r t o s t o r e i n o r d r a f t f r o m r e s e r v o i r s w h i l e m e e t i n g t h e d o m e s t i c l o a d a n d o t h e r s y s t e m a n d m a r k e t c o n s t r a i n t s . 181 A D e c i s i o n Support S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t \u00E2\u0080\u00A2 O p t i m i z e d F o r e b a y E l e v a t i o n ( m ) \u00E2\u0080\u0094 S c h e d u l e d F o r e b a y E l e v a t i o n ( m ) 3000 - O p t i m i z e d G e n e r a t i o n ( m w ) - M i n i m u m G e n e r a t i o n ( m w ) E \u00E2\u0080\u00A2to i 'IJ C I i 1 1 f \u00E2\u0080\u00A2 1 ' V 1 \ 1 /*\u00E2\u0080\u00A2 ,' U i \u00E2\u0080\u00A2 J; %J J \ 1 \ ) \l V i \ ! \ 24 48 72 96 120 144 168 Figure 6.30. Scheduled and Optimized M C A Forebay Levels and Plant Generation. 184 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m l o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t - O p t i m i z e d F o r e b a y E l e v a t i o n ( m ) S c h e d u l e d F o r e b a y E l e v a t i o n ( m ) 572.95 572.70 E 2500 2000 1500 - O p t i m i z e d G e n e r a t i o n ( m w ) - M in imum G e n e r a t i o n ( m w ) S c h e d u l e d G e n e r a t i o n ( m w ) - M a x i m u m G e n e r a t i o n ( m w ) \u00C2\u00A7 1000 O 500 nn TI t ] n 144 168 Figure 6.31. Scheduled and Optimized R E V Forebay Levels and Plant Generation. 185 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m (or Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Ma rke t Env i ronmen t l PCN Scheduled \u00E2\u0080\u00A2 MCA Scheduled \u00E2\u0080\u00A2 REV Scheduled \u00E2\u0080\u00A2 Exports @ Other Plants a PCN Optimized \u00E2\u0080\u00A2 Imports ui MCA Optimized B BUT Optimized a REV Optimized \u00E2\u0080\u00A2 GMS Optimized \u00E2\u0080\u00A2 Exports Figure 6.32. Scheduled and Optimized Generation Summary. 186 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t EPCN_RMR \u00E2\u0080\u00A2 GMS_RMR \u00E2\u0080\u00A2 MCA_RMR BREV_RMR 1 24 47 70 93 116 139 162 Figure 6.33. Operating Reserve Obligation and Regulating Margin Requirement. 187 A-Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment a Spot Alberta Trading Schedules . Spot US Trading Schedules Max Tie \u00E2\u0080\u00A2 Min Tie to Z3 -a CD -\u00C2\u00A3= O CO -a co o CO X 5000 \u00C2\u00A7: 4000 ->^ \u00E2\u0080\u0094^* o 3000 -CO Q . CO 2000 o 1000 CO CO 0 WHr 60 50 -CD 40 -O CL 30 --*\u00E2\u0080\u0094i CD J \u00C2\u00A3 i 20 CO 10 -\"o 0 CO 0 \u00E2\u0080\u00A2Spot US Price \u00E2\u0080\u00A2Spot Alberta Price \u00E2\u0080\u00A2Rbch Figure 6.34. Opt imized T rad ing Schedules, T ie L im i ts , System Capacity Slack, and Spot Prices. 188 A Decision S u p p o r t System tor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment 6.2.5. Sensitivity Analysis Information A s i d e f r o m t h e o p t i m i z e d g e n e r a t i o n , r e s e r v o i r , a n d t r a d i n g s c h e d u l e s , o n e o f t h e m a j o r b e n e f i t s o f u s i n g l i n e a r p r o g r a m m i n g i s t h e d e r i v e d s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n t h a t c a n b e o b t a i n e d f r o m t h e s i m p l e x d u a l v a r i a b l e s ( P i e k u t o w s k i et a l . , 1 9 9 4 ; G r e e n b e r g , 1 9 9 3 ) . D u a l v a l u e s ( o r s h a d o w p r i c e s ) a r e t h e m o s t b a s i c f o r m o f s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n . T h e d u a l v a l u e f o r a v a r i a b l e i s n o n z e r o o n l y w h e n t h e v a r i a b l e ' s v a l u e i s e q u a l t o i t s u p p e r o r l o w e r b o u n d at t h e o p t i m a l s o l u t i o n . T h i s i s c a l l e d a n o n - b a s i c v a r i a b l e , a n d i t s v a l u e w a s d r i v e n t o t h e b o u n d d u r i n g t h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s . M o v i n g t h e v a r i a b l e ' s v a l u e a w a y f r o m t h e b o u n d w i l l w o r s e n t h e o b j e c t i v e . T h e d u a l v a l u e m e a s u r e s t h e i n c r e a s e i n t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n ' s v a l u e p e r u n i t i n c r e a s e i n t h e v a r i a b l e ' s v a l u e . T h e d u a l v a l u e f o r a c o n s t r a i n t i s n o n z e r o o n l y w h e n t h e c o n s t r a i n t i s e q u a l t o i t s b o u n d . T h i s i s c a l l e d b i n d i n g c o n s t r a i n t , a n d i t s v a l u e w a s d r i v e n t o t h e b o u n d d u r i n g t h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s . M o v i n g t h e c o n s t r a i n t l e f t h a n d s i d e ' s v a l u e a w a y f r o m t h e b o u n d w i l l w o r s e n t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n v a l u e ; c o n v e r s e l y , l o o s e n i n g t h e b o u n d w i l l i m p r o v e t h e o b j e c t i v e . T h e d u a l v a l u e m e a s u r e s t h e i n c r e a s e i n t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n ' s v a l u e p e r u n i t i n c r e a s e i n t h e c o n s t r a i n t b o u n d . F o r e x a m p l e , t h e d u a l v a l u e o f t h e l o a d - r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f i n c r e a s i n g t h e s y s t e m l o a d b y o n e u n i t . S u c h v a l u a b l e i n f o r m a t i o n d e r i v e d f r o m t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l c a n b e u s e d as i n d i c a t o r s f o r t h e \" M a r k e t C l e a r i n g P r i c e \" i n p l a n n i n g s p o t t r a d i n g s c h e d u l e s a n d i n o p e r a t i n g t h e s y s t e m i n r e a l t i m e . O t h e r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n c a n b e u s e d f o r c o m p a r i n g a l t e r n a t i v e o p e r a t i n g s t r a t e g i e s f o r t h e s y s t e m , a n d t o d e t e r m i n e t h e c o s t o f l i m i t s i m p o s e d o n t h e s y s t e m (e.g., t u r b i n e , g e n e r a t i o n o r t i e l i n e l i m i t s ) . D u r i n g t h e f i r s t p h a s e o f S T O M i m p l e m e n t a t i o n i n p r o d u c t i o n m o d e , s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n w a s i n t r o d u c e d t o t h e S h i f t E n g i n e e r s . T h e f o l l o w i n g i s a b r i e f p r e s e n t a t i o n o f s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n as i t r e l a t e s t o M a x i m i z e t h e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n . A c a s e s t u d y c o n s i s t i n g o f 19 g e n e r a t i n g p l a n t s , f o r a s t u d y d u r a t i o n o f 1 6 8 h o u r s i s u s e d . F i g u r e s 6.35-6.41 s h o w s t h e p l a n n e d a n d o p t i m i z e d g e n e r a t i o n a n d f o r e b a y s c h e d u l e s f o r t h e 19 p l a n t s i n t h e s t u d y ( f o r d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f t h e h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s a n d t h e i r o p e r a t i n g r e g i m e , s e e A n n e x D ) : \u00E2\u0080\u00A2 T h e S t a v e F a l l s R i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.35), w h i c h c o n s i s t s o f t h r e e g e n e r a t i n g a n d a s s o c i a t e d s t o r a g e f a c i l i t i e s : A l l o u e t e ( A L U ) , S t a v e F a l l s ( S F L ) , a n d R u s k i n ( R U S ) . \u00E2\u0080\u00A2 T h e B r i d g e R i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.36), w h i c h c o n s i s t s o f t h r e e g e n e r a t i n g a n d a s s o c i a t e d s t o r a g e f a c i l i t i e s : L a J o i e ( L A J ) , B r i d g e ( B R ) , a n d S e t o n ( S O N ) . \u00E2\u0080\u00A2 T h e C a m p b e l l R i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.37), w h i c h c o n s i s t s o f t h r e e g e n e r a t i n g a n d a s s o c i a t e d s t o r a g e f a c i l i t i e s : S t r a t c h o n a ( S C A ) , L a d o r e ( L D R ) , a n d J o h n H a r t ( J H T ) . \u00E2\u0080\u00A2 T h e P e a c e R i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.38), w h i c h c o n s i s t s o f t w o g e n e r a t i n g a n d a s s o c i a t e d s t o r a g e f a c i l i t i e s : G.M. S h r u m ( G M S ) a n d P e a c e C a n y o n ( P C N ) . \u00E2\u0080\u00A2 T h e C o l u m b i a R i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.39), w h i c h c o n s i s t s o f t w o g e n e r a t i n g a n d a s s o c i a t e d s t o r a g e f a c i l i t i e s : M i c a ( M C A ) a n d R e v e l s t o k e ( R E V ) . \u00E2\u0080\u00A2 T h e P e n d O ' R e i l l e ( l o w e r C o l u m b i a ) r i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.40), w h i c h c o n s i s t s o f t w o g e n e r a t i n g a n d a s s o c i a t e d s t o r a g e f a c i l i t i e s : S e v e n M i l e ( S E V ) a n d W a n e t a ( W A N ) . \u00E2\u0080\u00A2 T h e C h e a k a m u s R i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.41), w h i c h c o n s i s t s o f o n e g e n e r a t i n g a n d s t o r a g e f a c i l i t y : C h e a k a m u s ( C M S ) . 1 8 9 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t \u00E2\u0080\u00A2 T h e C l o w h o m R i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.41), w h i c h c o n s i s t s o f o n e g e n e r a t i n g a n d s t o r a g e f a c i l i t y : C l o w h o m ( C O M ) . \u00E2\u0080\u00A2 T h e W a h l e a c h R i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.41), w h i c h c o n s i s t s o f o n e g e n e r a t i n g a n d s t o r a g e f a c i l i t y : W a h l e a c h ( W A H ) . \u00E2\u0080\u00A2 T h e A s h R i v e r s y s t e m ( F i g u r e 6.41), w h i c h c o n s i s t s o f o n e g e n e r a t i n g a n d s t o r a g e f a c i l i t y : A s h ( A S H ) . F o r b r e v i t y a n d c o m p a r a t i v e c l a r i t y , t h e f o r m a t o f t h e p r e s e n t a t i o n r e l i e s o n c o m b i n e d i l l u s t r a t i o n s f o r m o s t o f t h e c o n s t r a i n t s i n t h e M a x i m i z e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n . i. The Shadow Price of the Turbine Discharge Limits T h e s h a d o w p r i c e o f t h e t u r b i n e d i s c h a r g e b o u n d s ( E q u a t i o n 4.6.1.6) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f a u n i t i n c r e a s e / d e c r e a s e i n t h e t u r b i n e c a p a c i t y l i m i t s . W h e n t h e c o n s t r a i n t i s b i n d i n g , t h e s h a d o w p r i c e s , i n $/m 3-sec, r e p r e s e n t s t h e a d d i t i o n a l r e v e n u e / c o s t o f r e l a x i n g / t i g h t e n i n g t h e t u r b i n e l i m i t s f r o m i t s c u r r e n t l e v e l b y o n e u n i t , w i t h i n t h e p e r m i s s i b l e r a n g e . F i g u r e 6.42 i l l u s t r a t e s v a r i a t i o n o f t h e s h a d o w p r i c e a m o n g p l a n t s i n t h e s t u d y . A p o s i t i v e c o s t i n d i c a t e s a d e c r e a s e i n r e v e n u e s w h i c h r e s u l t s i n l o w e r i n g t h e m a x i m u m t u r b i n e l i m i t , w h i l e a n e g a t i v e c o s t i n d i c a t e a n i n c r e a s e i n p r o f i t r e s u l t i n g f r o m l o w e r i n g t h e m i n i m u m t u r b i n e l i m i t . It c a n b e n o t e d t h a t t h e L A J a n d S O N u p p e r t u r b i n e b o u n d s w e r e b i n d i n g f o r m o s t h o u r s i n t h e s t u d y . T h e c o s t o f L A J t u r b i n e b o u n d a r e m u c h h i g h e r t h a n o t h e r p l a n t s b e c a u s e L A J t u r b i n e d i s c h a r g e i s u s e d t w i c e ( b y B R a n d S O N ) a f t e r i t s r e l e a s e . O t h e r p l a n t s (e.g., R U S , C O M , P C N , S E V ) e x h i b i t e d l o w e r c o s t f o r t h e u p p e r a n d l o w e r b o u n d s . ii. The Shadow Price of the Generation Production Function. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n P W L f u n c t i o n ( E q u a t i o n 4.6.1.12) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t ( i n $ / M W H r ) o f i n c r e a s i n g p r o d u c t i o n b y o n e u n i t ( a l s o k n o w n i n t h e i n d u s t r y as t h e p l a n t ' s i n c r e m e n t a l c o s t ( I C ) ) , f o r e a c h g e n e r a t i n g p l a n t at e a c h t i m e s t e p i n t h e s t u d y . T h e v a l u e o f I C a n d i t s p e r m i s s i b l e r a n g e d e p e n d s o n t h e h o u r l y g e n e r a t i o n l e v e l o f th e p l a n t i n q u e s t i o n a n d i t d e p e n d s o n t h e e n e r g y c o n v e r s i o n r a t e o f t h e P W L s e g m e n t . F o r t h i s r e a s o n i t c a n b e n o t e d i n F i g u r e 6.43 t h a t I C v a r i e s f r o m o n e h o u r t o t h e n e x t f o r m o s t p l a n t s . It i s h i g h e s t w h e n t h e p l a n t i s g e n e r a t i n g i n p r o x i m i t y t o i t s m a x i m u m l i m i t a n d l o w e s t o t h e r w i s e . It c a n a l s o b e s e e n that, as t h e g e n e r a t i o n b r e a k p o i n t i n t h e P W L f u n c t i o n d e p e n d s o n t h e p l a n t ' s f o r e b a y l e v e l , t h e v a l u e o f I C e x h i b i t s a s l i g h t d e c r e a s e as t h e f o r e b a y l e v e l d e c r e a s e s (e.g., s e e v a r i a t i o n o f J H T I C as t h e f o r e b a y l e v e l f l u c t u a t e ) . iii. The Shadow Price of the Plant Generation Bounds. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e p l a n t g e n e r a t i o n b o u n d s ( E q u a t i o n 4.6.1.13 a n d 4.6.5.6) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f a u n i t i n c r e a s e / d e c r e a s e i n g e n e r a t i o n b o u n d s . W h e n t h e c o n s t r a i n t i s b i n d i n g , t h e s h a d o w p r i c e s , i n $ / M W H r r e p r e s e n t t h e r e v e n u e / c o s t o f r e l a x i n g / t i g h t e n i n g t h e g e n e r a t i o n l i m i t f r o m i t s c u r r e n t l e v e l b y o n e u n i t , w i t h i n t h e p e r m i s s i b l e \" r a n g e . T h i s s h a d o w p r i c e c o u l d p r o b a b l y b e u s e d t o r e f l e c t t h e c o s t o f g e n e r a t i o n o u t a g e s . It c o u l d a l s o b e u s e d t o r a n k t h e o r d e r o f o u t a g e s i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n . F i g u r e 6.44 i l l u s t r a t e s t h e 19 0 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Competitive P o w e r Marke t Env i ronmen t v a r i a t i o n o f t h i s s h a d o w p r i c e f o r t h e 19 p l a n t s a n d f o r t h e d u r a t i o n o f t h e s t u d y . T h e F i g u r e a l s o c o m p a r e s t h e s y s t e m i n c r e m e n t a l c o s t ( t h e s h a d o w p r i c e o f t h e l o a d - r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n ) w i t h t h e g e n e r a t i o n b o u n d s p r i c e . It c a n b e n o t e d t h a t t h e c o s t s o f t h e A L U a n d S O N g e n e r a t i o n b o u n d s e x h i b i t s i m i l a r b e h a v i o r t o t h e s y s t e m i n c r e m e n t a l c o s t ( w h i c h i s s l i g h t l y h i g h e r ) . O t h e r p l a n t s s h o w l o w e r b o u n d c o s t s t h a t b e h a v e i n a c c o r d a n c e w i t h m a r k e t c o n d i t i o n s (i.e., h i g h w h e n p l a n t s a r e l o a d e d at m a x i m u m g e n e r a t i o n l e v e l s f o r e x p o r t s ) . iv. The Shadow Price of the Mass-Balance Equation. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e s t o r a g e m a s s - b a l a n c e e q u a t i o n ( E q u a t i o n 4.6.1.10) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e i n c r e m e n t a l c o s t o f s t o r a g e ( I C S ) i n M i l s / m 3 , f o r e a c h r e s e r v o i r at e a c h t i m e step. F i g u r e 6.45 i l l u s t r a t e s t h e v a r i a t i o n o f I C S f o r e a c h p l a n t ( f o r e a c h p l a n t ' s r e s e r v o i r ) i n c l u d e d i n t h e s t u d y . T h e v a l u e o f I C S f o r h o u r 8 4 i s s h o w n n e x t t o t h e b a r i n s i d e t h e c h a r t , w h i l e t h e t a b l e t o t h e r i g h t l i s t s t h e M V W th a t w e r e d e r i v e d f r o m R b c h , as d e s c r i b e d i n S e c t i o n 6.2.4. T h r e e i m p o r t a n t o b s e r v a t i o n s c a n b e m a d e o n t h i s i l l u s t r a t i o n . F i r s t , I C S i s a l m o s t i d e n t i c a l t o M V W , w h i c h w a s d e r i v e d f r o m R b c h , t h e e x c e p t i o n s b e i n g , t h e A L U , L D R , S O N , C M S , C O M , A S H , S E V , a n d W A N . S e c o n d , w h e n I C S i s l o w e r t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g M V W , s t o r a g e i n t h e p l a n t ' s r e s e r v o i r i n c r e a s e s (e.g., A L U , L D R , S O N , A S H , a n d W A N ) . O n t h e o t h e r h a n d , w h e n I C S i s h i g h e r t h a n t h e d e r i v e d M V W , s t o r a g e d e c r e a s e s (e.g., C M S , C O M , S E V ) . T h i r d , f o r s o m e p l a n t s , I C S s l i g h t l y v a r i e s as t h e f o r e b a y l e v e l s f l u c t u a t e s (e.g., J H T , S E V , W A N ) . T i m e c o n s t r a i n t s d i d n o t a l l o w f o r f u l l e x p l o r a t i o n o f t h e b e h a v i o r o f I C S , a n d f u t u r e r e s e a r c h i s n e e d e d o n t h i s i m p o r t a n t a s p e c t o f s e n s i t i v i t y a n a l y s i s , s i n c e i t c o u l d h a v e s i g n i f i c a n t o p e r a t i o n a l a n d s y s t e m m o d e l i n g i m p l i c a t i o n s . v. The Shadow Price of the Storage Bounds. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e s t o r a g e b o u n d s ( E q u a t i o n 4.6.1.11) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f a u n i t i n c r e a s e / d e c r e a s e i n t h e s t o r a g e l i m i t s . W h e n t h e c o n s t r a i n t i s b i n d i n g , t h e s h a d o w p r i c e , i n $/m 3 r e p r e s e n t s t h e r e v e n u e / c o s t o f r e l a x i n g / t i g h t e n i n g t h e s t o r a g e l i m i t s f r o m i t s c u r r e n t l e v e l b y o n e u n i t , w i t h i n t h e p e r m i s s i b l e r a n g e . T h i s s h a d o w p r i c e c o u l d p r o b a b l y b e u s e d t o r e f l e c t t h e c o s t o f i m p o s i n g l i m i t s o n t h e f o r e b a y l e v e l s f o r r e c r e a t i o n a l o r o t h e r p u r p o s e s (e.g., l o g g i n g o p e r a t i o n s ) . F i g u r e 6.46 i l l u s t r a t e s t h e v a r i a t i o n o f t h e s h a d o w p r i c e o f t h e s t o r a g e b o u n d s f o r t h e p l a n t s i n c l u d e d i n t h e s t u d y . It c a n b e s e e n t h a t t h e s h a d o w p r i c e f o r m o s t s m a l l r e s e r v o i r s i s a b o v e o r b e l o w z e r o (e.g., R U S , S O N , C O M , L D R , J H T , P C N , S E V , a n d W A N ) , w h i c h r e f l e c t s t h e f a c t t h a t t h e s e r e s e r v o i r s c o u l d e a s i l y r e a c h t h e i r m i n i m u m o r m a x i m u m s t o r a g e l i m i t s . It s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e s t o r a g e l i m i t s i n t h e s e r e s e r v o i r s a r e o p e r a t i o n a l , n o t p h y s i c a l l i m i t s . T h e l i m i t s a r e set b y t h e S h i f t E n g i n e e r t o r e f l e c t t h e d e s i r e d o p e r a t i n g l e v e l s f o r e a c h r e s e r v o i r . vi. The Shadow Price of the Load-Resource Balance Equation. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e l o a d - r e s o u r c e b a l a n c e e q u a t i o n ( E q u a t i o n 4.6.5.2) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f i n c r e a s i n g t h e s y s t e m l o a d b y o n e u n i t , o r t h e s y s t e m i n c r e m e n t a l c o s t ( S I C ) . S u c h v a l u a b l e i n f o r m a t i o n d e r i v e d f r o m t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l c a n b e u s e d as i n d i c a t o r s f o r t h e \" M a r k e t C l e a r i n g P r i c e \" i n p l a n n i n g s p o t t r a d i n g s c h e d u l e s a n d i n o p e r a t i n g t h e s y s t e m i n r e a l t i m e . It c a n b e s e e n i n F i g u r e 6.47 t h a t S I C e x h i b i t s t h e 191 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t f o l l o w i n g b e h a v i o r . I n e x p o r t m o d e , i t a s s u m e s t h e l o w e r v a l u e o f t h e t w o s p o t m a r k e t p r i c e s w h e n b o t h t i e l i n e s a r e at t h e i r l i m i t s a n d w h e n t h e s y s t e m h a s n o s l a c k g e n e r a t i n g c a p a c i t y . H o w e v e r , w h e n s l a c k s y s t e m c a p a c i t y e x i s t s , a n d w h e n t h e r e a r e o p p o r t u n i t i e s t o e x p o r t , b u t b o t h t h e t i e l i n e s a r e at t h e i r l i m i t s , S I C v a l u e d e c l i n e s s h a r p l y b y a n a m o u n t e q u a l t o t h e m a x i m u m v a l u e o f t h e s h a d o w p r i c e s o f t h e t w o t i e l i n e l i m i t s . I n i m p o r t m o d e S I C a s s u m e s t h e v a l u e o f t h e m a r g i n a l p l a n t ( s ) i n t h e s y s t e m w h e n t h e t w o t i e l i n e s a r e at t h e i r m i n i m u m l i m i t . T h e m a r g i n a l p l a n t ( s ) i s d e f i n e d as t h e p l a n t t h a t h a s n o t r e a c h e d i t m i n i m u m o r m a x i m u m g e n e r a t i o n l i m i t s , a n d t h a t h a s t h e h i g h e s t i n c r e m e n t a l c o s t . F i g u r e 6.48 i l l u s t r a t e s S I C b e h a v i o r w i t h r e s p e c t t o g e n e r a t i o n , e x p o r t s , i m p o r t s , t i e l i n e l i m i t s , a n d t h e s y s t e m s l a c k c a p a c i t y . F u r t h e r r e s e a r c h i s n e e d e d t o f u l l y e x p l o r e t h e b e h a v i o r o f S I C i n o t h e r d i f f e r e n t s i t u a t i o n s . vii. The Shadow Price of the Regulating Margin Requirement. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t ( E q u a t i o n 4.6.5.7) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f a u n i t i n c r e a s e / d e c r e a s e i n t h e r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t l i m i t . W h e n t h e c o n s t r a i n t i s b i n d i n g , t h e s h a d o w p r i c e s , i n $ / M W H r r e p r e s e n t s t h e r e v e n u e / c o s t o f r e l a x i n g / t i g h t e n i n g t h e r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t . T h i s s h a d o w p r i c e , s h o w n i n F i g u r e 6.47, c o u l d b e u s e d t o r e f l e c t t h e c o s t o f p r o v i d i n g t h i s s e r v i c e t o t h e i n t e r c o n n e c t e d e l e c t r i c s y s t e m i n t h e W S C C , o r a l t e r n a t i v e l y i t c o u l d b e u s e d as i n d i c a t o r o f t h e c o s t o f b l a c k o u t s . viii. The Shadow Price of the Tie Line Limits. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e t i e l i n e s c a p a c i t y c o n s t r a i n t ( E q u a t i o n 4.6.5.8) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f a u n i t i n c r e a s e / d e c r e a s e i n t h e t i e l i n e t r a n s m i s s i o n c a p a c i t y l i m i t s . W h e n t h e c o n s t r a i n t i s b i n d i n g , t h e s h a d o w p r i c e s , i n $ / M W H r r e p r e s e n t s t h e r e v e n u e / c o s t o f r e l a x i n g / t i g h t e n i n g t h e t i e l i n e s c a p a c i t y l i m i t s ( o r a v a i l a b i l i t y ' s ) f r o m i t s c u r r e n t l e v e l b y o n e u n i t , w i t h i n t h e p e r m i s s i b l e r a n g e . T h i s s h a d o w p r i c e i s s h o w n i n F i g u r e 6.47, a n d i t c o u l d b e u s e d i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s t o d e t e r m i n e t h e b e n e f i t s o f r e s e r v i n g a d d i t i o n a l t r a n s m i s s i o n c a p c i t y t o i n c r e a s e s p o t s a l e s d u r i n g f a v o r a b l e m a r k e t c o n d i t i o n s . ix. The Shadow Price of the Fix Plant Generation Constraint. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e c o n s t r a i n t t h a t f i x e s a p l a n t g e n e r a t i o n t o t h e p l a n n e d s c h e d u l e ( E q u a t i o n 4.6.1.14) r e p r e s e n t s t h e c o s t o f f i x i n g t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e i n t h e m o d e l i n $ / M W H r f o r e a c h t i m e s t e p i n t h e s t u d y . T h i s s h a d o w p r i c e c o u l d b e u s e d t o c o s t o p e r a t i o n a l r e s t r i c t i o n s o n p l a n t g e n e r a t i o n (e.g., f i x i n g t h e P C N g e n e r a t i o n d u r i n g i c e f o r m a t i o n i n t h e P e a c e R i v e r ) . x. The Shadow Price of the Spill Bounds. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e s p i l l d i s c h a r g e b o u n d s ( E q u a t i o n 4.6.1.7) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f a u n i t i n c r e a s e / d e c r e a s e i n t h e s p i l l l i m i t s . W h e n t h e c o n s t r a i n t i s b i n d i n g , t h e s h a d o w p r i c e , i n $/m 3/sec r e p r e s e n t t h e r e v e n u e / c o s t o f r e l a x i n g / t i g h t e n i n g a s p i l l l i m i t f r o m i t s c u r r e n t l e v e l b y o n e u n i t , w i t h i n t h e p e r m i s s i b l e r a n g e . T h i s s h a d o w p r i c e c a n p r o b a b l y b e u s e d t o r e f l e c t t h e c o s t o f e n v i r o n m e n t a l , r e g u l a t o r y a n d n o n - p o w e r s p i l l r e l e a s e s . 192 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t xi. The Shadow Price of the Plant Discharge Bounds. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e p l a n t d i s c h a r g e b o u n d s ( E q u a t i o n 4.6.1.9) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f a u n i t i n c r e a s e / d e c r e a s e i n t h e p l a n t d i s c h a r g e l i m i t s . W h e n t h e c o n s t r a i n t i s b i n d i n g , t h e s h a d o w p r i c e , i n $/m 3/sec r e p r e s e n t t h e r e v e n u e / c o s t o f r e l a x i n g / t i g h t e n i n g a p l a n t d i s c h a r g e l i m i t f r o m i t s c u r r e n t l e v e l b y o n e u n i t , w i t h i n t h e p e r m i s s i b l e r a n g e . T h i s s h a d o w p r i c e c o u l d p r o b a b l y b e u s e d t o r e f l e c t t h e c o s t o f i m p o s i n g a p l a n t ' s t o t a l d i s c h a r g e l i m i t a i m e d at s a t i s f y i n g e n v i r o n m e n t a l , r e g u l a t o r y o r n o n - p o w e r r e q u i r e m e n t s . xii. The Shadow Price of the Thermal Generation Production Function. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e t h e r m a l p o w e r g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n ( E q u a t i o n 4.6.5.3) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e t h e r m a l i n c r e m e n t a l c o s t i n $ / M W H r , f o r e a c h t h e r m a l g e n e r a t i n g p l a n t at e a c h t i m e step. T h e s h a d o w p r i c e i n t h i s c o n s t r a i n t d e p e n d s o n t h e s l o p e o f t h e s e g m e n t o f t h e P W L p r o d u c t i o n f u n c t i o n . xiii. The Shadow Price of the Thermal Generation Bounds. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e t h e r m a l g e n e r a t i o n b o u n d s ( E q u a t i o n 4.6.5.5) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f a u n i t i n c r e a s e / d e c r e a s e i n t h e t h e r m a l g e n e r a t i o n l i m i t s . W h e n t h e c o n s t r a i n t i s b i n d i n g , t h e s h a d o w p r i c e , i n $ / M W H r r e p r e s e n t t h e r e v e n u e / c o s t o f r e l a x i n g / t i g h t e n i n g a g e n e r a t i o n l i m i t f r o m i t s c u r r e n t l e v e l b y o n e u n i t , w i t h i n t h e p e r m i s s i b l e r a n g e . T h i s s h a d o w p r i c e c o u l d b e u s e d t o c o s t t h e r m a l o u t a g e s . xiv. The Shadow Price of the Fix Storage Constraint. T h e s h a d o w p r i c e o f t h e c o n s t r a i n t t h a t f i x e s t h e s t o r a g e l e v e l at t h e l a s t t i m e s t e p i n t h e s t u d y t o a p r e d e f i n e d l e v e l ( E q u a t i o n 4.6.5.9) p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e c o s t o f f i x i n g t h e s t o r a g e l e v e l at t h e l a s t t i m e s t e p i n t h e s t u d y , i n $/m 3. In a d d i t i o n t o t h e c o n s t r a i n t s ' s h a d o w p r i c e s , t h e u p p e r a n d l o w e r b o u n d s a l o n g w i t h t h e r e d u c e d c o s t s ( o p p o r t u n i t y c o s t s ) o f a l l t h e v a r i a b l e s i n t h e m o d e l a r e w r i t t e n t o s e n s i t i v i t y a n a l y s i s o u t p u t d a t a f i l e s , a n d a r e a v a i l a b l e f o r a n a l y s i s i n t h e f u t u r e . A l t h o u g h S T O M u s e r s d o n o t c u r r e n t l y u s e a l l o f t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n , d u e t o t h e o v e r w h e l m i n g a m o u n t o f i n f o r m a t i o n t h a t t h e y c u r r e n t l y h a v e t o p r o c e s s , i t i s p l a n n e d t o m a k e u s e o f i t i n f u t u r e p h a s e s o f i t s i m p l e m e n t a t i o n . I n f o r m a t i o n f r o m s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i s v e r y e x t e n s i v e , a n d e a c h o p t i m i z a t i o n r u n c o u l d r e q u i r e h o u r s o f m a n u a l a n a l y s i s t o f u l l y u n d e r s t a n d s y s t e m b e h a v i o r . F o r t h i s r e a s o n , i t i s b e l i e v e d t h a t t o m a k e f u l l b e n e f i c i a l u s e o f t h i s i n f o r m a t i o n f o r r e a l - t i m e g e n e r a t i o n a n d m a r k e t i n g o p e r a t i o n s w o u l d r e q u i r e a u t o m a t i o n o f i n t e r p r e t a t i o n o f t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n . S u c h a u t o m a t i o n , h o w e v e r , w o u l d r e q u i r e t h e u s e o f p r e d e f i n e d r u l e s o f l o g i c t o i n t e r p r e t t h e m e a n i n g o f s e n s i t i v i t y a n a l y s i s d a t a -a f u n c t i o n t h a t i s v e r y w e l l s u i t e d f o r e x p e r t s y s t e m s , as h i g h l i g h t e d b y G r e e n b e r g i n h i s s e r i e s o f a r t i c l e s o n t h e s u b j e c t ( G r e e n b e r g , 1 9 9 3 ) . 