I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 ,   p p .   49 ~ 64   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 1 . pp 49 - 64           49       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Stocha stic planni ng  of multi - bus h y dro thermal s y st ems  using   the  sce na rio  t ree  t echnique       M a rt ha   P a t ricia   Ca m a rg o - M a rt ínez 1 ,   Rica rdo   Rincó B a lles t er o s 1 ,   F a bia n Sa la za r - Ca ce re s 1   Andrés F .   P a nes s o   H . 1 ,   H a rr y ns o n   Ra m írez - M urillo 1 ,   O s v a ldo   Añó 2   1 P r o g r a ma  d e   I n g e n i e r í a   E l é c t r i c a ,   U n i v e r si d a d   d e   La   S a l l e ,   B o g o t á ,   C o l o m b i a   2 I EE - C O N I C ET ,   U n i v e r si d a d   N a c i o n a l   d e   S a n   J u a n ,   S a n   Ju a n ,   A r g e n t i n a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   2 9 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Oct  1 4 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   No v   2 3 ,   2 0 2 5       Hy d ro th e rm a o p e ra ti o n   p lan n i n g   (HTOP)   is  a   c o m p le x ,   lar g e - sc a le  o p ti m a l   c o n tro p r o b lem .   Trad it io n a ll y ,   m a th e m a ti c a p ro g ra m m in g   is  u s e d   to   so l v e   it h o we v e r,   m e tah e u risti c   tec h n iq u e h a v e   e m e rg e d   a s   a n   a lt e rn a ti v e   a p p ro a c h .   Ho we v e r,   e v e n   in   th e   c o n tex o c u rre n tec h n o lo g ica l   d e v e lo p m e n ts,  th e   m o d e ls   d e v e lo p e d   to   d a te   g e n e ra ll y   re q u ire  sim p li fica ti o n i n   t h e   fo rm u lati o n .   In   p a rti c u lar,  in   m e d i u m - term   p lan n in g ,   th e y   h a v e   u se d   a   d e term in isti c   m o d e o sim p li fied   tran sm issio n   li n e in t o   a   sin g le  b u s.  Ho we v e r,   th is  a p p r o a c h   lea d to   c o n se r v a ti v e   a n d   u n re a li stic  so lu ti o n s   th a t   m a y   re su lt   i n   e it h e r   o v e rsiz in g   o r   u n d e r u ti li z a ti o n   o f   re so u rc e s.  Th e re fo re ,   th is  wo r k   p r o p o se a   m e th o d o lo g y   f o in c o r p o ra ti n g   u n c e rtain ti e in to   th e   HTOP  p ro b lem   with   a   m u lt i - b u t o p o lo g y .   It   wa tes ted   in   a   th re e - b u sy ste m ,   wh e re   li n e a f u n c ti o n a re   a p p li e d   t o   sim p li f y   t h e   p ro d u c ti o n   o f   h y d ro e lec tri c   p lan ts  a n d   t h e   c o st  o th e rm a u n it s .   Th e   m e th o d o l o g y   in c o rp o ra ted   we ll - e sta b l ish e d   tec h n iq u e in   a n   imp li c it   sto c h a stic  o p ti m iza ti o n   (IS O)   m o d e l,   u si n g   a   tree   o 5 0   s c e n a rio s   to   m o d e t h e   h y d ro l o g ica se ries ,   wh ich   is  so lv e d   with   li n e a p r o g ra m m in g   ( LP ).   Th e   re su lt we re   v a li d a ted   wit h   t h e   c o sts  o f   th e   1 0 0 0 0   g e n e ra ted   se rie s,  sh o wi n g   a n   e rro o 5 . 0 7 % .   Ad d it i o n a ll y ,   t h e   so lu t io n we re   c o m p a re d   with   a n   a d a p ted   m e tah e u risti c   tec h n iq u e   fo th is  p ro b lem   to   e x p l o r e   m o d e ls  a p p li c a b le t o   m o re   c o m p lex   f o rm u latio n s.   K ey w o r d s :   E co n o m ical  d is p atch   Hy d r o th er m al  p o wer   g en e r atio n   Op tim izatio n   m eth o d s     Scen ar io   tr ee   Sto ch asti p r o g r am m i n g   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ma r th Patr icia  C am ar g o - Ma r tín ez   Pro g r am d I n g en ier ía  E léctr ica,   Un iv er s id ad   d e   L Salle   C ar r er 2   # 1 0 - 7 0   B o g o tá,   D. C . ,   L C an d elar ia,   1 1 1 7 1 1 ,   C o l o m b ia   E m ail: m p ca m ar g o @ u n is alle. ed u . co       1.   I NT RO D UCT I O   An   ess en tial  r eq u ir em en f o r   t h o p er atio n   o f   an y   elec tr ic  p o wer   s y s tem   is   th en er g y   s u p p ly   to   m ee t   th d em an d   ec o n o m ically ,   i . e. ,   m ax im izi n g   s o cial  b en e f it  o r ,   u n d er   ce r tain   ass u m p tio n s ,   m in im izin g   o p er atin g   co s ts   [ 1 ] .   T o   ac h iev th is   g o al,   s y s tem s   r eq u ir ca r ef u p lan n in g   th at  m ee ts   s ta n d ar d s   f o r   q u ality ,   s ec u r ity ,   en v ir o n m en tal  p r o tec tio n ,   an d   r eliab ilit y ,   en s u r i n g   s u s tain ab le  an d   ef f icien t p o wer   s y s tem   o p er atio n .   T h ty p o f   p r im a r y   r eso u r ce   u s ed   to   o b tain   elec tr ic  en er g y   d ec is iv ely   d eter m in es  th co m p lex ity   o f   p lan n in g .   Hy d r o p o wer ,   wh ic h   r elies  o n   wate r   r eser v o ir s ,   is   s ig n if ican tly   af f ec ted   b y   s ea s o n al  ch an g es  an d   clim ate  p h en o m e n s u ch   as  th E Niñ o - So u th er n   Oscill at io n   ( E NSO) .   On   t h o th e r   h a n d ,   th er m al  p o wer   p lan ts ,   ty p ically   p o wer ed   b y   f o s s il  f u els,  o f f er   s tab le  en er g y   s u p p ly   b u r esu lt  in   en v ir o n m en tal  h ar m .   A   h y d r o th er m al  s y s tem ,   th er ef o r e,   b alan ce s   b o th   r eso u r ce s   b y   co n s id er in g   th at  th wate r   r eso u r ce   h as  n o   d ir ec t   m o n etar y   c o s t; th u s ,   th o p er a tin g   co s t is d eter m in ed   b y   th am o u n t o f   th er m al  g e n er atio n   u s ed .   Ho wev er ,   th e   p h y s ical  ca p ac ity   o f   r eser v o ir s   lim its   th s to r a g o f   wate r   r e s o u r ce s .   C o m b in e d   with   th e   u n p r ed ictab le   n atu r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   49 - 64   50   o f   wate r   in f lo w,   th is   cr ea tes  d ilem m ab o u wh eth er   to   u s th r eso u r ce   im m ed iately   o r   co n s er v it  f o r   f u tu r u s e,   r esu ltin g   in   tem p o r ar y   in ter d ep en d en ce   b etwe en   th ese  ch o ices.  T h u s ,   h y d r o th er m al   o p er atio n   p lan n in g   ( HT OP)   is   d y n am i p r o ce s s   th at  ca n   b m o d eled   as  an   o p tim izatio n   p r o b lem ,   wh er th o b jectiv e   is   to   ass es s   th am o u n t o f   wate r   th at  co u ld   r ep lace   th e r m al  e n er g y   with in   tim h o r izo n   [ 2 ] .   