روال تغییرات در صنعت مخابرات نشان دهنده ایجاد تحولی بزرگ در زمینه سیستم های مخابراتی است. به طور کلی در مدل های ابتدایی از شبکه های مخابراتی اصلی ترین سرویس قابل ارائه به کاربران، امکان برقراری ارتباط صوتی بین آنها بوده است که در این مدل، کاربران عموماً به کمک شبکه دستیابی کابل زوجی به لایه زیرساخت شبکه که بر مبنای سوئیچینگ مداری عمل می کند متصل می شدند. در کنار این سرویس، ارتباطات داده ای نیز در حد محدودی امکان پذیر بود. در این مدل هرچند لایه زیرساخت دو شبکه صوت و داده جدا از هم هستند، ولی شبکه دستیابی هردو بر مبنای سوئیچینگ مداری عمل می کند. شکل (1-1-الف) این مدل را نشان می دهد.
با گسترش اهمیت انتقال داده و همچنین امکان ارائه سرویس های صوتی بر روی شبکه های با سوئیچینگ بسته ای (روش های  VoIP) دسترسی شبکه های داده و صوتی نیز از یکدیگر مجزا شده اند و شبکه های دسترسی مبتنی بر سوئیچینگ بسته ای نیز ایجاد شدند. به عنوان نمونه می توان از WLAN و xDSL نام برد. در این مدل حتی تعدادی از ارتباطات صوتی نیز از طریق زیرساخت بسته ای برقرار می شود. این مدل نیز در شکل (1-1- ب) آورده شده است.
اصلی ترین دلیل برای گسترش این مدل، ایجاد امکان ارائه سرویس های متنوع و جدیدی است که می توان آنها را با هزینه کمتر و سادگی بیشتر بر روی بستر داده ای به کاربران ارائه نمود. این ویژگی در کنار تحقیقات انجام گرفته در زمینه بالا بردن امنیت و کیفیت در شبکه های داده ای باعث خواهد شد در آینده نه چندان دور مدل جدیدی برای شبکه های مخابراتی جایگزین مدل های قبلی شود که از آن به عنوان شبکه های نسل آینده یاد می کنند. در این مدل تمامی ارتباطات و سرویس ها بر روی شبکه بسته ای و به خصوص به کمک لایه IP به کاربران ارائه می شود و کاربران می توانند تمامی نیازهای ارتباطی خود را از این طریق برآورده کنند. شمای این مدل در شکل (1-1- پ) آورده شده است.

مهندسین همواره با مسائل مربوط به تضمین سودآوری سرمایه گذاری های انجام شده به منظور تولید محصولات و ارائه خدمات مهندسی مواجه بوده اند. تضمین بازگشت سرمایه و سود مناسب سرمایه گذاری های عظیم به عمل آمده در صنعت برق، بهره برداری صحیح، مناسب و اقتصادی از آن، این صنعت را در زمره مهمترین موضوعات مهندسی برق قرار داده است. در این راستا افزایش راندمان و بازدهی تجهیزات الکتریکی و بهبود بهره برداری از آن در جهت صرفه جویی و حفظ هرچه بیشتر منابع و به اتمام سوخت های فسیلی از یک طرف و کاهش قیمت تمام شده کیلووات ساعت برق تولیدی برای تولید کنندگان و توجه به تورم سالانه و افزایش هزینه روزافزون مواد سوختی از جمله مسائلی است که مهندسان را از دیرباز به خود مشغول کرده است.
در این رهگذر پخش بار بهینه به عنوان ابزار کارآمد، نقش به سزایی در بهره برداری هرچه اقتصادی تر از سیستم های قدرت ایفا می کند و از آن در مسائل تبادل اقتصادی بین چند ناحیه و به مدار آوردن نیروگاه ها استفاده می شود. بعلاوه به عنوان ابزاری برای طراحی سیستم های قدرت مورد استفاده قرار می گیرد. مسأله بهره برداری اقتصادی از سیستم قدرت از زمانی مطرح شد که دو یا چند واحد تولید انرژی الکتریکی با یکدیگر در تأمین بار الکتریکی مشارکت داشته و ظرفیت کل آنها در مجموع بیش از میزان مصرف بوده و لذا آرایش های متفاوتی از میزان تولید واحدها را به دنبال داشته است. به طور کلی پخش بار اقتصادی، برای کنترل و توزیع توان حقیقی مورد تقاضای مشترکین، بین واحدهای تولید کننده موجود در سیستم های قدرت است که عمدتا یک مسأله بهینه سازی غیرخطی می باشد و معمولا هدف آن حداقل نمودن هزینه ها می باشد. گاهی اهداف دیگری مانند بهبود امنیت سیستم و کاهش صدمات زیست محیطی ناشی از احتراق سوخت های فسیلی در نیروگاه های حرارتی نیز همزمان مورد نظر می باشد. این بهینه سازی تحت یک دسته قیود معادله ای و نامعادله ای انجام می پذیرد. قیود معادله ای سیستم باساس نوع مدل انتخابی برای شبیه سازی شبکه و قیود نامعادله ای با توجه به محدودیت های فیزیکی و عملکردی موجود در سیستم تعیین می گردد.