193 A Decision Support System lor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment J_Optimized FB Scheduled FB ALU_Optimized \u00E2\u0080\u00A2 Scheduled Gen. \u00E2\u0080\u00A2RUS_Optimized FB Scheduled FB RUS_Optimized \u00E2\u0080\u00A2 Scheduled Gen. Figure 6.35. Planned and Optimized Generation and Forebay Schedules: Stave Falls River System. 194 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m for R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t \u00E2\u0080\u00A2 LAJ_Optimized FB Scheduled FB \u00E2\u0080\u0094\u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u0094LAJ_Optimized \u00E2\u0080\u00A2 Scheduled Gen. C D > C D _l C O C U 730.75 \u00E2\u0080\u00A2BR_Optimized FB ~i r Scheduled FB \u00E2\u0080\u00A2BR_Optimized \u00E2\u0080\u00A2 Scheduled Gen. 236.23 236.20 Figure 6.36. Planned and Optimized Generation and Forebay Schedules: Bridge River System. 195 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment \u00E2\u0080\u00A2 SCA_Optimized FB Scheduled FB \u00E2\u0080\u0094*\u00E2\u0080\u0094SCA JDp t im ized \u00E2\u0080\u00A2 Scheduled Gen. 218.7 \u00E2\u0080\u00A2 LDR_Optimized FB 177.8 176.8 Scheduled FB \u00E2\u0080\u00A2LDR_Optimized i h i \u00E2\u0080\u00A2 Scheduled Gen. 50 1 1 T 45 _ 14 40 I 35 c o 30 's If 25 | 20 15 -JHT_Optimized FB 139.5 A Scheduled FB - JHT_Optimized \u00E2\u0080\u00A2 Scheduled Gen. 24 48 72 96 120 144 110 ^ + 105 $ 168 Figure 6.37. Planned and Optimized Generation and Forebay Schedules: Campbell River System. 1 9 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t \u00E2\u0080\u00A2 GMS_Optimized FB Scheduled FB \u00E2\u0080\u00A2GMS_Optimized 669 \u00E2\u0080\u00A2Scheduled Gen. 3000 315 H 215 I 24 48 72 96 120 144 168 Figure 6.38. Planned and Optimized Generation and Forebay Schedules: Peace River System. 197 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t \u00E2\u0080\u00A2 MCA_Optimized FB Scheduled FB \u00E2\u0080\u00A2MCA_Optimized \u00E2\u0080\u00A2 Scheduled Gen. \u00E2\u0080\u00A2 REV_Optimized FB Scheduled FB \u00E2\u0080\u00A2 REV_Optimized cz o C D c cu <3 \u00E2\u0080\u00A2Scheduled Gen. 2500 2000 1500 1000 2 4 500 o Figure 6.39. Planned and Optimized Generation and Forebay Schedules: Columbia River System. 1 9 8 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t \u00E2\u0080\u0094 SEV_Optimized FB 527.6 \u00E2\u0080\u00A2- Scheduled FB \u00E2\u0080\u00A2SEVjDptimized E 526.0 -to 524.4 -cu cu _l 522.9 ->1 C O 521.3 -C U o u_ 519.7 -518.1 -516.6 -\u00E2\u0080\u0094 WAN_Optimized FB 463.3 cu > cu C O 0 ) -i 1 \u00E2\u0080\u0094 - Scheduled FB -WAN_Optimized Scheduled Gen. 400 24 48 72 96 120 144 168 Figure 6.40. Planned and Optimized Generation and Forebay Schedules: PendOreille River System. 199 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m f o r Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t \u00E2\u0080\u0094\u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u0094CMSjDpt imized FB Scheduled FB \u00E2\u0080\u0094 \u00C2\u00AB \u00E2\u0080\u0094 C M S j D p t i m i z e d Scheduled Gen. C D > cu C O - Q C U J\u00C2\u00A3> C U > C U _ l :=-. C C J Q C U cu 52.0 -_J >^ C O S2 51.8 -C D I o u_ 51.5 -51.3 -\u00E2\u0080\u0094 WAH_Optimized FB 634.3 \u00E2\u0080\u0094-ASH_Optimized FB 330.8 -i r Scheduled FB i r COM_Optirnized Scheduled Gen. 35 Scheduled FB -WAH_Optimized Scheduled Gen. 65 - Scheduled FB \u00E2\u0080\u00A2ASH_Optimized Scheduled Gen. 30 24 48 72 96 120 144 168 Figure 6.41. Planned and Optimized Generation and Forebay Schedules: Cheakamus, Clowhom, Wahleach and Ash River Systems. 200 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t as CL ; COM_ j WAH \ S C A I LDR I JHT ; ASH ; GMS ! PCN : MCA ; R E V 'WAN -0.5 -0.3 0.0 0.3 0.5 0.8 1.0 1.3 Turbine Limit Cost, $/m3-s 1.5 1.8 2.0 2.3 F i g u r e 6.42. T u r b i n e D i s c h a r g e L i m i t C o s t . 201 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Rea l-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t 2 0 2 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t F i g u r e 6.44. P l a n t ' s G e n e r a t i o n L i m i t C o s t . 2 0 3 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Plant MVW ALU 5.5 SFL 3.2 RUS 1.8 LAJ 20.1 BR 17.9 SON 2.4 CMS 13.7 COM 2.5 WAH 30.1 SCA 9.5 LDR 7.5 JHT 5.7 ASH 11.8 GMS 11.3 PCN 2.1 MCA 15.6 REV 6.7 SEV 6.3 WAN 3.1 35 Incremental C o s t of Storage, Mils/m 3 Figure 6.45. Incremental Cost of Water Storage. 2 0 4 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ; A L U i S F L ; R U S - ; ; ! ! L A J i : \u00E2\u0080\u00A2 ! B R G s ; 1 i S O N i ; ; | C M S ; C O M ! ; i ; W A H ? \u00E2\u0080\u00A2 : i ! : S C A : ' ! ' L D R : JHT A S H \ ' ! G M S ! I : ! P C N -; M C A ! R E V ! RFV : W A M --30 -20 -10 0 10 2 0 3 0 4 0 Storage Limit Cost, $/rn3-s-d F i g u r e 6.46. S t o r a g e L i m i t s C o s t . 2 0 5 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t RMR AB Tie Limit Spot Price AB o cn cu 4\u00E2\u0080\u0094\u00C2\u00BB CO O US Tie Limit Spot Price US System Incremental Cost -40 -20 0 20 40 Cost in $/MWHr 60 Figure 6.47. System Incremental Cost, Spot Market Prices, Tie Line Limits Cost, and Regulating Margin Cost. 2 0 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t S p o t J J S U S T i e M n A v a i l a b J e _ C a p a c i t y - S y s t e m I n c r e m e n t a l C o s t I S p o t _ A B \u00E2\u0080\u00A2 A B T i e M i x U S S p o t P r i c e \u00E2\u0080\u0094 US Tie Mix \u00E2\u0080\u0094 A B T i e M n A A B S p o t P r i c e 3000 -1500 F i g u r e 6.48. B e h a v i o r o f S I C w i t h G e n e r a t i o n , E x p o r t s a n d I m p o r t s , T i e L i n e L i m i t s , a n d S y s t e m S l a c k . 2 0 7 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 6.3 P E R F O R M A N C E O F T H E DECISION SUPPORT S Y S T E M T h i s s e c t i o n p r e s e n t s a s u m m a r y o f p e r f o r m a n c e o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m . It starts w i t h t h e o v e r a l l p e r f o r m a n c e o f t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m a n d i n c l u d e s d i s c u s s i o n o n t h e b e h a v i o r o f t h e g e n e r a t i o n a n d r e s e r v o i r s c h e d u l e s i n t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m . T h e n p e r f o r m a n c e o f t h e S i m p l e x P r i m a l a n d D u a l a l g o r i t h m s i s c o m p a r e d . 6.3.1 Performance of the Solution Algorithm i. Meeting User's Functional Requirements O n e o f t h e u s e r ' s f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s s p e c i f i e d t h a t t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s h o u l d c o m p l e t e t h e s t u d y f o r t e n p l a n t s a n d f o r 1 6 8 h o u r s i n l e s s t h a n t h r e e m i n u t e s . S T O M met, a n d e v e n e x c e e d e d , t h i s f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t . T h e t o t a l c o m p u t e r t i m e i t t a k e s t o r u n t h e o v e r a l l s o l u t i o n a l g o r i t h m f o r 10 p l a n t s , f o r 168 h o u r s , o n a 4 5 0 M H z , w i t h 2 5 0 M e g a B y t e o f R a n d o m A c c e s s M e m o r y a n d W i n d o w s N T o p e r a t i n g e n v i r o n m e n t , i s a b o u t 1 1 0 s e c o n d s ( s e e F i g u r e 6.49), o r a b o u t 6 1 % o f t h e \" a l l o w a b l e \" t i m e . F i g u r e 6.50 i l l u s t r a t e s t h e b r e a k d o w n o f t h e t o t a l c o m p u t e r t i m e r e q u i r e d t o e x e c u t e t h e s t e p s i n t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m o u t l i n e d i n S e c t i o n 5.1.5, a n d r u n n i n g t h e M a x i m i z e t h e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n . It c a n b e n o t e d t h a t s o l v i n g t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m f o r t e n p l a n t s a n d f o r 168 h o u r s , w h i c h c o n s i s t e d o f 1 1 5 7 2 v a r i a b l e s a n d 6 8 8 8 c o n s t r a i n t s , r e q u i r e d a b o u t 5 5 % o f t h e c o m p u t i n g t i m e , w h i l e t h e s i m u l a t i o n r u n s t o o k a b o u t 2 2 % , d a t a t r a n s f e r t o o k a b o u t 1 6 % , a n d i n i t i a l i z a t i o n a n d w r i t i n g o u t p u t i n f o r m a t i o n t o o k a b o u t 6 % , o f t h e t o t a l s o l u t i o n t i m e . \u00E2\u0080\u00A2 User's Requirement I Actual Total Run Time 200 180 . 160 \u00C2\u00BB 140 E P 120 -\ cr 100 1 80 i \u00E2\u0080\u0094 60 40 20 0 180 409.8 User's Requirement Actual Total Run Time Figure 6.49. Total Run Time: User's Requirements and Actual Performance. 2 0 8 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Initilization and 7.0 Data Output 6.4% Problem size: -Variables: 11572 - Constraints: 6888 Total solution time: 109.8 seconds F i g u r e 6.50. C P U T i m e o f t h e S o l u t i o n S t e p s . T h e s o l u t i o n a l g o r i t h m i t e r a t e s f o r c o n v e r g e n c e o f a l l t h e p l a n t ' s f o r e b a y l e v e l s , a n d f o r t h i s r e a s o n s e v e r a l i t e r a t i o n s a r e c a r r i e d o u t ( s e e S e c t i o n 5.1.5 f o r d e t a i l s ) . T h e t o t a l d i f f e r e n c e i n f o r e b a y l e v e l s i s c a l c u l a t e d b y t a k e n t h e s u m o f t h e a b s o l u t e d i f f e r e n c e b e t w e e n f o r e b a y l e v e l s , f o r e a c h p l a n t a n d f o r e a c h t i m e step, i n t h e p r e v i o u s a n d t h e c u r r e n t o p t i m i z a t i o n i t e r a t i o n , e x c e p t f o r t h e f i r s t r u n w h e r e t h e t o t a l f o r e b a y d i f f e r e n c e i s c a l c u l a t e d as t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n th e p r e - s c h e d u l e d a n d t h e o p t i m i z e d s c h e d u l e . F i g u r e 6.51 i l l u s t r a t e s t h e v a l u e o f t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n a n d t o t a l d i f f e r e n c e i n f o r e b a y l e v e l f o r t h i s s t u d y . It c a n b e s e e n t h a t s e v e n i t e r a t i o n s w e r e r e q u i r e d f o r c o n v e r g e n c e . T h e v a l u e o f t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n i n t h e f i r s t i t e r a t i o n w a s l o w , w h i l e t h e t o t a l f o r e b a y d i f f e r e n c e w a s h i g h . T h e s e c o n d i t e r a t i o n i m p r o v e d o n t h e v a l u e o f t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n . It, h o w e v e r , s l i g h t l y o v e r e s t i m a t e d i t s v a l u e . I n t h e t h i r d t o f i f t h i t e r a t i o n s t h e v a l u e o f t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n a n d t h e t o t a l f o r e b a y d i f f e r e n c e d e c l i n e d . I n t h e s i x t h i t e r a t i o n t h e v a l u e o f t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n a n d t h e f o r e b a y d i f f e r e n c e i n c r e a s e d . F i n a l l y , i n t h e s e v e n t h i t e r a t i o n b o t h t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n a n d the f o r e b a y l e v e l s t a b i l i z e d , a n d the c o n v e r g e n c e c r i t e r i a w a s met. F i g u r e 6.52 c o m p a r e s t h e c o m p u t e r t i m e it t o o k t o r u n t h e o p t i m i z a t i o n a n d s i m u l a t i o n m o d e l s i n e a c h i t e r a t i o n . I n t h e f i r s t i t e r a t i o n , the S i m p l e x P r i m a l a l g o r i t h m w a s u s e d , w h i l e i n t h e s e c o n d to s i x t h i t e r a t i o n s t h e B a r r i e r a l g o r i t h m w a s u s e d , a n d i n t h e f i n a l i t e r a t i o n , t h e S i m p l e x D u a l a l g o r i t h m w a s u s e d . It c a n b e n o t e d t h a t t h e f i r s t o p t i m i z a t i o n r u n t o o k a b o u t 7 0 % m o r e c o m p u t e r t i m e t h a n t h e a v e r a g e f o r the o t h e r o p t i m i z a t i o n r u n s . T h e r e a s o n f o r t h e d e c l i n e i n c o m p u t e r t i m e n e e d e d t o r u n t h e s e c o n d t o l a s t o p t i m i z a t i o n r u n s c a n b e a t t r i b u t e d t o t w o m a i n f a c t o r s . F i r s t , t h e s e c o n d t o s i x t h o p t i m i z a t i o n r u n s u s e d t h e f a s t C P L E X B a r r i e r ( P r i m a l / D u a l ) a l g o r i t h m . S e c o n d , t h e s e c o n d t o s i x t h o p t i m i z a t i o n r u n s u s e d r e s u l t s o f p r e v i o u s r u n s f o r t h e v a r i a b l e v a l u e s as t h e i r i n i t i a l c o n d i t i o n s . In t h e s e v e n t h i t e r a t i o n , u s i n g r e s u l t s o f t h e s i x t h r u n , t h e S i m p l e x D u a l a l g o r i t h m o u t p e r f o r m e d t h e B a r r i e r a l g o r i t h m b y a b o u t 1 4 % 2 0 9 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 15.08 T \u00E2\u0080\u0094-. 15.07 - ! 15.06 -a o 15.05 -o a 15.04 -L l _ 15.03 -CU > H 1 15.02 -cu IS\" 15.01 -O 15.00 -14.99 -14.98 -\u00E2\u0080\u00A2 -\u00C2\u00A9\u00E2\u0080\u0094 Objective -a\u00E2\u0080\u0094 FB Difference 1400 Figure 6.51. Convergence of the Objective Function and Forebay Difference. IS) -a a o o CD C O Primal 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 l Simulation \u00E2\u0080\u00A2 Optimization Optimization Algorithm h - Barrier Dual 1 2 3 4 5 6 7 Iteration Figure 6.52. Variation of Computer Time to Run the Simulation/Optimization Models in Iterations. 210 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t S e v e r a l f e a t u r e s o f t h e C P L E X S o l v e r a n d t h e A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e w e r e u s e d .to r e d u c e t h e o r i g i n a l p r o b l e m s i z e ( n u m b e r o f v a r i a b l e s a n d c o n s t r a i n t s ) , a n d t o a c c e l e r a t e t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m . T h e s e i n c l u d e d t h e u s e o f C P L E X P r e s o l v e r a n d A g g r e g a t o r r o u t i n e s , a n d t h e A M P L d i r e c t s u b s t i t u t i o n m e t h o d . C P L E X P r e s o l v e r e d u c e s t h e n u m b e r o f c o l u m n s a n d r o w s i n t h e p r o b l e m b y p r e s o l v i n g t h e p r o b l e m a n d e l i m i n a t i n g r e d u n d a n t c o n s t r a i n t s . T h e A g g r e g a t o r l o o k s f o r o p p o r t u n i t i e s t o e l i m i n a t e v a r i a b l e s a n d r o w s u s i n g s u b s t i t u t i o n . T h e A M P L d i r e c t s u b s t i t u t i o n m e t h o d a l l o w s f o r d e p e n d e n t v a r i a b l e s t o b e d i r e c t l y s u b s t i t u t e d i n t h e m o d e l , w h i c h t o s o m e e x t e n t i s s i m i l a r t o t h e A g g r e g a t o r r o u t i n e i n C P L E X . I n t h i s s t u d y , C P L E X P r e s o l v e a n d A g g r e g a t o r e l i m i n a t e d 3 7 8 0 0 c o n s t r a i n t s a n d 3 1 0 8 0 v a r i a b l e s , w h i l e A M P L d i r e c t s u b s t i t u t i o n e l i m i n a t e d 2 5 2 0 v a r i a b l e s . T h e u s e o f C P L E X P r e s o l v e a n d A g g r e g a t o r r o u t i n e s s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d t h e p e r f o r m a n c e o f t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m , w h i l e t h e A M P L d i r e c t s u b s t i t u t i o n m e t h o d a l l o w e d d y n a m i c f o r m u l a t i o n o f S T O M ' s o p t i m i z a t i o n m o d e l s . T h e n u m b e r o f v a r i a b l e s a n d c o n s t r a i n t s e l i m i n a t e d b y t h e P r e s o l v e a n d A g g r e g a t o r a r e s i g n i f i c a n t w h i c h c o u l d l e a d o n e t o t h i n k t h a t t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l w a s n o t w e l l s t r u c t u r e d . H o w e v e r , i t s h o u l d b e r e a l i z e d t h a t t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s w e r e o r i g i n a l l y f o r m u l a t e d t o b e g e n e r a l i z e d t o t h e g r e a t e s t e x t e n t p o s s i b l e , w i t h t h e i n e v i t a b l e c o n s e q u e n c e o f h a v i n g m a n y r e d u n d a n t v a r i a b l e s a n d c o n s t r a i n t s . T h e r o u t i n e s p r o v i d e d b y t h e C P L E X a n d A M P L s y s t e m s t h u s f a c i l i t a t e e f f i c i e n t s o l u t i o n o f g e n e r a l i z e d m o d e l s s u c h as S T O M , a n d t h i s s h o w s t h e a d v a n t a g e s o f u s i n g e f f i c i e n t a n d r o b u s t c o m m e r c i a l s o l v e r s . ii. Variation of Performance with Size of the Optimization Problem A k e y d e t e r m i n a n t o f th e t i m e i t t a k e s t o s o l v e a n o p t i m i z a t i o n p r o b l e m i s i t s s i z e . T h e n u m b e r o f v a r i a b l e s a n d n u m b e r o f c o n s t r a i n t s i n a p r o b l e m m e a s u r e t h e s i z e o f t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m , a n d d e p e n d o n t h e n u m b e r o f p l a n t s a n d r e s e r v o i r s m o d e l e d a n d o n th e n u m b e r o f t i m e s t e p s i n t h e s t u d y . S e v e r a l t e s t s w e r e c a r r i e d o u t t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f v a r y i n g t h e n u m b e r o f t i m e s t e p s o n t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m . T h e o p t i m i s a t i o n s t u d i e s w e r e c a r r i e d o u t u s i n g t h e s a m e set o f i n p u t d a t a , f o r 19 p l a n t s , a n d f o r t h e M a x i m i z e t h e E f f i c i e n c y o b j e c t i v e f u n c t i o n . A s u m m a r y o f t h e t e s t s r e s u l t s i s g i v e n i n T a b l e 6.8, a n d i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 6.53. It c a n b e n o t e d i n F i g u r e 6.53.a tha t as t h e n u m b e r o f t i m e s t e p s i n c r e a s e , t h e s i z e o f th e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m a n d th e t o t a l c o m p u t e r t i m e n e e d e d t o s o l v e i t i n c r e a s e s . It c a n a l s o b e s e e n t h a t w h i l e t h e s i z e o f t h e p r o b l e m g r o w s l i n e a r l y , t h e t i m e n e e d e d t o s o l v e the o p t i m i s a t i o n p r o b l e m i n c r e a s e s e x p o n e n t i a l l y . F o r i n s t a n c e , it t a k e s a b o u t 3 0 - t i m e s m o r e C P U t i m e t o s o l v e a 7 - t i m e s l a r g e r o p t i m i s a t i o n p r o b l e m . F i g u r e 6.53.b c o m p a r e s t h e n u m b e r o f t h e S i m p l e x P r i m a l a n d D u a l i t e r a t i o n s n e e d e d t o s o l v e t h e o p t i m i s a t i o n p r o b l e m . It i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a t t h e n u m b e r o f t h e P r i m a l S i m p l e x i t e r a t i o n s ( a n d C P U t i m e ) n e e d e d t o s o l v e t h e i n i t i a l p r o b l e m i n c r e a s e s r a p i d l y w i t h t h e s i z e o f t h e p r o b l e m . F i g u r e 6.53 .C s h o w s a b r e a k d o w n o f t h e t o t a l c o m p u t e r t i m e n e e d e d t o c o m p l e t e the o p t i m i s a t i o n s t u d y . It c a n b e n o t e d t h a t m o s t o f t h e a d d i t i o n a l c o m p u t e r t i m e n e e d e d t o c o m p l e t e t h e s t u d y w a s t a k e n b y t h e o p t i m i s a t i o n r u n s , w h i l e s i m u l a t i o n a n d o t h e r p r o c e s s e s i n c r e a s e d m a r g i n a l l y . F i g u r e 6.53.d s h o w s t h e b r e a k d o w n o f c o m p u t e r t i m e n e e d e d t o r u n t h e o p t i m i s a t i o n m o d e l . It c a n b e n o t e d t h a t t h e t i m e n e e d e d t o r u n t h e i n i t i a l P r i m a l i t e r a t i o n g r o w s r a p i d l y as t h e p r o b l e m b e c o m e s l a r g e r a n d t h a t t h e r u n s t h a t u s e d t h e B a r r i e r a l g o r i t h m ( a v e r a g e o f 5 i t e r a t i o n s f o r e a c h s t u d y ) c o n s t i t u t e d a l a r g e p e r c e n t a g e o f t h e t o t a l o p t i m i s a t i o n c o m p u t e r t i m e n e e d e d f o r o p t i m i s a t i o n . F i n a l l y , F i g u r e 6.53.e s h o w s t h e t o t a l s t o r e d e n e r g y 2 1 1 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t g a i n a n d t h e p e r c e n t a g e g a i n f o r e a c h s t u d y . It c a n b e s e e n t h a t as t h e s t u d y d u r a t i o n i n c r e a s e d t h e t o t a l g a i n a l s o i n c r e a s e d . H o w e v e r , d u e t o l o w l o a d d u r i n g t h e w e e k e n d ( h o u r s 2 4 - 7 2 ) t h e g a i n as a p e r c e n t a g e s l i g h t l y d e c l i n e d f o r p e r i o d s a b o v e 1 2 0 h o u r s . T h e m a i n r e a s o n f o r t h e d e c l i n e i s d u e t o l o w l o a d ( a n d g e n e r a t i o n ) l e v e l s d u r i n g t h e w e e k e n d a n d t o h i g h l o a d l e v e l s o n M o n d a y a n d T u e s d a y . A s d i s c u s s e d i n S e c t i o n 6.2.2, g a i n i s h i g h e s t w h e n the s y s t e m h a s s o m e f l e x i b i l i t y (i.e., w h e n t o t a l s y s t e m g e n e r a t i o n i s n e i t h e r at i t s l o w e s t o r it s h i g h e s t l e v e l s ) . Table 6.8. Variation of Performance of the Solution Algorithm with Optimization Problem Size for Maximize the Efficiency Objective Function. M e a s u r e S t u d y D u r a t i o n ( h o u r ) 2 4 4 8 7 2 9 6 1 2 0 1 4 4 168 N u m b e r o f V a r i a b l e s 3 1 3 4 6 2 9 4 9 4 5 0 1 2 5 9 4 1 5 7 7 4 1 8 9 5 4 2 2 1 4 6 N u m b e r o f C o n s t r a i n t s 1 8 4 8 3 6 9 6 5 5 4 4 7 3 9 2 9 2 4 0 1 1 0 8 8 1 2 9 3 6 T o t a l R u n T i m e (s) 3 6 5 5 7 5 103 1 3 9 1 8 0 2 4 0 D a t a T r a s f e r (s) 18 18 18 18 18 18 18 I n i t i a l i z a t i o n a n d D a t a O u t p u t (s) 6 6.2 6.5 6.8 7 7.5 8 S i m u l a t i o n (s) 6 14 17 2 3 3 0 3 5 51 O p t i m i z a t i o n (s) 6 17 3 3 5 5 8 4 1 2 0 163 S i m p l e x P r i m a l I t e r a t i o n s 2 1 5 6 4 5 3 5 6 7 9 7 9 3 8 2 1 3 0 4 4 1 5 8 1 1 1 9 1 0 2 S i m p l e x D u a l I t e r a t i o n s 5 4 7 9 8 2 1 9 1 9 4 0 9 1 3 3 2 0 4 1 3 4 6 6 4 3 s t o r e d E n e r g y G a i n M W H r 8 4 3 1 7 8 6 2 6 3 8 4 0 0 8 5 3 5 2 6 1 3 9 6 7 4 2 % G a i n 0.59 0.64 0.63 0.75 0.81 0.77 0.71 K M Number of Variables r~~l Number of Constraints \u00E2\u0080\u0094\u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u0094Total Run Time 24 48 72 96 120 144 168 No.Time Steps in Study a. Variation of Number of Variables, Constraints, and Total Run Time Figure 6.53. Variation of Performance with the Size of the Optimization Problem. 2 1 2 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t B Simplex Primal Iterations 0 Simplex Dual Iterations 2 0 0 0 0 1 4 4 1 6 8 4 8 7 2 9 6 1 2 0 No. Time Steps in Study b. Variation of Number of Iterations with the Simplex Primal and Dual Algorithms mData Trasfer \u00E2\u0080\u00A2 Initialization and Data Output \u00E2\u0080\u00A2 Simulation \u00E2\u0080\u00A2 Optimization spuo: 3 0 0 - 1 '_' cu CO 2 5 0 -Steps, 2 0 0 -<= o . 1 5 0 -o CO cu sz \u00E2\u0080\u00A2*\u00E2\u0080\u0094i 1 0 0 -o Times 5 0 -0 - Iffil , WM Mm MS. mm m 2 4 4 8 7 2 9 6 1 2 0 No. Time Steps in Study c. Times of the Solution Steps 1 4 4 1 6 8 Figure 6.53. Variation of Performance with the Size of the Optimization Problem. 213 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 0Initial Run fSimplex Primal) alterations (Barrier: Primal/Dual) \u00E2\u0080\u00A2 Final Run (Simplex Dual) 24 48 72 96 120 144 168 No. Time Steps in Study d. Times of the Optimization Iterations :=-. cn c UJ GO 2 cz c CU CD 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 I stored Energy Gain MWHr \u00E2\u0080\u00A2%Gain 24 48 144 168 f 0.80 0.70 I- 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 72 96 120 Number of Study Hours Variation of Gain and % Gain with No. of Time Steps in Study Figure 6.53. Variation of Performance with the Size of the Optimization Problem. 214 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t i i i . C o n v e r g e n c e o f S T O M O p t i m i z a t i o n M o d e l s F i g u r e 6.54 c o m p a r e s t h e f o r e b a y c o n v e r g e n c e o f S T O M o p t i m i z a t i o n m o d e l s f o r t h e d i f f e r e n t o b j e c t i v e f u n c t i o n s b u t w i t h t h e s a m e i n p u t d a t a . It c a n b e n o t e d t h a t M a x i m i z e t h e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n y i e l d e d t h e l o w e s t f o r e b a y d i f f e r e n c e a m o n g t h e f o u r o b j e c t i v e f u n c t i o n s . T h e m a i n r e a s o n f o r t h i s b e h a v i o r i s t h a t t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e d e r i v e d b y t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n u s u a l l y l o a d s t h e p l a n t s at t h e i r p e a k e f f i c i e n c y l e v e l s as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 6.1. I n c o n t r a s t , t h e v a l u e o f t h e M a x i m i z e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n v a r i e d m o r e t h a n t h e o t h e r o b j e c t i v e f u n c t i o n s , a n d t h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o c h a n g e s i n p l a n t s g e n e r a t i o n l e v e l s as t h e f o r e b a y l e v e l s c h a n g e f r o m o n e i t e r a t i o n t o t h e n e x t . It c a n a l s o b e n o t e d t h a t t h e b e h a v i o r o f f o r e b a y c o n v e r g e n c e f o r t h e M a x i m i z e E f f i c i e n c y a n d t h e M i n i m i z e t h e V a l u e o f W a t e r U s e d o b j e c t i v e s a r e s i m i l a r , w h i c h c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e s i m i l a r s t r u c t u r e o f t h e s e t w o o p t i m i z a t i o n m o d e l s . It c a n a l s o b e n o t e d t h a t t h e f o r e b a y d i f f e r e n c e f o r M a x i m i z e V a l u e o f P r o d u c t i o n o b j e c t i v e f u n c t i o n c o n v e r g e s m u c h m o r e q u i c k l y t h a n o t h e r o b j e c t i v e f u n c t i o n s , p r o b a b l y b e c a u s e , i n t h i s m o d e l , t h e p l a n t s ' f o r e b a y l e v e l s a r e c o n s t r a i n e d t o m e e t t h e s c h e d u l e d f o r e b a y l e v e l s at t h e l a s t t i m e s t e p i n t h e s t u d y . 2 1 5 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t cr o cr O c o C J c 3 o O c o o c =3 > cu O $1,120,000 $1,080,000 \u00E2\u0080\u00A2 Max Profit Objective Function -\\u00E2\u0080\u0094 FB Difference 1500 o $1,040,000 4 C U C J C Z cu I cc cu \u00E2\u0080\u00A2 o $1.000.000 \u00E2\u0080\u0094\u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u0094Max Value of Production Objective Function $160,000 $140,000 $120,000 $100,000 $80,000 $60,000 $40,000 FB Difference 600 cu C J cr C U C O C U 16,600,000 16,580,000 16,560,000 j 16,540,000 16,520,000 16,500,000 16,480,000 \u00E2\u0080\u00A2Max Efficiciency Objective Function FB Difference 1600 E 1400 \u00C2\u00BB j 1 2 0 0 I - 1000 i - 800 o -600 >> - 400 \"3 200 \u00C2\u00A3 0 a o $9,360,000 Min V. Water Used Objective Function \u00E2\u0080\u0094 i \u00E2\u0080\u0094 FB Difference *= $9,340,000 4 i f $9,320,000 \u00E2\u0080\u00A2I $9,300,000 C J ' ' J r $9,280,000 O $9,260,000 cu o cr cu I 0 5 C U Figure 6.54. Convergenece of Forebay Levels and Objective Function Values for S T O M Optimization Models. 2 1 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t iv. Behavior of Generation and Forebay Schedules in Iterations T h e r e s u l t s o f t h e g e n e r a t i o n a n d f o r e b a y s c h e d u l e s w e r e s a v e d f r o m e a c h o p t i m i z a t i o n r u n t o a n a l y z e t h e i r b e h a v i o r - how t h e y c h a n g e d a n d c o n v e r g e d f r o m o n e i t e r a t i o n t o t h e n e x t . F i g u r e 6.55 i l l u s t r a t e s t h e v a r i a t i o n o f t h e g e n e r a t i o n a n d f o r e b a y s c h e d u l e s w i t h i t e r a t i o n s f o r t h e P e a c e C a n y o n . It c a n b e s e e n t h a t t h e g e n e r a l p a t t e r n s o f t h e g e n e r a t i o n a n d f o r e b a y s c h e d u l e s d o n o t e x h i b i t s i g n i f i c a n t c h a n g e f r o m o n e i t e r a t i o n t o t h e n e x t . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m i s s t a b l e a n d d o e s n o t e x h i b i t t h e w i d e f l u c t u a t i o n s c o m m o n l y f o u n d i n o p t i m i z a t i o n m o d e l s o f t h i s t y p e . T h e r e a s o n f o r t h i s s t a b i l i t y c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e u s e o f p i e c e w i s e l i n e a r g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n s i n S T O M m o d e l s . T h e u s e o f t h e P W L f u n c t i o n a l l o w e d t h e S i m p l e x a l g o r i t h m s t o l o a d m o s t p l a n t s at m a x i m u m e f f i c i e n c y . T h e s l i g h t c h a n g e s i n g e n e r a t i o n a r e d u e t o t h e s l i g h t c h a n g e s i n t h e c o e f f i c i e n t s o f t h e P W L f u n c t i o n as t h e f o r e b a y l e v e l s c h a n g e d . It s h o u l d b e n o t e d t h a t p l a n t s w i t h s m a l l r e s e r v o i r s (e.g., P C N ) u s u a l l y e x h i b i t e d t h e l a r g e s t f l u c t u a t i o n s (e.g., F i g u r e 6.55) d u e t o t h e r a p i d c h a n g e i n t h e i r w a t e r l e v e l s f r o m o n e h o u r t o t h e n e x t . PCN Iter. 1 \u00E2\u0080\u00A2 PCN Iter. 2 PCN Iter. 3 \u00E2\u0080\u00A2PCN Iter. 4 \u00E2\u0080\u00A2 PCN Iter.5 Figure 6.55. Convergence of Generation Schedules and Forebay Levels in Iterations. 217 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m l o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 6.3.2 Performance of the Simplex Primal and Dual Algorithms F i g u r e 6.56 c o m p a r e s t h e p e r f o r m a n c e o f t h e S i m p l e x P r i m a l a n d D u a l a l g o r i t h m s f o r t h e M a x i m i z e t h e P r o f i t o b j e c t i v e f u n c t i o n , f o r a s t u d y w i t h 19 p l a n t s a n d 168 h o u r s . It c a n b e n o t e d t h a t t h e S i m p l e x D u a l a l g o r i t h m o u t p e r f o r m e d t h e S i m p l e x P r i m a l a l g o r i t h m i n t e r m s o f t h e n u m b e r o f i t e r a t i o n s ( a n d C P U t i m e ) r e q u i r e d t o a r r i v e at t h e o p t i m a l s o l u t i o n . T h e D u a l f o r m u l a t i o n i s b e l i e v e d t o b e m o r e e f f i c i e n t t h a n t h e P r i m a l f o r s o l v i n g a w i d e r a n g e o f p r o b l e m s ( I L O G , 1 9 9 8 ) . I n p a r t i c u l a r , h i g h l y d e g e n e r a t e p r o b l e m s w i t h l i t t l e v a r i a b i l i t y i n t h e r i g h t - h a n d s i d e c o e f f i c i e n t s , b u t w i t h s i g n i f i c a n t v a r i a b i l i t y i n t h e c o s t c o e f f i c i e n t s ( t y p i c a l f o r t h e p r o b l e m at h a n d ) u s u a l l y s o l v e m u c h f a s t e r u s i n g t h e D u a l a l g o r i t h m . It c a n b e n o t e d , h o w e v e r , tha t t h e a p p r o a c h o f t h e P r i m a l a l g o r i t h m t o t h e o p t i m a l s o l u t i o n i s m o r e s t a b l e t h a n t h e D u a l a l g o r i t h m , a n d f o r t h i s r e a s o n i t w a s d e c i d e d t o u s e t h e P r i m a l a l g o r i t h m f o r t h e i n i t i a l o p t i m i z a t i o n r u n i n S T O M m o d e l s . O n c e t h e i n i t i a l o p t i m a l s o l u t i o n i s d e t e r m i n e d b y t h e P r i m a l a l g o r i t h m , t h e B a r r i e r a n d D u a l a l g o r i t h m s a r e t h e n u s e d f o r s u b s e q u e n t r u n s . T h i s , i t w a s f o u n d , g i v e s s o l u t i o n s t e p s w i t h i m p r o v e d s t a b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y f o r t h e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m at h a n d . 0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 Number of Simplex Iteration Figure 6.56. Performance of the Simplex Dual and Primal Algorithms. 2 1 8 A Decision Support System for Realtime Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment CHAPTER 7 CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS 7.1 S U M M A R Y Background T h i s t h e s i s d e s c r i b e s t h e v a r i o u s a s p e c t s o f d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g a d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m f o r m a n a g i n g a s y s t e m o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s f o r p o w e r s u p p l y o p e r a t i o n s . T h e e x p e r i e n c e g a i n e d o v e r t h e l a s t t h r e e y e a r s w h i l e w o r k i n g w i t h o n e o f t h e m a j o r r e s e r v o i r m a n a g e m e n t i n s t i t u t i o n s i n C a n a d a a n d i n N o r t h A m e r i c a i s d e s c r i b e d . It i s b e l i e v e d b y t h e a u t h o r t h a t t h e a p p l i c a t i o n d e v e l o p e d i s \" s t a t e - o f - t h e - a r t \" a n d c o m p a r e s f a v o r a b l y w i t h s i m i l a r a p p l i c a t i o n s e l s e w h e r e i n t h e W o r l d . It i s a l s o b e l i e v e d t h a t r e s e a r c h e r s h a v e a l r e a d y d e v e l o p e d a c o n s i d e r a b l e b o d y o f k n o w l e d g e w h i c h c a n b e a p p l i e d t o r e s e r v o i r o p e r a t i o n s p l a n n i n g , a n d t h a t i t i s i n c u m b e n t o n w a t e r r e s o u r c e s p r o f e s s i o n a l s t o k e e p a b r e a s t w i t h t h e o r e t i c a l a n d t e c h n i c a l d e v e l o p m e n t s i n o r d e r t o b e s t s e r v e t h e f i e l d a n d c l i e n t s . I n t h i s t h e s i s , i t i s s h o w n t h a t t h e r e i s n o w a w e a l t h o f k n o w l e d g e i n t h e f i e l d o f O p e r a t i o n s R e s e a r c h / M a n a g e m e n t S c i e n c e , w h i c h c a n p r o f i t a b l y b e a p p l i e d t o o p t i m i z a t i o n o f c o m p l e x h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s a n d r e s e r v o i r o p e r a t i o n s . O v e r t h e l a s t f e w d e c a d e s t h e f i e l d o f O p e r a t i o n s R e s e a r c h / M a n a g e m e n t S c i e n c e h a s d e v e l o p e d n u m e r o u s t h e o r i e s , t e c h n i q u e s a n d d e c i s i o n s u p p o r t t o o l s w h i c h c a n b e u s e d t o a c h i e v e s u b s t a n t i a l i m p r o v e m e n t s at v a r i o u s s t a g e s t h r o u g h o u t t h e p r o c e s s o f r e s e r v o i r o p e r a t i o n s f o r h y d r o p o w e r g e n e r a t i o n . H o w e v e r a l t h o u g h t h e r e a r e s o m e n o t a b l e e x c e p t i o n s , t h e m a j o r i t y o f r e s e r v o i r m a n a g e m e n t a u t h o r i t i e s ' i n N o r t h A m e r i c a a n d e l s e w h e r e i n t h e W o r l d a r e n o t m a k i n g f u l l u s e o f t h e o p p o r t u n i t i e s t o a n a l y z e a n d r a t i o n a l i z e t h e i r r e s e r v o i r o p e r a t i o n s . M a n y are u s i n g s p e c i f i c t o o l s a n d o p t i m i z a t i o n m o d e l s t o o p t i m i z e l o n g - t e r m o r i n d i v i d u a l f a c i l i t y o p e r a t i o n s . B u t t o o o f t e n t h e a p p r o a c h i s p i e c e m e a l o r f r a g m e n t e d l e a d i n g t o m i s m a t c h e d o r s u b - o p t i m i z e d l i n k s i n t h e c h a i n o f t h e d e c i s i o n - m a k i n g p r o c e s s a n d c o n s e q u e n t l o s t o p p o r t u n i t i e s a n d s u b - o p t i m a l o p e r a t i o n m o d e s . T h e p r o b l e m s h a v e i n t e n s i f i e d w i t h t h e d e r e g u l a t i o n o f e l e c t r i c i t y m a r k e t s , w h e r e l o s t o p p o r t u n i t i e s m e a n l o s s o f s u b s t a n t i a l p o t e n t i a l p r o f i t s . W h a t w a s r e q u i r e d w a s a n a p p r o a c h t o s h o r t - t e r m h y d r o e l e c t r i c s y s t e m o p e r a t i o n s t h a t i n t e g r a t e s l o n g - t e r m p o l i c i e s , d e r i v e d b y h i g h e r l e v e l o p t i m i z a t i o n m o d e l s , a n d w h i c h s e e k s o p t i m a l i t y a c r o s s a c o m p l e t e s y s t e m o f r e s e r v o i r s . R e l i e v e d o f c o m p u t a t i o n a l b u r d e n a n d a r m e d w i t h a p o w e r f u l a n d f l e x i b l e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m , w h i c h c a n b e u s e d t o e x p l o r e a r a n g e o f a l t e r n a t i v e o p e r a t i o n a l s c e n a r i o s , t h e d e c i s i o n - m a k e r n o w h a s f a r m o r e t i m e t o p e r f o r m t h e c o r e a c t i v i t y o f m a n a g e m e n t , n a m e l y t o t h i n k a b o u t a l t e r n a t i v e s a n d t o p r o a c t i v e l y e x p l o r e c r e a t i v e a n d e f f i c i e n t s o l u t i o n s t o t h e p r o b l e m s w h i c h i n e v i t a b l y a r i s e i n c o m p l e x h y d r o e l e c t r i c s y s t e m o p e r a t i o n s . 2 1 9 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Operating Environment I n r e c e n t y e a r s , d e r e g u l a t i o n o f t h e e l e c t r i c i t y p r o d u c t i o n s e c t o r h a s h a d s i g n i f i c a n t e f f e c t s o n t h e w a y g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f a c i l i t i e s a r e m a n a g e d . S i t u a t e d i n - b e t w e e n tw o , r a p i d l y g r o w i n g , d e r e g u l a t e d m a r k e t s , a n d e n j o y i n g t h e f u l l f l e x i b i l i t y o f h y d r o e l e c t r i c p r o d u c t i o n f a c i l i t i e s , a n d f a c i n g t h e n e e d t o a d a p t t o t h e n e w o p e r a t i n g e n v i r o n m e n t , B . C . H y d r o w a s a n d s t i l l i s l o o k i n g f o r w a y s a n d m e t h o d s t o m a x i m i z e t h e v a l u e o f i t s r e s o u r c e s f r o m e l e c t r i c i t y t r a d e t r a n s a c t i o n s . I n o p e r a t i n g a c o m p l e x h y d r o e l e c t r i c s y s t e m i n a c o m p e t i t i v e m a r k e t t h e o p e r a t i o n a l as w e l l as t h e f i n a n c i a l r i s k s a r e h i g h . D e c i s i o n - m a k e r s a n d o p e r a t o r s u n a r m e d w i t h r i g o r o u s a n a l y s i s t o o l s a n d t e c h n i q u e s c o u l d c a u s e t h e i r o r g a n i z a t i o n t o p a y d e a r l y f o r t h e i r d e c i s i o n s . T r a d i t i o n a l l y t h e m a i n o b j e c t i v e o f t h e s y s t e m o p e r a t o r w a s t o s e c u r e a s t a b l e s u p p l y o f e l e c t r i c p o w e r t o m e e t t h e l o c a l s y s t e m l o a d d e m a n d w h i l e m e e t i n g t h e s y s t e m p h y s i c a l a n d o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s . T h e m a j o r d r i v i n g f o r c e i n m a k i n g o p e r a t i n g d e c i s i o n s w a s t o e n s u r e t h e a v a i l a b i l i t y o f s u f f i c i e n t e n e r g y a n d c a p a c i t y t o m e e t th e s y s t e m d e m a n d w h i l e a l s o m e e t i n g t h e n o n - p o w e r r e q u i r e m e n t s a n d o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s . T h e o r e t i c a l l y s p e a k i n g , i n a c o m p e t i t i v e e n e r g y m a r k e t i n d u s t r y t h e r e i s a l w a y s a p r i c e at w h i c h e n e r g y c a n b e e i t h e r s o l d o r p u r c h a s e d . P r i c e s t h e n b e c o m e th e m a j o r d r i v i n g f o r c e i n m a k i n g o p e r a t i o n a l d e c i s i o n s . U n d e r s u c h c i r c u m s t a n c e s , a n y p h y s i c a l o r o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s l i m i t t h e a b i l i t y o f t h e s y s t e m o p e r a t o r t o e x p l o i t t h e f u l l f l e x i b i l i t y o f t h e s y s t e m a n d t o m a x i m i z e t h e v a l u e o f t h e r e s o u r c e s . F r o m t h i s p e r s p e c t i v e t h e a i m o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m d e v e l o p e d i n t h i s t h e s i s w a s t o a s s i s t t h e B C H y d r o s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s i n i m p r o v i n g t h e o p e r a t i o n a l e f f i c i e n c y o f t h e B C H y d r o s y s t e m a n d t o m a k e o p t i m a l o r n e a r o p t i m a l o p e r a t i o n a l a n d t r a d i n g d e c i s i o n s w h i l e m e e t i n g t h e c o n s t r a i n t s . Objectives T h i s d i s s e r t a t i o n h a s p r e s e n t e d v a r i o u s a s p e c t s o f t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m i n p r o d u c t i o n m o d e . T h e o b j e c t i v e s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m are: t o i m p r o v e t h e e f f i c i e n c y o f t h e g e n e r a t i o n s y s t e m ; t o m e e t n o n - p o w e r r e q u i r e m e n t s ; t o m a n a g e t r a n s m i s s i o n c o n s t r a i n t s ; a n d t o i n c o r p o r a t e r e a l - t i m e m a r k e t i n g i n f o r m a t i o n a n d m e d i u m t e r m m a r g i n a l v a l u e s o f w a t e r i n t o t h e d e c i s i o n m a k i n g p r o c e s s o f p r e p a r i n g t h e g e n e r a t i o n , t r a d i n g , a n d r e s e r v o i r o p e r a t i o n s c h e d u l e s . Study Approach T h e p r o c e s s o f d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g a s u c c e s s f u l d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m f o r r e a l -t i m e h y d r o p o w e r s c h e d u l i n g i n a c o m p e t i t i v e p o w e r m a r k e t e n v i r o n m e n t w a s b a s e d o n a st r u c t u r e d a p p r o a c h s h o w n i n F i g u r e 7.1. T h e a p p r o a c h c o m b i n e d k n o w l e d g e g a i n e d at e a c h s t a g e t o set t h e d i r e c t i o n a n d c o n t e n t f o r t h e f o l l o w i n g s t a g e s . T h e a p p r o a c h s t a r t e d w i t h a n a n a l y s i s o f t h e p r o b l e m at h a n d . T h e a n a l y s i s r e s u l t e d i n p r e l i m i n a r y u n d e r s t a n d i n g o f t h e d e c i s i o n p r o b l e m a n d o f t h e a v a i l a b l e m e t h o d s a n d t e c h n i q u e s t h a t c o u l d b e n e f i c i a l l y b e a p p l i e d t o s o l v e t h e d e c i s i o n p r o b l e m . It a l s o s e t t h e s t a g e f o r d a t a c o l l e c t i o n a n d a n a l y s i s , w h i c h h a v e r e s u l t e d i n a d e e p e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e m a i n f e a t u r e s o f t h e p r o b l e m a n d g a v e d i r e c t i o n o n i n n o v a t i v e i d e a s t o b e t e s t e d a n d t r i e d . E x p l o r a t i o n o f o p t i m i z a t i o n m e t h o d s f o l l o w e d , w h i c h i n c l u d e d i n v e s t i g a t i o n o f t h e s t a t e - o f - t h e - a r t i n i n d u s t r y a n d i n a c a d e m i a , a n d o f t h e m o s t s u i t a b l e a n d p r a c t i c a l m e t h o d s a v a i l a b l e t o s o l v e t h e h y d r o e l e c t r i c s c h e d u l i n g p r o b l e m at h a n d . I m p l e m e n t a t i o n o f t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l i n p r o d u c t i o n m o d e r e q u i r e d d e v e l o p m e n t o f o t h e r c o m p o n e n t s o f t h e s y s t e m t o m a k e t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l e a s y t o u s e 2 2 0 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s . F i n a l l y , c o m m u n i c a t i o n a n d i n t e r p r e t a t i o n o f t h e o p t i m i z a t i o n r e s u l t s g a v e t h e o p p o r t u n i t y t o u s e r s t o g a i n d e e p e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e o p t i m a l b e h a v i o r o f t h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m u n d e r d i f f e r e n t m a r k e t a n d o p e r a t i n g r e g i m e s . Short-term Hydroelectric Scheduling Problem Problem Analysis Data Analysis Optimization Modeling Implementation Strategy Communication of Results Figure 7.1. A Structured Approach to the Short-term Hydroelectric Scheduling Problem in a Competitive Market Environment. Design Philosophy and Components of the System T h i s t h e s i s h a s p r e s e n t e d a d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m t h a t e m p h a s i z e d t h e v i e w th a t h i g h e r l e v e l d e c i s i o n - m a k i n g w i l l , n o w a n d i n t h e n e a r f u t u r e , b e m a d e b y h u m a n d e c i s i o n m a k e r s . T h e i n t e n t o f t h e s y s t e m i s t o a i d t h e d e c i s i o n - m a k e r i n m a k i n g i n f o r m e d d e c i s i o n s . T h e t h e s i s h a s a r g u e d t h a t t h e r e i s a s l o w c o n v e r g e n c e b e t w e e n a n a l y t i c a l t e c h n i q u e s , i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , a n d th e n e e d s o f o r g a n i z a t i o n s i n c h a r g e o f m a n a g e m e n t o f r e a l - l i f e , l a r g e - s c a l e , c o m p l e x s y s t e m s . It i s b e l i e v e d t h a t t h i s c o n v e r g e n c e w i l l e v e n t u a l l y c h a n g e t h e w a y d e c i s i o n - m a k i n g i s c u r r e n t l y d o n e i n o r g a n i z a t i o n s . T h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m d e v e l o p e d b y t h i s t h e s i s , t o a i d B C H y d r o s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s i n d e c i s i o n - m a k i n g s i t u a t i o n , i s a p r o o f o f t h e p r a c t i c a l a p p l i c a b i l i t y o f o p t i m i z a t i o n m o d e l s a n d o f s u c h d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s i n r e a l - l i f e s i t u a t i o n s . T h e s y s t e m c o n s i s t s o f s i x c o m p o n e n t s : t h e i n p u t d a t a p r e p a r a t i o n r o u t i n e s , t h e G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e ( G U I ) , t h e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s , t h e h y d r a u l i c s i m u l a t i o n m o d e l , t h e O p t i m i z a t i o n m o d e l , a n d t h e r e s u l t s d i s p l a y s o f t w a r e . Modeling Methodology T h e d e s i g n a n d f o r m u l a t i o n o f o p t i m i z a t i o n m o d e l s a n d t h e m o d e l i n g m e t h o d o l o g y a d o p t e d b y t h i s t h e s i s h a v e m e t t h e o p e r a t i o n a l as w e l l as t h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m as o u t l i n e d b y t h e u s e r s r e q u i r e m e n t s . T h e f e a t u r e s o f t h e p i e c e w i s e l i n e a r f u n c t i o n s w e r e f o u n d t o b e v e r y p o w e r f u l w h e n u s e d i n c o m b i n a t i o n w i t h l i n e a r p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m s t o d e t e r m i n e t h e o p t i m a l a l l o c a t i o n a m o n g p r o d u c t i o n f a c i l i t i e s . T h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s , a n d i n p a r t i c u l a r t h e M a x i m i z e P r o f i t o p t i m i z a t i o n m o d e l , h a v e b e h a v e d i n a n a c c e p t a b l e a n d r e l i a b l e w a y a n d h a v e m e t a n d e x c e e d e d u s e r ' s e x p e c t a t i o n s . I n a r r i v i n g at t h e g e n e r a t i o n a n d t r a d i n g s c h e d u l e s , t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l s f a c t o r - i n a l l u s e r -s p e c i f i e d i n f o r m a t i o n o n t h e m o d e l e d s y s t e m s a n d o n m a r k e t c o n d i t i o n s , a n d i t p r o d u c e s r e l i a b l e a n d b e l i e v a b l e g e n e r a t i o n , t r a d i n g , a n d r e s e r v o i r s c h e d u l e s t h a t c a n a i d t h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s i n a r r i v i n g at d e c i s i o n s o n w h e n a n d h o w m u c h t o i m p o r t a n d / o r e x p o r t a n d h o w m u c h t h e r m a l e n e r g y t o g e n e r a t e as w e l l as w h e n , w h e r e a n d h o w m u c h w a t e r t o 221 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t s t o r e i n o r d r a f t f r o m e a c h r e s e r v o i r w h i l e m e e t i n g t h e d o m e s t i c l o a d a n d o t h e r s y s t e m a n d m a r k e t c o n s t r a i n t s . Implementation Process and Strategy T h e r e s e a r c h w o r k p r e s e n t e d i n t h i s t h e s i s i s p a r t i c u l a r l y c o n c e r n e d w i t h t h e p r a c t i c a l a p p l i c a b i l i t y a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e p r o p o s e d m e t h o d t o l a r g e - s c a l e h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g s y s t e m s . U n l i k e t h e p r e v i o u s l i t e r a t u r e w h i c h d e a l t m a i n l y w i t h p u r e l y t h e r m a l , o r a m i x o f h y d r o t h e r m a l s y s t e m s , t h i s w o r k c o n s i d e r s p r e d o m i n a n t l y h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g s y s t e m s , w i t h a v e r y s m a l l c o m p o n e n t o f a t h e r m a l s y s t e m . T h e r e s e a r c h a l s o h i g h l i g h t s t h e i m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s a d o p t e d a n d p o i n t s o u t i m p o r t a n t f a c t o r s t h a t n e e d t o b e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n i n o r d e r t o s u c c e s s f u l l y d e v e l o p a n d i m p l e m e n t o p e r a t i o n s r e s e a r c h m e t h o d s f o r s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n r e a l l i f e s i t u a t i o n s . T h e s e f a c t o r s a d d r e s s t h e m a i n o b s t a c l e s t h a t h a v e , s o f a r , p r e v e n t e d t h e w i d e s p r e a d u s e o f o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s t o t h e p r o b l e m o f r e a l - t i m e a n d s h o r t - t e r m s c h e d u l i n g o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s . Benefits T h e b e n e f i t s o f d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a r e c o n s i d e r a b l e , a n d t h e y c a n b e s u m m a r i z e d as f o l l o w s : \u00E2\u0080\u00A2 F i r s t , t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m d e v e l o p e d b y t h i s t h e s i s i s a l i v i n g p r o o f t h a t o p e r a t i o n s r e s e a r c h m e t h o d s c a n p r o v i d e s i g n i f i c a n t i m p r o v e m e n t s o v e r h e u r i s t i c a n d m a n u a l m e t h o d s f o r c o m p l e x r e a l - t i m e s y s t e m o p e r a t i o n . D e v e l o p i n g s u c h s y s t e m s , h o w e v e r , r e q u i r e s p a t i e n c e , p e r s i s t e n c e , l o t s o f c o m m o n s e n s e a n d g o o d j u d g e m e n t . \u00E2\u0080\u00A2 S e c o n d , t h e p o s t m o r t e m t e s t i n g p h a s e s h o w e d that t h e g a i n s f r o m u s i n g t h e s y s t e m a c c o u n t e d f o r a b o u t 0 . 2 5 % t o 1 . 0 % i n s t o r e d p o t e n t i a l e n e r g y . A n a l y s e s o f r e s u l t s p r e s e n t e d i n t h i s t h e s i s h a v e i n d i c a t e d t h a t t h e e x p e c t e d m o n e t a r y g a i n i n s t o r e d e n e r g y c o u l d a m o u n t u p t o C A N $ 1 1 . 4 m i l l i o n p e r a n n u m . E v e n a v e r y c o n s e r v a t i v e e s t i m a t e y i e l d s a m o n e t a r y g a i n o f a b o u t C A N $ 4 . 4 8 m i l l i o n p e r a n n u m . T h u s , t h e f i n a n c i a l r e t u r n s f r o m u s i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m g r e a t l y o u t w e i g h t h e c o s t s o f b u i l d i n g i t . \u00E2\u0080\u00A2 T h i r d , c o m p i l a t i o n a n d v e r i f i c a t i o n o f S T O M ' s p h y s i c a l i n p u t d a t a h a v e r e s u l t e d i n t h e c r e a t i o n o f a v e r y a c c u r a t e d a t a b a s e o n t h e m a j o r i t y o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s m a n a g e d b y B C H y d r o . I n a d d i t i o n , S T O M ' s o p e r a t i o n a l d a t a r e q u i r e m e n t s p r o v i d e d s i g n i f i c a n t b e n e f i t s i n v e r i f i c a t i o n , a n d i n m a n y i n s t a n c e s i n f i n d i n g s o u r c e s o f e r r o r i n o p e r a t i o n a l d a t a . \u00E2\u0080\u00A2 F o u r t h , t h e e x e r c i s e o f b u i l d i n g S T O M l e d t o t h e e x p l i c i t r e c o g n i t i o n o f r e l a t i o n s h i p s t h a t w e r e n o t r e a l i z e d b e f o r e . F o r e x a m p l e , t h e u t i l i z a t i o n o f t h e c o n c e p t o f o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t a n d i t s u s e t o d e r i v e t h e p l a n t ' s p i e c e w i s e l i n e a r g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n s h a s r e s u l t e d i n t h e i n t r o d u c t i o n a n d u s e o f t h e m e t h o d o l o g y a n d t h e e x p l o i t a t i o n o f i t s f e a t u r e s i n t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m . \u00E2\u0080\u00A2 F i f t h , S T O M a c t s as a u n i f y i n g i n s t r u m e n t f o r o r g a n i z a t i o n a l f u n c t i o n s . T h e o b v i o u s e x a m p l e i n S T O M i s t h e f u n c t i o n o f B C H y d r o ' s P o w e r S u p p l y a n d t h e M a r k e t i n g B u s i n e s s U n i t s , w h e r e d i v e r g e n c e o f o b j e c t i v e s c o u l d e x i s t . P r o d u c t i o n c o u l d w e l l b e t r y i n g t o s a t i s f y c e r t a i n r e q u i r e m e n t s (e.g., m e e t i n g t h e d o m e s t i c l o a d , m e e t i n g r e l i a b i l i t y c r i t e r i a o r e n v i r o n m e n t a l l i m i t s , e t c ) . M a r k e t i n g m a y b e t r y i n g t o m a x i m i z e the t o t a l v o l u m e o f s a l e s r a t h e r t h a n c o n c e n t r a t i n g o n m a x i m i z i n g p r o f i t s , o r v a l u e o f r e s o u r c e s . F r o m t h i s p e r s p e c t i v e , S T O M a c t s as a n i n s t r u m e n t t o u n i f y t h e o b j e c t i v e o f t h e o r g a n i z a t i o n , n a m e l y , t o m a x i m i z e t h e v a l u e o f r e s o u r c e s . 2 2 2 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m (or R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t \u00E2\u0080\u00A2 S i x t h , t h e b u l k o f w o r k i n t h i s r e s e a r c h p r o j e c t w a s c a r r i e d o u t b y t h e a u t h o r w i t h s o m e p r o g r a m m i n g a n d d a t a c o l l e c t i o n h e l p f r o m o t h e r g r a d u a t e a n d u n d e r g r a d u a t e s t u d e n t s at U B C a n d at B C H y d r o . T h e b e n e f i t s o f u s i n g s t u d e n t s a r e s e v e r a l f o l d s . T h e c o s t o f t e c h n i c a l e x p e r t i s e t o B C H y d r o w a s l o w ( i n c o m p a r i s o n w i t h c o n s u l t a n t f e e s ) , w h i l e t h e g a i n s t o B C c o m m u n i t y a n d t h e c o u n t r y a r e s i g n i f i c a n t ( m a i n l y f r o m t r a i n i n g s t u d e n t s o n r e a l - l i f e p r o b l e m s o l v i n g t e c h n i q u e s , a n d f r o m d e v e l o p i n g t h e k n o w l e d g e - b a s e a n d t e c h n i c a l e x p e r t i s e f o r h y d r o p o w e r s y s t e m o p e r a t i o n s l o c a l l y ) . A l s o t h e u n i v e r s i t y e n v i r o n m e n t e c o u r a g e s a d e g r e e o f a b s t r a c t i o n t h a t g r e a t l y h e l p e d c o n c e p t u l i z a t i o n a n d f o r m u l a t i o n o f t h e a p p r o a c h . B.C. H y d r o p e o p l e a r e v e r y p r a c t i c a l a n d a b s t r a c t i o n d o e s n o t c o m e t o t h e m n a t u r a l l y . \u00E2\u0080\u00A2 S e v e n t h , S T O M c o n s i d e r a b l y s h o r t e n e d t h e t i m e n e e d e d t o p r e p a r e t h e g e n e r a t i o n a n d t r a d i n g s c h e d u l e s , a n d t h e s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s n o w c a n b e n e f i c i a l l y u s e t h e t i m e s a v e d t o f o c u s o n m o r e i m p o r t a n t a s p e c t s o f t h e i r j o b . \u00E2\u0080\u00A2 F i n a l l y , S T O M p r o v i d e s t h e i m p o r t a n t , a n d r e q u i r e d , l i n k i n t h e d e c i s i o n - m a k i n g p r o c e s s b e t w e e n t h e l o n g / m e d i u m - t e r m p l a n n i n g a n d c o o r d i n a t i o n s t u d i e s a n d r e a l - t i m e s y s t e m a n d m a r k e t i n g o p e r a t i o n s . T h e m a i n d r i v e r s o f S T O M a r e m a r k e t p r i c e s a n d t h e v a l u e o f r e s o u r c e s , w h i c h a r e t o a l a r g e e x t e n t , t h e m a i n d r i v i n g f o r c e s i n e l e c t r i c i t y m a r k e t s t o d a y . Lesson Learned T h e m a i n l e s s o n l e a r n e d f r o m d e v e l o p i n g a n d i m p l e m e n t i n g t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m w a s t h a t t h e r e i s n o a l t e r n a t i v e t o w o r k n g v e r y c l o s e l y w i t h t h e i n t e n d e d e n d - u s e r s o f t h e s y s t e m , a n d w i t h t h e p e o p l e w h o h a v e d e e p k n o w l e d g e , e x p e r i e n c e a n d u n d e r s t a n d i n g o f h o w t h e s y s t e m i s a n d s h o u l d b e o p e r a t e d . 