I n   ad d itio n   t o   th ese  d y n am i an d   s to ch asti ch ar ac ter is tics ,   HT OP  is   r eg ar d ed   as  a   co m p le x   o p tim izatio n   p r o b lem   b ec au s e   o f   i )   its   n o n - lin ea r ,   n o n - s ep a r ab le,   an d   n o n - c o n v e x   n atu r e   [ 3 ] ii )   it  in clu d es  s ev er al  co n s tr ain ts ,   s u ch   as  e n er g y   b alan ce ,   lim its   o f   wat er   r eser v v o lu m e ,   to tal  o u tf lo ws,  h y d r o elec tr ic  g en er atio n   f u n ctio n s ,   an d   w ater   b alan ce   eq u atio n s iii )   i in v o lv es  m an y   v a r iab les  with   d if f er en tim e   d is cr etiza tio n an d   iv )   it  is   h a r d   to   co n s id er   lo n g - tim h o r izo n   d iv id ed   in to   s ev er al  s h o r in ter v als.  Fo r   all  th ese  r ea s o n s ,   it  is   n ec ess ar y   to   h ier ar c h ically   d is ag g r eg ate   th p r o b lem   in to   lo n g - ter m ,   m ed iu m - ter m ,   an d   s h o r t - ter m   h o r izo n s .   T h e   co u p lin g   b etwe en   h o r izo n s   is   ca r r ied   o u t   f r o m   t h lar g est  t o   th e   s m allest,  b ased   o n   th av ailab ilit y   o f   wate r   r eso u r ce s   o r   o th er   p ar am eter s   r esu lt in g   f r o m   p r e v io u s   p lan n in g ,   s u ch   as  th v alu o f   wate r   [ 4 ] .   C o n v en tio n ally ,   HT OP  p r o b l em s   ar s o lv ed   b y   m ath em a tical  p r o g r am m in g   [ 5 ] ,   s u c h   as  lin ea r   p r o g r a m m in g   ( L P),   d y n am ic   p r o g r am m i n g   ( DP) ,   n o n lin e ar   p r o g r a m m in g   ( NL P),   o r   s to ch asti d y n am ic   p r o g r a m m in g   ( SDP)  an d   s to c h asti d u al  d y n am ic  p r o g r am m in g   ( SDDP)  [ 6 ] [ 7 ] T h ese  p r o ce d u r es  o b tain   th e   g lo b al  o p tim al  s o lu tio n   if   th e   n ec ess ar y   o p tim ality   co n d iti o n s   ar s atis f ied h o wev er ,   in   co m p lex   s y s tem s ,   th ey   r e q u ir e   b ein g   co m b in ed   with   d ec o m p o s itio n   [ 8 ] ,   [ 9 ]   lin ea r   a p p r o x im atio n s   [ 1 0 ] [ 1 1 ]   o r   s im u latio n   tech n iq u es  ( e. g . ,   Mo n te  C ar lo )   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ]   an d   also   n ee d   to   co n s id er   s ig n if ican s im p lific a tio n s ,   ev en   th o u g h   tech n o lo g ical  a d v an ce s   i n   p r o ce s s o r s   an d   s o f twar h av r ed u ce d   t h n u m b er   o f   th ese  r ed u ctio n s .   An o th er   em er g in g   ap p r o ac h   in   r ec e n d ec ad es  to   s o lv in g   o p tim izatio n   p r o b lem s   is   m etah eu r is tic  tec h n iq u es.  Alth o u g h   an   o p tim al  g lo b al  s o lu tio n   is   n o g u ar an tee d ,   esp ec ially   f o r   co m p le x   a n d   h ig h - d im en s io n al  p r o b lem s ,   t h ey   p r o v id e   n ea r - o p tim al  s o lu tio n s   in   r ea s o n ab le   tim [ 1 4 ] .   Gi v en   th eir   f ea tu r es  s u ch   as  s im p licity ,   ad ap tab ilit y ,   an d   r o b u s tn ess ,   m etah eu r is tic  to o ls   h av b ee n   ap p lied   to   s o lv HT OP  p r o b lem s ,   s h o win g   g r ea p o ten tial  to   ad d r ess   th eir   c o m p lex   f o r m u l atio n   an d   to   m o d el   th em   with o u ex ten s iv e   s im p lific atio n s   [ 1 5 ] [ 1 6 ] .   I n   [ 1 7 ] ,   a   co m p r eh e n s iv an d   u p - to - d at o v er v iew  o f   th e   m etah eu r is tic  to o ls   ap p lied   to   HT OP  i n   th s h o r ter m   is   p r o v id e d .   R eg ar d i n g   th e   d ev e lo p m en o f   to o ls   ap p lied   in   m ed iu m - ter m   p lan n in g   p r o b lem s ,   th wo r k s   [ 1 8 ] [ 2 1 ]   r em a r k   th at  d if f er en to o l s ,   s u ch   as  g en etic  a lg o r ith m   ( GA)   o r   p ar ticle  s war m   ( PS O) ,   ar im p lem en ted   to   s o lv d eter m in is tic  an d   s in g le - b u s   p r o b lem s .   Ma th em atica an d   m etah eu r is tic  m o d els  d ev elo p ed   s o   f ar   t o   s o lv th HT OP  p r o b lem   s i m p lify   th e   n atu r o f   th o b jectiv f u n cti o n ,   th r estrictio n s ,   o r   th v ar iab les.  Fo r   ex am p le,   s tu d ies  s u ch   as  [ 1 1 ]   ass u m th co s ts   o f   th er m al  p o wer   p l an ts   as  lin ea r   f u n cti o n s .   Alter n ativ ely ,   w o r k s   lik e   [ 2 2 ]   an d   d if f er en t   v er s io n s   o f   SDDP  r ed u ce   th o b jectiv f u n ctio n   to   p iece wis lin ea r   f o r m ,   b u it  is   s till   co n v ex .   R eg ar d in g   s to ch asti m o d elin g ,   [ 2 3 ]   ass u m es  u n ce r tain ty   with   two - s tag e   m o d el,   wh ile  [ 2 4 ]   in clu d es  s to c h asti en v ir o n m en t   o n ly   in   th f in al  s tag es.  I n   ad d itio n ,   s o m m o d els  co n d e n s th s y s tem   in to   s in g le  b u s   [ 2 5 ] ,   an d   o t h er s   s im p lify   th r eser v o ir s   u s in g   ag g r e g atio n   m eth o d o lo g y   [ 2 6 ] .   On   th m etah eu r is tics   s id e,   wo r k s   s u ch   as    [ 2 7 ] [ 2 9 ]   co n s id er   n o n - co n v e x   co s f u n ctio n s   s to ch asti ca ll y   an d   n o n - lin ea r   wate r   p r o d u ctio n   f u n ctio n s ,   b u t   em p lo y   s in g le - b u s   m o d el.   I n s tead ,   [ 3 0 ] [ 3 2 ]   tak o n   th tr an s m is s io n   n etwo r k   b u ass u m d eter m in is tic  o p tim izatio n   p r o b lem .   Dep en d in g   o n   th tim e   h o r iz o n   s tu d ied ,   ea ch   s im p lific atio n   co u l d   af f ec t   th r esu lts   an d   d ec is io n - m ak in g .   Fo r   i n s tan ce ,   in   th m ed iu m - ter m   h o r izo n ,   elec tr ic al  tr an s m is s io n   co n s tr ain ts   ar e   s ig n if ican in   lar g e ,   lo o s ely   m esh ed   s y s tem s   s u ch   as  th o s in   So u th   Am er ica,   b ec au s th lin es  ar m o r v u ln e r ab le  to   ex ce ed in g   th eir   o p er atin g   lim its .   Fu r th er m o r e,   it  is   im p o r tan t   to   s to c h a s tically   m o d el  s p ec if ic  in p u p ar am eter s ,   s u ch   as   r en ewa b le  p r im ar y   r eso u r ce s   an d   elec tr icity   d em an d ,   s in ce   u n ce r tain ty   p r o p ag ates  o v er   lo n g er   p lan n in g   h o r izo n s   [ 3 3 ] .   