Betriebsoptimierung mit Look-Ahead
Die Berechnung der Optimierung ist ein komplexer Prozess. Sie wird nicht für jeden Zeitschritt einzeln durchgeführt, sondern in mehreren Rechendurchgängen für jeweils einen Zeitraum in der Zukunft (Look-Ahead = Zeitfenster für die Berechnung). Um nicht an die Grenzen der Rechentechnik zu stoßen, werden im Simulationsribbon in der Gruppe Betriebsoptimierung der Look-Ahead und das Ergebniszeitfenster für den jeweils aktiven Simulationsknoten festgelegt (siehe folgende Abbildung).
Wenn zum Beispiel zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Handlung durchgeführt werden muss, um zu einem späteren Zeitpunkt Kosten zu sparen, wird dem Simulator mit dem Look-Ahead ein Zeitfenster für die Berechnung vorgegeben. Die Look-Ahead-Methode wird vor allem für Speicherbe- und -entladestrategien (z. B. Elektromobilität) und Betriebliche Randbedingungen (z. B. Starts pro Tag, Lastwechselrampe) angewendet. Beim Einsatz der Komponente Einschaltreihenfolge muss der Look-Ahead auf 0 stehen.
Bei einem Look-Ahead von 24 Stunden wird die Optimierung jeweils für einen Zeitraum von 24 Stunden in der Zukunft berechnet. Dieser Zeitraum wird in der Simulation simultan betrachtet.
Von diesem berechneten Zeitraum werden die Ergebnisse aus dem ersten Teil, dem Ergebniszeitfenster, in das Endergebnis der Optimierung übernommen. Danach wiederholt sich der Rechenprozess für die folgenden Zeitabschnitte, bis der gesamte Zeitraum optimiert ist. Das Ergebniszeitfenster ist in der folgenden Abbildung als Transfer Results gekennzeichnet. Es dient als Schrittweite für die Optimierung und sollte sinvollerweise kleiner als der Look-Ahead sein. Standardmäßig hat es den Wert 0, dann wird nur der erste Zeitschritt als Ergebnis übertragen.
Der Look-Ahead bestimmt die Größe jedes einzelnen Optimierungsproblems, während das Ergebniszeitfenster die Anzahl der insgesamt berechneten Optimierungsprobleme reguliert.
Je größer das Ergebniszeitfenster, umso kürzer die Rechenzeit.
Die komplette Rechenzeit ist von der Modellkomplexität und der Rechnerkapazität abhängig.
Der Richtwert für den Look-Ahead von 24 h kann mit Gurobi deutlich überschritten werden.
Das Zeitfenster kann in einer beliebigen Zeiteinheit (Standardeinstellung: Stunde) vorgegeben werden und muss nicht der Anzahl der Datenpunkte entsprechen.
Beispielsweise werden bei einer Auflösung der Werte in Viertelstunden und einem Zeitfenster von vier Stunden insgesamt 17 Zeitschritte gekoppelt, denn im Look-Ahead ist der aktuelle Zeitschritt nicht inbegriffen, und vom ersten Zeitschritt 4 Stunden in die Zukunft betrachtet ergibt 1 Zeitschritt + 4 x 4 Zeitschritte (4 Stunden aufgeteilt in 15-Minutenschritte) = 17 Zeitschritte.
Bei einer Optimierung mit einer Gesamtzahl von 10 Tagen (240 Zeitschritte mit jeweils einer Stunde) mit einem Look-Ahead von 23 Stunden und einem Ergebniszeitfenster von 11 Stunden werden insgesamt 20 Optimierungsdurchgänge mit einer Kopplung von 24 Zeitschritten durchgeführt (genau genommen sogar nur 19 Optimierungsdurchgänge, da im letzten Optimierungsproblem alles zurückgeschrieben wird, weil danach nichts mehr folgt).
Der Nachteil einer Optimierung mit Look-Ahead ist die lange Rechenzeit mit langen Zeitfenstern. Je größer ein Speicher oder die Zeitspanne, die mit einem Speicher gepuffert werden soll, desto größer muss der Look-Ahead gewählt werden. Das Optimierungsproblem bei 24 Zeitschritten Look-Ahead ist 25 mal so groß wie ohne Look-Ahead. Die Rechenzeit erhöht sich damit im Allgemeinen um mehr als das 24-fache. Sie kann schnell von Minuten auf Stunden ansteigen.
Ein goßer Look-Ahead kann zwar die Simulationsdauer deutlich erhöhen, aber andererseits gilt: je größer der Look-Ahead, desto mehr Kosten lassen sich einsparen, weil bei der Optimierung weiter in die Zukunft geblickt wird.
Beachten Sie auch die Hinweise zur Ganzjahresoptimierung ohne Zeitreihenkompression. Bei ganzjahresgkoppelter Optimierung und bei Strukturoptimierung ohne Zeitreihenkompression werden der Look-Ahead und das Ergebniszeitfenster automatisch bestimmt und als Resultierendes Vorschauzeitfenster und Resultierendes Ergebniszeitfenster auf dem Simulationsfomular unter Verlaufsinformationen → Optimierung Hauptstufe ausgegeben. In diesen Fällen ist die Eingabemaske im Ribbon ausgegraut.