7.2 C O N T R I B U T I O N S T h e m a j o r c o n t r i b u t i o n o f t h i s w o r k w a s t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f a p r a c t i c a l a n d d e t a i l e d l a r g e - s c a l e o p t i m i z a t i o n m o d e l th a t d e t e r m i n e s t h e o p t i m a l t r a d e o f f b e t w e e n t h e l o n g - t e r m v a l u e o f w a t e r a n d t h e r e t u r n s f r o m s p o t t r a d i n g t r a n s a c t i o n s i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s . U n t i l n o w s h o r t - t e r m o p t i m i z a t i o n m o d e l s h a v e r a r e l y b e e n u s e d b y t h e p e o p l e w h o a c t u a l l y m a n a g e c o m p l e x p o w e r s y s t e m s i n r e a l - t i m e . T h e r e a r e s e v e r a l r e a s o n s . F i r s t , m o s t m o d e l s w e r e n o t e a s y t o u s e as t h e c o m p u t e r t e c h n o l o g y n e e d e d t o m o d e l c o m p l e x p o w e r s y s t e m s w e r e n o t c a p a b l e o f m e e t i n g t h e n e e d s o f t h e e n d - u s e r i n t e r m s o f e a s e o f u s e a n d t h e t i m e i t t a k e s t o r u n t h e m . S e c o n d , m o s t o f t h e m o d e l s w e r e d e v e l o p e d f o r s p e c i f i c s t u d i e s ( m o s t l y a c a d e m i c ) a n d d i d n o t r e f l e c t e n o u g h o f t h e c o m p l e x i t y a n d f l e x i b i l i t y that w a s r e q u i r e d b y t h e e n d u s e r . T h i r d , t h e p e o p l e w h o c a n a n d d o a p p l y o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s a r e g e n e r a l l y w o r k i n g at a n \" a c a d e m i c \" , a b s t r a c t l e v e l t h a t o p e r a t o r s , a c c u s t o m e d t o t a k i n g d i r e c t r e s p o n s i b i l i t y ( a n d r i s k ) f o r t h e i r d a y t o d a y o p e r a t i o n s h a v e d i f f i c u l t y r e l a t i n g to. F o u r t h , o p e r a t o r s d o n o t a l w a y s u n d e r s t a n d t h e e s o t e r i c t h e o r y a n d o f t e n d o n o t a c c e p t t h e s i m p l i f i c a t i o n s n e c e s s a r y t o m a t c h t h e a v a i l a b l e t e c h n i q u e s t o t h e s i t u a t i o n at h a n d . F i f t h , i t s i m p l y t a k e s c o n s i d e r a b l e a m o u n t o f t i m e , p a t i e n c e , a n d e f f o r t t o d e v e l o p , c a l i b r a t e a n d t o i m p l e m e n t s u c h c o m p l e x m o d e l s i n r e a l l i f e s i t u a t i o n s . D e s p i t e t h e d i f f i c u l t i e s , S T O M w a s d e v e l o p e d , c a l i b r a t e d , a n d i m p l e m e n t e d t h r o u g h a t e a m e f f o r t o f t h e B C H y d r o ' s s t a f f , a n d r e s e a r c h e r s f r o m t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a . S e v e r a l f a c t o r s h a v e c o n t r i b u t e d t o t h e s u c c e s s o f t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f 2 2 3 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t S T O M . F i r s t , a l l l e v e l s o f B C H y d r o ' s m a n a g e m e n t h a v e p r o v i d e d c o n s i d e r a b l e s u p p o r t f o r t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f S T O M . S e c o n d , S T O M u s e r s h a v e v i e w e d i t as a d e c i s i o n s u p p o r t t o o l t o a i d t h e m i n m a k i n g t h e i r d e c i s i o n s , a n d n o t as a s y s t e m t h a t w i l l s o m e d a y r e p l a c e t h e m . T h i r d , t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n s t r a t e g y o f S T O M w a s c a r r i e d o u t i n c r e m e n t a l l y . F o u r t h , s e v e r a l s t a f f a n d t h e s h i f t e n g i n e e r s w e r e d i r e c t l y i n v o l v e d i n s e t t i n g o u t t h e f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s a n d m o d e l i n g d e t a i l s t h a t h a v e a c c u r a t e l y c a p t u r e d t h e p h y s i c a l as w e l l as t h e o p e r a t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e g e n e r a t i n g s y s t e m . T h e o p e r a t o r s a r e c u r r e n t l y e x p e r i m e n t i n g w i t h t h e s y s t e m i n p r o d u c t i o n m o d e , a n d a r e g r a d u a l l y g a i n i n g c o n f i d e n c e t h a t t h e a d v i c e p r o v i d e d i s a c c u r a t e , r e l i a b l e a n d s e n s i b l e . O t h e r c o n t r i b u t i o n s c o n s i s t o f t h e a b i l i t y o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m t o p r o d u c e g e n e r a t i o n , t r a d i n g a n d r e s e r v o i r s c h e d u l e s t h a t a r e t e c h n i c a l l y a n d o p e r a t i o n a l l y f e a s i b l e f r o m t h e p o i n t v i e w o f t h e s y s t e m o p e r a t o r . T h i s f e a t u r e i s n o t a c c i d e n t a l , as i t r e q u i r e d d e e p u n d e r s t a n d i n g o f t h e b e h a v i o r a n d p r o p e r t i e s o f t h e g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n . T h i s u n d e r s t a n d i n g g a v e r i s e t o t h e i n n o v a t i v e p r o c e d u r e t o c u r v e f i t t h e p i e c e w i s e l i n e a r f u n c t i o n i n o r d e r t o e x p l o i t p r o p e r t i e s o f t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m i n l i n e a r p r o g r a m m i n g . I m p l e m e n t a t i o n o f t h e r e s e a r c h p r o j e c t i n c l o s e p r o x i m i t y a n d c o l l a b o r a t i o n w i t h t h e e n d -u s e r s o f t h e r e s e a r c h o u t c o m e h a s r e s u l t e d i n d e e p e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e n e e d s o f t h e o r g a n i z a t i o n . H o w e v e r , a n u n e x p e c t e d o u t c o m e o f t h e r e s e a r c h p r o j e c t w a s t h e u n f o r e s e e n s u d d e n g r o w t h i n i n t e r e s t i n a p p l y i n g o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s i n a n o r g a n i z a t i o n s u c h as B . C . H y d r o . S u c c e s s f u l i m p l e m e n t a t i o n o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m d e v e l o p e d b y t h i s t h e s i s at B . C . H y d r o h a s r e s u l t e d i n t h e b e l i e f t h a t o p t i m i z a t i o n m o d e l s c o u l d s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e t h e w a y h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s a r e o p e r a t e d . T h i s , i t i s b e l i e v e d , i s a m a j o r c o n t r i b u t i o n . 7.3. F U T U R E R E S E A R C H R E Q U I R E M E N T S F u t u r e r e s e a r c h i s n e e d e d t o a d d r e s s i s s u e s r e l a t e d t o t h e s u b j e c t m a t t e r o f t h i s t h e s i s a n d t o e x t e n d a n d e n h a n c e t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m a n d t h e m o d e l i n g m e t h o d o l o g y a d o p t e d i n t h i s r e s e a r c h . T h e r e s e a r c h a r e a s c o u l d b e c l a s s i f i e d u n d e r t h r e e h e a d i n g s : O v e r a l l A p p r o a c h f o r H y d r o e l e c t r i c S y s t e m O p e r a t i o n P l a n n i n g ; E x t e n s i o n s o f t h e D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m , E x t e n s i o n s o f t h e M o d e l i n g M e t h o d o l o g y . 7.3.1 Future Research on Overall Approach for Hydroelectric System Operation F u t u r e r e s e a r c h i n t h i s a r e a w i l l b e n e f i t t h e p r a c t i c e o f s y s t e m o p e r a t i o n s , a n d w i l l e n r i c h o u r u n d e r s t a n d i n g o f t h e d e c i s i o n - m a k i n g p r o c e s s e s i n o r g a n i z a t i o n s d e a l i n g w i t h h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s . O r g a n i z a t i o n s m a n a g i n g s u c h c o m p l e x s y s t e m s a r e i n u r g e n t n e e d f o r d e c i s i o n s u p p o r t t o o l s t o a i d t h e m i n m a k i n g r a t i o n a l a n d c o n c e p t u a l l y c o r r e c t d e c i s i o n s . O n t h e o t h e r h a n d , a c a d e m i c s a r e f u l l o f i d e a s o n a d v a n c e d d e c i s i o n - m a k i n g t e c h n i q u e s . T h e r e i s , h o w e v e r , a m i s s i n g l i n k i n - b e t w e e n t h e t w o , a n d f u t u r e r e s e a r c h i s n e e d e d t o b r i d g e t h e g a p b e t w e e n a c a d e m i a a n d i n d u s t r y . R e s e a r c h o n d e v e l o p m e n t o f a n o v e r a l l a p p r o a c h f o r s y s t e m o p e r a t i o n s p l a n n i n g f o r h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s u n d e r t h e n e w m a r k e t s t r u c t u r e i s n e e d e d . F u t u r e r e s e a r c h t o d e s i g n t h e o v e r a l l f r a m e w o r k a n d t o i n v e s t i g a t e t h e n a t u r e a n d c o n t e x t o f t h e d e c i s i o n m a k i n g p r o c e s s e m p l o y e d b y o r g a n i z a t i o n s , s u c h as B C H y d r o , i s n e e d e d . O n c e t h e d e c i s i o n m a k i n g p r o c e s s i s o u t l i n e d , t h e m o s t s u i t a b l e o p e r a t i o n a l m o d e l s ( i n c l u d i n g e x i s t i n g m o d e l s ) w o u l d 2 2 4 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t b e i d e n t i f i e d . T h e o v e r a l l a p p r o a c h w i l l m o s t l i k e l y o u t l i n e t h e i n f o r m a t i o n n e e d e d t o p a s s f r o m o n e l e v e l o f m o d e l i n g t o t h e n e x t , a l l t h e w a y t o r e a l - t i m e o p e r a t i o n s . T h i s r e s e a r c h e f f o r t c o u l d b e c a r r i e d o u t i n c l o s e c o o r d i n a t i o n w i t h r e a l - l i f e s y s t e m o p e r a t i o n s s t a f f at B C H y d r o , a n d i t i s b e l i e v e d t h a t i t c o u l d p r o d u c e p i o n e e r i n g r e s e a r c h w o r k i n t h i s i m p o r t a n t r e s e a r c h a r e a . 7.3.2 Future Research on Possible Extensions of STOM A t p r e s e n t , t w o e x t e n s i o n s t o t h e s o l u t i o n a l g o r i t h m h a v e b e e n p r e l i m i n a r i l y i n v e s t i g a t e d . T h e f i r s t c o n c e r n s w h a t c a n b e t e r m e d t h e c o n c e p t o f i m p l i e d m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r ( o r e n e r g y ) , g i v e n m a r k e t c o n d i t i o n s , h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s t a t u s , a n d p l a n n e d s c h e d u l e s . T h e s e c o n d c o n c e r n s w h a t h a s b e e n t e r m e d t h e c o n c e p t o f p r o x i m a l d e c i s i o n a n a l y s i s ( H o w a r d , 1 9 7 1 ) , t o f i n d t h e o p t i m a l p r i c e o f h y d r o p o w e r p r o d u c t i o n f r o m t h e p e r s p e c t i v e o f a h y d r o p o w e r p r o d u c e r i n e l e c t r i c i t y m a r k e t s . T h e t w o c o n c e p t s w a r r a n t f u r t h e r r e s e a r c h , a n d c o n s i d e r a t i o n o f t h e i r u s e h a s b e e n d i s c u s s e d i n a p r e l i m i n a r y w a y w i t h s y s t e m o p e r a t i o n s e n g i n e e r s at B . C . H y d r o . i. The Concept of Implied Marginal Value of Water (or Energy) T h e c o n c e p t o f i m p l i e d m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r ( o r e n e r g y ) s t e m s f r o m t h e n e e d o f t h e d e c i s i o n - m a k e r t o d e t e r m i n e h o w c l o s e t h e d i s p a t c h e d s c h e d u l e s a r e t o t h e o p t i m a l , g i v e n m a r k e t c o n d i t i o n s a n d s y s t e m c o n s t r a i n t s . T h e c o n c e p t s e e k s t o a s s e s s h o w t h e m a r k e t ( o r t h e s y s t e m o p e r a t o r ) v a l u e s t h e s y s t e m r e s o u r c e s i n a g i v e n t i m e f r a m e . W h e n u s e d i n p o s t m o r t e m s t u d i e s m o d e , t h e a n a l y s i s c o u l d i n d i c a t e t o t h e s y s t e m o p e r a t o r ( o r h i g h e r l e v e l m a n a g e m e n t ) h o w t h e m a r k e t v a l u e d t h e p r o d u c e r ' s r e s o u r c e s . A l t e r n a t i v e l y , w h e n u s e d i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s m o d e , it c o u l d p r o v i d e t h e s y s t e m o p e r a t o r w i t h v a l u a b l e i n f o r m a t i o n o n t h e v a r i a t i o n o f t h e o p t i m a l s y s t e m p r o d u c t i o n f u n c t i o n w i t h t h e a s s u m e d v a l u e o f r e s o u r c e s -g i v e n p r e v a i l i n g m a r k e t c o n d i t i o n s a n d s y s t e m c o n s t r a i n t s . T h i s c o n c e p t c o u l d h e l p t h e d e c i s i o n - m a k e r t o i n v e s t i g a t e t w o q u e s t i o n s : \u00E2\u0080\u00A2 h o w f a r t h e d i s p a t c h e d s c h e d u l e i s f r o m o p t i m a l ? \u00E2\u0080\u00A2 w h a t i s t h e i m p l i e d m a r g i n a l v a l u e o f d i s p a t c h e d e n e r g y ? A n s w e r s t o t h e s e q u e s t i o n s c o u l d h e l p t h e s y s t e m o p e r a t o r t o b e t t e r u n d e r s t a n d t h e b e h a v i o r o f t h e s y s t e m u n d e r d i f f e r e n t o p e r a t i n g r e g i m e s a n d m a r k e t c o n d i t i o n s . T h i s t y p e o f a n a l y s i s c o u l d w a r r a n t t h e u s e o f s o m e f e a t u r e s o f p a r a m e t r i c p r o g r a m m i n g i n t h e C P L E X s o l v e r . F u r t h e r r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t o n s u c h t o p i c s a r e n e e d e d t o e x p l o i t t h e f u l l p o t e n t i a l o f the d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m d e v e l o p e d i n t h i s t h e s i s . ii. The concept of Proximal Decision Analysis for a Hydropower Producer. P r o x i m a l d e c i s i o n a n a l y s i s ( H o w a r d , 1 9 7 1 ) s t e m s f o r m t h e u n c e r t a i n t y i n h e r e n t i n s p e c i f y i n g s o m e o f t h e c o e f f i c i e n t s a n d i n p u t d a t a i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l a n d f r o m t h e n e e d t o o v e r c o m e s o m e o f t h e d r a w b a c k s a s s o c i a t e d w i t h t h e m o s t i m p o r t a n t o f t h e s e a s s u m p t i o n s . F o r i n s t a n c e , d e t e r m i n a t i o n o f t h e m a r g i n a l v a l u e o f e n e r g y b y m e a n s o f s t o c h a s t i c d y n a m i c p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e s e n t a i l s s e v e r a l a s s u m p t i o n s o n f l o w s , m a r k e t c o n d i t i o n s , a n d o n m o d e l i n g d e t a i l s . 2 2 5 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r Real-time H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t R e s u l t s f r o m t h e i m p l i e d m a r g i n a l v a l u e o f e n e r g y a n a l y s i s c o u l d a l s o b e u s e d t o d e t e r m i n e t h e o p t i m a l v a l u e o f r e s o u r c e s f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f a h y d r o p o w e r p r o d u c e r . P r e l i m i n a r y r e s u l t s h a v e i n d i c a t e d t h a t t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n c o u l d b e a p p r o x i m a t e d b y a d i f f e r e n t i a b l e c o n v e x f u n c t i o n . F i g u r e 7.2 i l l u s t r a t e s r e s u l t s o f r u n n i n g S T O M f o r d i f f e r e n t v a l u e s o f t h e m a r g i n a l v a l u e o f e n e r g y ( R b c h ) . It c a n b e n o t e d t h a t t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n i s c o n v e x , w h i l e t h e t h e v a l u e o f s p o t s a l e s a n d s t o r a g e c o s t r e s e m b l e s t h e m a r k e t ' s s u p p l y a n d d e m a n d f u n c t i o n . F o r a h y d r o p o w e r p r o d u c e r t h e p r o p e r t i e s o f t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n a n d t h e w a y t h e p r o p e r t i e s c h a n g e , g i v e n u n c e r t a i n t y i n i n p u t d a t a , c o u l d b e i n v e s t i g a t e d , p e r h a p s t o d e t e m i n e t h e o p t i m a l v a l u e o f R b c h , g i v e n m a r k e t a n d s y s t e m c o n s t r a i n t s . F o r i n s t a n c e , t h e b o t t o m c h a r t i n F i g u r e 7.2 i l l u s t r a t e s w h a t c o u l d b e t e r m e d as t h e p r o d u c e r ' s m a r k e t d e m a n d f u n c t i o n , w h i c h s i m p l y i l l u s t r a t e s t h e e f f e c t o f v a r y i n g R b c h o n t h e o p t i m a l t r a d i n g s c h e d u l e s , a n d t h e m a r k e t v a l u e f o r s p o t t r a d i n g s c h e d u l e s f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f t h e p r o d u c e r . T h e s a m e a n a l y s i s c o u l d b e c a r r i e d o u t t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f o t h e r i n p u t p a r a m e t e r s i n t h e m o d e l u s i n g p a r a m e t r i c p r o g r a m m i n g t e c h n i q u e s (e.g., s p o t m a r k e t p r i c e , t i e l i m i t s , i n f l o w s , e t c ) , a n d f u r t h e r r e s e a r c h i s n e e d e d t o f l e s h o u t t h e s i g n i f i c a n c e o f s u c h r e l a t i o n s h i p s . 2 2 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Total Optimized Generation, MWHr Objective Function Value, $ - - O - Storage Cost, $ 2500000 ^ 2000000 cz C D \u00C2\u00A7 1500000 o 1^-1000000 o <*> \u00E2\u0080\u00A24\u00E2\u0080\u0094\u00E2\u0080\u00A2 3 CO i= c > 500000 \u00E2\u0080\u00A22 cc BBBBBSpot Schedules, MWHr \u00E2\u0080\u0094 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u0094Spot Sales Revenues, $ \u00E2\u0080\u0094 i Planned Generation Schedules, 9000 MWHr A s s u m e d M a r g i n a l V a l u e o f E n e r g y [ 8000 7000 ^ e 1 6000 !3) CO 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Indexed Marginal Value of Energy, $/MWHr 120.0 100.0 80.0 CU > u 60.0 to cu o 3 T3 O 40.0 20.0 0.0 -1500 -1000 -500 0 500 Net S a l e s , M W H r 1000 1500 F i g u r e 7.2. T h e C o n c e p t o f P r o x i m a l D e c i s i o n A n a l y s i s , a n d P r o d u c e r ' s M a r k e t V a l u e F u n c t i o n . 227 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 7.3.3 Future Research on Modeling of Hydroelectric Systems F u t u r e r e s e a r c h i s n e e d e d t o e x t e n d t h e c u r r e n t m o d e l i n g m e t h o d o l o g y a d o p t e d i n t h i s t h e s i s . T h e f o l l o w i n g a r e a s o f r e s e a r c h c o u l d s e r v e as a r o a d m a p f o r f u t u r e e x t e n s i o n s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m d e v e l o p e d i n t h i s t h e s i s : \u00E2\u0080\u00A2 R e s e a r c h o n t h e p o t e n t i a l u s e o f a d v a n c e d d e c i s i o n s u p p o r t t o o l s , s u c h as e x p e r t s y s t e m s i s n e e d e d . E x p e r t s y s t e m s c o u l d b e u s e d i n m a n y a r e a s o f h y d r o e l e c t r i c s y s t e m o p e r a t i o n s a n d t h e y c o u l d i n c l u d e : \u00E2\u0080\u00A2 A s s e s s i n g t h e m e a n i n g o f s e n s i t i v i t y a n a l y s i s d a t a t o s y s t e m a n d m a r k e t o p e r a t i o n s . \u00E2\u0080\u00A2 I n t e r p r e t a t i o n o f r e s u l t s o f o p t i m i z a t i o n m o d e l s , \u00E2\u0080\u00A2 A s s e s s i n g a n d f o r m u l a t i n g c o n s t r a i n t s f o r o p t i m i z a t i o n m o d e l s . \u00E2\u0080\u00A2 I n t e r p r e t a t i o n o f i n f e a s i b i l i t y c a u s e s i n o p t i m i z a t i o n s t u d i e s a n d r e c o m m e n d i n g s o l u t i o n s t o t h e p r o b l e m . \u00E2\u0080\u00A2 R e s e a r c h o n w a y s a n d m e t h o d s to i n c l u d e s i m p l i f i e d , y e t , r e p r e s e n t a t i v e u n c e r t a i n t y i n t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m i s n e e d e d i n m a n y are a s : \u00E2\u0080\u00A2 U n c e r t a i n t y i n l o a d , \u00E2\u0080\u00A2 U n c e r t a i n t y i n t i e l i n e l i m i t s a n d i n s p o t m a r k e t p r i c e s , \u00E2\u0080\u00A2 U n c e r t a i n t y i n t h e m a r g i n a l v a l u e o f r e s o u r c e s , a n d \u00E2\u0080\u00A2 U n c e r t a i n t y i n i n f l o w s . \u00E2\u0080\u00A2 R e s e a r c h o n a u t o m a t i o n o f s c e n a r i o a n a l y s i s , i n p r o d u c t i o n m o d e , i s n e e d e d . T h e r e s e a r c h s h o u l d f o c u s o n w a y s a n d m e t h o d s f o r s c e n a r i o g e n e r a t i o n a n d m o d e l i n g . \u00E2\u0080\u00A2 F u r t h e r r e s e a r c h i s n e e d e d t o i n v e s t i g a t e a v a i l a b l e m o d e l i n g m e t h o d o l o g i e s t o i n c l u d e t h e e f f e c t o f h e a d v a r i a t i o n i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l . H e a d v a r i a t i o n s i n c l u d e t h e e f f e c t o f t a i l w a t e r f l u c t u a t i o n s a n d r e s e r v o i r d r a w d o w n . It i s b e l i e v e d t h a t i n c l u s i o n o f h e a d v a r i a t i o n s i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l w i l l s i g n i f i c a n t l y r e d u c e t h e n u m b e r o f i t e r a t i o n s r e q u i r e d f o r c o n v e r g e n c e o f t h e c u r r e n t s o l u t i o n a l g o r i t h m a n d w i l l i m p r o v e m o d e l i n g m e t h o d o l o g y o f h y d r o e l e c t r i c s y s t e m s . \u00E2\u0080\u00A2 F u t u r e r e s e a r c h i s n e e d e d t o g e n e r a l i z e t h e c u r v e f i t t i n g p r o c e d u r e f o r t h e p i e c e w i s e l i n e a r g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n f u n c t i o n . T h e r e s e a r c h c o u l d f o c u s o h l i n k i n g t h e n u m b e r o f s e g m e n t s i n t h e p i e c e w i s e l i n e a r f u n c t i o n s t o t h e n u m b e r o f g e n e r a t i n g u n i t s i t r e p r e s e n t s . T h i s w i l l g i v e m o r e r e a l i s t i c h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i o n a n d r e s e r v o i r s c h e d u l e s . \u00E2\u0080\u00A2 R e s e a r c h o n t h e b e h a v i o r o f m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r f o r s m a l l r e s e r v o i r s , a n d o t h e r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f o r m a t i o n d e r i v e d b y t h e m o d e l i s n e e d e d . T h e r e s e a r c h c o u l d f o c u s o n m e t h o d s f o r d e r i v i n g t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r f r o m s e n s i t i v i t y a n a l y s i s d a t a , a n d o n t h e i r p o t e n t i a l u s e t o b e t t e r r e f l e c t c u r r e n t o p e r a t i n g c o n d i t i o n s f o r s m a l l r e s e r v o i r s . \u00E2\u0080\u00A2 R e s e a r c h o n f o r e c a s t i n g s p o t m a r k e t p r i c e s i s u r g e n t l y n e e d e d . I d e a l l y , t h e r e s e a r c h e f f o r t w o u l d f o c u s o n d e r i v i n g t h e m a r k e t d e m a n d f u n c t i o n . O n c e a v a i l a b l e , t h i s f u n c t i o n c o u l d e a s i l y b e b u i l t i n t o t h e M a x i m i z e t h e P r o f i t o p t i m i z a t i o n m o d e l t o g i v e m o r e a c c u r a t e r e p r e s e n t a t i o n o f m a r k e t ( s ) s t r u c t u r e . \u00E2\u0080\u00A2 F u r t h e r r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m d e v e l o p e d b y t h i s t h e s i s i s n e e d e d t o g e n e r a l i z e t h e m o d e l f o r u s e b y o t h e r s at B . C . H y d r o , a n d p o t e n t i a l l y b y o t h e r s i n t h e i n d u s t r y . T h e o p t i m i z a t i o n m o d e l , a n d o t h e r c o m p o n e n t s o f t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m , c o u l d p o t e n t i a l l y b e m a r k e t e d t o o t h e r h y d r o e l e c t r i c p o w e r p r o d u c e r s . T h i s , h o w e v e r , w o u l d r e q u i r e f u r t h e r r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t e f f o r t t o m a k e t h e s y s t e m a d a p t a b l e t o a n y h y d r o e l e c t r i c s y s t e m w i t h a n y p o s s i b l e c o n f i g u r a t i o n . 2 2 8 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t REFERENCES 2 2 9 A Decision Support System tor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment REFERENCES A c r e s I n t e r n a t i o n a l , 1994. \"Short-Term Generation Scheduling of Hydro-Thermal Systems -Assessment of Models, Methods and Specifications,\" C a n a d i a n E l e c t r i c a l A s s o c i a t i o n , N o v . 1994. A l l e n , R. B . a n d B r i d g m a n S. 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III-A ( P o w e r A p p a r a t u s a n d S y s t e m s ) V o l . 7 8, J u n e 1959, p p : 136-156. 2 3 0 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g . in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t C h a n , Y . T. a n d M a i l l e , J. - P , \" E x t e n s i o n o f a l i n e a r q u a d r a t i c t r a c k i n g a l g o r i t h m t o i n c l u d e c o n t r o l c o n s t r a i n t s , \" IEEE Transactions on Automatic Control, A C - 2 0 ( 6 ) , p p . 8 0 1 - 8 0 3 , 1975. C h e w , S. H., Z h e n g , Q., 1988, \"Integral Global Optimization,\" S p r i n g e r V e r l a g . C h r i s t e n s e n , G . S. a n d S o l i m a n , S. A., 1988, O p t i m a l L o n g - T e r m O p e r a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S y s t e m s , P l e n u m P r e s s , N e w Y o r k , N . Y . 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W-G, \" R e s e r v o i r m a n a g e m e n t a n d o p e r a t i o n s m o d e s l : a state o f t h e art r e v i e w , \" Water Resources Research, 21 ( 1 2 ) , 1 7 9 7 - 1 8 1 8 , 1985. 2 3 8 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ANNEXES 2 3 9 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment ANNEX A SIMULATOR PROGRAM GENERAL ALGORITHM A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ANNEX A Simulator Program General Algorithm (Source: Ristock et al., 1998) Begin Program A. Initialization 1. I n i t i a l i z e a l l v a r i a b l e s . 2. R e a d i n p u t d a t a : \u00E2\u0080\u00A2 R e a d o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a \u00E2\u0080\u00A2 R e a d P h y s i c a l i n p u t d a t a \u00E2\u0080\u00A2 R e a d U s e r d e f i n e d i n p u t d a t a g e n e r a t e d b y t h e G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e \u00E2\u0080\u00A2 U s e r O p t i m i z e r I n p u t D a t a 3. C a l c u l a t e i n i t i a l s t o r a g e b a s e d o n i n i t i a l f o r e b a y . B. Main Program Loop 1. C h e c k tha t s t a r t i n g e l e v a t i o n s a r e w i t h i n o p e r a t i o n a l l i m i t s : \u00E2\u0080\u00A2 p r i n t w a r n i n g i f s t a r t i n g f o r e b a y i s n o t w i t h i n l i m i t s 2. F o r H o u r = S t a r t h o u r t o E n d h o u r D o F o r e a c h P l a n t i n C O N T R O L f i l e D o a. C a l c u l a t e F o r e b a y at e n d o f h o u r : \u00E2\u0080\u00A2 C o n v e r t s c h e d u l e d G to Q: i . I f p l a n t h a s l i n e a r i z e d S P U C e q u a t i o n s : \u00E2\u0080\u00A2 C a l c u l a t e G a n d Q b r e a k p o i n t s \u00E2\u0080\u00A2 C o n v e r t G to Q u s i n g b r e a k p o i n t s i i . I f p l a n t h a s H K v a l u e s : \u00E2\u0080\u00A2 C a l c u l a t e H K v a l u e \u00E2\u0080\u00A2 C o n v e r t G to Q u s i n g H K v a l u e \u00E2\u0080\u00A2 C a l c u l a t e a l l a p p r o p r i a t e d i s c h a r g e s : s c h e d u l e d s p i l l s , w e i r s p i l l s , g a t e r e l e a s e s , s t a t u t o r y r e l e a s e s , a n d s p e c i a l r e l e a s e s \u00E2\u0080\u00A2 C a l c u l a t e T o t a l I n f l o w \u00E2\u0080\u00A2 C a l c u l a t e T o t a l O u t f l o w \u00E2\u0080\u00A2 C a l c u l a t e n e w S t o r a g e v i a m a s s - b a l a n c e e q u a t i o n , a n d u s e s t o r a g e t a b l e s t o c o n v e r t t o n e w f o r e b a y b. S t o r e G a n d Q b r e a k p o i n t s f o r t h e O p t i m i z e r c. C h e c k t h a t the c a l c u l a t e d f o r e b a y i s w i t h i n o p e r a t i o n a l l i m i t s : \u00E2\u0080\u00A2 p r i n t w a r n i n g i f n o t . d. P e r f o r m T a i l w a t e r c a l c u l a t i o n s : \u00E2\u0080\u00A2 n o t a v a i l a b l e - t o b e a d d e d i n f u t u r e e. C a l c u l a t e M a x & M i n G a n d Q l i m i t s : i . C a l c u l a t e M i n i m u m A l l o w a b l e G a n d Q l i m i t s 2 4 1 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t \u00E2\u0080\u00A2 c a l c u l a t e t h e M i n i m u m p h y s i c a l p l a n t G f o r c u r r e n t h o u r ( a l g o r i t h m t o b e c h a n g e d i n f u t u r e ) \u00E2\u0080\u00A2 c a l c u l a t e A l l o w a b l e M i n i m u m p l a n t G as g r e a t e r o f M i n p h y s i c a l G a n d u s e r - i m p o s e d G m i n i m u m \u00E2\u0080\u00A2 c a l c u l a t e M i n i m u m t u r b i n e Q a s s o c i a t e d w i t h t h i s A l l o w a b l e m i n i m u m G . T h e n M i n p l a n t Q = M i n t u r b i n e Q + n o n - t u r b i n e r e l e a s e s \u00E2\u0080\u00A2 c a l c u l a t e A l l o w a b l e M i n i m u m p l a n t Q as g r e a t e r o f M i n p l a n t Q a n d u s e r - i m p o s e d p l a n t Q m i n i m u m . H e n c e A l l o w a b l e M i n t u r b i n e Q = A l l o w a b l e M i n p l a n t Q - n o n - t u r b i n e r e l e a s e s \u00E2\u0080\u00A2 i f n e c e s s a r y , r e c a l c u l a t e A l l o w a b l e M i n G b a s e d o n t h i s n e w A l l o w a b l e M i n t u r b i n e Q \u00E2\u0080\u00A2 i f s c h e d u l e d G f a l l s b e l o w A l l o w a b l e M i n G , t h e n p r i n t w a r n i n g i i . C a l c u l a t e M a x i m u m A l l o w a b l e G a n d Q l i m i t s \u00E2\u0080\u00A2 c a l c u l a t e t h e M a x i m u m p h y s i c a l p l a n t G f o r c u r r e n t h o u r \u00E2\u0080\u00A2 c a l c u l a t e A l l o w a b l e M a x i m u m p l a n t G as l e s s o r o f M a x p h y s i c a l G a n d u s e r - i m p o s e d G m a x i m u m \u00E2\u0080\u00A2 c a l c u l a t e M a x i m u m t u r b i n e Q a s s o c i a t e d w i t h t h i s A l l o w a b l e M a x i m u m G . T h e n M a x p l a n t Q = M a x t u r b i n e Q + n o n - t u r b i n e r e l e a s e s \u00E2\u0080\u00A2 c a l c u l a t e A l l o w a b l e M a x i m u m p l a n t Q as l e s s o r o f M a x p l a n t Q a n d u s e r - i m p o s e d p l a n t Q m a x i m u m . H e n c e A l l o w a b l e M a x t u r b i n e Q = A l l o w a b l e M a x p l a n t Q - n o n - t u r b i n e r e l e a s e s \u00E2\u0080\u00A2 i f n e c e s s a r y , r e c a l c u l a t e A l l o w a b l e M a x G b a s e d o n t h i s n e w A l l o w a b l e M a x t u r b i n e Q \u00E2\u0080\u00A2 i f s c h e d u l e d G e x c e e d s A l l o w a b l e M a x G , t h e n p r i n t w a r n i n g C. Format and Write Results for Optimizer & Display 1. R e a d , f o r m a t a n d w r i t e f i l e s f o r t h e O p t i m i z e r 2. W r i t e a l l c a l c u l a t i o n r e s u l t s r e q u i r e d b y th e O p t i m i z e r o r f o r d i s p l a y p u r p o s e s t o t h e s i m u l a t i o n o u t p u t f i l e . End Program. 