T a k in g   in t o   ac c o u n th ab o v e - m en tio n e d   asp ec ts ,   an d   co n s id er in g   th at  im p lem en tin g   r ea lis tic  ec o n o m ic  d is p atch   m o d els  t h at  r ef lect  th p h y s ical  r estrictio n s   an d   u n p r ed ictab ilit y   o f   th g en e r atio n   is   ess en tial  to   av o id   eith er   ass i g n m en o f   lo a d   th at  ca n n o b p r o d u ce d   o r   o v er s izin g   o r   u n d er u tili za tio n   o f   r eso u r ce s ,   th co r r esear c h   q u esti o n   ad d r ess ed   in   th is   wo r k   is   h o to   m o d el  th in h er en u n ce r tain t y   o f   v ar iab les ass o ciate d   with   r en ewa b le  g en er atio n   r eso u r ce s   wi th in   m ed iu m - ter m   HT OP,  w h ile  s im u ltan eo u s ly   ac co u n tin g   f o r   th tr an s m is s io n   n etwo r k   an d   en s u r i n g   th e   r esu ltin g   m eth o d o lo g y   ca n   s o lv th p r o b lem   d esp ite  co m p lex   f o r m u latio n s .   I n   th is   r eg a r d ,   th is   wo r k   p r o p o s es  n o v el  o p tim izatio n   m et h o d o lo g y   th at  ca n   b ap p lied   to   m ed iu m - ter m   p r o b lem s ,   wh er th n etwo r k   a n d   th s to ch asti city   o f   wate r   i n p u ts   ar in clu d ed .   An   im p licit  s to ch asti o p tim i za tio n   ( I SO)   s tr ateg y   was  ap p lied   to   ad d r ess   u n ce r tain ty   in   h y d r o   u n it  in f lo ws,   u s in g   s ce n a r io   tr ee   with   th p r o g r ess iv clu s ter in g   m eth o d   ( PC M)   [ 3 4 ] ,   wh ich   was  r ed u ce d   t h r o u g h   an   alg o r ith m   b ased   o n   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   [ 3 5 ] .   T h e   p r o p o s ed   m eth o d o lo g y   was  test ed   in   ca s s tu d y   in   wh ich   th lo ca tio n s   o f   th h y d r o   a n d   th er m al  p o wer   g en er ato r s ,   as  well  as  th lo ad   d em an d ,   wer co n s id er ed   at  d i f f er en t   s y s tem   b u s es,  a n d   th e   in f lo ws  o f   th h y d r o   p lan t   wer m o d el ed   u s in g   a   r ed u ce d   s ce n ar io   tr ee   with   5 0   s ce n ar io s .   L in ea r   f u n ctio n s   wer u s ed   to   r ep r esen h y d r o   p la n p r o d u ctio n   an d   th er m al   u n it  co s ts ,   an d   a   lin ea r   p r o g r am m in g   ( L P)  t o o was  im p le m en ted   t o   s o lv e   th e   o p tim iza tio n h o we v er ,   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         S to ch a s tic  p la n n in g   o f m u lti - b u s   h yd r o th erma l sys tems u s i n g     ( Ma r th a   P a tr icia   C a ma r g o - Ma r tín ez )   51   m eth o d o l o g y   in co r p o r ated   m eta - h eu r is tic  tech n iq u to   v a lid ate  th ca s an d   to   p r o v i d to o th at  ca n   tr ea t   non - lin ea r   an d   n o n - co n v ex   p r o b lem s .   I n   s u m m ar y ,   th is   r esear ch   estab lis h ed   s o m th eo r etica l   id ea s   in   p o wer   s y s tem   o p tim izatio n ,   s to ch asti m o d elin g ,   m etah e u r is tic  tech n iq u es,   an d   s u s tain ab le  en e r g y   p lan n in g   to   c o m p u te   an   o p tim al   s o lu tio n   p r esen ted   th r o u g h   n o v el  m eth o d o l o g y   to   ad d r ess   th HT OP  p r o b lem ,   o f f er in g   p r ac tical  to o f o r   m ed iu m - ter m   p la n n in g   in   h y d r o lo g ically   v ar iab le  r eg i o n s ,   in   wh ich ,   m o r eo v er ,   an   im p r o v em e n o v er   class ical  ap p r o ac h es  th at  co n s id er   s in g le - b u s   s im p lific atio n s   is   in clu d ed ,   lead in g   to   p ar ticu lar   an aly s is   o f   m esh ed   g r id s   with   h ig h   h y d r o p o wer   p o ten tial.  T h d e v elo p m en o f   th is   ef f icien s ce n ar io   r ed u cti o n   tech n iq u e,   wh ic h   en ab les  th s o lu tio n   o f   co m p lex   s to ch as tic  o p tim izatio n   p r o b lem   cr itical  to   elec tr ical  g r id   r eliab ilit y ,   d ir ec tly   alig n s   wit h   I J E C E s   s co p b y   p r esen tin g   s ig n if ican c o m p u te r   en g i n ee r in g   s o lu tio n   to   th f ield   o f   elec tr ical  p o wer   s y s tem s   en g in ee r in g .   T h s tr u ctu r o f   th is   p ap er   is   s h o wn   as  f o llo ws:   I n itially ,   s ec tio n   2   ex p lai n s   th th eo r etica l   d escr ip tio n   o f   th s to ch asti m o d el,   o u tlin in g   h o u n ce r tain ties   in   h y d r o th er m al  o p er atio n   p lan n in g   ar e   ad d r ess ed   th r o u g h   s ce n ar io - b ased   ap p r o ac h es  u s in g   a n   I SO  m o d el.   Su b s eq u en tly ,   th I SO  f o r m u latio n   f o r   HT OP  is   in tr o d u ce d   as  m i n im izatio n   p r o b lem   to   o p tim ize  to tal  o p er atin g   co s ts   wh ile  ac c o u n tin g   f o r   s y s tem   co n s tr ain ts   an d   in cl u d in g   th p o wer   f lo f o r   lin es  an d   s to ch asti v ar iab les.  T h en ,   th m o s r ele v an ch ar ac ter is tics   o f   th e   m etah eu r is tic  tech n iq u e   u s ed   to   v alid ate  th r esu lts   ar d escr ib ed .   Sectio n   3   d escr ib es  th ap p licatio n   o f   th p r o p o s ed   m eth o d o lo g y   to   th ca s s tu d y .   Sectio n   4   p r esen ts   th r es u lts ,   co m p ar in g   th p r o p o s ed   s ce n ar io   tr ee   m o d el  ag ain s b aselin ap p r o ac h   a n d   h i g h lig h tin g   its   ef f ec tiv e n e s s   in   ter m s   o f   c o s an d   r eliab ilit y .   Fin ally ,   s ec t io n   5   p r esen ts   th co n clu s i o n s ,   s h o win g   th b en ef its   f o r   p o wer   s y s tem   m an ag em en t a n d   s u g g esti n g   d ir ec tio n s   f o r   f u tu r w o r k .       2.   T H E   CO M P RE H E NS I VE   T H E O RE T I CA L   B ASI S   2 . 1 .     Sto cha s t ic  pro g ra mm ing   Op tim izatio n   m o d el  s o lu tio n s   th at  in clu d ex p licit  u n ce r tain ties   in   p ar am eter s   o r   v ar iab les  ar d ev elo p e d   th r o u g h   s to ch asti p r o g r am m in g   ( SP ) ,   w h er th u n ce r tain t y   o f   r a n d o m   v a r iab le  is   d escr ib e d   u s in g   co n tin u o u s   p r o b ab ilit y   d en s ity   f u n ctio n ,   wh ich   im p lies   th p r esen ce   o f   ex p ec ted   v alu es  with in   th f o r m u latio n .   T h is   ap p r o ac h   g e n er ally   h as  co m p lex   ev alu ati o n ,   b u o n way   to   o v er c o m th is   d if f icu lty   is   to   ap p r o x im ate  th e   co n tin u o u s   f u n ctio n   to   a   d is cr ete  d is tr ib u tio n   f u n ctio n .   T h e r ef o r e,   if   r an d o m   v a r iab le  is   o b s er v ab le  o v e r   tim e,   s tan d ar d   an aly s is   u s ed   to   ev alu ate  it s   b eh av io r   is   p er f o r m ed   b y   d ef in in g   s ce n ar io s   o r   s tep s .   T wo   m eth o d s   ar em p lo y ed   t o   p er f o r m   th is   o p tim izatio n .   I n   th f ir s ap p r o ac h ,   ex p licit  s to ch asti c   o p tim izatio n   ( E SO)   is   an   ap p r o ac h   wh er t h u n ce r tain ty   is   co n s id er ed   with in   th e   f o r m u la tio n   o f   th p r o b lem .   T h is   o p tim izatio n   is   b ased   o n   th two - s tag e   m o d el  [ 3 4 ] .   I n   th f i r s s tag e,   d ec is io n   is   tak en ,   ass u m in g   a   p r io r in f o r m atio n   ( i.e . ,   v alu f o r   th e   r an d o m   v ar iab le  is   e s tab lis h ed ) .   Du to   th u n ce r t ain ty ,   th ass u m ed   v alu n ee d s   co r r ec tiv e   ac tio n s   ( r eso u r ce s )   i n   th s ec o n d   s ta g e.   T h is   m o d el  ca n   b e x p an d ed   to   in cl u d m o r r eso u r ce s m u ltis tag p r o b lem wh ich   wo u ld   c o r r esp o n d   t o   th e v o lu tio n   o f   th e   u n ce r ta in ty   o v e r   tim e.   T h e   d ec is io n s   f o r   ea ch   s tag d e p e n d   o n l y   o n   th is   o b s er v ab le  d at a,   an d   th d ec is io n s   at  an y   s tag ar in d e p en d e n o f   th e   n ex t   o n e.   T h is   ch ar ac t er is tic  is   n am ed   n o n - a n ticip at iv o f   th e   d ec is io n s   [ 3 6 ] T h s ec o n d   ap p r o ac h   in v o lv es  u s in g   im p licit  s to ch asti o p tim izatio n   ( I SO)   [ 3 7 ] ,   wh ich   in clu d es  in d ir ec u n ce r tain ty .   I n   th is   ca s e,   d if f er en t   s ce n ar io s   m o d el  t h e   v ar iab le,   an d   ea ch   o n is   r u n   in d e p en d e n tly .   T h en ,   m u l tiv ar iate  an aly s is   is   r eq u ir ed   to   o b tain   th o p tim a s o lu tio n .   T h ese  m o d els  ar k n o wn   as  Mo n te  C ar lo   o r   Sto ch asti Simu latio n   ( SS ) .   W h ile  th ey   d o   n o co n s id er   th n o n - an ticip ativ p r in ci p le,   its   im p lem en tatio n   im p lies   r ed u ctio n   in   th e   v ar iab les o f   th p r o b lem   an d ,   t h er ef o r e ,   less   co m p u tatio n   tim e.     2. 1 . 1.   Scena rio   t re e   I n   m u ltis tag p r o b lem ,   th u n ce r tain ty   in   ea c h   s tag t   o f   th r an d o m   v ar ia b le    ca n   b s am p led ,   g en er atin g   r ea lizatio n s   th at  ca n   b o r g an ized   u s in g   s ce n ar io   tr ee .   Fo r   its   co n s tr u ctio n ,   it  is   as s u m ed   th at   d is cr ete  v alu es m ay   r e p r esen th p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   o f   th v ar iab le  at  ea c h   s tag e.   I n   th tr ee ,   s ce n ar io     is   d ef in ed   as  an y   p ath   f r o m   th v al u o f   th v a r iab le  in   th f ir s s tag e   1   ( r o o t) ,   tak in g   d is cr ete  v alu es  ( n o d es  )   in   ea ch   s tag 1 , 2 , 3 , . . . , .   I m ea n s   th at  ea ch   s ce n ar io ,   ,   h as    n o d es.  T h s tr u ctu r o f   th s ce n ar io   is   ex em p lar y   in   Fig u r 1 .   I n   th is   ca s e,   th r an d o m   v ar iab le    is   r ep r esen ted   b y   tr ee   o f   = 3   s tag es,  with   4   s ce n ar io s   an d   7   n o d e s .   Fo r   ex am p le,   it c an   b o b s er v ed   th at  1   is   d escr ib ed   b y   n o d es  1 , 2   4 ,   wh e r ea ch   o n e   b elo n g s   t o   a   s tag e   1 ,   2 ,   an d   3 ,   r esp ec tiv ely .   E a ch   n o d   b r an ch es  in to   s et  o f   s u cc ess iv n o d es  + ,   wh er th p ath   b etwe en   th em   h as  tr an s iti o n   p r o b ab ilit y   + / > 0   ( r ep r esen ted   in   t h f ig u r b y   th b lu b o x es).   I r e p r esen ts   th p r o b ab ilit y   th at  s u cc ess o r   n o d    b ec o m es  + .   T h p r o b ab ilit y   +   o f   n o d +   is   ca lcu lated   b y   ( 1 ) ,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   49 - 64   52   1 = 1   f o r   + = 1   ( 1 )     + = + /   f o r   + 1       wh er n o d es  in   th e   last   s tag h av p r o b ab ilit y   o f   ea ch   s ce n ar io   e. g . ,   in   Fig u r 1 5   co r r e s p o n d s   to   t h p r o b a b ilit y   o f   5 ,   an d   also   d ef in e s   th p r o b a b ilit y     2   o f   2 .           Fig u r 1 .   E x am p le  o f   s ce n ar i o   tr ee       I is   wo r th   o b s er v in g   t h at  in   a   tr ee ,   th s ce n ar i o s   s h ar n o d es  in   th ea r ly   s tag es  an d   b r a n ch   o u to   r ef lect  th g r o wth   o f   u n ce r tain ty   o v e r   tim e.   T h is   b e h av io r   o c cu r s   b ec au s a   r a n d o m   v ar ia b l ca n   ass u m e   b o th   r ed u ce d   a n d   p r ed ictab le  v alu e s   in   th p r esen t.  I n   co n tr ast,  th s et  o f   p o s s ib le  v alu es in   th later   s tag es,  i.e . ,   th n u m b er   o f   n o d es  in   th f u tu r e,   is   g r ea ter .   On   th o th er   h a n d ,   th is   b r an ch i n g   s tr u ctu r g u ar an tees  th at  th e     non - a n ticip ativ ch a r ac ter is tic  is   ex p licitly   a n d   n atu r ally   r e p r esen ted ,   b ec a u s a   n o d m u s b e   th s am e   ac r o s s   all  s ce n ar io s   th at  s h ar th at  h is to r y   [ 3 6 ]     2. 1 . 2.   B uil din g   a   s ce na rio   t re e   Gen er atin g   s ce n ar io   tr ee   r e q u ir es  d ata  to   r ep r esen th o cc u r r en ce   o f   r an d o m   p r o ce s s ,   wh ich   is   d escr ib ed   b y   r an d o m   v ar i ab le  f am ily   an d   its   tem p o r al  ev o lu tio n .   T h e r ar d if f er e n m eth o d s   in   th e   liter atu r f o r   b u ild in g   tr ee   [ 3 4 ] ,   wh er e   its   s tr u ctu r is   g en er ally   p r o p o s ed   as  an   in p u p a r am eter th at  is ,   th e   n u m b er   o f   n o d es  p er   s tag is   estab lis h ed   p r io r i,  an d   th er e f o r e,   th t o tal  n u m b er   o f   s ce n ar io s     o f   th tr ee .   PC [ 3 8 ]   was u s ed   in   th is   wo r k ,   as d escr ib ed   b elo w.   a.   Pro g r ess iv clu s ter in g   m eth o d   ( PC M)   T h r an d o m   p r o ce s s   r ea lizatio n s   ar d en o ted   as  { }   an d   ar co n s id er ed   b r o k e n   in to   s tag es  { } ,   as   it  is   s h o wn   in   Fig u r e   2 .   