2 4 2 D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ANNEX B TO DO CHECKLIST TO RUN THE SHORT TERM OPTIMIZATION MODEL (STOM) 2 4 3 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ANNEX B To Do Checklist to Run the Short Term Optimization Model (STOM) 1. On the NT PC, PSO l s l Shift Office, Edmonds, or on Workstation No. 6 PSOSE Shift Office, Park Place, or on any client workstation equipped to run the Short Term Optmization Model, open Excel 97. 2. Open both the latest version of the LRB (Ver. LRB5.1 or later) and the FBFC (ver. 3.8 or later). 3. To run postmortem analysis, select the first day of the analysis (e.g., yesterday) as Day 1 in the LRB and FBFC. To change dates in the LRB use the \"DAY1 DATE\" button, and in the FBFC use the \"Change Current Date\" in the \"Forebay\" menu. 4. Link all plants for 96 hours from the \"Forebay\" dropdown menu. 5. Use the \"Load Data\" button in the LRB Toolbar to check if PSOSE did save the LRB schedule data just before the rollover for the desired study dates. If data is saved, then retrieve the schedule(s), else, go to step 8. 6. Use the \"Load Data from file\" in the FBFC's \"Forebay\" drop down menu to check if PSOSE did save FBFC data before the rollover for the desired study dates. If data is saved, then retrieve it, else, go to step 9. 7. If PSOSE did not save the LRB data for the desired study date(s), then: \u00E2\u0080\u00A2 Use \"UpdateGen\" button in the LRB to retrieve generation data from PI. \u00E2\u0080\u00A2 Use \"Load\" button in the LRB to retrieve the historical load form PI. \u00E2\u0080\u00A2 Guess the WKP load ratio (e.g., 0.09 or 0.10) \u00E2\u0080\u00A2 Update Generation limits in Capl and Cap2 for the study date(s)'. 8. If PSOSE did not save the FBFC data for the desired study date(s), then: \u00E2\u0080\u00A2 Use the \"Retrieve Gen and Forebay Data from Hour 1 to current hour\" in the \"Forebay\" menu to update the FBFC data. \u00E2\u0080\u00A2 Use the \"Retrieve FLOCAST/FLOCAL values\" in the \"Forebay\" menu to update the inflows and spills. \u00E2\u0080\u00A2 Use the \"Accept All FLOCAL/FLOCAST values\" item in the \"Forebay\" menu to copy the inflows and spills to their appropriate ranges. \u00E2\u0080\u00A2 Use the \"Retrieve Operating Levels\" item in the \"Forebay\" menu to update the forebay operational limits. 9. Check LRB and FBFC data for errors or drop out values: L R B F B F C Check Generation Data Check Generation data match LRB Check BCH Load data Check Forebay levels Check WKP Load data Check Inflows Check Export and Import Schedule Check Spills Check Spot Exports and Imports Check PI data (No Div/0!) Check Generation Capacities Check FB's within limits 10. Balance Spots in the LRB for planned schedules. 11. Adjust inflows, spills to match actual and calculated FB's. If inflows or spills are unrealistic, use Goal Seek in Excel Tools menu to adjust the HK2 values as the last resort. 12. Generate the outage.dat file by running the unit outage software ORF. 1 See Annex C for the procedure to prepare the unit's outage schedule and the outage.dat file. 2 Adjustments to the HK values should be used as the last resort to balance the FBFC levels. See section 3.1.1, Step 8 for more details. 2 4 4 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ANNEX C T H E S H O R T T E R M O P T I M I Z A T I O N M O D E L S O F T W A R E P R O G R A M S 2 4 5 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ANNEX C THE SHORT TERM OPTIMIZATION MODEL SOFTWARE PROGRAMS T h e f o l l o w i n g s o f t w a r e r o u t i n e s a n d p a c k a g e s h a v e b e e n d e v e l o p e d a n d u s e d i n S T O M . T h e c l i e n t s s i d e s o f t w a r e a s s i s t t h e s h i f t e n g i n e e r r u n n i n g S T O M a n d t o a u t o m a t e t h e o v e r a l l p r o c e s s , w h i l e t h e S e r v e r s i d e r u n s t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n m o d e l s . N a m e F u n c t i o n W o r k s t a t i o n S a v e T o T e x t A l l D a t I n p u t d a t a c h e c k i n g , s a v i n g , f o r m a t t i n g a n d l a u n c h t h e G U I . C o d e c o n t a i n e d i n t h e \" M s i m O p t O u t p u t \" V i s u a l B a s i c / E x c e l m o d u l e i n t h e L R B . C l i e n t O p t M a i n . e x e G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e ( G U I ) S e l e c t t h e p l a n t s t o b e s i m u l a t e d / o p t i m i z e d , a n d set p a r a m e t e r s o f t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n s t u d y C l i e n t O p t r e s u l t s . e x e , L a u n c h a n E x c e l s e s s i o n a n d o p e n \" m o r e t e s t . x l s \" , a n d l a u n c h t h e O p t i m i z a t i o n R e s u l t s d i a l o g u e b o x . C l i e n t M o r e t e s t . x l s O u p u t d a t a p r e s e n t a t i o n p r o g r a m s . F o r m a t a n d d i s p l a y t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n r e s u l t s f o r t h e u s e r C l i e n t c.exe C l i e n t s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l C l i e n t s.exe S e r v e r s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l S e r v e r P K Z i p . e x e \u00E2\u0084\u00A2 D a t a c o m p r e s s i o n a n d d e c o m p r e s s i o n s o f t w a r e C l i e n t , S e r v e r P K U n z i p . e x e 1 M D a t a d e c o m p r e s s i o n s o f t w a r e C l i e n t , S e r v e r S i m . e x e H y d r a u l i c o p e r a t i o n s i m u l a t o r m o d e l S e r v e r O p t i m i z a t i o n M o d e l f i l e s O p t i m i z e r m o d e l S e r v e r C P L E X . e x e 1 M , L i n e a r P r o g r a m m i n g S o l v e r P a c k a g e S e r v e r A M P L . e x e \u00E2\u0084\u00A2 G e n e r a l p u r p o s e a l g e b r a i c m o d e l i n g l a n g u a g e S e r v e 2 4 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ANNEX D FUNCTIONAL FEATURES OF THE GRAPHICAL USER INTERFACE 2 4 7 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r Reai-time H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Annex D Functional Features of the Graphical User Interface T h i s A n n e x d e t a i l s t h e m a i n f e a t u r e s o f t h e G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e ( G U I ) . D . l . S e l e c t i n g R i v e r S y s t e m s a n d P l a n t s f o r t h e S t u d y T h e G U I , s h o w n i n F i g u r e D . l , i n c l u d e s t h e 12 m a j o r r i v e r s y s t e m s a n d 3 4 h y d r o e l e c t r i c p l a n t s o r f a c i l i t i e s o p e r a t e d b y B.C. H y d r o . A r i v e r s y s t e m c o u l d c o n t a i n o n e o r m o r e o f i t s t r i b u t a r i e s (e.g., t h e C o l u m b i a R i v e r ) , a n d e a c h r i v e r s y s t e m c o u l d c o n t a i n o n e o r m o r e h y d r o e l e c t r i c g e n e r a t i n g p l a n t s o r f a c i l i t i e s . C u r r e n t l y , t h e G U I a l l o w s t h e u s e r t o s e l e c t u p t o 9 r i v e r s y s t e m s a n d 19 p l a n t s t o b e i n c l u d e d i n t h e s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n s t u d y , as l i s t e d i n T a b l e D. 1. S o m e r i v e r s y s t e m s , o r p l a n t s , h a v e b e e n d e a c t i v a t e d d u e to t h e l a c k o f a c o m p l e t e set o f o p e r a t i o n a l i n p u t d a t a , or, b e c a u s e t h e y r e q u i r e s p e c i a l s i m u l a t i o n a l g o r i t h m s (e.g. J o r d a n , K o o t n e a y , C o q u i t l a m , P u n t l e d g e r i v e r s y s t e m s , a n d t h e A r r o w r e s e r v o i r , W G S , a n d W H N p l a n t s ) . A d a r k - g r a y p l a n t n a m e i n d i c a t e s t h e p l a n t s t h a t c a n n o t b e s i m u l a t e d a n d o p t i m i z e d (e.g. A R D , W G S , W H N i n t h e i l l u s t r a t i o n a b o v e ) . O n c e a c o m p l e t e s e t o f i n p u t d a t a i s a v a i l a b l e , a n d t h e s i m u l a t i o n a l g o r i t h m s h a v e b e e n f i n a l i z e d , t h e u s e r c a n s i m p l y c h a n g e a c o n f i g u r a t i o n t e x t f i l e t o r e a c t i v a t e t h e s e p l a n t s , a n d a l l o w t h e u s e r t o s e l e c t t h e m f o r e i t h e r s i m u l a t i o n / o p t i m i z a t i o n s t u d y . 2 4 8 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Optirnizer/Simuldtoi Plant Selection River Systems p Peace P P p Stave A L U |121.17 The Columbia River System p Columbia MCA J728.94 REV [572T r~ Kootney p PendOreille SEV 1524.72 I W A N 1461 95 P P r r r r r r r P P P Coquitlam p Bridge p Ash RUS [4777 LAJ 1726.76 BR 1633.68 SON j236.22 p Cheakamus ~ , _ , \u00E2\u0080\u0094 \u00E2\u0080\u0094 CMS J371.2 Plants Eievatwn O P ^ e d River Systems Plants | fey^ion Optimized GMS 1661 42 PCN 1501.87 r r r r P P r ASH [3206 P p Clowhom f\u00E2\u0080\u0094 1\u00E2\u0080\u0094 COM [ H T T P Start Date J04-15-1998 Start Hour No. of Hours |155 N o . of P l a n t s De-select All Options O K p Campbell SCA j21578 \" P L D R (178 04 P JHT [139 r I\" Puntledge r Exit/Cancel r Jordan River r r p Wahleach w A H (629.44 P F i g u r e D . l . S T O M G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e 2 4 9 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m lor Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t Click here to Simulate the river If the user changes ' the initial Forebay level, its color turns to red. Press restore for the default Forebay River Systems , . r|7 Peace ...^\"Restore P l a n , s Etevafon \u00C2\u00B0 P t i m i z e d GMS [661.E The Columbia Rivet System ty Columbia MCA ) 733.21 f REV 1572.86 F | o . . . F**] r r .Click on any plant to optimize a river . With the river system optimized, generation fixed at LRB level if plant not selected. Dark gray plant names indicate plants that are not yet modeled. F i g u r e D .2. S e l e c t i n g a R i v e r S y s t e m s a n d P l a n t s A s s h o w n i n F i g u r e D . 2 , I f t h e c h e c k b o x n e x t t o a r i v e r s y s t e m n a m e i s c l i c k e d , t h e r i v e r s y s t e m w i l l b e s i m u l a t e d . T o o p t i m i z e t h e r i v e r s y s t e m , t h e u s e r m u s t c h e c k at l e a s t o n e p l a n t u n d e r t h e \" O p t i m i z e d \" h e a d i n g . W h e n a r i v e r s y s t e m i s s e l e c t e d , t h e n a l l t h e p l a n t s i n that r i v e r s y s t e m w i l l b e s i m u l a t e d . If, at l e a s t o n e p l a n t i n a r i v e r s y s t e m h a s b e e n s e l e c t e d f o r o p t i m i z a t i o n (e.g. t h e P e a c e s y s t e m ) , t h e n t h e e n t i r e set o f p l a n t s i n t h e r i v e r s y s t e m i s o p t i m i z e d . T h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e o f p l a n t s t h a t a r e n o t s e l e c t e d f o r o p t i m i z a t i o n i n a n o p t i m i z e d r i v e r s y s t e m i s f i x e d at t h e L R B s c h e d u l e d g e n e r a t i o n . T o i n f o r m t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l o n t h i s u s e r ' s c h o i c e , a n i n s t r u c t i o n i s a u t o m a t i c a l l y g e n e r a t e d a n d s a v e d t o a t e x t f i l e w h e n th e G U I s e s s i o n e n d s . T h i s i n s t r u c t i o n h a s b e e n f o r m a t t e d i n s u c h a w a y t h a t i t c a n b e i n c l u d e d i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l , a n d i t c o n s i s t s o f t h e f o l l o w i n g A M P L m o d e l i n g l a n g u a g e s y n t a x : \" f i x {t i n i n i t i a l . . T} P['PCN', t];\". W h e r e \" f i x \" i s a n A M P L c o m m a n d t h a t f i x e s t h e v a r i a b l e \"P\" i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l f o r t h e \"PCN\" p l a n t f o r t i m e s t e p s \" t \" s t a r t i n g at t h e \" i n i t i a l \" t i m e s t e p a n d u p t o t h e l a s t t i m e s t e p i n the s t u d y \"T\". I f m o r e t h a n o n e p l a n t , i n a n o p t i m i z e d r i v e r s y s t e m w e r e s e l e c t e d f o r o p t i m i z a t i o n , the s a m e i n s t r u c t i o n i s r e p e a t e d w i t h t h e c o r r e s p o n d i n g i d e n t i f i c a t i o n f o r t h e p l a n t . B e i n g a b l e t o i s s u e i n s t r u c t i o n s o f t h i s t y p e i s o n e o f m a i n a d v a n t a g e s o f u s i n g a g e n e r a l p u r p o s e m o d e l i n g l a n g u a g e s u c h as A M P L . O n c e th e G U I s e s s i o n e n d s , t h e f i l e c o n t a i n i n g t h e i n s t r u c t i o n s i s t r a n s f e r r e d b y t h e c l i e n t s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l t o t h e N T S e r v e r a n d i s l a t e r i n c l u d e d i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l t o f i x t h e L R B g e n e r a t i o n s c h e d u l e ( t h e P e a c e C a n y o n i n t h i s c a s e ) . A s a g e n e r a l r u l e , t h i s o p t i o n c a n b e u s e d f o r p l a n t s d o w n s t r e a m o f o t h e r p l a n t s i n a r i v e r s y s t e m . I n a d d i t i o n t o f i x i n g i t s L R B g e n e r a t i o n s c h e d u l e , t h e g e n e r a t i o n a n d t u r b i n e d i s c h a r g e l i m i t s f o r t h e c o n c e r n e d p l a n t a r e d r o p p e d b y the f o l l o w i n g A M P L i n s t r u c t i o n s : \u00E2\u0080\u00A2 drop {t i n i n i t i a l . .T} PLANT_DISCHARGE_BOUNDS[ 'PCN' ,t] ; \u00E2\u0080\u00A2 drop {t i n i n i t i a l . . ! \" } TURBINE_BOUNDS [ ' PCN ' , t ] ; \u00E2\u0080\u00A2drop {t i n i n i t i a l . . T } GENERATION_LIMITS['PCN',t]; It s h o u l d b e n o t e d , h o w e v e r , t h a t t h e f o r e b a y l e v e l l i m i t s o f t h e p l a n t a r e n o t d r o p p e d f r o m t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l . T h e r a t i o n a l e f o r t h i s m e t h o d o l o g y i s p r i m a r i l y t o m a i n t a i n t h e 250 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t p l a n t ' s f o r e b a y e l e v a t i o n s ( P C N i n t h i s c a s e ) w i t h i n t h e i r o p e r a t i o n a l l i m i t s b y o p t i m i z i n g t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e o f t h e u p s t r e a m p l a n t ( G M S i n t h i s c a s e ) , o t h e r w i s e , t u r b i n e d i s c h a r g e s f r o m t h e u p s t r e a m p l a n t c o u l d c a u s e d o w n s t r e a m f o r e b a y l e v e l s t o e x c e e d t h e i r l i m i t s . T h i s i s p a r t i c u l a r l y t h e c a s e s i n c e m o s t d o w n s t r e a m r e s e r v o i r s a r e s m a l l , a n d a r e l o c a t e d b e l o w l a r g e c a p a c i t y p l a n t s (e.g., P C N i s l o c a t e d d o w n s t r e a m o f G M S ) . 251 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r Real-time H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t h n v i r o n m e n t Table D . l . River Systems and 1 [ydroelectric Facilities in the GUI River System Currently Modeled Hydroelectric Generating Plants (ID) The Peace River System \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 G o r d o n M . S h r u m G e n e r a t i n g P l a n t ( G M S ) P e a c e C a n y o n G e n e r a t i n g P l a n t ( P C N ) The Columbia River System \u00E2\u0080\u00A2 The Upper Columbia River System \u00E2\u0080\u00A2 The Kootenay River System \u00E2\u0080\u00A2 The Pend d'Oreille River System \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 X X X X X X X X X X X \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 M i c a G e n e r a t i n g P l a n t ( M C A ) R e v e l s t o k e G e n e r a t i n g P l a n t ( R E V ) A r r o w L a k e s s t o r a g e f a c i l i t i e s ( A R D ) W h a t s h a n G e n e r a t i n g P l a n t ( W G S ) W a l t e r H a r d m a n G e n e r a t i n g P l a n t ( W H N ) C o r r a L i n n G e n e r a t i n g P l a n t ( C O R ) K o o t e n a y C a n a l G e n e r a t i n g P l a n t ( K C L ) U p p e r B o n n i n g t o n G e n e r a t i n g P l a n t ( U B O ) L o w e r B o n n i n g t o n G e n e r a t i n g P l a n t ( L B O ) S o u t h S l o c a n G e n e r a t i n g P l a n t ( S L C ) B r i l l i a n t G e n e r a t i n g P l a n t ( B R D ) S e v e n M i l e G e n e r a t i n g P l a n t ( S E V ) W a n e t a G e n e r a t i n g P l a n t ( W A N ) The Campbell River System sss S t r a t h c o n a G e n e r a t i n g P l a n t ( S C A ) L a d o r e G e n e r a t i n g P l a n t ( L D R ) J o h n H a r t G e n e r a t i n g P l a n t ( J H T ) The Jordan River System X X J o r d a n D i v e r s i o n W e i r ( J O D ) J o r d a n G e n e r a t i n g P l a n t ( J O R ) The Stave Falls River System sss A l l o u e t t e G e n e r a t i n g P l a n t ( A L U ) S t a v e F a l l s G e n e r a t i n g P l a n t ( S F L ) R u s k i n G e n e r a t i n g P l a n t ( R U S ) The Coquitlam River System X X X C o q u i t l a m L a k e ( C O Q ) L a k e B u n t z e n G e n e r a t i n g P l a n t 1 ( L B 1 ) L a k e B u n t z e n G e n e r a t i n g P l a n t 2 ( L B 2 ) The Bridge River System \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 B r i d g e G e n e r a t i n g P l a n t s ( B R ) L a J o i e G e n e r a t i n g P l a n t ( L A J ) S e t o n G e n e r a t i n g P l a n t ( S O N ) The Ash River System \u00E2\u0080\u00A2 A s h G e n e r a t i n g P l a n t ( A S H ) The Cheakamus River System \u00E2\u0080\u00A2 C h e a k a m u s G e n e r a t i n g P l a n t ( C M S ) The Clowhom River System \u00E2\u0080\u00A2 C l o w h o m G e n e r a t i n g P l a n t ( C O M ) The Puntledge River System X P u n t l e d g e G e n e r a t i n g P l a n t ( P U N ) The Wahleach River System \u00E2\u0080\u00A2 W a h l e a c h G e n e r a t i n g P l a n t ( W A H ) 2 5 2 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t D.2. Confirming the Starting Forebay Elevation T h e s t a r t i n g e l e v a t i o n i n p u t d a t a f i e l d s h o w n i n F i g u r e D.2 a b o v e , h a s b e e n p r o v i d e d f o r t h e u s e r t o c o n f i r m t h e i n i t i a l f o r e b a y e l e v a t i o n f o r t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n r u n . T h e d e f a u l t f o r e b a y v a l u e s l i s t e d i n t h e G U I a r e r e a d f r o m t h e a c t u a l f o r e b a y e l e v a t i o n s i n t h e L R B s y s t e m , as s a v e d i n t h e L R B i n p u t d a t a f i l e s . I f t h e u s e r m o d i f i e s t h e s t a r t i n g e l e v a t i o n f o r a p l a n t , t h e n t h e c o l o r o f t h e s t a r t i n g e l e v a t i o n w i l l c h a n g e t o r e d (e.g. P C N i n t h e i l l u s t r a t i o n a b o v e ) , a n d t h e r e s t o r e b u t t o n w i l l b e a c t i v a t e d . T h e u s e r c a n r e s t o r e t h e o r i g i n a l v a l u e o f t h e s t a r t i n g e l e v a t i o n b y p r e s s i n g t h e r e s t o r e b u t t o n . T h e s t a r t i n g e l e v a t i o n i s a n i m p o r t a n t i n p u t p a r a m e t e r i n t h e s t u d y a n d t h i s f a c i l i t y w a s p r o v i d e d t o c h e c k t h e e l e v a t i o n f o r a n y o b v i o u s e r r o r s o r b a d i n p u t v a l u e s t h a t m i g h t h a v e s l i p p e d b y d u r i n g t h e d a t a c h e c k p r o c e d u r e o u t l i n e d i n S e c t i o n 4.3.1. D.3. Setting the Time Parameters for the Study A s s h o w n i n F i g u r e D.3, t h e u s e r c a n set t h e s t u d y start d a t e , start h o u r , a n d t h e n u m b e r o f h o u r s i n t h e s t u d y b y s i m p l y e n t e r i n g t h e v a l u e s i n t h e a p p r o p r i a t e i n p u t d a t a f i e l d s h o w n b e l o w : Study Start Date |05-15-1998 Study Start hour Number of study hours Number of Plants \u00C2\u00A3a Enter Study Start Date here 4JJ Enter Study Start hour here o to 1 0 o l/\u00C2\u00AB kO IO kn kO to kO ID IO iff kO to kn kO i IN 11 t N IN i i t N tN i i I N IN t 1 I N IN i i 1 N ' * \u00E2\u0080\u0094 *~ ' \" - *~ **\" *~ \u00E2\u0080\u0094 , ,\u00E2\u0080\u0094 * - *~ * T *\u00E2\u0080\u0094 : j CH Ci C H CH C1 CH CH C4 CH CH C4 CH CH Ci lf\ 'O LT! kq \u00C2\u00BB0 W. kQ tq *A O kfi to kn kf> IO kO kO IO kD kO to kO :-:5 | IN 1. 1 t N tN \".I t N IN i i t N IN t i tN 11 i ^ ~ t\u00E2\u0080\u0094 *~ *~ i \u00E2\u0080\u0094 \u00E2\u0080\u00A2*\u00E2\u0080\u0094 _ \"* \u00E2\u0080\u0094 * \" * - * -IT) 10 11 I N tN 1.1 t N tN 11 t N tN t i I N t N m kO kO kO to kn vi in LO kO kO kn kO to kn kO IO kO to t 1 I N tN L N tN t i t N tN 11 t N t N ~\" r\" *\"* * *~' * t N ' N t H I N *n to kO to kO to kn kO in t N I N t H t M ' N *~\" *~ *~ \u00E2\u0080\u0094 t i t N tN t i t N in in n in in W N 8 W N t N in tN in 1 1 in t N in ' N in 1 3 in t N in ' N in t H in I N in W N N h - Y - h -T\u00E2\u0080\u0094 r\u00E2\u0080\u0094 r - h - N 8 8 \u00C2\u00AB \u00C2\u00BB tN in t i in t N in tN tn t l in t N in \u00E2\u0080\u00A2 N in t i in t N in ' N in t H in t N in h - r - K -r- V - 8 8 3 8 N \u00C2\u00AB 8 t N ' N t i ; in in in ^ U W \u00C2\u00AB 8 \u00C2\u00AB \u00C2\u00BB 8 \u00C2\u00AB W 8 \u00C2\u00AB \u00C2\u00BB ID O F i g u r e D . 8 . G U I O p t i o n a l O p e r a t i o n a l L i m i t s : M a x i m u m F o r e b a y L e v e l 256 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t X \u00E2\u0080\u00A2 to 01 a c I 7 s 5 .2 a M n 2 e ,9 v e ti C3 ,g i a TJ 4) SL O j Q s LL S1 8 3 a P i \u00E2\u0080\u00A2a CU 1 CU u &0 ( H u cd 5 ft QO i\u00E2\u0080\u0094\u00E2\u0080\u0094l H *3bL 1-51-U S 6b S3 o X s||!dspa|npai.psNnd X r- CO cr n CO 00 CO ro ro CO CO io O CO CO cd CO rd cd oi CO cri \u00E2\u0080\u00A2rt \u00E2\u0080\u00A2*t * CO Cr :d CO CO CO CO CO \u00E2\u0080\u00A2> Q CO ro CO CO cd ro CO CO Co CO -r CO cr ro CO CO CI CO cr co co CO 00 ro CO CO CO Is. rr ^t 1- m cr ro (O CO X) \u00C2\u00AB> Cl in CO cr. yi co CO oi CO yi to CO CO co TT XT \u00E2\u0080\u00A2rt zt T CO cr ro CO cd U JB x~ >\u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u00A2 ff) cd cr cr :d CO CO CO CO co CO oo CO :o 1 . 2 i f m O c u a I \u00C2\u00BB CO c o 'J3 B. ra 257 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t iN g \u00C2\u00A3 \"* 0 E? -c 1 J <75 O 9 s J a. 3 \u00E2\u0080\u00A23 J 13 tn 1 1) 5 5 u-3 Z tt a a o ts o w 00 sO 1\u00E2\u0080\u00941 o ley tin o T era six L S 0 3 0 0 0 0 0 0 o o o o c o Q O o o C D o o C D cz o o o o o o o c o o o 5 o o o o o c o Q o o o 8 8 8 8 e 8 8 8 8 8 o o CD o CD T\u00E2\u0080\u0094 O o c c: 7 O o O o V\" Q o o o o o o o o o c CD CD CD o \u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u0094 o o o o c CO CO CO CO cr o o o o o o o 5 o o o o o o o UJ UJ UJ UJ o o o o c o its o O (v-| 2r o DO o Q co O O O UJ u i UJ O O O n n n o o o cr. o o o c co co co cr O O O O O O C D o o o o y n co y o o o o c o o o o o o o o o c o o 5 o o CD CD CD CD e: o o o o o CO CO CO CO cr CC CO CO CO ro 8 8 8 O CD O o O CD o o o o o o U U i UJ CO CO o Q c o o o o ZD o CD CD O o o o CD cz o o o o ZD CD CD CD CD CD o o o c o o 0 o CD o CD CD CD CD o CD o a o o CO ro ro CO CO CO CO CO CO CO o O Zl o CD O o o o o 8 8 8 8 o LJ O UJ _J o CD UJ o 1\u00E2\u0080\u0094' o 1\u00E2\u0080\u0094' o UJ CD UJ o UJ o CD cz \u00E2\u0080\u00A2= o o o o CO CO n CO CO CO CO \u00E2\u0080\u00A2ro CO CO ^~ T\u00E2\u0080\u0094 CD CZ O o o O 3 o O CD o o o CD o cr. o o o o ZD CD CD CD CD CD CD CD o cr o o o O O o O o o O CD 1\u00E2\u0080\u0094' >_ '_' l_> \"0 .tV\u00E2\u0080\u009E ro CO CO CO CO CO CO CO T- T ~ O o ZD CD o o o o o CD CD CZ o o O o ZD CD o o o o o CD CD cz o o o o =D CD CD CD CD CD CD CD CD c: o \u00C2\u00A9 o o ZD O o o o o o O o UJ UJ 1\u00E2\u0080\u00941 UJ UJ UJ UJ UJ u_ o o ZD o o D CD o o o o cz o o o o ZD o o Q CD o o o o cz o o o o => CD CD CD CD CD CD CD CD c: o o o o ZD o o O O o o o o CZ o o o o ZD o o o o CD CD CD CD cr. o o 8 8 8 8 8 8 8 8 8 3 8 8 8 o o o o o o o O o <= o o 1 1 o =D CD CD CD o o CD CD CD cr. CD o ro CM ro in Is. CO oo O cs CI OJ r-j <0 -8 o -o c \u00E2\u0080\u00A25 > o F i g u r e D.10. G U I O p t i o n a l O p e r a t i o n a l L i m i t s : M a x i m u m P l a n t D i s c h a r g e L i m i t 258 A Decision Support System tor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment N Q . o TJ C n o \u00C2\u00A3 (0 CL o 15 c 1 i 0 x 3 \u00E2\u0080\u00A2J It! s C 9 UJ e ix ii. Lt \u00E2\u0080\u00A2o J) \"3 \u00E2\u0080\u00A2a u S e \"43 ft s-0. B a I <\u00C2\u00BB-e \u00C2\u00A3 C c a -= E\u00E2\u0080\u0094 S W LZI 26 f7 Zi o I o o a u|fy jj-|f N Day YJ cn i*> I-- --_ 1^ -o rv . I O r- h* IO (-- in r- o \u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u0094 >n r-I O i r . r- IO 05 a i 'JJ 'JJ kj J \u00C2\u00AB UJ o \u00E2\u0080\u00A2j J X i LJJ OO *? Q m CD uo cn U0 Ci g-> 3) kn cr. wo CO UO cn kO o> IO CO UO \u00E2\u0080\u00A2Xi kn n kO co kO o kO cn k\u00C2\u00A3 cr m i n k n 'Xi i j i 01 If) \u00E2\u0080\u00A27) i n .CD , kn o n X i UO O) o* 05 i n co in CD UJ r v j f U. fv-w u ) r-_ M l u \u00E2\u0080\u00A2 r-- o o o o UJ LJ. fv. n 1 i n kp Cr-If) \u00E2\u0080\u00A2TJ if> if> C J J0 ID UO CO 2w OS Q uo co UO CO u0 o zo kr c r kO CO UO CO kn CJJ IO CO kO CO kn CO f> T) kO CO kn o k n CO If. a ; \u00C2\u00AB CO kn CO kO CT-uo CO uo CO kO o JO ID u o CO co 05 If) r-_ VI lv_ kO K . \u00E2\u0080\u00A2O kr o UO |v_ kfl |v_ IO u o lv_ UO Iv. JO \u00E2\u0080\u00A2-\u00E2\u0080\u0094 kn VO K . k n IT kJ-J k f CT. i n \u00E2\u0080\u00A2JJ k n \u00E2\u0080\u00A2JJ kn C J JO CO u o CD C ( ->-\u00E2\u0080\u00A2 05 U 8 s \u00C2\u00BB \u00C2\u00BB 8 \u00C2\u00BB CO 8 kn i-- kn i-- in i - m i-- m h- JO u o > 8 IT) UO JO If. o kp U0 k n UO k n kn k n ki- M-l IJ-I i p i n k n kO JO u o Hour CM CO if. o r~ CO CO o - .