T h s ce n ar io   tr ee   is   d ef i n ed   b y   { }   s ce n ar io s ,   wh er e   { } { } ,   ea ch   o n e   h a s   p r o b a b ilit y     f o r   = 1 , 2 , . . . , ,   an d   { }   n o d es f o r   = 1 , 2 , . . . , ,   as  p r ev io u s ly   s tated .   T h is   m eth o d   s tar ts   b y   d ef in in g   r o o t n o d e   1   to   r e p r esen th f ir s co m p o n en t   1 e. g . ,   u s in g   th e   m ea n   v alu e   o f   th w h o le  s er ies  s et  { 1 }   f o r   = 1 , 2 , . . . , .   T h p r o ce s s   co n tin u es  b y   co n d itio n al  clu s ter in g   o f   th e   s ec o n d   co m p o n en 2   in to   as  m an y   clu s ter s   as  th n u m b er   o f   n o d es  in   th tr ee   at  s tag 2 .   T h ce n tr o id s   r esu ltin g   f r o m   th cl u s ter in g   p r o ce s s   ar u s ed   to   estab lis h   th v alu es o f   t h n o d es.  I n   s tag 3 ,   t h s er ies  { 3 }   ar n o g r o u p e d   ac co r d in g   to   th eir   co n n ec tio n   with   t h n o d es  o f   th e   s ec o n d   s tag e.   T h en ,   ea ch   g r o u p   is   clu s ter ed   with   r esp ec to   th e   b r an ch es  d ef in e d   f o r   ea ch   n o d in   th e   th ir d   s tag e.   Ag ain ,   t h n o d e   v alu es  a r b ased   o n   th ce n tr o id s   f o u n d   d u r in g   clu s ter in g .   T h p r o ce s s   co n tin u es in   th e   s am way   u n til r ea ch in g   th last   s tag e.   b.   Scen ar io   tr ee   r ed u ctio n   Gen er ally ,   s ce n ar io   r ed u ctio n   tech n iq u es m in im ize  th d is tan ce   b etwe en   th o r ig in al  an d   th r ed u ce d   tr ee .   T h estab lis h ed   d is tan ce   f u n ctio n   d ef in es  th o b jectiv f u n ctio n ,   wh ich   s elec ts   th b est - r ed u ce d   t r ee   co m p o s ed   o f   th m o s r ep r esen tativ s ce n ar io s   am o n g   th e   en tire   s et.   T h is   h ig h - lev el  o p tim izatio n   p r o b lem   h as  co m b in ato r ial  n atu r e,   an d   it  is   ess en tially   s et  co v e r   p r o b lem   [ 7 ] Giv en   th e   b en ef i ts   o f   m etah e u r is tics   an d   th ea s o f   ex p r ess in g   th p r o b lem   in   ter m s   o f   f itn e s s   f u n ctio n ,   th m o d el  cited   i n   [ 3 5 ]   p r o p o s es  s ce n ar io   tr ee   r ed u ctio n   u s in g   t h PS tech n iq u e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         S to ch a s tic  p la n n in g   o f m u lti - b u s   h yd r o th erma l sys tems u s i n g     ( Ma r th a   P a tr icia   C a ma r g o - Ma r tín ez )   53       Fig u r 2 .   E x am p le  o f   r a n d o m   p r o ce s s   r ea lizatio n       I n   th is   p r o b lem ,   th s ea r ch   s p ac co n s is ts   o f   th s et  o f   all    s ce n ar io s   o f   th o r i g in al  tr ee ,   wh er   s ce n ar io s   o f   t h r e d u ce d   tr ee   ar estab lis h ed   a   p r i o r as  i n p u d ata.   T h o b jectiv o f   t h s war m   is   to   d eter m in e     s ce n ar io s   th at  ar th f u r th est  f r o m   ea c h   o th er ,   i.e . ,   th o s th at  m ax im ize  th d is tan ce   to   th eir   n eig h b o r s .   E ac h   - th   p ar ticle  o f   th s war m   is   m ea s u r ed   in   te r m s   o f   its   ad ap tab ilit y   o r   f itn e s s   f u n ctio n   u s in g   th m in im u m   m u ltiv ar iate  n o r m alize d   E u clid ea n   d is tan ce     o f   th s war m ,   m u ltip lied   b y   its   p r o b ab ilit y   ,   as   d escr ib ed   in   ( 2 ) .                =   { 1 ( , , ) 2 = 1 = 1 }   ( 2 )     wh er e     is   n u m b e r   o f   s ce n ar i o s   in   th e   r ed u ce d   tr ee   ( i.e ,   n u m b er   o f   p ar ticles  o f   th e   s war m )   is   i n d ex   f o r   th e   p ar ticle  o r   s ce n ar io   f o r   t h r ed u ce d   tr ee   is   in d ex   f o r   (   −  1 )   d if f er en s ce n ar io s   to   s ce n ar io     is   p r o b a b ilit y   o f   s ce n ar io     in   t h e   r ed u ce d   t r ee   is   n u m b er   o f   r an d o m   v ar ia b les   is   T o tal  n u m b er   o f   s tag es ,   is   v alu e   o f   r an d o m   v a r iab le    co r r esp o n d in g   to   p ar ticle    at  s tag ,   is   v alu o f   r an d o m   v ar iab le    co r r esp o n d in g   t o   p ar ticle    at  s tag t ,   an d     an d   n o r m alize d   f a cto r   f o r   r an d o m   v ar iab le  .   T h ap p lied   al g o r ith m   is   s u m m ar ized   in   th n ex t step s :     Def in p ar am eter s   f o r   PS O:  s ea r ch   s p ac e,   n u m b er   o f   p ar ticles,  an d   in itializatio n   o f   s war m .     C alcu late  th p r o b ab ilit y   o f   e ac h   s ce n ar io - p ar ticle  κ   o f   th e   s war m T h is   is   o b tain ed   b y   co m p ar in g   ea ch   p ar ticle  with   th o r ig i n al  tr ee th u s ,   th p r o b ab ilit y   o f   th - th   s ce n ar io   co r r esp o n d s   to   th p r o b ab ilit ies  o f   th s ce n ar io s   in   t h o r ig in al  t r ee   th at  wer e   clo s est  to   th at  s ce n ar io .   Sin ce   th s war m   is   u p d ated   in   ea ch   iter atio n ,   th p r o b a b ilit y   v alu e s   v ar y ,   s o   p a r ticles h av d y n am ic  p r o b a b ilit y .     Ass ig n   to   ea ch   p ar ticle    f itn ess   f u n ctio n   v alu e,   ( 2 ) .   T h o b jectiv f u n ctio n   is   th m ax im izatio n   o f   th d is tan ce   b etwe en   th p a r ticles in   th s war m ,   i.e . ,     Ob j e c tive ( pa r tic l e ) = ma x   ( fit n e s s   )       Sav th b est p o s itio n   o f   ea ch   p ar ticle  κ  an d   th at   o f   its   n eig h b o r h o o d ,   u s in g   ( 3 ) :     + 1 = + 1 1 (  ) 1 2 (  )   ( 3 )     wh e r e   + 1   e x p r ess es   t h at   th e   n ew   v el o cit y   o f   p a r t icl e     a n d   ite r a tio n   + 1 i. e. ;   + 1   is   i n f lu e n ce d   b y   its   p r e v i o u s   v el o ci ty   ,   th c o n s t an t in e r tia   we ig h t   ,   th d is t an ce   f r o m   i ts   p r ev io u s   b est  p e r f o r m a n c    th e   d is ta n ce   f r o m   i ts   n ea r est  n ei g h b o r    ,   i ts   a ct u al   p o s i ti o n   ,   an d   th a cc ele r ati o n   c o e f f ic ie n ts   1   an d   2 ,   an d   f i n all y ,   1   an d   2   ar e   i n d e p e n d e n r a n d o m   v a r ia b l es   s am p l e d   f r o m   a   u n if o r m   d is tr i b u ti o n    ( 0 , 1 ) .   W it h   t h e   n ew   v el o c it y ,   t h e   p o s iti o n   is   u p d a te d   in   e ac h   it er ati o n ,   as   is   s h o w n   i n   ( 4 ) :     + 1 = +     + 1   ( 4 )     T h p r o ce s s   is   ca r r ied   o u t u n til th s to p p in g   c r iter io n   d ef in e d   b y   th u s er   is   ac h iev ed   [ 3 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   49 - 64   54   2 . 2 .     I m pli cit   s t o cha s t ic  o pti m iza t io n f o rm ula t io n f o t he   hy dro - t herm a o pera t io n pla nn ing   I n   g en er al,   HT OP  is   wr itten   as  a   m in im izatio n   f u n ctio n   wh o s aim   is   t o   d eter m in e   t h o p tim al   co m b in atio n   o f   a v ailab le  g e n er atio n   r eso u r ce s   to   p r o v id th d em an d   to   m i n im ize  th s u m   o f   p r o d u ctio n   co s ts   ass o ciate d   with   th er m al  u n its   an d   p e n alty   co s ts   d u to   n o n - s u p p lied   en e r g y   f o r   g iv e n   h o r iz o n ,   wh ic h   is   u s u ally   s u b d iv id e d   in to   s ev er al  in ter v als  [ 3 ] .   T h a n n u al  h o r izo n   is   d iv id e d   in to   s u cc ess iv wee k ly   in ter v als  to   r ed u ce   co m p u tatio n al  ef f o r t.  T o   co n s id er   th s to ch asti n atu r o f   wate r   in f lo ws  with in   th o p tim izatio n   p r o b lem ,   t h is   wo r k   em p lo y ed   th I SO  s tr ateg y .   I n   th is   way ,   th f o r m u latio n   f o r   t h HOT p r o b lem   is   wr itten   in   ter m s   o f   an   o b jectiv f u n c tio n   f o r   ea ch   s ce n a r io     (  ) ,   d e f in ed   b y     n o d es,  as  s h o wn   in   ( 5 ) ,   an d   its   ass o ciate d   r estrictio n s ,   d escr ib ed   b y   ( 5 ) :     = min [ ( , ) = 1 + ̃ ( ̃ , ) = 1 ] = 1   ( 5 )     s u b ject  to :     , = 1 + , = 1 + ̃ , = 1 = , = 1 ,           ( 6 a)     , = , ,   ( 6 b )     , = ( , , , ) ,   ( 6 c)     , + 1 = , + [ , , , , + ( , , + , , ) ] ,   ( 6 d )     , = × ( , + , + ̃ , , ) ,   ( 6 e)     , ,   ( 6 f )     , ,   ( 6 g )     , , ,   ( 6 h )     , ,   ( 6 i)     , ,   ( 6 j)     wh er e:     : Sce n ar io s   in d ex   ( : to tal  n u m b er   o f   s ce n a r io s   o f   th tr ee   to   b o p tim ized )     : Stag es in d ex   ( : to tal  n u m b er   o f   s tag es)     : T h er m al  u n its   in d ex   ( : to tal  n u m b er   o f   t h er m al  p lan ts )     : Res er v o ir s   in d ex   ( : to tal  n u m b er   o f   r eser v o i r s )     : H y d r o   p lan ts   in d ex   ( : to tal  n u m b er   o f   h y d r o   p lan ts )     : T r an s m is s io n   lin es in d ex   ( : to tal  n u m b e r   o f   lin es)     : I n d ex   to   th s et  o f   p lan ts   d ir ec tly   u p s tr ea m   o f   r eser v o ir       : I n d ex   o f   s y s tem   b u s es ( : to tal  n u m b er   o f   b u s es)     : T im d u r atio n   o f   ea ch   s tag   [ h ]   ,   T h er m al  g e n er atio n   o f   u n it  at  s tag   o f   s ce n ar io     in   [ MW]   ̃ ,   Po wer   n o t su p p lied   in   b u s     at  s tag   o f   s ce n ar io     in   [ MW]   ( , )   C o s t f u n ctio n   o f   u n it    at  s tag   o f   s ce n ar io     in   [ $ ]   ̃ ( ̃ , )   C o s t o f   n o t ser v ed   en er g y   in   [ $ ]   ass o ciate d   to   b u s     at  s tag   o f   s ce n ar io     ,   Po wer   o u tp u t in   [ MW]  o f   th er m al  u n its   co n n ec ted   to   b u s     at  s tag   o f   s ce n ar io     ,   Po wer   o u tp u t in   [ MW]  o f   h y d r o   p la n ts   co n n ec ted   to   b u s     at  s tag   o f   s ce n ar io     ,   L o ad   d e m an d   i n   [ MW]  o f   b u s     at  s tag   o f   s ce n ar io     ,   Po wer   o u tp u t in   [ MW]  o f   h y d r o   p la n   ass o ciate d   to   r eser v o ir     at  s tag   o f   s ce n ar io     ,   Po wer   o u tp u t in   [ MW]  o f   h y d r o   p la n ts   ass o ciate d   to   r eser v o ir     at  s tag   o f   s ce n ar io     ,   Vo lu m in   [ h m 3 ]   o f   wate r   s t o r ed   in   r eser v o ir     at  s tag   o f   s ce n ar io     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         S to ch a s tic  p la n n in g   o f m u lti - b u s   h yd r o th erma l sys tems u s i n g     ( Ma r th a   P a tr icia   C a ma r g o - Ma r tín ez )   55   ,   : Water   in f lo in   [ h m 3 / h ]   ar r i v in g   at  r eser v o ir     at  s tag   o f   s ce n ar io     ,   T u r b in e d   o u tf lo in   [ h m 3 /h ]   o f   h y d r o   p lan t a s s o ciate d   to   r eser v o ir     at  s tag   o f   s ce n ar io     ,   Sp illag in   [ h m 3 /h ]   o f   r eser v o ir     at  s tag   in   s ce n ar io       Pro d u ctiv ity   f ac to r   o f   h y d r o   p lan t m   in   [ MWh /m 3 ]   ,   Po wer   f lo f o r   lin at  s tag   o f   s ce n ar io     in   [ MW]   ×   B r an ch - to - b u s   in cid en ce   m a tr ix   Kee p   in   m in d   th at  in   th I SO m o d el,   ea ch   s ce n ar io   is   o p tim i ze d   in d ep e n d en tly .   T h en ,   th ey   ar weig h ted   b y   th eir   p r o b ab ilit y   o f   o b tain i n g   t h ex p ec ted   v alu ( E V)   d escr i b ed   b y   ( 7 ) .      = = 1 π   ( 7 )     2 . 3 .     M et a heuris t ics  t ec hn iq ues   Mo s m etah eu r is tic  alg o r ith m s   ar b ased   o n   e v o lu tio n   alg o r ith m s   s u ch   as  GA,   PS O,   d if f er en tial  ev o lu tio n   a n d   ev o lu tio n a r y   s tr ateg ies  ( E S)  [ 1 7 ] .   Oth er   ev o lu tio n   alg o r ith m s   wer r ec en t ly   d ev elo p e d ,   e. g . m ed ian - v a r ian ce   m ap p i n g   o p t im izatio n   ( MV MO )   [ 4 0 ] .   Pre v io u s   wo r k s   s h o wed   f av o r a b le  ad ap tatio n   o f   th e   alg o r ith m   i n   co m p ar is o n   to   s i m ilar   tech n iq u es  wh en   ap p lie d   to   t h HT OP  p r o b lem   [ 4 1 ] .   MV MO   h as  s o m f u n d am e n tal  co n ce p t u al  s im ilar ities   to   o th er   h eu r is tic  ap p r o ac h es.  Ho wev er ,   it  ex p lo its   th s tatis tical  attr ib u te   o f   s ea r ch   d y n a m ics  b y   u s in g   u n iq u m ap p i n g   f u n ctio n   f o r   m u tatio n   o p er atio n s   b ase d   o n   th m ea n   an d   v ar ian ce   o f   th - b est  s o lu tio n s   ac h iev ed   s o   f ar   an d   s av ed   in   co n tin u o u s ly   u p d ated   ar ch i v e.   