\u00E2\u0080\u00A2si \u00E2\u0080\u00A2*\u00E2\u0080\u00A2 |J-> te N CT- o CN c.i C-l y> TV Tf 3 \u00E2\u0080\u00A23 3 F i g u r e D . l l . G U I O p t i o n a l O p e r a t i o n a l L i m i t s : M i n i m u m G e n e r a t i o n L i m i t 2 5 9 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment D .5. Setting the Optimization Objective Function T h e u s e r c a n s e l e c t o n e o f f o u r o b j e c t i v e f u n c t i o n s f o r t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y b y p r e s s i n g o n t h e d r o p - d o w n m e n u a n d s c r o l l i n g t o t h e d e s i r e d o b j e c t i v e f u n c t i o n a s s h o w n i n F i g u r e D.12. F o r e a c h o b j e c t i v e f u n c t i o n , e x c e p t M i n _ Q H K , a s e t o f i n p u t p a r a m e t e r s i s r e q u i r e d as d e s c r i b e d b e l o w . O n c e t h e u s e r c o m p l e t e s the i n p u t s e s s i o n , t h e s e l e c t e d o b j e c t i v e f u n c t i o n i s w r i t t e n t o t h e c o n t r o l f i l e . Press and scroll down to select the optimization objective function Figure D .12. Selecting the Optimization Objective Function D.5.1. Minimize the Cost of Water Used Objective Function T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n m i n i m i z e s t h e c o s t o f W a t e r d i s c h a r g e d f r o m t h e o p t i m i z e d p l a n t s w e i g h t e d b y a C o s t F a c t o r ( C F ) . C F i s a u s e r i n p u t p a r a m e t e r f o r e a c h p l a n t , a n d i t r e f l e c t s t h e c o s t o f W a t e r t o b e u s e d f o r p o w e r g e n e r a t i o n a n d o t h e r p u r p o s e s f r o m e a c h p l a n t . A h i g h C F c o r r e s p o n d s t o m o r e c o s t l y w a t e r , o r m o r e v a l u a b l e w a t e r , f r o m t h e c o r r e s p o n d i n g p l a n t . T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n w o u l d t y p i c a l l y b e u s e d w h e n t h e u s e r p r e f e r s t o h a v e m o r e c o n t r o l o v e r t h e a m o u n t o f w a t e r t o b e u s e d f r o m e a c h p l a n t i n a r i v e r s y s t e m , p a r t i c u l a r l y f r o m t h e u p p e r m o s t r e s e r v o i r (e.g. t h e K i n b a s k e t i n t h e C o l u m b i a , o r t h e W i l l i s t o n i n t h e P e a c e ) . I f t h e u s e r w i s h e s t o u s e m o r e w a t e r f r o m a p a r t i c u l a r p l a n t o r r i v e r s y s t e m , t h e n l o w e r C F v a l u e s w o u l d b e a s s i g n e d t o the p l a n t s i n t h a t r i v e r s y s t e m . T h e d e f a u l t C F v a l u e s a r e d e t e r m i n e d b y d i v i d i n g 1.0 b y t h e n u m b e r o f p l a n t s s e l e c t e d f o r o p t i m i z a t i o n . A l t h o u g h i t i s a g o o d p r a c t i c e t o n o r m a l i z e t h e C F v a l u e s t o a d d u p t o 1.0, i t i s n o t a r e q u i r e m e n t . I f t h e u s e r h a s a c c e s s t o t h e m a r g i n a l c o s t o f W a t e r f o r e a c h p l a n t ( i n $ / c u b i c m e t e r s ) i n t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y , t h e s e v a l u e s c a n b e e n t e r e d , a n d t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y w i l l t h e n m i n i m i z e t h e r e l a t i v e v a l u e o f t h e p l a n t d i s c h a r g e s u s e d t o m e e t t h e l o a d . O n c e t h e u s e r h a s i n p u t t h e C F v a l u e s f o r e a c h p l a n t i n the o p t i m i z a t i o n s t u d y , a n d p r e s s e s t h e \" S a v e \" b u t t o n as s h o w n i n F i g u r e D . l 3 , a t e x t f i l e i s g e n e r a t e d b y t h e G U I . T h i s f i l e l i s t s t h e o p t i m i z e d p l a n t i d e n t i f i c a t i o n a n d t h e c o r r e s p o n d i n g C F v a l u e s i n A M P L s y n t a x . I n a d d i t i o n t h e G U I g e n e r a t e s t h e c o n t r o l f i l e a s i l l u s t r a t e d i n A n n e x D. T h e r e a f t e r , t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y w i l l b e i n i t i a l i z e d b y r u n n i n g t h e c l i e n t s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l i n a D O S W i n d o w s s e s s i o n . T h e c l i e n t s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a l e r t s t h e s e r v e r c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a n d c o m p r e s s e s a n d t r a n s f e r s i n p u t d a t a t o the N T S e r v e r . W h e n t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y i s c o m p l e t e , t h e c l i e n t c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l t a k e s o v e r , l a u n c h e s t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e a n d t h e R e s u l t s D i a l o g u e F o r m , a n d t e r m i n a t e s i t s e l f a n d t h e D O S W i n d o w s s e s s i o n . 2 6 0 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t B I S IH Optimized Plants Cost Factor Plant Cost Factor LAJ Ll 06667 BR 0 06667 S O N 0 06667 C O M 0 06667 W A H 0.06667 S C A 0.06667 L D R 0 06667 J H T 0 06667 A S H 0.06667 G M S 006667 P C N 0 06667 M C A 0 06667 R E V 0 06667 Plant Cost Factor S E V 0.06667 \u00E2\u0080\u00A2.VAN 0 06667 F i g u r e D.13. T h e C o s t F a c t o r U s e r I n p u t F o r m f o r M i n _ Q C F O b j e c t i v e F u n c t i o n D.5.2. Maximize the Efficiency Objective Function T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n u s e s the h y d r a u l i c v a l u e H / K t o w e i g h t h e t u r b i n e d i s c h a r g e s f r o m e a c h p l a n t . It m i n i m i z e s the t o t a l w a t e r d i s c h a r g e d f r o m t h e t u r b i n e s a n d t h e s p i l l s w e i g h t e d b y t h e H / K f a c t o r s . I n i t s c u r r e n t s e t t i n g , t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n w o u l d t y p i c a l l y b e u s e d w h e n t h e u s e r w o u l d l i k e t o m a x i m i z e t h e e f f i c i e n c i e s o f t h e o p t i m i z e d p l a n t s . T h e H / K v a l u e s a r e u s e d as a p r o x y f o r the p l a n t ' s e f f i c i e n c y , a n d t h e y a r e c a l c u l a t e d b y d i v i d i n g t h e p l a n t ' s g e n e r a t i o n b y its t u r b i n e d i s c h a r g e . T h e o p t i m i z a t i o n m o d e l c a l c u l a t e s the H / K v a l u e s i n t e r n a l l y a n d c o r r e c t s f o r h e a d v a r i a t i o n s i n e a c h r u n . O n c e t h e u s e r p r e s s e s t h e \" O K \" b u t t o n , t h e G U I g e n e r a t e s the c o n t r o l f i l e as i l l u s t r a t e d i n A n n e x D . T h e r e a f t e r , t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y w i l l b e i n i t i a l i z e d b y r u n n i n g t h e c l i e n t s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l i n a D O S W i n d o w s s e s s i o n . T h e c l i e n t s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a l e r t s t h e s e r v e r c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a n d c o m p r e s s e s a n d t r a n s f e r s i n p u t d a t a t o t h e N T S e r v e r . W h e n the o p t i m i z a t i o n s t u d y i s c o m p l e t e , t h e c l i e n t c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l t a k e s o v e r , l a u n c h e s t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e a n d the R e s u l t s D i a l o g u e F o r m , a n d t e r m i n a t e s i t s e l f a n d t h e D O S W i n d o w s s e s s i o n . 261 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment D.5.3. Maximize the Power Production Objective Function T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n m a x i m i z e s t h e v a l u e o f t h e a d d i t i o n a l p o w e r t h a t c o u l d b e g e n e r a t e d i n t h e s t u d y , p r o v i d e d that t a r g e t r e s e r v o i r l e v e l s at the e n d o f t h e s t u d y a r e met. T h e t a r g e t r e s e r v o i r l e v e l s a r e d e t e r m i n e d b y s i m u l a t i n g t h e f o r e b a y l e v e l s g i v e n t h e L R B g e n e r a t i o n s c h e d u l e , s p i l l s a n d t h e r e s e r v o i r i n f l o w s . T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n w o u l d t y p i c a l l y b e u s e d w h e n t h e u s e r w o u l d l i k e t o m a x i m i z e t h e s h o r t - t e r m r e v e n u e s f r o m s p o t s a l e s . It s h o u l d b e n o t e d t h a t w h e n t h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n i s u s e d , t h e t e r m i n a l r e s e r v o i r l e v e l s a r e f i x e d at t h e i r s p e c i f i e d v a l u e s . W h e n th e \" O K \" b u t t o n i s p r e s s e d , t h e \" H o u r l y S p o t S a l e s P r i c e s \" f o r m i s d i s p l a y e d as s h o w n i n F i g u r e D.14. T h e f o r m p r o m p t s t h e u s e r t o i n p u t t h e e x p e c t e d s p o t p r i c e s t r u c t u r e f o r t h e e x t r a p o w e r t h a t c o u l d g e n e r a t e d a n d s o l d i n t h e s p o t m a r k e t f o r t h e s t u d y p e r i o d . T h e s e p r i c e s w i l l i n f l u e n c e t h e h o u r l y d i s t r i b u t i o n o f t h e e x t r a p o w e r tha t c a n b e g e n e r a t e d . O n c e th e G U I s e s s i o n e n d s it w r i t e s t h e s p o t p r i c e s t o a t e x t f i l e i n A M P L s y n t a x a n d g e n e r a t e s t h e c o n t r o l f i l e . T h e r e a f t e r , t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y w i l l b e i n i t i a l i z e d b y r u n n i n g t h e c l i e n t s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l i n a D O S W i n d o w s s e s s i o n . T h e c l i e n t s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a l e r t s t h e s e r v e r c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a n d c o m p r e s s e s a n d t r a n s f e r s i n p u t d a t a t o t h e N T S e r v e r . W h e n the o p t i m i z a t i o n s t u d y i s c o m p l e t e , t h e c l i e n t c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l t a k e s o v e r , l a u n c h e s t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e a n d t h e R e s u l t s D i a l o g u e F o r m , a n d t e r m i n a t e s i t s e l f a n d the D O S W i n d o w s s e s s i o n . Hourly Spot Sales Prices F i g u r e D.14. S p o t P r i c e s f o r t h e M a x _ P O b j e c t i v e F u n c t i o n 262 A Decision Support System ior Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment D.5.4. Maximize the Profit Objective Function. T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n i s i n t e n d e d f o r u s e i n t h e S h i f t O f f i c e i n r e a l - t i m e o p e r a t i o n s m o d e . It m a k e s t h e o p t i m a l t r a d e o f f b e t w e e n t h e p r e s e n t b e n e f i t s ( r e p r e s e n t e d b y s p o t s a l e s ) w i t h t h e e x p e c t e d l o n g - t e r m v a l u e o f e n e r g y i n s t o r a g e ( r e p r e s e n t e d b y t h e m a r g i n a l v a l u e o f s t o r e d w a t e r i n r e s e r v o i r s ) . T h e p r e s e n t f o r m u l a t i o n i n c l u d e s t h e v a l u e o f s p o t s a l e s t o t h e U.S. a n d t o A l b e r t a , a n d t h e v a l u e s o f d e v i a t i o n s f r o m r e s e r v o i r t a r g e t l e v e l s . T h e t a r g e t l e v e l s a r e as set b y t h e u s e r i n t h e G U I ( s e e t h e \" D r o p T a r g e t \" i n p u t f o r m s h o w n i n F i g u r e D . 1 9 ) . T h e v a l u e s o f t h e d e v i a t i o n f r o m t h e t a r g e t l e v e l a r e c a l c u l a t e d b y m u l t i p l y i n g t h e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r ( M V W ) b y t h e v o l u m e o f d e v i a t i o n f o r e a c h p l a n t . T h e M V W f o r t h e o p t i m i z e d p l a n t s i s c a l c u l a t e d i n t h e m o d e l u s i n g t h e m a r g i n a l v a l u e o f e n e r g y , w h i c h i s a us e r - i n p u t p a r a m e t e r s p e c i f i e d i n t h e G U I ' s \" R b c h \" i n p u t f o r m s h o w n i n F i g u r e D.17. T h e v a l u e o f s p o t s a l e s a r e c a l c u l a t e d b y m u l t i p l y i n g t h e o p t i m i z e d n e t s p o t t r a d i n g s c h e d u l e s b y t h e s p o t p r i c e i n e a c h m a r k e t as s p e c i f i e d b y t h e u s e r i n t h e G U I \" S p o t P r i c e s / T r a n s . C a p a c i t y \" i n p u t f o r m s h o w n i n F i g u r e D.18. D.5.4.1. Specifying the Plant's Marginal Value of Energy T h e R b c h f o r t h e o p t i m i z e d p l a n t s i s a n i n p u t p a r a m e t e r t h a t t h e u s e r c a n s p e c i f y u s i n g t h e G U I \" R b c h \" i n p u t f o r m s s h o w n i n F i g u r e D.15. T h e u n i t f o r R b c h i s i n d o l l a r s p e r M W H r . T h e d e f a u l t v a l u e s f o r R b c h a r e r e a d f r o m a d e f a u l t t e x t f i l e t h a t c o u l d b e g e n e r a t e d b y a n y o t h e r a p p l i c a t i o n (e.g., o t h e r o p t i m i z a t i o n m o d e l s ) , a n d c o u l d r e s i d e a n y w h e r e i n t h e B . C . H y d r o c o m p u t e r n e t w o r k . T h e u s e r c a n c h a n g e t h e s e v a l u e s t o r e f l e c t t h e c u r r e n t m a r g i n a l v a l u e o f e n e r g y f o r e a c h o p t i m i z e d p l a n t , o r t o p e r f o r m w h a t - i f - a n a l y s i s . T h e G U I w r i t e s R b c h t o a t e x t f i l e i n A M P L s y n t a x (e.g., param Rbch: = GMS 3 5 ; ) . 2 6 3 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Optimized Plant A L U _ _ RUS LAI BR SON CMS COM W A H SCA LDR JHT GMS PCN Rbch Marginal Value of Energy [BCHydro Rate) 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 Figure D.15. Setting the Marginal Value of Energy (Rbch) D.5.4.2. Specifying the Plant's Forebay Target A s s h o w n i n F i g u r e D . l 6 , the D r o p T a r g e t G U I i n p u t f o r m a l l o w s t h e u s e r t o d r o p the f o r e b a y t a r g e t l e v e l i n t h e l a s t t i m e s t e p f o r a n y o p t i m i z e d p l a n t i n t h e s t u d y . I f t h e u s e r c h e c k s t h e b o x n e x t t o t h e p l a n t n a m e (e.g., G M S ) , t h e n t h e c o n s t r a i n t t h a t f i x e s t h e p l a n t ' s s i m u l a t e d f o r e b a y e l e v a t i o n u s i n g t h e L R B s c h e d u l e d g e n e r a t i o n w i l l b e d r o p p e d , t h u s g i v i n g t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l t h e f r e e d o m t o f l u c t u a t e w i t h i n t h e p l a n t ' s o p e r a t i o n a l l i m i t s . If. h o w e v e r , t h e b o x i s n o t c h e c k e d , t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l c o n s t r a i n t t h a t f i x e s t h e l a s t t i m e s t e p f o r e b a y t a r g e t w i l l b e e n f o r c e d , j Optimized Plants GMS Drop Last Time Step FB Target! !f!ll!l!i!:; - -= Fix Forebay Target Target Date, Hour I11998-05-14 : 0 i| 1998-05-14 : 0 || 1998-05-14 : 0 (1998-0514 b~ Figure D.16. Setting the Reservoir's Target Forebay Levels 2 6 4 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t T h e f i x f o r e b a y t a r g e t a n d t a r g e t d a t e a n d h o u r a l l o w t h e u s e r t o set a f o r e b a y t a r g e t v a l u e a n d a t i m e s t e p w i t h i n t h e s t u d y p e r i o d . T h i s f o r e b a y e l e v a t i o n , t a r g e t d a t e a n d h o u r a r e u s e d i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l t o c a l c u l a t e t h e d e v i a t i o n i n r e s e r v o i r s t o r a g e . U s i n g t h e R b c h , th e m a r g i n a l v a l u e o f w a t e r i s c a l c u l a t e d i n t h e m o d e l a n d the v a l u e o f t h e d e v i a t i o n i n r e s e r v o i r s t o r a g e w i l l b e d e t e r m i n e d a n d u s e d i n t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n . T h e G U I w r i t e t w o t e x t f i l e s i n A M P L s y n t a x f o r l a t e r u s e b y t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l . O n e f i l e c o n t a i n s t h e c o n s t r a i n t s i m p o s e d b y the u s e r o n t h e l a s t t i m e s t e p f o r e b a y t a r g e t l e v e l (e.g., \"drop LRB_STORAGE [ ' GMS ' ] ; \" ) , a n d t h e o t h e r c o n t a i n s t h e f o r e b a y t a r g e t l e v e l a n d t h e c o r r e s p o n d i n g h o u r i n t h e s t u d y f o r t h e t a r g e t (e.g., \"param: Target_FB Target_Hr := GMS 661.18 2 4 ; \" ) . T h e d e f a u l t v a l u e s f o r t h e f o r e b a y l e v e l a n d h o u r a r e s e t t o c o r r e s p o n d t o t h e l a s t t i m e s t e p i n t h e s t u d y a n d a r e c u r r e n t l y o b t a i n e d f r o m t h e L R B s y s t e m . D.5.4.3. Specifying the Available Transmission Capacity and Spot Prices T h e o p t i m i z a t i o n m o d e l i n c l u d e s a set o f c o n s t r a i n t s t h a t l i m i t t h e n e t s p o t t r a d i n g s c h e d u l e s t o t h e U.S. a n d A l b e r t a t o t h e a v a i l a b l e t r a n s m i s s i o n t i e l i n e c a p a c i t i e s ( A T C ) . A s s h o w n i n F i g u r e D.18, t h e G U I a l l o w s t h e u s e r t o r e v i e w a n d c h a n g e t h e h o u r l y f o r e c a s t A T C v a l u e s , w h i c h a r e p r o v i d e d , e l e c t r o n i c a l l y , e a c h h o u r b y P o w e r E x t o t h e L R B s y s t e m . T o e n a b l e t h e u s e r t o p e r f o r m w h a t - i f - a n a l y s i s , t h e u s e r c a n a l s o s p e c i f y t h e t i e l i n e c a p a c i t y l i m i t s f o r e a c h d a y , f o r e a c h m a r k e t , a n d f o r p r e d e t e r m i n e d b l o c k s o f h o u r s r e p r e s e n t i n g p e a k , . h i g h , a n d l o w l o a d h o u r s . T h e G U I w r i t e s t h e h o u r l y A T C v a l u e s t o a t e x t f i l e i n t h e A M P L s y n t a x f o r l a t e r u s e b y t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l . A s s h o w n i n F i g u r e D . 19, t h e \" S p o t P r i c e s / T r a n s . C a p a c i t y \" i n p u t f o r m i n t h e G U I a l l o w s t h e u s e r t o r e v i e w a n d m o d i f y P o w e r E x ' s f o r e c a s t a v e r a g e s p o t p r i c e s i n t h e U.S. a n d A l b e r t a e l e c t r i c i t y m a r k e t s ( A l b e r t a p r i c e s a r e i n C a n a d i a n $, a n d the U.S. a r e i n U.S. $). F o r e a c h d a y i n t h e s t u d y , t h e s e s p o t p r i c e s a r e d i s p l a y e d a n d c a n b e m o d i f i e d b y t h e u s e r . T o e n a b l e t h e u s e r t o p e r f o r m w h a t - i f - a n a l y s i s , t h e u s e r c a n a l s o s p e c i f y o n e p r i c e s t r u c t u r e f o r e a c h d a y , f o r e a c h m a r k e t , a n d f o r p r e d e t e r m i n e d b l o c k s o f h o u r s r e p r e s e n t i n g p e a k , h i g h , a n d l o w l o a d h o u r s . T h e i n p u t f o r m l i s t s a n d g r a p h i c a l l y d i s p l a y s t h e 2 4 h o u r s p o t p r i c e s t r u c t u r e f o r n e t t r a d i n g s c h e d u l e s t o the U S a n d A l b e r t a . T h e G U I w r i t e s t h e s p o t p r i c e v a l u e s t o a t e x t f i l e i n A M P L s y n t a x f o r l a t e r u s e b y t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l . D.5.4.4. Specifying the Operating Reserve Obligation and Regulating Margin A s s h o w n i n F i g u r e D.20, t h e G U I a l l o w s t h e u s e r t o s p e c i f y t w o r e a l - t i m e o p e r a t i o n a l p a r a m e t e r s : t h e f r a c t i o n o f o p e r a t i n g r e s e r v e o b l i g a t i o n ( O R O ) f o r e a c h o p t i m i z e d p l a n t , a n d th e m i n i m u m r e g u l a t i n g m a r g i n r e q u i r e m e n t ( R M R ) f o r a l l o p t i m i z e d p l a n t s . T h e s e r e q u i r e m e n t s a r e set b y the W S C C f o r r e l i a b i l i t y p u r p o s e s i n t h e i n t e r c o n n e c t e d s y s t e m i n t h e P a c i f i c N o r t h w e s t r e g i o n . T h e O R O ( i n M W H r ) f o r e a c h p l a n t i s c a l c u l a t e d i n t h e m o d e l b y m u l t i p l y i n g t h e O R O f r a c t i o n b y t h e o p t i m i z e d p l a n t s ' g e n e r a t i o n . T h e o p t i m i z e r d e t e r m i n e s t h e o p t i m a l d i s t r i b u t i o n o f t h e R M R a m o n g t h e o p t i m i z e d p l a n t s ( s e e S e c t i o n 4.5 f o r m o r e d e t a i l s ) . T h e G U I w r i t e s t h e O R O a n d t h e R M R to a t e x t f i l e i n t h e A M P L S y n t a x f o r l a t e r u s e b y t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l (e.g., \"param G_Min_BUFFER := 2 0 0 ; \" , param G_ORO : = GMS 0 . 0 5 ; \" ) . T h i s f o r m a l s o c o n t a i n s t h e e x c h a n g e r a t e f r o m C a n a d i a n t o U.S. d o l l a r s , f o r u s e i n t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l f o r c u r r e n c y c o n v e r s i o n . 2 6 5 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t O n c e t h e G U I s e s s i o n e n d s t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y w i l l b e i n i t i a l i z e d b y r u n n i n g t h e c l i e n t -s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l i n a D O S W i n d o w s s e s s i o n . T h e c l i e n t s i d e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a l e r t s t h e s e r v e r c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a n d c o m p r e s s e s a n d t r a n s f e r s i n p u t d a t a t o t h e N T S e r v e r . W h e n t h e o p t i m i z a t i o n s t u d y i s c o m p l e t e , t h e c l i e n t c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l t a k e s o v e r , l a u n c h e s t h e R e s u l t s - D i s p l a y S o f t w a r e a n d t h e R e s u l t s D i a l o g u e F o r m , a n d t e r m i n a t e s i t s e l f a n d t h e D O S W i n d o w s s e s s i o n . D.6. The Control File Data Structure A s i n d i c a t e d i n m a n y i n s t a n c e s i n t h i s s e c t i o n , t h e c o n t r o l f i l e i s a t e x t f i l e g e n e r a t e d b y t h e G U I t o c o n v e y t h e u s e r ' s s p e c i f i c a t i o n s o f t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n s t u d y . A s i l l u s t r a t e d i n A n n e x D, t h e c o n t r o l f i l e c o n t a i n s t h e f o l l o w i n g i n f o r m a t i o n . . \u00E2\u0080\u00A2 T h e Start Date, w h i c h s p e c i f i e s t h e d a t e o f t h e s t u d y ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e Start Hour, w h i c h s p e c i f i e s t h e f i r s t h o u r i n t h e s t u d y ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e Number of Hours i n t h e s t u d y ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e Number of Plants that t h e s i m u l a t i o n r u n i n c l u d e s ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e Override, w h i c h i n f o r m s t h e s i m u l a t o r w h i c h o f t h e o p t i o n a l o p e r a t i o n a l l i m i t s h a s b e e n set b y t h e u s e r . T h i s m e s s a g e i s c o n v e y e d b y m e a n s o f a b i n a r y n u m b e r , w i t h \"1\" i n d i c a t i n g t h a t t h e l i m i t h a s b e e n m o d i f i e d b y t h e u s e r , a n d \"0\" i n d i c a t i n g n o u s e r l i m i t s h a v e b e e n set; \u00E2\u0080\u00A2 T h e Objective Function c h o s e n b y t h e u s e r . T h e a b b r e v i a t e d o b j e c t i v e f u n c t i o n n a m e h a v e b e e n u s e d f o r t h i s p u r p o s e ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e SimAlone i n f o r m a t i o n c a u s e s t h e s i m u l a t o r t o e i t h e r r u n s o l o \"0\", o r w i t h t h e o p t i m i z e r \"1\". I f r u n s o l o , t h e s i m u l a t o r d o e s n o t w r i t e o r r e a d a n y o f t h e o p t i m i z e r ' s i n p u t o r o u t p u t f i l e s ; \u00E2\u0080\u00A2 T h e Plant ID, i d e n t i f i e s t h e p l a n t n a m e s i n c l u d e d i n the s t u d y , w h i l e t h e n u m b e r f o l l o w i n g t h e I D r e p r e s e n t s t h e initial forebay l e v e l , a n d t h e binary n u m b e r t h a t f o l l o w s t h e f o r e b a y i n d i c a t e s w h e t h e r t h e p l a n t i s t o b e o p t i m i z e d o r s i m u l a t e d . A \"0\" i n d i c a t e s that t h e p l a n t i s t o b e o p t i m i z e d , w h i l e a \"1\" i n d i c a t e s that t h e p l a n t i s t o b e s i m u l a t e d ; \u00E2\u0080\u00A2 F i n a l l y , t h e R i v e r s y s t e m n a m e i n c l u d e d i n t h e s t u d y i s l i s t e d f o r u s e b y t h e s i m u l a t o r a n d o p t i m i z e r i n t h e m o d e l i n g p r o c e s s . 2 6 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t I WD 5. Cu O \" o O I OO, _ 3 .= TJ \u00E2\u0080\u00A2- A JJ - Q) < O Mm Q) \u00E2\u0080\u0094 Q) y s \u00E2\u0080\u00A2 * * Q . e .2 \u00C2\u00BB c oi c cn \u00E2\u0080\u00A2- *. ,5 S \u00C2\u00AB a) \u00C2\u00B0 Q.-2 2. W Q) o (0 3 r a> -a \u00C2\u00BB o Z on e \u00E2\u0080\u0094 03 j= a. > - a u a> N o C -g c : > \u00E2\u0080\u00A2TJ 3 I z> to a: Op > \u00E2\u0080\u00A2a I f o x u X cc F i g u r e D.17. M a x i m i z e P r o f i t O b j e c t i v e F u n c t i o n : R a t e f o r B . C . H y d r o ( R b c h ) I n p u t F o r m . 2 6 7 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t cc rx o cc CD u. uj Si l-^i o: Si \u00E2\u0080\u00A2 C ' 0.1 ail L L 1*1 it a. m <3 C O 53 zo 3 1 C if L o X n c\u00C2\u00A3 CVV C M L 8 LO 8 LO 8 8 LP 8 in 3 -T) 8 LO oos- 8 IO 8 LO 8 io 8 8 IO 8 LO 8 LO 8 LO 8 8 8 8 8 L O L O L O LO UO c a Z l \u00E2\u0080\u0094 'J \u00E2\u0080\u00A2ti n _CI 8 8 3 3 E r r = J 3 r o 3 8 \u00E2\u0080\u00A2\"O 8 \u00E2\u0080\u00A2\"O 8 CO 8 CO 8 CO 8 CO 8 CO 8 OO 8 CO 8 8 8 8 8 CO CO CO CO CO IO IO IO L O L O LO 1\u00E2\u0080\u00941 L J L J L J 1 t LO LO LO LO LO J3 CO LO CO UJ LC O -O o IO O LO o LO CD xi 9 O o O L O o r-- o r-- O O CD LO LO r-- r - -J T\u00E2\u0080\u0094 i \u00E2\u0080\u0094 o o _Li < ex CI 0-1 CM (S i\u00E2\u0080\u0094 C \ : \ O o LO tn LO r -J O Cvl O C\J o CvJ o C J L\"\u00C2\u00BB L - ' o o L\") LD O LO LO CO CO CM T\u00E2\u0080\u0094 1\u00E2\u0080\u0094 CN T ~ I S l \u00C2\u00BB l u . J L Jf \u00C2\u00BBM l \u00C2\u00AB J T UJ 1^- U J L-J T\u00E2\u0080\u0094 l \ l I J T CJ CJ CJ CJ CJ F i g u r e D.18. T h e M a x i m i z e P r o f i t O b j e c t i v e F u n c t i o n : M a r k e t i n g I n f o r m a t i o n 2 6 8 A Decision Support System tor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment it a a. o T + KT T T TTfr TTl-CJ c\ CN CN \u00E2\u0080\u00A2N CJ 7 \ l CJ CN CN C-J N CJ CS C-J CN C\l CN T t T J - \u00E2\u0080\u00A2rf- _|, \u00E2\u0080\u00A2-rt - T J - T ^ T * ^_ . CJ C\ CM CN N CJ C-J CN CN r ' j f\i CJ C \ CN CN CN C-J CVJ C\ ISJ CN r s j CJ S i C\l CN CN CJ \u00E2\u0080\u00A2N CJ r \ CN CN CN \" S i C D c z \u00E2\u0080\u00A2ZD C D es C D z p c p \u00E2\u0080\u00A2ZD CZ> : C D \u00E2\u0080\u00A2ZD \u00E2\u0080\u00A2ZD c z : \u00E2\u0080\u00A2ZD C D C D C D C D c n C O cr- c n cr\u00C2\u00BB DD cr> cr- C O \u00E2\u0080\u00A2DD c n \u00E2\u0080\u00A2DD 'ZT CD C P CD \u00E2\u0080\u00A2DD i\u00E2\u0080\u0094 i r r m r n r n m T I f\u00E2\u0080\u0094i r n m m m 1T1 r r i T i m r n m o c r cn c n \"J j CO T> o C n CD 0 3 ch CO CT 0 1 CO cn CO o o A d CL CO CC \u00C2\u00AB_ \u00C2\u00BB-L . o \u00C2\u00BB CC ft \u00C2\u00A3 a o 1 a k o 5 * \u00E2\u0080\u0094 \u00C2\u00A3 \u00C2\u00A3 i- L. 1\u00E2\u0080\u0094 D5 LB _ J L i -C s a . 0 e a c o c n c n C D O J cz> r--F- Jo R El EN CM\" r- - CM CD CO = 3 C J C O \'- T J - r-~ l O CJ O CO CO CO CO CO r-- CO r - CO CO o o CO B CO C-i ^ a O 3 C J CO K CO O S j\u00E2\u0080\u0094 T\u00E2\u0080\u0094 C S c J r- - 1 c z : : C J L O CO CM i\u00E2\u0080\u0094 \u00E2\u0080\u0094 \u00E2\u0080\u00A2LO LT. r-- L P L O c a 11 =3 in Z S> Z 4 IX >- uo \u00C2\u00AB* > z \u00E2\u0080\u0094l o 2 o L J X z c <_> Lu 00 < _j L U [ (/) u OO _ l a E _ _ _ _ F i g u r e D.19. T h e M a x i m u m P r o f i t O b j e c t i v e F u n c t i o n : D r o p & F i x F o r e b a y T a r g e t L e v e l s I n p u t F o r m 2 6 9 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t e o ae o 4> F i g u r e D.20. T h e M a x i m u m P r o f i t O b j e c t i v e F u n c t i o n : O p e r a t i n g R e s e r v e a n d R e g u l a t i n g M a r g i n s I n p u t F o r m 2 7 0 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t D.7. Data Structure of the GUI Control File Start Date = 19990115 Start Hour = 12 No. of Hours = 54 No. of Plants= 19 Override = 1 0 0 0 1 Objective = Max_Prof SimAlone = 0 ALU 117 .770 0 SFL 76 . 4399 0 RUS 42 . 3717 0 LAJ 747 .489 0 BR 644 .329 0 SON 236 .254 0 CMS 372 . 600 1 COM 50 . 9899 1 WAH 637 . 470 0 SCA 214 .250 0 LDR 177 .351 0 JHT 139 .250 0 ASH 319 .016 1 GMS 667 .940 0 PCN 502 . 690 0 MCA 744 .493 0 REV 572 .809 0 SEV 524 .609 0 WAN 462 . 