I n   ad d itio n ,   th e   b asic  im p lem en tatio n   o f   MV MO   is   ch ar ac ter ized   b y   s in g le - p ar ticle  ap p r o ac h   wh o s tr ad e - o f f   b etwe en   s ea r ch   d iv er s if icatio n   an d   in t en s if icatio n   tr an s lates  in to   f a s p r o g r ess   r ates  with   r ed u ce d   r is k   o f   p r em atu r co n v er g en ce .   T h r ec en v ar ian o f   th e   m ea n - v ar ian ce   m ap p i n g   o p tim izat io n   ( MV MO - SH)   alg o r ith m   e n h an ce s   its   ef f icien cy   b y   i n co r p o r atin g   m u lti - p ar en cr o s s o v er   s tr ateg y ,   in cr ea s in g   p o p u latio n   d iv er s ity ,   an d   im p r o v in g   s o lu tio n   q u ality .   As  d escr ib e d   in   [ 4 2 ] ,   th al g o r ith m   b eg i n s   b y   in itializin g   its   p ar am et er s   an d   g en e r atin g   a   n o r m alize d   in itial  p o p u latio n   o f     p ar ticles.  I th en   ev alu ates   th p o p u latio n   f itn ess   an d   ap p lies   lo ca s ea r ch   tech n iq u es  wh en   n ec ess ar y   t o   im p r o v s o lu tio n s   wh ile  m ain tain in g   co u n ter   to   tr a ck   th n u m b er   o f   iter atio n s .   B y   u p d atin g   a n   in d i v id u al  ar ch i v e,   th alg o r ith m   m ain tain s   s et  o f   g o o d   an d   b a d   p ar ticles,  th er eb y   g u id in g   f u tu r s ea r ch   s tep s .   Du r in g   th o f f s p r in g   g en er at io n   p h ase,   th alg o r ith m   ap p lies   s in g le - p ar en cr o s s o v er   to   b ad   p ar ticles  b as ed   o n   th l o ca b est  s o lu tio n s   to   ex p lo it   n ea r b y   p r o m is in g   r e g io n s .   On   th o t h er   h an d ,   th m u tatio n   is   ap p lied   b y   m ap p i n g   s elec ted   d im en s io n s   u s in g   th lo ca m ea n   an d   v ar ian ce ,   en s u r in g   v ar iab ilit y   in   th g en er ate d   o f f s p r in g .   T h alg o r ith m   e v alu ates  if   th s to p p in g   co n d itio n s   ar m et,   s u ch   as   co m p letin g   t h m ax im u m   n u m b er   o f   iter atio n s   o r   ac h iev in g   s o lu ti o n   o f   th r eq u i r ed   q u ality .   I f   th e   co n v er g en ce   c r iter ia  ar n o ac co m p lis h ed ,   t h p r o ce s s   r e p ea ts   f r o m   th f itn ess   ev alu a tio n   s tep   u n til  th e   alg o r ith m   s to p s   an d   o u t p u ts   th b est s o lu tio n   f o u n d .       3.   M E T H O D   T h p r im ar y   o b jectiv o f   t h is   s ec tio n   is   to   em p ir ically   v alid ate  th e   co n ce p ts ,   ass er tio n s ,   an d   th eo r etica id ea s   d escr ib ed   ab o v e,   ex h i b itin g   th co m p lex   ch ar ac ter is tics   o f   th HT OP  p r o b lem   th at  wer e   in clu d ed   in   th p r o p o s ed   m eth o d o lo g y .   T h p o wer   s y s tem   an d   ex p er im en tal  p r o ce s s   ar d etailed   b elo w.     3 . 1 .     Sy s t e m     W p r o p o s e   s im u lated   th r ee - b u s   p o wer   s y s tem   w h ich   c o n s id er s   th r ee   tr a n s m is s io n   lin es,  as  s h o wn   Fig u r 3 .   T h e   tr an s m is s io n   s y s tem   is   ass u m ed   to   b e   lo s s less .   B u s   B 1   is   s u p p lied   b y   two   th e r m al  g en e r ato r s GT 1 an d   GT 2 b u s   B 2   b y   h y d r au lic  g e n er ato r   GH 1 an d   b u s   B 3   b y   h y d r au lic  g en er ato r   GH 2 .   I n   ea ch   b u s ,   f ictitio u s   g en er ato r s   GF 1 GF 2 ,   an d   GF 3   a r in co r p o r ated   t o   co n s id er   ca s es  wh er th s y s tem   ca n n o s u p p ly   en er g y .   T h er m al  p o wer   p lan ts   ar m o d eled   b y   a   lin ea r   co s t f u n ctio n ,   g iv en   i n   ( 8 ) .     ( , ) = ,   ( 8 )     T h eir   co s ts   an d   m ain   tech n i ca p ar am eter s   ar e   p r esen te d   in   T ab le   1 .   Similar ly ,   li n ea r   co s f u n ctio n     1500  ̃ ,   [ $ ]   was a s s u m ed   f o r   p o wer   n o t su p p lied   b y   g en er at o r s .   On   th o th e r   h a n d ,   h y d r o elec t r ic  p lan ts   ar m o d eled   with   t h co n s tan p r o d u ctio n   f u n ctio n   d escr ib ed   in   ( 9 ) .   I n   th is   ca s e,   ea ch   r eser v o ir     o n ly   h as  o n e   h y d r o - p lan t   ass o ciate d   with   it,  s o     was  u s e d   as  s u b s cr ip t   in   th ex p r ess io n s .     ( m , ) = ,   ( 9 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   49 - 64   56   All  p ar am eter s   f o r   h y d r o - p la n ts   ar d escr ib ed   in   T a b le  2 .   T h e   p ar am ete r s   o f   th e   tr an s m is s io n   n etwo r k   ar s h o wn   in   T ab le  3 .           Fig u r 3 .   Sin g le - p h ase  d iag r a m   o f   th p o wer   s y s tem       T ab le  1 .   Par am eter s   of  the r m a l   ge n e r a tor s   Th e r m a l   P l a n t   ( )   B u s   ( )    í   [ M W ]    [ M W ]   [ $ / M W h ]   GT 1   1   0   1 0 0   9 0 . 2 2   GT 2   1   0   50   1 3 5 . 3 2   GF 1 , GF 2 , GF 3   1 , 2 , 3   0   1 0 0 0   1 5 0 0 0       T ab le  2 .   Par am eter s   o f   h y d r au lic  g en er ato r s   H y d r o   P l a n t ( )   B u s ( )    í   [ h m 3 ]    [ hm 3 ]   0 [ h m 3 ]    [ h m 3 ]   [ M W / m 3 / s]    á [m 3 / s]    á [ M W ]   GN 1   2   3 0 0   1 2 0 0   5 0 0   5 0 0   0 . 7 2   3 0 0   2 1 6   GN 2   3   3 0 0   8 0 0   4 0 0   4 0 0   0 . 7 2   1 5 0   1 0 8       T ab le  3 .   Par am eter s   o f   tr an s m is s io n   n etwo r k   Li n e   ( )   B u s   c o n n e c t i o n     S u sce p t a n c e   [ p . u ]      [ MW ]   1   1 - 2   0 . 0 4 7   60   2   1 - 3   0 . 0 2 3   60   3   3 - 2   0 . 0 6 4   60       W ith   r esp ec to   lo ad   d em an d ,   it  is   m o d eled   b y   D 1 D 2 ,   an d   D 3   u s in g   l o ad   d u r atio n   cu r v ( L DC )   with   f o u r   ( 4 )   lo ad   lev els  f o r   e ac h   o n e ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 4 .   T h L DC   g r ap h   d ep icts   th p o wer   s u p p lied   o v er   tim e,   with   d is tin ct  m o n th ly   lo ad   s eg m en ts   ( b lo ck s )   co r r esp o n d in g   to   d if f er e n p o wer   l ev els,  all  with   th e   s am d u r atio n s   o f   4 0 ,   3 0 0 ,   2 7 0 ,   an d   1 2 0   h o u r s   p er   m o n th .   No te  th at  th tim h o r izo n   f o r   th o p tim izatio n   is   d ef in ed   as o n y ea r ,   d iv id e d   in to   twelv m o n th l y   in ter v als.           Fig u r 4 .   L DC   with   f o u r   lo a d   lev els   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         S to ch a s tic  p la n n in g   o f m u lti - b u s   h yd r o th erma l sys tems u s i n g     ( Ma r th a   P a tr icia   C a ma r g o - Ma r tín ez )   57   3 . 2 .     M et ho do lo g y   T h is   s ec tio n   p r o v i d es  clea r   an d   s tr u ctu r ed   e x p o s itio n   o f   th m eth o d s   ap p lied .   T h i s   ap p r o ac h   in teg r ates  g en er atio n   tim s er ies,  s ce n ar io   tr ee   co n s tr u ctio n   an d   r ed u ctio n ,   an d   o p tim iz atio n   tech n iq u es  to   ad d r ess   th co m p le x ities   o f   HT OP u n d er   u n ce r tain ty .     3 . 2 . 1 .   T im s er ies   g ener a t io   to tal  of   1 0 0 0 0   tim s er ies   o f   wate r   in f l o ws  f o r   th 2   r eser v o ir s   wer g en er ate d   d u r i n g   th 1 2   s tag es,  u s in g   an   au to - r eg r ess iv m o d el  [ 4 3 ] ,   as sh o wn   in   ( 1 0 ).     , = , + , ,   ( 10 )     wh er e     is   in d ex   r esp ec t to   s to r ag e ,   is   wate r   in f lo o f   r eser v o ir     at  s tag ,   is   p er io d ic  m ea n   o f   wate r   in f lo o f   r eser v o ir     at  s tag ,   is   p er io d ic  s tan d ar d   d ev iatio n   o f   wate r   in f lo o f   r eser v o ir     at  s tag ,   is   r an d o m   v ar iab le .   I n   th is   ca s e,   ,   r ep r esen ts   th in f lo ws  in   r eser v o i r     at  s tag .   E ac h   o n e   ca n   b m o d eled   w ith   f ir s t o r d er   a u to - r e g r ess iv m o d el  d escr ib ed   b y   ( 1 1 ) :       , = 1 , ( 1 ) + 1 1 2   ( 11)     B y   r ep lacin g   ( 1 1 )   i n   ( 1 0 ) ,   it is   o b tain ed :     , = , + , ( 1 , ( 1 ) , ( 1 ) , ( 1 ) + 1 1 2 )     wh er 1   is   th au to c o r r elatio n   co ef f icien t   in   = 1   o f   th e   r an d o m   v ar iab le     an d     is   th i n d e p en d en t   r an d o m   r esid u e .   ,   an d   ,   ar e   esti m ated   f r o m   h is to r ical  wate r   in f lo w.   I t   was  ass u m ed   t h at  1   was  eq u al  t o   0 . 5 .     is   a   r an d o m   n u m b er   tak en   f r o m   n o r m al  d is tr ib u tio n   ( 0 , 1 ) .   T h o r ig in al  d ata  an d   th e   o b tain ed   s er ies ar s h o wn   in   Fig u r 5 .           Fig u r 5 .   Or ig i n al  d ata  an d   th e   o b tain ed   s er ies f o r   th r eser v o ir s   o f    1   an d    2       3 . 2 . 2 .   Scena rio s   t re e   T h PC d escr ib ed   in   s ec tio n   2 . 1 . 2 .   was  ap p lied   to   g en er ate   s ce n ar io   t r ee .   T h p r o p o s ed   s tr u ctu r e   is   as  f o llo ws:   th f ir s s tag h as  o n b r an ch f r o m   th 2 nd   t o   th 1 2 th   s tag e,   e ac h   n o d e   b r an ch es  in to   two   to   o b tain   tr ee   ( with   two   d im en s io n s ,   o n f o r   ea c h   r eser v o i r )   w ith   2 11   s ce n ar io s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   49 - 64   58   3 . 2 . 3 .   Scena rio   re du ct io n   T h s ce n ar io   r ed u ctio n   PS m en tio n ed   ab o v was  ap p lied ,   wh er t h s ea r ch   s p ac co m p r is es  th co m p lete  s et  o f   s ce n ar io s   f r o m   th o r ig in al   tr ee .   Fifty   p a r ticles  wer s elec ted   as  in p u t   p ar am eter s   f o r   th e   s war m .   I n   th is   way ,   ( 2 11 ) 2   s ce n ar i o s   f r o m   t h o r i g in al  tr ee   we r r ed u ce d   o n ly   to   5 0   s ce n a r io s   f o r   ea ch   r eser v o ir ,   as is   d ep icted   i n   Fig u r 6 .           Fig u r 6 .   Or ig i n al  an d   r ed u ce d   tr ee   f o r   th r eser v o ir s   o f    1   an d    2       3 . 2 . 4 .   O ptim iza t io n   m o del f o ea ch  s ce na rio   E ac h   s ce n ar io   was so lv ed   b y   m ea n s   o f   two   tech n iq u es:   a.   L P:  Usi n g   th     f u n ctio n   o f   M AT L AB ,   th f o r m u latio n   was  wr itten   in   m atr ix   ter m s .   Du e   to   th m ath em atica l f u n d am en tals   o f   th is   k in d   o f   o p tim izatio n ,   th g lo b al  s o lu tio n   is   o b tain ed .   b.   MV MO T h ad ap tab ilit y   o f   m etah eu r is tic  tech n iq u es  f ac il itates  th d iv is io n   o f   HOT in to   h y d r o   a n d   th er m al  s u b - p r o b lem s .   T h is   r e s u lt  was  u s ed   a s   v alid atio n   an d   in tr o d u ce d   to o th at  co u ld   b u s ed   in   n o n - lin ea r   o r   n o n - c o n v e x   p r o b lem s .   T h is   p r o ce d u r is   d escr ib ed   b elo w.     T h s to r ag v ar ia b les  ,   ar d e f in ed   as  o p tim izatio n   v a r iab l es  o r   in d iv id u als.  I n   th is   way ,   ev er y     in d iv id u al   h as  le n g th   o f   · = 12 · 2 = 24 .   L alg o r ith m   is   u s ed   t o   h a n d l wate r   b alan ce   co n s tr ain ts   in s tead   o f   u s in g   p en alty   s ch em e.   Giv en   th at   in f lo ws  ,   ar e   p r ed eter m in ed   in   ea ch   s ce n ar io   an d   th at   th o p tim izatio n   alg o r ith m s   p r o p o s th ,   v alu es  with in   t h s ea r c h   b o u n d a r ies,  th p u r p o s o f   u s in g   L is   to   d eter m in t h v alu es  o f   ,   an d   ,   s u ch   th at  ( 6 d )   is   s atis f ied .   Nev er th eless ,   th f u lf illme n o f   th e   m ax im u m   b o u n d s   o f   ,   an d   ,   is   n o g u ar a n teed   wh en   u s in g   L P.  T o   o v er c o m th is   p r o b lem ,   h eu r is tic  r u le  is   ap p lied   af ter   p er f o r m i n g   L to   en s u r th at  , .   C o n s i d er in g   th at  , 0   is   th o n ly   co n d itio n   f o r   , ,   th r u le  is   d ef in ed   as f o llo ws:     , = { 0 ,                                             0 <   , , , , >     with   ,   an d   ,   in   [ h m 3 /h ]   f r o m   h y d r o elec tr ic  g en er ati o n   6 d   a n d   th p r o d u ctio n   f ac to r       f r o m   T a b le  2 ,   t h to tal  h y d r au lic  en er g y   in   ea ch   s tag    ca n   b ca lcu lated .     Fro m   th    v alu es,  th er m al  g en er atio n s   ,   an d   h y d r o elec tr ic  g en er atio n s   ,   in   ea ch   lo ad   d em an d   b o x   ar o b tain ed   t h r o u g h   D C   lo ad   f lo u s in g   L P.  Valu es  o f   ,   ar r ep lace d   in   th c o s f u n ctio n   f r o m   (8 ) ,   wh er th o u tco m es  ar c o n s id er ed   as  th f itn ess   f u n ctio n   o f   th in d iv id u al  .   T h MV MO   alg o r ith m   r u n s   u n til th c o n v e r g en ce   c r iter io n   is   ac co m p lis h ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.