000 0 Stave Bridge Cheakamus C1owhom Wahleach Campbell Ash Peace Columbia PendOreille 2 7 1 A D e c i s i o n Suppor t S y s t e m for Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a Compet i t i v e P o w e r Marke t Env i ronmen t ANNEX E PROCEDURE TO DETERMINE THE OPTIMAL UNIT COMMITMENT 2 7 2 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ANNEX E P R O C E D U R E T O D E T E R M I N E T H E O P T I M A L UNIT C O M M I T M E N T T h e a l g o r i t h m u s e d t o s e l e c t t h e o p t i m a l c o m b o i s b e s t e x p l a i n e d i n t h e f o l l o w i n g e x a m p l e . S u p p o s e t h e r e a r e f o u r u n i t s i n a p l a n t , a n d s u p p o s e tha t u n i t o n e a n d t w o a r e i d e n t i c a l , t h e m o r e e f f i c i e n t u n i t s t h r e e a n d f o u r a r e a l s o i d e n t i c a l , a n d that t h e m a x i m u m g e n e r a t i o n f o r e a c h u n i t i s 4 6 0 M W . S u p p o s e tha t t h e p l a n t i s r e q u i r e d t o p r o d u c e 4 0 0 M W H r , a n d tha t t h e f o r e b a y l e v e l i s at a g i v e n l e v e l . I f a l l u n i t s a r e a v a i l a b l e f o r l o a d i n g , t h e n t h e r e a r e 15 p o s s i b l e u n i t c o m b i n a t i o n s ( 2 4 - l ) t h a t c a n s a t i s f y t h e 4 0 0 M W H r l o a d , i f o n e i g n o r e s l i m i t s o n t h e i n o p e r a b l e r a n g e s . S P U C c a l c u l a t e s t h e m i n i m u m t u r b i n e d i s c h a r g e f o r e a c h u n i t c o m b i n a t i o n t h a t c o u l d b e d i s p a t c h e d , f o r e a c h p l a n t l o a d i n g , a n d f o r e b a y l e v e l , as l i s t e d i n T a b l e E . l . B y i n s p e c t i o n , i t c a n b e s e e n t h a t i f a l l u n i t s a r e a v a i l a b l e , t h e n t h e o p t i m a l u n i t c o m b i n a t i o n i s e i t h e r c o m b o 4 o r c o m b o 8 ( c o r r e s p o n d i n g t o d i s p a t c h i n g u n i t s 3 o r 4 r e s p e c t i v e l y ) , s i n c e t h e t u r b i n e d i s c h a r g e t o p r o d u c e 4 0 0 M W f o r t h e s e c o m b o s i s 249.1 m 3/s. N o w i f u n i t s 3 a n d 4 w e r e n o t a v a i l a b l e , w e w o u l d b e l e f t w i t h c o m b i n a t i o n s 3, 2, a n d 1, a n d t h e o p t i m a l c o m b o s a r e 1 a n d 2, 2, a n d 1 r e s p e c t i v e l y . T a b l e E.2, t a b u l a t e s t h e c o m p l e t e set o f o p t i m a l c o m b o s , f o r e a c h u n i t a v a i l a b i l i t y f o r t h e a b o v e e x a m p l e . A l s o s h o w n i n t h e f o u r t h c o l u m n i s t h e c o m b o n u m b e r t h a t w a s s t o r e d i n t h e p r e p r o c e s s e d d a t a b a s e . A l t h o u g h t h e s e l e c t i o n o f t h e c o m b o n u m b e r s t o r e d i n t h e d a t a b a s e c o u l d r e f l e c t s o m e o p e r a t i o n a l p r e f e r e n c e s (e.g., p r e f e r r e d u n i t ' s c h a r a c t e r i s t i c s ) , i t s c u r r e n t u s e i n S T O M i s f o r s e l e c t i o n o f the p i e c e w i s e l i n e a r c u r v e c o e f f i c i e n t s t h a t r e p r e s e n t s t h e o p t i m a l c o m b o . Table E . l . Unit Combinations and Minimum Plant Discharge C o m b o P l a n t D i s c h a r g e f o r p l a n t C o m b o P l a n t D i s c h a r g e f o r p l a n t ( B i n a r y L o a d i n g at 4 0 0 M W H r at a ( B i n a r y L o a d i n g at 4 0 0 M W H r at N u m b e r ) g i v e n F o r e b a y L e v e l N u m b e r ) a g i v e n F o r e b a y L e v e l 1 ( 0 0 0 1 ) 256.0 9 ( 1 0 0 1 ) 255.3 2 ( 0 0 1 0 ) 256.0 1 0 ( 1 0 1 0 ) 255.3 3 ( 0 0 1 1 ) 262.2 11 ( 1 0 1 1 ) 261.7 4 ( 0 1 0 0 ) 249.1 1 2 ( 1 1 0 0 ) 266.8 5 ( 0 1 0 1 255.3 13 ( 1 1 0 1 ) 272.7 6 ( 0 1 1 0 ) 255.3 1 4 ( 1 1 1 0 ) 272.7 7 ( 0 1 1 1 ) 261.7 15 ( 1 1 1 1 ) 278.6 8 ( 1 0 0 0 ) 249.1 2 7 3 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment Table E.2. Unit Combinations and Optimal Unit Commitment A v a i l a b l e B i n a r y E q u i v a l e n t S e t o f P o s s i b l e C o m b o s i n M i n i m u m f l o w a n d C o m b o ( U 4 , U 3 . U 2 . U 1 ) A v a i l a b l e C o m b o o p t i m a l c o m b o s f o r p l a n t L o a d o f 4 0 0 M W a n d f o r a g i v e n F o r e b a y 15 1111 15 14 13 12 11 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 249.1 (4, 8 ) - > 8 14 1 1 1 0 14 12 10 8 6 4 2 249.1 (4, 8) -> 8 13 1 1 0 1 13 1 2 9 8 5 4 1 249.1 (4, 8 ) - > 8 12 1 1 0 0 12 8 4 249.1 (4, 8 ) - > 8 11 1011 11 1 0 9 8 3 2 1 249.1 (8) -> 8 10 1 0 1 0 10 8 2 249.1 (8) - \u00C2\u00BB 8 9 1001 9 8 1 249.1 (8) ->8 8 1 0 0 0 8 249.1 (8) -> 8 7 0 1 1 1 7 6 5 4 3 2 1 249.1 ( 4 ) - > 8 6 0 1 1 0 6 4 2 249.1 (4) -> 8 5 0 1 0 1 5 4 1 249.1 (4) -> 8 4 0 1 0 0 4 249.1 ( 8 ) - \u00C2\u00BB 8 3 0 0 1 1 3 2 1 256.0 (1, 2)-> 2 2 0 0 1 0 2 256.0 (2) -> 2 1 0 0 0 1 1 256.0 1 T h e a b o v e p r o c e d u r e i s r e p e a t e d f o r a l l l o a d i n c r e m e n t s a n d f o r a l l f o r e b a y l e v e l s t o p r o d u c e f o r e a c h p l a n t , a d a t a b a s e t h a t i s u s e d b y S T O M t o s e l e c t t h e o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t . O n c e t h e o p t i m a l u n i t c o m m i t m e n t i s s e l e c t e d , t h e s i m u l a t i o n i s r e - r u n , u s i n g t h e g e n e r a t i o n s c h e d u l e c o m p u t e d b y t h e l i n e a r p r o g r a m m i n g m o d e l a n d n e w sets o f c o e f f i c i e n t s f o r t h e p i e c e w i s e l i n e a r g e n e r a t i o n p r o d u c t i o n c u r v e s a r e c o m p u t e d f o r i n p u t t o t h e n e x t o p t i m i z a t i o n r u n . 2 7 4 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t A N N E X F R E S U L T S S O F T W A R E G R A P H I C D I S P L A Y S 2 7 5 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment (O T O co O co o o:rs cn in n r -tf fN CN (N OD O CO 9 O) IP f) CN \u00E2\u0080\u00A23\" CN T- CN CO o ^ t OD m \u00E2\u0080\u0094 co O) O COCOO (D D O \u00E2\u0080\u0094^ CN '\u00E2\u0080\u0094 cx> K o r- (N ^- if-> T - TJ-CN \u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u0094 '\u00E2\u0080\u0094 CT\" r\u00E2\u0080\u0094 CD r\u00E2\u0080\u0094 CN T Ifl - J CN *\u00E2\u0080\u0094 ro o T- 01 r-. o K CN TT m CN \u00E2\u0080\u0094 T\u00E2\u0080\u0094 ^\u00E2\u0080\u0094 co \u00E2\u0080\u00A2tf O K O CD CO T\u00E2\u0080\u0094 OD CN CD r\u00E2\u0080\u0094 r--if> in r o CN T\u00E2\u0080\u0094 \u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u0094 M fN t- (D CO CD f\u00E2\u0080\u0094 \u00E2\u0080\u00A2*r \u00C2\u00BBf> \u00E2\u0080\u00A2>\u00E2\u0080\u0094 ; OD ! if) : T - O? : ; cn CN 1 CN : j *\u00E2\u0080\u0094 j CO r o OD UD CJ) CO CO - * CN T LiD h - if) i; T\u00E2\u0080\u0094 OD OD : CO j h\u00E2\u0080\u0094 T / CD T\u00E2\u0080\u0094 i OD CO CO i f i \u00E2\u0080\u00A2it\u00E2\u0080\u0094 CD m co 1 if> j if) t -| T - iO\u00C2\u00BBS CN ; \u00C2\u00ABf) s CD cm co co r-\u00E2\u0080\u0094 ^ m * -co o CN in X X X 5 5 i n CD m c o o r - . o o c D O O - i r c n ^ j -Tf T / * \u00E2\u0080\u0094 T f C D V If) CO CO CN T f m CN CD C O ID ,\u00E2\u0080\u0094 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 CO CO ^ O O i n O l f l O O K O D O If) CD CD I -r- . CN tO OD CO CO T\u00E2\u0080\u0094 CO CO (D K C D O D O C D C D C D O D * \u00E2\u0080\u0094 CN T\u00E2\u0080\u0094 CO in CD CN T\u00E2\u0080\u0094 T - i- CN O l D O C O O O r - O c c o o a g ai \u00E2\u0080\u00A2ii cs - c cr iZ cu CD o O o o \"H. a. Q. a o o o O CO z < > \u00E2\u0080\u00A2 o LU \u00C2\u00A9 Q_ in CN in t o in m c N o n o o i n o o if) CO CN CO \u00E2\u0080\u00A2\u00C2\u00BB\u00E2\u0080\u0094 CN CO TJ-in in \u00E2\u0080\u00A2 CO CD CD T\u00E2\u0080\u0094 CD CD \u00E2\u0080\u00A2>\u00E2\u0080\u0094 CD -r- r o ,\u00E2\u0080\u0094 CN CO CO CD t\u00E2\u0080\u0094 ^ If) r-CT) CD CN CD CN q\u00E2\u0080\u0094 CD CO CO CO CO CO CO CN CO CN T\u00E2\u0080\u0094 r\u00E2\u0080\u0094 co CD : T T I CD i TJ- : CO : C3 TJ-: S (O K K Tj>; (O CN (D C N : **\u00E2\u0080\u00A2} \u00E2\u0080\u00A2 I Wj CD TJ/ CD TJ- CO O Tf-S CO K K CD CO CN CO CN [ \u00E2\u0080\u00A2 ; ^ f i O ' C O i O C O i N i O o i CD CO CD CD : CO CO ; CN i CO T f t^ -CDD ; T\u00E2\u0080\u0094 OD : OD i : CO CD CO : CO CO m CD CO : CD O O O 0 ; K : S : i n , \u00E2\u0080\u0094 r\u00E2\u0080\u0094 co : m - T i n cn CO f\u00E2\u0080\u0094 CN i O i If) (O O CN i i T If) CD ; CD ; i n : CD ; t o O - i - O O) m i T f co CO CO OD CN CD LO OD CO CN O l f ) l f ) O C J ) 0 \u00C2\u00BB - f N ^ ? * - ! * \u00E2\u0080\u0094 : CN OT- i f i onoTTO o ) r-. r~- fj TJ\" CD o CD ro in co m CD O D i n T J - - ( T O C J ) r \u00E2\u0080\u0094 CN ^ CN ^ CO 1 CO CO \u00C2\u00ABj- i--. T - r-^ m \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 t\u00E2\u0080\u0094 O fN r-in CD CO CD CD CO CD in *\u00E2\u0080\u0094 TJ- CN If) 1 If) r-CD T - CO OO CN OD CN CO CO CO CO CN C O O C O C D C D C O C D C D t n r-- o CN co m co CD CN CO < CO if) CO CN t O C D C O O C D C O C D C D ' i - C O C O o o s o s t\u00E2\u0080\u0094 t\u00E2\u0080\u0094 C D i O OD T - \u00E2\u0080\u00A2>\u00E2\u0080\u0094 : _ I** CO : CO <. : CD m : Tf O t o OD CO T\u00C2\u00A3 : CN CO CO _ CO T\u00E2\u0080\u0094 CN Z C N co cn O _ _ .... r s ^ V S O o o o o *~\" *~ *r~ in in in o c o - co i o m o m m r- to: iH.;co 0 1 co ; jOj o T - m m \u00E2\u0080\u00A2 (N O O \u00E2\u0080\u009E K N \ co : o CO o m o o i-- f-- r-- en o o CM O CO r - ( 0 ( D * r S tO UO CD O ^ v - ^ C N : \u00E2\u0080\u00A2r. (D m CD I T\u00E2\u0080\u0094 UD I\u00E2\u0080\u0094 T\u00E2\u0080\u0094 h- oo r - co; o i o \u00E2\u0080\u0094 . T - v - : C N r -; CN:o m o ; s ! T - i -\u00C2\u00BB\u00E2\u0080\u00A2\u00E2\u0080\u00A2] T- C N : (Of O O : O i T -m o o o CN CN r\u00E2\u0080\u0094 h>-j T - I T - I T - - T ~ : CN; o o CD in to oo >\u00E2\u0080\u00A2 CN; O i CD? co; t~-CO if) CO i O O; O GO: CJ) O \u00E2\u0080\u00A2* tt m O o CD o O CO o CD O CO CO CO r-- o o o r\u00E2\u0080\u0094 o CO CO CO CD CO CO m CO '\u00E2\u0080\u00A2f ^_ CN h\u00E2\u0080\u0094 r o o in ro o o o CD C N o m Ln UO in Ln O o in o o o CD \"\"If CD CO to o o CN o CO CO cn CD CD h- CD CD ^_ ,_ CN I-- o CO ro o o CD m m m m CO o _^ CO CN o co CO CO CD o CN o o CO CO OI CD >\u00C2\u00A3> CD m CO ^_ ^_ CN 1--- CD *- ro o O O m in m in ir> CO o CO in CD o o \"(D m (v. o CD CD CD o CO CO cn CD >* r-- m m in m CD ,_ ^ CN -a- ro CO C3 ro o o CD o m m in Q-X : D o o h\u00E2\u0080\u0094 ^_ -=r o o T\u00E2\u0080\u0094 \"\u00E2\u0084\u00A2 m o ro o CD o CO cn CD \u00E2\u0080\u00A2\u00C2\u00AB* r- t-- CN T m n m m CO CN CN co co r o a CD ro o o CD o CD t\u00E2\u0080\u0094 r\u00E2\u0080\u0094 T\u00E2\u0080\u0094 C N * -to m m m m V- o CN m CD C3) CD CO o O O CD 3 CO cn CD m L n C N m O -* m m CD CN CN O ro CO o CD CD C N m in tn cr> m o CD CN o o \u00E2\u0080\u00A2^ t o CD o r-HI CD CD in CO CO CO CD CN m cn m m CD CD CN \u00E2\u0080\u00A2 CN CO CO CO T\u00E2\u0080\u0094 '\u00E2\u0080\u00A2 ro cn CN o o o O \u00C2\u00AB\u00E2\u0080\u0094 T\u00E2\u0080\u0094' *~ m m m in WD m m CD CN ^_ CN CO CO \u00C2\u00AB* ro 01 o CD o o U- U\") Ln m m m i l l i l | Iff f-i' \u00C2\u00AB : . cms) 1 E CD co\" tion 0J E <_> > CO \"?\"i a. 0) E? LU C i 05 \u00C2\u00A3 xa CO ..... OJ Q o u_ l _ ne ..... E \u00E2\u0082\u00AC D E E h-m re Cr: 'fi _j :\u00E2\u0080\u0094 HI & a> , ! 5 S 8 5 \u00C2\u00BB8S ! (ui) Aeqajod N; F i g u r e F .4 . E x a m p l e P l a n t F o r e b a y E l e v a t i o n s 2 7 9 D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t o CD CD O o o \u00C2\u00A9 \u00C2\u00A9 \u00E2\u0080\u00A2 \u00C2\u00A9 \u00E2\u0080\u00A2 \u00E2\u0080\u00A2 o \u00C2\u00A9 co (M 00 C J \u00E2\u0080\u00A2 p a - CD \u00C2\u00AB LO \u00E2\u0080\u00A2 \u00C2\u00AB\u00E2\u0080\u00A2\u00C2\u00BB - * i -0D LO - - LO CD LO \u00E2\u0080\u00A2 CO CD IO - - r--CD IO - - 00 CD IO \u00E2\u0080\u00A2 f \u00E2\u0080\u00A2 - - CD LO \u00C2\u00BB H * OD CD IO m mm CD IO m . \u00E2\u0080\u00A2 ^ LO - - CJ \u00E2\u0080\u00A2\u00C2\u00ABJ-LO - CD **-IO m: CO CD F O CO CD O O | - LO-CO CD - \u00C2\u00AB\u00C2\u00A3} r--co CD m r--00 CD o o o o o e 10 * e> o o CM O \u00C2\u00A9 CO C a COCSCSCDtSCSCStSCSCSCS >\u00E2\u0080\u00A2 N \u00C2\u00AB \u00E2\u0080\u00A2 a l o. cs a CD cs 51 y \u00E2\u0080\u0094 * a E CD CD CD CS O F i g u r e F . 6 . O p t i m a l U n i t C o m m i t m e n t S c h e d u l e D e r i v e d b y S T O M 281 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t 3 5 0 \u00E2\u0080\u00A2 G M S _ O R O H M C A O R O \u00E2\u0080\u00A2 P C N _ O R O S R E V O R O 1111 II1111111111 I I 1111111111 II 1111111111 II 1111111111 I I 1111111111 II 1111111111 II 1111111111 n 1111 1 7 13 19 2 5 31 3 7 4 3 4 9 5 5 61 6 7 7 3 7 9 8 5 91 H o u r Figure F.7. Optimal Distribution of the Operating Reserve Obligation. 2 8 2 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t ANNEX G MAIN OPERATIONAL FEATURES OF THE HYDROELECTRIC SYSTEMS CURRENTLY MODELED BY STOM 2 8 3 J A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Annex G Main operational features of the hydroelectric systems currently modeled by S T O M G . l The Peace River System T h e P e a c e s y s t e m i s l o c a t e d i n n o r t h c e n t r a l B . C . r e g i o n o n t h e P e a c e R i v e r . T h e P e a c e c o m p l e x c o n s i s t s o f t w o r e s e r v o i r s a n d t w o g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s . T h e W i l l i s t o n l a k e , w h i c h f e e d s t h e G.M. S h r u m g e n e r a t i n g p l a n t , i s c r e a t e d b y t h e 183 m e t e r h i g h W.A.C. B e n n e t t D a m , a n d i s t h e l a r g e s t s t o r a g e r e s e r v o i r o p e r a t e d b y B . C . H y d r o w i t h a s u r f a c e a r e a o f 1 7 8 8 k m 2 , t o t a l a n d l i v e s t o r a g e o f a b o u t 7 4 a n d 4 0 b i l l i o n c u b i c m e t e r s r e s p e c t i v e l y . T h e c a t c h m e n t a r e a o f t h e W i l l i s t o n L a k e i s a b o u t 7 0 , 0 0 0 k m 2 , a n d i t y i e l d s a n e s t i m a t e d a v e r a g e r u n o f f o f 1 0 7 2 m 3/s ( 1 9 6 9 - 1 9 9 1 ) . T h e v a r i a b i l i t y o f i n f l o w s h a s b e e n e s t i m a t e d t o r a n g e f r o m a b o u t 5,000 m 3/s t o l e s s t h a n 3 0 0 m 3/s. D o w n s t r e a m o f W i l l i s t o n l a k e a n d t h e G.M. S h r u m p l a n t l i e s t h e D i n o s a u r r e s e r v o i r , w h i c h i s c o m p a r a t i v e l y a s m a l l r e s e r v o i r w i t h l i v e s t o r a g e c a p a c i t y o f a b o u t 2 1 6 m i l l i o n c u b i c m e t e r s , a n d a v e r a g e l o c a l i n f l o w s o f a b o u t 8 m 3/s. W a t e r f r o m t h e W i l l i s t o n L a k e i s p a s s e d t o t h e G o r d o n G . S h r u m ( k n o w n a l s o as t h e P o r t a g e M o u n t a i n P r o j e c t ) p l a n t , w h i c h i s a l s o t h e l a r g e s t g e n e r a t i n g f a c i l i t y i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m , w i t h a t o t a l g e n e r a t i n g c a p a c i t y o f 2 7 3 0 M W . O u t f l o w s f r o m t h e G.M. S h r u m p l a n t a r e d i s c h a r g e d t o t h e D i n o s a u r R e s e r v o i r . T h e P e a c e C a n y o n g e n e r a t i n g c a p a c i t y i s 7 0 0 M W , a n d i t d i s c h a r g e s t o t h e P e a c e R i v e r . F i g u r e G . 1 i l l u s t r a t e s t h e s c h e m a t i c l a y o u t o f t h e P e a c e R i v e r h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s . D u e t o t h e s m a l l s t o r a g e c a p a c i t y o f t h e D i n o s a u r r e s e r v o i r a n d t h e l a r g e d i s c h a r g e c a p a c i t y o f b o t h t h e G.M. S h r u m a n d t h e P e a c e C a n y o n g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s , t h e D i n o s a u r w a t e r l e v e l s c a n r i s e a n d f a l l r a p i d l y i n f e w h o u r s . F o r t h i s r e a s o n , a n d t o a v o i d s p i l l s f r o m t h e D i n o s a u r r e s e r v o i r , b o t h p r o j e c t s a r e o p e r a t e d i n h y d r a u l i c b a l a n c e . I n a d d i t i o n , m i n i m u m r e l e a s e s b e t w e e n 142 a n d 2 8 3 m 3/s f r o m t h e P e a c e C a n y o n g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s a r e r e q u i r e d at v a r i o u s t i m e s o f t h e y e a r a n d a r e c o n t r o l l e d b y l i c e n s e s a n d a g r e e m e n t s t o p r e s e r v e f i s h s t o c k s a n d d o m e s t i c w a t e r s u p p l y p u m p s at d o w n s t r e a m l o c a t i o n s ( T o w n o f T a y l o r i n B.C.). D u r i n g t h e w i n t e r , t h e P e a c e R i v e r f r e e z e s o v e r as v e r y l o w t e m p e r a t u r e s i n t h e r e g i o n p r e v a i l . W h e n i c e b r e a k s - u p i n s p r i n g , f r a g m e n t s o f t h e i c e c o v e r c o u l d c a u s e i c e j a m s w h i c h , t o g e t h e r w i t h i c e b r e a k - u p i n o t h e r t r i b u t a r i e s , c o u l d c a u s e f l o o d i n g i n d o w n s t r e a m l o c a t i o n s , p a r t i c u l a r l y at t h e T o w n o f P e a c e R i v e r i n A l b e r t a . F o r t h i s r e a s o n , d i s c h a r g e s f r o m t h e P e a c e C a n y o n g e n e r a t i n g f a c i l i t y a r e k e p t at c o n s t a n t h i g h l e v e l s d u r i n g i c e f o r m a t i o n t o m a x i m i z e t h e h y d r a u l i c c a p a c i t y o f t h e r i v e r . O n c e t h e i c e c o v e r i s f o r m e d , a n d u n t i l t h e i c e b r e a k s , w i d e r f l u c t u a t i o n s c a n b e t o l e r a t e d . O t h e r o p e r a t i n g c o n s t r a i n t s f o r t h e W i l l i s t o n L a k e i n c l u d e i m p a c t s o n f o r e s t i n d u s t r i e s ( l o g g i n g o p e r a t i o n s ) a n d o n d i l u t i o n o f e f f l u e n t s d i s c h a r g e d i n t o t h e L a k e b y t h e f o r e s t i n d u s t r y w h e n th e w a t e r l e v e l i n t h e L a k e d r o p s b e l o w 654.1 m e t e r s . I n a d d i t i o n t o b e i n g t h e l a r g e s t p l a n t , t h e G.M. S h r u m g e n e r a t i n g f a c i l i t y i s o n e o f t h e m o s t c o m p l e x t o h y d r a u l i c a l l y m o d e l i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m . F o r t h i s r e a s o n a n e x p a n d e d d i s c u s s i o n w i l l b e g i v e n h e r e t o i l l u s t r a t e t h e i s s u e s i n v o l v e d . A s s h o w n i n F i g u r e G . l , t h e G.M. S h r u m g e n e r a t i n g f a c i l i t y c o n s i s t s o f t w o p o w e r h o u s e s e a c h w i t h 5 g e n e r a t i n g u n i t s . T h e g e n e r a t i n g u n i t s i n p o w e r h o u s e no. 1 a r e a l l i d e n t i c a l a n d o f t y p e 1, w h i l e t h e u n i t s i n p o w e r h o u s e no. 2 ar e o f t w o d i f f e r e n t t y p e s , a n d a r e d i f f e r e n t f r o m t h o s e i n t h e f i r s t p o w e r h o u s e . T u r b i n e f l o w s f r o m e a c h p l a n t a r e d i s c h a r g e d t o a t a i l w a t e r m a n i f o l d ( t u n n e l ) , w h i c h m e e t s at t h e t u n n e l ' s e x i t t o d i s c h a r g e i n t o c o m m o n t a i l w a t e r p o o l . T h e w a t e r l e v e l o f t h e t a i l w a t e r p o o l d e p e n d s o n t h e w a t e r l e v e l o f t h e D i n o s a u r r e s e r v o i r . T h e g e n e r a t i o n 2 8 4 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r Real-time H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t e f f i c i e n c y f o r e a c h u n i t d e p e n d s o n t h e h e i g h t o f w a t e r ( g r o s s h e a d ) o n t h e t u r b i n e s , c a l c u l a t e d as t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e W i l l i s t o n L a k e ' s w a t e r l e v e l n e a r t h e e n t r a n c e o f t h e g e n e r a t o r s ' i n t a k e a n d t h e w a t e r l e v e l at t h e p o w e r h o u s e ( k n o w n as t h e t a i l w a t e r l e v e l ) . T h e c o m p l e x i t y o f m o d e l i n g s u c h a n a r r a n g e m e n t s t e m s f r o m t h e f a c t t h a t e a c h u n i t p r o d u c t i o n d e p e n d s o n t h e s t a t u s a n d g e n e r a t i o n o f a l l o t h e r u n i t s i n t h e f a c i l i t y , a n d o n t h e w a t e r l e v e l o f d o w n s t r e a m r e s e r v o i r . F o r e x a m p l e , t o c a l c u l a t e u n i t no. 1 g e n e r a t i o n , g i v e n a c e r t a i n g e n e r a t i o n l e v e l f r o m a l l o t h e r u n i t s , a n i t e r a t i v e p r o c e d u r e i s n e e d e d t o c a l c u l a t e t h e h e a d o n t h e f i v e u n i t s i n p o w e r h o u s e 1. H o w e v e r , i n o r d e r t o c a l c u l a t e t h i s h e a d , t h e t a i l w a t e r l e v e l ( w h i c h i s a f u n c t i o n o f t h e d o w n s t r e a m r e s e r v o i r ' s w a t e r l e v e l a n d t h e f a c i l i t y ' s t o t a l w a t e r d i s c h a r g e ) m u s t b e c a l c u l a t e d . N e g l e c t i n g t h e s m a l l v a r i a t i o n s i n t h e u p s t r e a m a n d d o w n s t r e a m r e s e r v o i r s ' w a t e r l e v e l s r e s u l t i n g f r o m v a r i a t i o n s i n u p s t r e a m t u r b i n e d i s c h a r g e s , a n i t e r a t i v e p r o c e d u r e c a n b e i m p l e m e n t e d t o s e q u e n t i a l l y c a l c u l a t e t h e t u r b i n e d i s c h a r g e a n d g e n e r a t i o n o f t h e u n i t i n q u e s t i o n . T h i s i t e r a t i v e p r o c e d u r e , h o w e v e r , w i l l y i e l d t h e g e n e r a t i o n o f o n e u n i t , a n d a s i m i l a r p r o c e d u r e s m u s t b e s e q u e n t i a l l y p e r f o r m e d t o c a l c u l a t e g e n e r a t i o n a n d t h e c o r r e s p o n d i n g t u r b i n e d i s c h a r g e s f o r a l l o t h e r o p e r a t i n g u n i t s i n t h e f a c i l i t y . N o w , s i n c e t h e t u r b i n e d i s c h a r g e s f r o m a l l o t h e r u n i t s ' a f f e c t s t h e t u r b i n e d i s c h a r g e o f t h e f i r s t u n i t , t h e a b o v e p r o c e d u r e m u s t b e r e p e a t e d u n t i l t h e e r r o r o f e s t i m a t i n g t h e h e a d i s a c c e p t a b l e . N o t e t h a t t h i s p r o c e d u r e d o e s n o t y i e l d t h e o p t i m a l l o a d i n g f o r e a c h u n i t i n t h e g e n e r a t i n g f a c i l i t y . F o r t h i s r e a s o n , a n d as w i l l b e d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5 a n d 4.6, a s t a t i c p l a n t u n i t c o m m i t m e n t p r o g r a m ( u t i l i z i n g a d y n a m i c p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m ) w a s u s e d t o f i n d t h e o p t i m a l u n i t l o a d i n g f o r a g i v e n f a c i l i t y l o a d i n g a n d w a t e r l e v e l s c o n d i t i o n s . O u t p u t f r o m S P U C w a s u s e d t o d e r i v e \" p l a n t \" c h a r a c t e r i s t i c c u r v e s that w e r e u s e d t o m o d e l g e n e r a t i o n as a f u n c t i o n o f p l a n t d i s c h a r g e . 2 8 5 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Peace River Inflows Max WL: 672.08 Min WL: 640.08 t Williston Lake: 39,472 Million M j Spill Valves Spill Gates Intake to Generators J X X X 9 Spill Gates 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Power House 1 ( \ Power v House 2/ / Tailwater Manifold 1 Plant Tailwater pool Max WL: 503 00 Min WL: 500.00 G.M. Shrum Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1-5 261 B 6-8 280 C 9-10 300 Total Plant 2730 Dinosaur Reservoir: 216 Million M Intake to Generators 1 2 3 4 Peace Canyon Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1-4 175 Total Plant 700 Local Inflows i 6 Spill Gates Peace River Figure G . l . Schematic Layout of the Peace River Hydroelectric Facilities 2 8 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t G . 2 T h e C o l u m b i a R i v e r S y s t e m S T O M m o d e l s t w o o f t h e m a j o r h y d r o e l e c t r i c i n s t a l l a t i o n s o n t h e C a n a d i a n C o l u m b i a R i v e r s y s t e m : M i c a a n d R e v e l s t o k e o n t h e u p p e r C o l u m b i a ; a n d S e v e n M i l e a n d W a n e t a o n t h e P e n d D ' O r e i l l e R i v e r s y s t e m , w h i c h j o i n s t h e C o l u m b i a R i v e r j u s t n o r t h o f t h e C a n a d a / U . S . b o r d e r . G.2.1. The Upper Columbia: Mica and Revelstoke Hydroelectric System T h e C o l u m b i a R i v e r i s t h e f o u r t h - l a r g e s t r i v e r i n N o r t h A m e r i c a . T h e h e a d w a t e r s o f t h e C o l u m b i a R i v e r s p r i n g s i n B r i t i s h C o l u m b i a j u s t w e s t o f t h e s o u t h e r n p a r t o f t h e C a n a d i a n R o c k y M o u n t a i n s . T h e C o l u m b i a R i v e r i s a n i n t e r n a t i o n a l r i v e r s y s t e m t h a t h a s b e e n h e a v i l y d e v e l o p e d f o r h y d r o p o w e r g e n e r a t i o n b o t h i n i t s C a n a d i a n a n d U.S. r e a c h e s . O f c o n c e r n t o t h i s t h e s i s a r e t h e t w o u p p e r m o s t m a j o r g e n e r a t i n g a n d w a t e r s t o r a g e f a c i l i t i e s : t h e M i c a g e n e r a t i n g c o m p l e x a n d t h e K i n b a s k e t L a k e a n d t h e R e v e l s t o k e g e n e r a t i n g f a c i l i t y a n d r e s e r v o i r . T h e K i n b a s k e t L a k e , c r e a t e d b y t h e 2 4 3 m e t e r h i g h M i c a D a m , c o n s t r u c t e d as p a r t o f t h e C o l u m b i a R i v e r T r e a t y w i t h t h e U.S., i s t h e s e c o n d l a r g e s t s t o r a g e r e s e r v o i r o p e r a t e d b y B . C . H y d r o . It h a s a s u r f a c e a r e a o f 4 3 0 k m a n d l i v e s t o r a g e o f a b o u t 14.8 b i l l i o n c u b i c m e t e r s . T h e c a t c h m e n t a r e a o f t h e K i n b a s k e t L a k e i s a b o u t 2 1 , 0 0 0 k m , a n d i t y i e l d s a n e s t i m a t e d a v e r a g e r u n o f f o f 5 8 6 m /s. T h e i n f l o w s h a v e b e e n e s t i m a t e d t o r a n g e f r o m a b o u t 3 3 3,200 m /s t o l e s s t h a n 1 2 0 m / s . T h e R e v e l s t o k e r e s e r v o i r t o t a l s t o r a g e c a p a c i t y i s a b o u t 5.3 b i l l i o n c u b i c m e t e r s , b u t it i s o p e r a t e d as r u n o f r i v e r p l a n t e x c e p t d u r i n g s e v e r e d r o u g h t c o n d i t i o n s . T h e a v e r a g e l o c a l i n f l o w , f r o m a l o c a l c a t c h m e n t a r e a o f a b o u t 5,500 k m 2 , h a s 3 3 b e e n e s t i m a t e d at 2 2 1 m 7 s , w i t h a r a n g e b e t w e e n 1 1 3 3 a n d 4 3 m / s . W a t e r f r o m t h e K i n b a s k e t L a k e i s p a s s e d t o t h e M i c a p l a n t , w h i c h i s t h e t h i r d l a r g e s t g e n e r a t i n g f a c i l i t y i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m w i t h a t o t a l g e n e r a t i n g c a p a c i t y o f 1 8 4 3 M W . O u t f l o w s f r o m t h e M i c a p l a n t a r e d i s c h a r g e d a n d s t o r e d i n t h e R e v e l s t o k e R e s e r v o i r . T h e R e v e l s t o k e g e n e r a t i n g c a p a c i t y i s t h e s e c o n d l a r g e s t g e n e r a t i n g f a c i l i t y at 2 0 0 0 M W . It d i s c h a r g e s t o t h e A r r o w L a k e f o r m e d b y t h e K e e n l e y s i d e D a m , w h i c h w a s c o n s t r u c t e d as p a r t o f t h e C o l u m b i a R i v e r T r e a t y w i t h t h e U.S. F i g u r e G.2 i l l u s t r a t e s t h e s c h e m a t i c l a y o u t o f t h e M i c a a n d t h e R e v e l s t o k e g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s a n d t h e i r s t o r a g e r e s e r v o i r s o n t h e C o l u m b i a R i v e r . It c a n b e s e e n t h a t b o t h t h e M i c a a n d R e v e l s t o k e g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s i n c l u d e p r o v i s i o n f o r t h e i n s t a l l a t i o n s o f t w o a d d i t i o n a l u n i t s f o r f u t u r e e x p a n s i o n . T h e M i c a a n d R e v e l s t o k e p r o j e c t s a r e o p e r a t e d i n h y d r a u l i c b a l a n c e . W i t h n o m i n i m u m r e l e a s e r e q u i r e m e n t s , o t h e r t h a n f o r p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d a e s t h e t i c r e a s o n s d u r i n g d a y l i g h t h o u r s , b o t h g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s e n j o y o n e o f t h e h i g h e s t o p e r a t i o n a l f l e x i b i l i t y i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m . H o w e v e r d r a f t i n g t h e K i n b a s k e t L a k e a f f e c t s l o g g i n g o p e r a t i o n s a n d r e c r e a t i o n a l u s e s , a n d s p e c i a l p r o v i s i o n s t o a c c o m m o d a t e t h e s e u s e s a r e a l l o w e d f o r i n l o n g - t e r m o p e r a t i o n s p l a n n i n g . G.2.2. The Pend D'Oreille Hydroelectric System B . C . H y d r o o p e r a t e s t h e S e v e n M i l e a n d W a n e t a h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s o n t h e P e n d D ' O r e i l l e R i v e r . T h e S e v e n M i l e p l a n t r e c e i v e s i t s i n f l o w s f r o m t h e B o u n d a r y g e n e r a t i n g f a c i l i t y , w h i c h i s o w n e d a n d o p e r a t e d b y S e a t t l e C i t y L i g h t i n t h e U.S. T h e l i v e s t o r a g e c a p a c i t y o f t h e S e v e n M i l e r e s e r v o i r i s a b o u t 6 0 m i l l i o n c u b i c m e t e r s , w h i l e t h e l i v e s t o r a g e o f t h e W a n e t a r e s e r v o i r i s a b o u t 5 m i l l i o n c u b i c m e t e r s . T h e S e v e n M i l e g e n e r a t i n g f a c i l i t y i s 2 8 7 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r Marke t E n v i r o n m e n t o w n e d b y t h e W e s t K o o t e n a y P o w e r C o m p a n y a n d i s o p e r a t e d b y B . C . H y d r o b y s p e c i a l a g r e e m e n t , w h i l e t h e W a n e t a g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s a r e o w n e d b y C o m i n c o C o m p a n y a n d i s o p e r a t e d b y a s p e c i a l a g r e e m e n t . T h e S e v e n M i l e g e n e r a t i n g f a c i l i t y h a s t h r e e u n i t s w i t h t o t a l g e n e r a t i n g c a p a c i t y o f 6 0 0 M W , w h i l e t h e W a n e t a g e n e r a t i n g f a c i l i t y h a s f o u r g e n e r a t i n g u n i t s w i t h t o t a l c a p a c i t y o f 3 6 0 M W . T h e S e v e n M i l e d i s c h a r g e s t o t h e W a n e t a r e s e r v o i r , w h i l e W a n e t a d i s c h a r g e s t o t h e m a i n s t e m o f t h e C o l u m b i a R i v e r , j u s t b e f o r e i t c r o s s e s t h e C a n a d i a n / U . S . i n t e r n a t i o n a l b o u n d a r y . T h e w a t e r l e v e l o f t h e W a n e t a r e s e r v o i r a f f e c t s h e a d o f t h e S e v e n M i l e p l a n t , w h i l e t h e f l o w l e v e l at t h e C o l u m b i a R i v e r a f f e c t s h e a d o f t h e W a n e t a p l a n t . T h e t w o g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s a r e n o r m a l l y o p e r a t e d i n h y d r a u l i c b a l a n c e , a l t h o u g h s p i l l s f r o m W a n e t a a r e m o r e f r e q u e n t f o r t w o m a i n r e a s o n s . F i r s t , t h e s i z e o f t h e W a n e t a r e s e r v o i r i s s m a l l , w h i c h g i v e s r i s e t o r a p i d f l u c t u a t i o n s i n i t s w a t e r l e v e l a n d i n s o m e i n s t a n c e s f o r c i n g s p i l l s t o o c c u r . S e c o n d , t h e S e v e n M i l e g e n e r a t i n g f a c i l i t y i s o p e r a t e d i n r e s p o n s e t o f l o w s o r i g i n a t i n g i n B o u n d a r y ( i n t h e U.S.) a n d l o c a l i n f l o w s . O f t e n , B o u n d a r y g e n e r a t i o n c a n f l u c t u a t e s i g n i f i c a n t l y . I f t h e S e v e n M i l e r e s e r v o i r i s at i t s h i g h e s t o p e r a t i o n a l l e v e l t h e n i t b e c o m e s n e c e s s a r y t o r u n t h e S e v e n M i l e g e n e r a t i n g f a c i l i t y n e a r i t s m a x i m u m l e v e l t o a v o i d u n n e c e s s a r y s p i l l s . U n d e r s u c h c i r c u m s t a n c e s , a n d b e c a u s e t h e W a n e t a r e s e r v o i r i s s m a l l a n d i t s g e n e r a t i n g c a p a c i t y i s s m a l l e r t h a n t h a t o f S e v e n M i l e , s p i l l s at W a n e t a c o u l d b e c o m e n e c e s s a r y f o r s a f e t y r e a s o n s e v e n t h o u g h t h e p l a n t i s r u n n i n g at i t s m a x i m u m g e n e r a t i n g c a p a c i t y . T h e S e v e n M i l e a n d W a n e t a h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s e n j o y s u n c o n s t r a i n e d o p e r a t i o n s , o t h e r t h a n c o n s t r a i n t s i m p o s e d b y t h e p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e g e n e r a t i n g a n d d i s c h a r g e f a c i l i t i e s . F i g u r e G.3 i l l u s t r a t e s a s c h e m a t i c o f t h e S e v e n M i l e a n d W a n e t a g e n e r a t i n g f a c i l i t i e s . 2 8 8 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Columbia River Inflows Max WL: 754.38 Min WL: 705.83 t Intake to Generators Kinbasket Lake: 14,800 Million M 3 Spill Valves Spill Gates \u00E2\u0080\u0094w\u00E2\u0080\u0094 T_L I T I l Power House 1 Power House 2 Tailwater Manifold Plant Tailwater pool Max WL: 573 00 Min WL: 557.80 Mica Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1&2 460 B 3&4 460 C 4&6 Future Total Plant 1840 Revelstoke Reservoir: 5.3 Billion M Intake to Generators Revelstoke Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1-4 500 _B 5&6 Future Total Plant 2000 Plant Tailwater pool I Local Inflows T T T I Columbia River at Revelstoke (to Arrow Lake) Figure G.2. Schematic Layout of the Upper Columbia Hydroelectric Facilities 2 8 9 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Max WL: 527.30 Min WL: 518.00 Max WL: 462.70 Min WL: 458.10 Boundary Generating Plant (U.S.) Seven Mile Reservoir: 60 Million M Spill Gates Intake to Generators 1 2 3 4 Seven Mile Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1-3 200 B 4 Future Total Plant 600 i n Waneta Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1-4 _90 Total Plant 360 Pend d'Oreille River (to Columbia River) Figure G.3. Schematic Layout of the Pend d'Oreille Hydroelectric Facilities (Columbia River): Seven Mile and Waneta. 2 9 0 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t G . 3 . T h e S t a v e R i v e r S y s t e m T h e S t a v e R i v e r s y s t e m , i l l u s t r a t e d i n F i g u r e G.4, i s l o c a t e d i n t h e L o w e r M a i n l a n d , e a s t o f V a n c o u v e r , n e a r M a p l e R i d g e . F l o w s f r o m t h e A l l o u e t t e R i v e r a r e i m p o u n d e d i n t h e A l l o u e t t e L a k e w i t h a s t o r a g e c a p a c i t y o f 155 m i l l i o n c u b i c m e t e r s . T h e A l l o u e t t e L a k e i s w i t h i n t h e G o l d e n E a r s P r o v i n c i a l P a r k a n d i s c o n s i d e r e d o n e o f t h e m a j o r r e c r e a t i o n a l f a c i l i t i e s a t t r a c t i n g m a n y r e s i d e n t s f r o m t h e C i t y o f V a n c o u v e r a n d o t h e r c o m m u n i t i e s i n L o w e r M a i n l a n d r e g i o n . F o r r e c r e a t i o n a l p u r p o s e s , w a t e r l e v e l s o f t h e A l l o u e t t e L a k e a r e r e s t r i c t e d t o b e a b o v e 121.25 f o r t h e p e r i o d b e t w e e n V i c t o r i a D a y a n d L a b o u r D a y h o l i d a y s . I n a d d i t i o n , m i n i m u m f i s h f l o w r e q u i r e m e n t s d i c t a t e t h e r e l e a s e o f 0.06 m 3/s at t h e d a m a n d a m i n i m u m f l o w o f 0.7 m 3/s f u r t h e r d o w n s t r e a m o f t h e d a m . W a t e r t o t h e A l l o u e t t e p o w e r h o u s e i s d i v e r t e d t h r o u g h a t u n n e l l e a d i n g t o t h e S t a v e L a k e . W h i l e a v e r a g e a n n u a l i n f l o w s a r e i n t h e o r d e r o f 2 0 m 3/s, l a r g e f l o o d f l o w s c o u l d o c c u r l a t e i n t h e f a l l . A s w i t h m o s t h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s n e a r r e s i d e n t i a l a r e a s , t h e A l l o u e t t e L a k e i s o p e r a t e d f o r f l o o d c o n t r o l p u r p o s e s as w e l l . T h e s e c o n d h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t y i n t h e S t a v e R i v e r s y s t e m i s S t a v e F a l l s p o w e r h o u s e . C u r r e n t l y t h e S t a v e F a l l s p o w e r h o u s e i s u n d e r r e d e v e l o p m e n t t o r a i s e t h e g e n e r a t i o n c a p a c i t y f r o m 5 0 t o 9 0 M W . O p e r a t i o n o f t h e S t a v e f a c i l i t i e s i s c l o s e l y c o o r d i n a t e d w i t h t h e d o w n s t r e a m p l a n t ( R u s k i n ) f o r f i s h e r i e s p u r p o s e s i n t h e p e r i o d b e t w e e n O c t o b e r 1 s t a n d J u l y 15 t h. T o t a l i n f l o w s t o t h e S t a v e L a k e t o t a l s a v e r a g e , 122 m 3/s, o f w h i c h 21 m 3/s o r i g i n a t e s f r o m t h e A l l o u e t t e ' s t u r b i n e d i s c h a r g e s . P e a k i n f l o w s t o t h e S t a v e L a k e o c c u r as a r e s u l t o f i n t e n s e r a i n f a l l s t o r m s i n l a t e f a l l . O t h e r o p e r a t i n g c o n s t r a i n t s a r e c u r r e n t l y b e i n g n e g o t i a t e d w i t h t h e D e p a r t m e n t o f F i s h e r i e s a n d o t h e r s t a k e h o l d e r s u n d e r t h e n e w l y f o r m e d W a t e r U s e P l a n p r o c e s s . 2 9 1 A Decision Support System for Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment Max WL: 125.51 Min WL: 116.00 Max WL: 82J2& Min WL: 73.00 Max WL: 42.86 Min WL: 41.10 Allouette River inflows Spill Valve Allouette Lake: 155 Million M Spill Valve Spill Gates r - i \u00E2\u0080\u0094 n To Allouette River Allouette Plant unit: Type Units Capacity (MW) A 1 8 Stave River inflows Stave Reservoir: 468 million M Spill Gates 10 Spill Bays (8 logs) I_L_[ Stave Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1-5 10 (45 future) Total Plant 50 (90 Future) Note: The 5 units will soon be replaced by 2 larger units, 45 MW each. Ruskin Local inflows Hayward Lake: 24 million M Intake to Generators 7 Spill Radial Gates 1 2 3 Ruskin Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1-3 _35 Total Plant 105 Tailwater pool Fraser River near Mission Figure G.4. Schematic Layout of the Stave River System Hydroelectric Facilities. 292 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m t o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t T h e m a i n o p e r a t i n g c o n s t r a i n t s at R u s k i n , t h e t h i r d f a c i l i t y i n t h e S t a v e R i v e r s y s t e m , c o n s i s t s o f b l o c k w a t e r r e l e a s e s f o r f i s h d u r i n g O c t o b e r a n d N o v e m b e r , a n d m i n i m u m f i s h f l o w r e l e a s e s o f 38.3 m 3/s f o r t h e p e r i o d D e c e m b e r t o A p r i l . W i t h l i t t l e l o c a l i n f l o w s , i n f l o w s t o H a y w a r d L a k e o r i g i n a t e f r o m S t a v e F a l l s r e l e a s e s . T h e L a k e ' s w a t e r l e v e l f l u c t u a t e s t h r o u g h o u t t h e y e a r t o a l l o w p e a k i n g at t h e p l a n t d u r i n g h i g h l o a d h o u r s . T h i s r e s u l t s i n a d r o p o f r e s e r v o i r l e v e l s o f a b o u t 3 m e t e r s . D u r i n g t h e h i g h f l o w s e a s o n i n t h e F r a s e r R i v e r , a n d d u r i n g h i g h t i d e s , t a i l w a t e r p o o l l e v e l s b e c o m e s h i g h , t h e r e b y r e d u c i n g t h e g r o s s h e a d o n t h e R u s k i n g e n e r a t i n g u n i t s . G . 4 T h e B r i d g e R i v e r S y s t e m T h e B r i d g e R i v e r B a s i n i s l o c a t e d i n t h e C o a s t M o u n t a i n s , a n d i t c o n t a i n s t h e t h i r d l a r g e s t set o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m . I n f l o w s a v e r a g i n g 4 0 m /s, e m a n a t i n g f r o m g l a c i a l a n d s n o w m e l t i n s p r i n g a n d s u m m e r a r e i m p o u n d e d i n t h e D o w n t o n L a k e o n t h e U p p e r B r i d g e R i v e r , w i t h a n a d d i t i o n a l 51 m 3/s i n t o C a r p e n t e r L a k e , i n t h e l o w e r r e a c h e s o f t h e r i v e r . A s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e G.5, t h e D o w n t o n L a k e f e e d s t h e 2 4 M W L a J o i e g e n e r a t i n g s t a t i o n , w h i c h d i s c h a r g e s t o t h e C a r p e n t e r L a k e . T h e C a r p e n t e r L a k e w a t e r s a r e d i v e r t e d o u t o f t h e B r i d g e R i v e r t h r o u g h t w o t u n n e l s w h i c h f e e d t w o g e n e r a t i n g s t a t i o n s t o p r o d u c e s 4 8 0 M W H r . T h e B r i d g e g e n e r a t i n g s t a t i o n s d i s c h a r g e s t o S e t o n L a k e , w h i c h f e e d s t h e 4 2 M W S e t o n g e n e r a t i n g s t a t i o n t h a t d i s c h a r g e s t o t h e F r a s e r R i v e r n e a r L i l l o o e t . A s i t c a n b e n o t e d f r o m t h e o p e r a t i o n s r a n g e s f o r m a x i m u m a n d m i n i m u m w a t e r l e v e l s o f t h e t h r e e r e s e r v o i r s , t h e S e t o n L a k e i s r e s t r i c t e d t o a b o u t 1 5 - c m f l u c t u a t i o n s t h r o u g h o u t t h e y e a r . A s i d e f r o m r e s t r i c t i o n s o n t h e L a J o i e t u r b i n e ' s r a m p i n g r a t e w h e n C a r p e n t e r L a k e e l e v a t i o n s a r e l o w , a n d t h e g a t e d r a m p r a t e o n t h e B r i d g e f o r p u b l i c s a f e t y , b a n k s t a b i l i t y a n d f i s h e r i e s p u r p o s e s , o p e r a t i o n o f t h e t w o h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s a r e u n r e s t r i c t e d . H o w e v e r , t h e s t o r y f o r S e t o n i s d i f f e r e n t , w h e r e f i s h f l o w r e l e a s e s a n d r a m p i n g r a t e s c h e d u l e s a r e r e q u i r e d t o a c c o m m o d a t e u p s t r e a m a n d d o w n s t r e a m f i s h m i g r a t i o n . I n a d d i t i o n , i r r i g a t i o n u s e r s a n d f i s h e r i e s a g e n c i e s m u s t b e n o t i f i e d w h e n e i t h e r t h e r e s e r v o i r ' s l e v e l s o r S e t o n c a n a l ' s w a t e r l e v e l s a r e l o w e r e d b e l o w a c e r t a i n l e v e l . U n d e r c e r t a i n o p e r a t i o n a l c o n d i t i o n s a h y d r a u l i c j u m p i n t h e i n t a k e p e n s t o c k c o u l d o c c u r , w h i c h r e q u i r e s c a r e f u l m o n i t o r i n g o f p r o d u c t i o n o f t h e g e n e r a t i n g u n i t . A s w i t h t h e S t a v e R i v e r s y s t e m , a W a t e r U s e P l a n p r o c e s s i s c u r r e n t l y u n d e r w a y t o d e f i n e o p e r a t i o n p r o c e d u r e s f o r t h e B r i d g e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m . T h e o t h e r f e a t u r e t h a t m a k e s th e B r i d g e g e n e r a t i n g f a c i l i t y d i f f e r e n t f r o m o t h e r f a c i l i t i e s i n t h e B.C. H y d r o s y s t e m , i s t h e h i g h h e a d ( 4 1 0 m ) a n d h i g h h e a d l o s s e s i n t u n n e l s a n d t h e b r a n c h i n g p e n s t o c k s l e a d i n g t o the j e t i m p u l s e t u r b i n e s u s e d i n t h i s f a c i l i t y . T h e s e f e a t u r e s r e q u i r e d c o n s i d e r a t i o n o f n e t r a t h e r t h a n g r o s s h e a d m o d e l i n g i n S P U C as d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4.5. 2 9 3 A Decision Support System lor Real-time Hydropower Scheduling in a Competitive Power Market Environment Upper Bridge River inflows 1 Max WL: 750.00 Min WL: 715.00 Max WL: 64S 00 Min WL: 610.00 Max WL: 236.33 Min WL: 236.15 Canal & Intake Fraser River near Lillooet Figure G.5. Schematic Layout of the Bridge River System Hydroelectric Facilities. 294 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t G . 5 T h e C a m p b e l l R i v e r S y s t e m F a m o u s f o r i t s w o r l d c l a s s f i s h e r i e s a n d i t s r e c r e a t i o n a l a n d s p o r t i n g p o t e n t i a l s , t h e h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n C a m p b e l l R i v e r i n V a n c o u v e r I s l a n d a r e a m o n g t h e m o s t r e s t r i c t e d i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m . T h e r i v e r s y s t e m i s a s p a w n i n g h a v e n f o r a l l f i v e s p e c i e s o f P a c i f i c S a l m o n , a n d b o t h s u m m e r a n d w i n t e r r u n s o f S t e e l h e a d . S p o r t a n d r e c r e a t i o n a l a c t i v i t i e s a r e as d i v e r s e as t h e f i s h s p e c i e s t h a t t h e r i v e r s u p p o r t s , a n d i n c l u d e s f i s h i n g a n d f i s h v i e w i n g , k a y a k i n g , h i k i n g , b o a t i n g , e t c , a l o n g s i d e n u m e r o u s c a m p i n g a r e a s . O p e r a t i o n s o f h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s i n t h i s r i v e r s y s t e m a r e c o n s t r a i n e d b y m i n i m u m f l o w s a n d r a t e o f f l o w v e l o c i t y c h a n g e r e q u i r e m e n t s , as w e l l as l i m i t a t i o n s o n d r a w d o w n a n d w a t e r l e v e l s d u r i n g s u m m e r m o n t h s . I n a d d i t i o n , f l u c t u a t i o n s i n w a t e r l e v e l s o f t h e l o w e r r e s e r v o i r s a r e n e c e s s a r y i n o r d e r t o b a l a n c e w a t e r f l o w t h r o u g h t h e t u r b i n e s . T h e h y d r o e l e c t r i c s y s t e m c o n s i s t s o f t h r e e g e n e r a t i n g s t a t i o n s a n d s e v e r a l r e s e r v o i r s , as s h o w n i n F i g u r e G.6. I n f l o w s t o B u t t l e L a k e a n d C a m p b e l l L a k e s o r i g i n a t e f r o m m o u n t a i n s o f c e n t r a l V a n c o u v e r I s l a n d a n d i n c l u d e s d i v e r s i o n s o f t h e H e b e r C r e e k a n d t h e Q u n i s a m a n d S a l m o n R i v e r s . T h e d i v e r s i o n s i m p a c t f i s h e r i e s , a n d m i n i m u m f l o w s a r e r e q u i r e d ( b y w a t e r l i c e n s e ) t o a l l e v i a t e t h e s e i m p a c t s . F l o w s c a n b e f l a s h y d u e t o r a p i d s n o w m e l t d u r i n g m i l d w i n t e r s t o r m s . F l o w s f r o m B u t t l e a n d U p p e r C a m p b e l l L a k e s d i s c h a r g e t h r o u g h t h e S t r a t h c o n a g e n e r a t i n g f a c i l i t y ( 5 6 M W ) i n t o L o w e r C a m p b e l l L a k e , w h i c h d i s c h a r g e s t h r o u g h t h e 4 7 M W L a d o r e g e n e r a t i n g f a c i l i t y t h a t d i s c h a r g e s i n t o t h e J o h n H a r t r e s e r v o i r . T h e 1 2 6 M W J o h n H a r t g e n e r a t i n g f a c i l i t y d i s c h a r g e s t o t h e l o w e r r e a c h e s o f t h e C a m p b e l l R i v e r , w h i c h d i s c h a r g e s i n t o t h e S t r a i t o f G e o r g i a . L o c a l i n f l o w s t o t h e J o h n H a r t r e s e r v o i r a r e s m a l l , h o w e v e r , a m i n i m u m f l o w o f 3 4 m /s i s m a i n t a i n e d f o r f i s h e r i e s , a n d t h e r e s e r v o i r i s r e s t r i c t e d t o a d r a w d o w n o f 1.2 m e t e r s . 2 9 5 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Campbell River inflows Inflows from Heber Diversion Max WL: 221.00 Min WL: 214.00 Tunnel Max WL: 177 00 Min WL: 176.00 Max WL: 139.55, Min WL: 139.00 3 Penstocks Buttle & Upper Campbell Lake: 823 Million M J Spill Valve Spill Gates Intake to Generator Strathcona Plant unit: Type Units Capacity (MW) A 2 30 Total Plant 60 \u00E2\u0080\u00A2Spill Valve _ Concrete Chute to Tailwater I Campbell River inflows Inflows from Quinsam Diversion Lower Campbell Lake: 317 million M Spill Gates Intake to Generators c n z i Spill Valve / Ladore Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1&2 27 Total Plant 54 I John Hart local inflows John Hart Headpond: 3.3 million M Spill Gates Intake to Generators 111 John Hart Plant units: Type Units Capacity (MW) A 1-6 _J0 Total Plant 120 1 2 3 4 5 6 i Strait of Georgia near Campbell River Town Figure G.6. Schematic Layout of the Campbell River System Hydroelectric Facilities. 2 9 6 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t G . 6 T h e C h e a k a m u s R i v e r S y s t e m T h e C h e a k a m u s R i v e r i s a c o a s t a l r i v e r s y s t e m t h a t d i s c h a r g e s t o t h e S q u a m i s h R i v e r . It i s l o c a t e d at a b o u t 3 5 k m N o r t h o f S q u a m i s h , a n d a b o u t 135 k m N o r t h o f V a n c o u v e r . T h e C h e a k a m u s d a m tha t i m p o u n d s w a t e r i n t h e D a i s y r e s e r v o i r r e g u l a t e s t h e C h e a k a m u s r i v e r f o r t w o p u r p o s e s : p o w e r g e n e r a t i o n a n d f l o o d c o n t r o l . T h e C h e a k a m u s p o w e r g e n e r a t i o n f a c i l i t y , l o c a t e d o n t h e S q u a m i s h R i v e r , i s a 155 M W o f f - s u m m e r p e a k i n g , h i g h h e a d ( 3 4 3 m ) f a c i l i t y t h a t r e c e i v e s f l o w s d i v e r t e d f r o m D a i s y r e s e r v o i r t h r o u g h a t u n n e l a n d t w o p e n s t o c k s 11 k m i n l e n g t h , as s h o w n i n F i g u r e G.7. S t o r a g e o f t h e D a i s y r e s e r v o i r i s a b o u t 4 6 m i l l i o n m 3 a n d i s s u b j e c t t o v e r y r a p i d d r a w - d o w n a n d f i l l i n g d u r i n g a d v e r s e w e a t h e r a n d h e a v y r a i n s f r o m S e p t e m b e r t o D e c e m b e r , a n d r a p i d s n o w m e l t f r o m M a y t o A u g u s t . D r a w i n g t h e r e s e r v o i r d o w n b e f o r e t h e f a l l s e a s o n a l l e v i a t e s f l o o d i n g r i s k s . I n a d d i t i o n o p e r a t i o n o f t h e r e s e r v o i r h a s b e e n h e a v i l y i n f l u e n c e d b y t h e l a t e s t W a t e r U s e P l a n t h a t w a s a d o p t e d r e c e n t l y . T h e P l a n s p e c i f i e s a f l o w r e g i m e f o r t h e C h e a k a m u s R i v e r t o b e f o l l o w e d at t h e d a m s i t e t o m a i n t a i n f i s h a n d f i s h h a b i t a t . T h e r e g i m e r e l i e s o n s p i l l i n g a c e r t a i n p e r c e n t a g e o f p r e v i o u s -d a y i n f l o w s . I f t h i s p e r c e n t a g e i s n o t s u f f i c i e n t , t h e n m i n i m u m f l o w s s h o u l d b e m a i n t a i n e d at a l l t i m e s . I n a d d i t i o n , t h e t o t a l f l o w s d i s c h a r g e d t h r o u g h t h e t u r b i n e s , i n a n y g i v e n y e a r a r e r e q u i r e d t o c o m p l y w i t h t h e w a t e r l i c e n s e l i m i t . Max WL: 373.50 Min WL: 362.10 1 Cheakamus River inflows Daisy Lake: 46 Million M 3 Spill Intake to Generators Intake to Station to Generator Tunnel Cheakamus Plant unit Type Units Capacity (MW) A 1&2 77.5 Total Plant 155 \u00C2\u00BB Penstocks Spill Gates Valve Spill Weir H D E H r_r V7 SG I J To Cheakamus River To Squamish River Figure G.7. Schematic Layout of the Cheakamus River System Hydroelectric Facilities. G . 7 T h e C l o w h o m R i v e r S y s t e m T h e C l o w h o m R i v e r e x p e r i e n c e s s i m i l a r f l o w p a t t e r n s as t h e C h e a k a m u s R i v e r . S t o r a g e c a p a c i t y o f t h e C l o w h o m L a k e t o t a l s 105 m i l l i o n c u b i c m e t e r s a n d i t d i s c h a r g e s i n t o t h e 3 3 M W C l o w h o m g e n e r a t i n g f a c i l i t y . T h e f a c i l i t y i s o p e r a t e d d u r i n g p e a k l o a d h o u r s a n d d i s c h a r g e s t o t h e S a l m o n I n l e t , 3 5 k m n o r t h o f S e c h e l t i n t h e S u n s h i n e C o a s t . T h e m o d e o f o p e r a t i o n r e s u l t s i n c o n t i n u o u s f l u c t u a t i o n s i n t h e l a k e w a t e r l e v e l s . C u r r e n t l y , t h e h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t i e s a r e o p e r a t e d w i t h n o c o n s t r a i n t s . 2 9 7 A D e c i s i o n S u p p o r t System for R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g i n a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Clowhom River inflows Max WL: 52.50 Min WL: 45.00 Clowhom Lake: 105 Million M Spill Gates C I Clowhom Plant: Type Units Capacity (MW) A 1 33 Spill Weir To Salmon Inlet near Sechelt Figure G.8. Schematic Layout of the Clowhom River System Hydroelectric Facilities. G .8 T h e W a h l e a c h R i v e r S y s t e m T h e W a h l e a c h R i v e r s y s t e m i s l o c a t e d 3 0 k m w e s t o f H o p e , a n d i t d r a i n s a h i g h a l p i n e b a s i n . I n f l o w s a r e s t o r e d i n t h e J o n e s L a k e , w h i c h d i s c h a r g e s t h r o u g h a p e n s t o c k i n t o t h e W a h l e a c h g e n e r a t i n g f a c i l i t y n e a r t h e F r a s e r R i v e r as s h o w n i n F i g u r e G:9. T h e w a t e r c o l u m n h e a d o n t h e W a h l e a c h p o w e r h o u s e i s t h e h i g h e s t ( 6 2 0 m ) i n t h e B . C . H y d r o s y s t e m , a n d f o r e a c h 1 m 3/s o f t u r b i n e f l o w t h e p o w e r h o u s e g e n e r a t e s a b o u t 4.8 M W . R e l e a s e s f r o m t h e r e s e r v o i r a r e s h a r e d b e t w e e n p o w e r a n d f l o w s t o s u s t a i n f i s h s t o c k s e v e r y o d d y e a r . F i s h f l o w s a r e d i v e r t e d t o s p a w n i n g c h a n n e l s w i t h s c h e d u l e s t o s u i t e f i s h s p a w n i n g , i n c u b a t i o n a n d o u t - m i g r a t i o n s e a s o n s . T h e s i t e a l s o c o n t a i n s r e c r e a t i o n a l f a c i l i t i e s o p e r a t e d b y B . C . H y d r o . 2 9 8 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r R e a l - t i m e H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a C o m p e t i t i v e P o w e r M a r k e t E n v i r o n m e n t Wahleach River inflows Max WL: 52.50 Min WL: 45.00 Penstock Jones Lake: 66 Million M Wahleach Plant unit: Type Units Capacity (MW) A 1 60 To Fraser River near Hope To Fraser River near Hope Figure G.9. Schematic Layout of the Wahleach River System Hydroelectric Facilities. G.9 T h e A s h R i v e r S y s t e m T h e A s h R i v e r i s l o c a t e d n e a r P o r t A l b e r n i i n V a n c o u v e r I s l a n d . T h e r i v e r f l o w s a r e s t o r e d i n E l s i e L a k e , w h i c h d i s c h a r g e s i n t o a 7.4 k m p i p e l i n e t h a t d r o p s 2 5 0 m e t e r s t o a 2 5 M W p o w e r h o u s e o n t h e s h o r e s o f t h e G r e a t C e n t r a l L a k e . A s s h o w n i n F i g u r e G.10, t h e h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t y i s e q u i p p e d w i t h a s i n g l e s p i l l v a l v e t h a t i s u s e d t o m a i n t a i n f i s h e r i e s i n t h e r i v e r . I n f l o w s o c c u r as r e s u l t o f s n o w m e l t i n M a y w i t h t h e r e g u l a r s m o o t h p e a k y c h a r a c t e r i s t i c , w h i l e m u c h h i g h e r p e a k f l o o d f l o w s o c c u r d u r i n g N o v e m b e r ' s r a i n s t o r m s . F r o m O c t o b e r t o M a y t h e r e s e r v o i r i s t y p i c a l l y f u l l a n d g e n e r a t i o n at m a x i m u m c a p a c i t y i s m a i n t a i n e d , b u t o n c e t h e r e s e r v o i r w a t e r l e v e l s a r e d r a f t e d t o a m i n i m u m l e v e l o f 3 2 0 m e t e r s , g e n e r a t i o n i s c u r t a i l e d d o w n t o 10 M W t o c o n s e r v e w a t e r f o r f i s h . 2 9 9 A D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r Real-t ime H y d r o p o w e r S c h e d u l i n g in a Compe t i t i v e P o w e r Marke t Env i ronment Ash River inflows Max WL: 330.71 Min WL: 320.00 Elsie Lake: 77 Million M 3 Spill Valve Spill Weir Intake to Generator 0 Tunnel & Pipeline Ash Plant unit: Type Units Capacity (MW) A 1 27 1 Ash River Great Central Lake (Vancouver Island) Figure G.10. Schematic Layout of the Ash River System Hydroelectric Facilities. G.10 Emerging Operational Issues It s h o u l d b e n o t e d t h a t a l t h o u g h n o t m e n t i o n e d as a n o p e r a t i n g c o n s t r a i n t i n m a n y r i v e r s y s t e m s , e a c h h y d r o e l e c t r i c f a c i l i t y i s c o n s t r a i n e d b y a n a n n u a l w a t e r l i c e n s e i s s u e d b y B r i t i s h C o l u m b i a P r o v i n c i a l G o v e r n m e n t . It s h o u l d a l s o b e n o t e d t h a t t h e B . C . H y d r o s y s t e m c u r r e n t l y e n j o y s s i g n i f i c a n t l y m o r e f l e x i b i l i t y t h a n m a n y o f i t s c o u n t e r p a r t s e l s e w h e r e i n t h e W o r l d , p a r t i c u l a r l y t h o s e i n t h e P a c i f i c N o r t h w e s t , U.S.A. W i t h i n t h e n e x t f e w y e a r s , t h e W a t e r U s e P l a n ( W U P ) p r o c e s s c o u l d d e f i n e m o r e o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n s t h a t c o u l d t a k e a w a y s o m e o f f l e x i b i l i t y t h a t B . C . H y d r o c u r r e n t l y e n j o y s . T h e g o a l o f t h e W a t e r U s e P l a n p r o c e s s \" i s t o a c h i e v e c o n s e n s u s o n a set o f o p e r a t i n g r u l e s f o r e a c h f a c i l i t y t h a t s a t i s f y t h e f u l l r a n g e o f w a t e r - u s e w a t e r u s e i n t e r e s t s at s t a k e , w h i l e r e s p e c t i n g l e g i s l a t i v e a n d o t h e r b o u n d a r i e s . \" ( R o s e n a u et a l . 1 9 9 8 ) . T h e P r o v i n c i a l G o v e r n m e n t ' s o b j e c t i v e s f o r W U P a r e t o p r o t e c t f i s h a n d a q u a t i c h a b i t a t ; t o c o n s i d e r f l o o d c o n t r o l ; t o c o n s i d e r p o w e r g e n e r a t i o n ; a n d t o c o n s i d e r r e l e v a n t F i r s t N a t i o n i s s u e s . A s o u t l i n e d i n R o s e n a u ' s p a p e r , t h e W U P p r o c e s s c o n s i s t s o f 14 s t e p s . U p o n p r e l i m i n a r y r e v i e w o f t h e s e s t e p s , i t w a s f o u n d t h a t m a n y o f t h e m a r e i m p o r t a n t w i t h r e g a r d s t h e o p e r a t i o n a l d e c i s i o n m a k i n g p r o c e s s at h y d r o a n d f o r m o d e l i n g o f h y d r o e l e c t r i c o p e r a t i o n s . I n a d d i t i o n t o t h e W U P p r o c e s s , B . C . H y d r o i s c u r r e n t l y i n v o l v e d w i t h w h a t h a s b e c o m e a n I n t e r n a t i o n a l S t a n d a r d , t h e I S O 1 4 0 0 1 , w h i c h i n v o l v e d e v e l o p m e n t o f a c o m p r e h e n s i v e E n v i r o n m e n t a l M a n a g e m e n t S y s t e m th a t a i m s at m o n i t o r i n g e n v i r o n m e n t a l i m p a c t s o f h y d r o e l e c t r i c o p e r a t i o n s , a n d w i t h t h e o b j e c t i v e o f m e e t i n g B . C . H y d r o ' s e n v i r o n m e n t a l o b l i g a t i o n s . B . C . H y d r o w i l l a t t e m p t t o o b t a i n I S O 1 4 0 0 1 c e r t i f i c a t i o n f o r t h e m a j o r i t y o f t h e f a c i l i t i e s i t o p e r a t e s , i n t h e f u t u r e . 3 0 0 "@en . "Thesis/Dissertation"@en . "2000-05"@en . "10.14288/1.0064007"@en . "eng"@en . "Civil Engineering"@en . "Vancouver : University of British Columbia Library"@en . "University of British Columbia"@en . "For non-commercial purposes only, such as research, private study and education. Additional conditions apply, see Terms of Use https://open.library.ubc.ca/terms_of_use."@en . "Graduate"@en . "A decision support system for real-time hydropower scheduling in a competitive power market environment"@en . "Text"@en . "http://hdl.handle.net/2429/10903"@en .