صنعت عرضه برق برای حدود یكصد سال در اختیار شركت های برق انحصاری یكپارچه با ساختار عمودی بوده است . با رشد فزاینده تقاضای برق و عدم توانایی دولتها در تامین منابع لازم برای سرمایه گذاری در صنعت برق و همچنین با افزایش قیمت سوختهای فسیلی ، تمایل به مباحث اقتصادی در سیستم های قدرت شتاب بیشتری یافته است . با توجه به استفاده روز افزون از انرژی الكتریكی در فعالیتهای مختلف اقتصادی و اجتماعی ، شرایطی ایجاد شده كه تصور زندگی و دستیابی به رفاه بدون انرژی الكتریكی امكان ناپذیر است. از اینرو عرضه مداوم و با كیفیت انرژی الكت ریكی ، نقش بسیار مهمی در حصول حركت و پیشرفت در وجوه مختلف اقتصادی و اجتماعی دارد . از طرفی حفظ تداوم و افزایش قابلیت اطمینان عرضه برق مستلزم سرمایه گذاری برای ظرفیت سازی و همچنین ارتقای كیفیت بهره برداری می باشد . لذا برای دستیابی به این مهم باید به سوی تجدید ساختار و ایجاد رقابت در صنعت گام برداشت . آنچه مسلم است خصوصی سازی با هدف كاهش نقش و دخالت دولت در اقتصاد كشورها سبب افزایش بهره وری از منابع اولیه ، سرمایه و نیروی انسانی و در نتیجه كاهش قیمتها و بهبود كیفیت محصولات می گردد. نتایج مثبت روند خصوصی سازی در صنایعی چون راه آهن ، هواپیمایی و مخابرات ، تحلیل گران و سیاست گذاران صنعت برق را به این اندیشه فرو برد تا گام به سوی تجدید ساختار این صنعت بردارند . گام برداشتن در زمینه خصوصی سازی به عنوان یكی از راه ها و تفكر در منطقی كردن ساختار بخشهای دولتی و كاهش فشار
آنها بر دولت و بالابردن كارایی و تجهیز منابع مالی و استفاده كارامد از تخصص های موجود و تامین نیروی انسانی مورد نیاز از طریق بهسازی و آموزش نیروی انسانی و كاهش بار خدمات مالی دولت ها تلقی می گردد. امروزه جهان به سرعت در حال حركت به سوی تك قطبی شدن و یكپارچگی اقتصادی و سیاسی به پیش می رود و اقتصاد های ملی در حال ذوب شدن در اقتصاد جهانی می باشند و اكثر كشورها به سازمان اقتصاد جهانی پیوسته اند كه در این راستا خصوصی سازی مهمترین شرط الزامی و موثر ترین راهكار پیوستن به این سازمان بوده است . دورنمای جهانی در ارتباط با صنعت برق الزامات خاص و جدی را برای بهبود عملكرد بخش برق و در پاره ای موارد برای ایجاد تغییرات بنیادی در اهداف و گرایشهای این صنعت ایجاد می كند از جمله این الزامات می توان افزایش جنبه های اساسی مورد علاقه مشتركین در زمینه برق مانند كیفیت ولتاژ و فركانس ، افزایش ضریب اطمینان و ایمنی آن ، نو آوری و افزایش سطح كیفیت ارائه خدمات و افزایش فرصتهای انتخاب برای آنان ، افزایش تنوع در تعداد عرضه كنندگان و توزیع كنندگان برق به منظور افزایش قدرت انتخاب مشتركین اشاره نمود .
گاهی اصطلاح خصوصی سازی در اشاره به آنچه كه به عنوان مقررات زدایی شركت های برق گفته می شود اطلاق می گردد در حالیكه مفاهیم این دو كلمه متفاوت هستند . مقررات زدایی اغلب با واگذاری شركت های تحت مالكیت دولت به بخش خصوصی آغاز می شود . هیچكدام از بازارهای موجود دارای مشخصه رقابتی یا تك قطبی كامل نیستند . بنابراین ضروری است قواعدی ایجاد شود تا از فعالیت افراطی بازار برق و قمار مشاركین بازار جلوگیری كند . به هر حال باید پذیرفت كه بطور فراگیر مقررات زدایی به سر آغاز رقابت اشاره می كند . مقررات زدایی اغلب شامل انفكاك است ، كه به تجزیه یک شركت برق به مولفه های اساسی آن و پیشنهاد جداگانه هر مولفه برای فروش با نرخ های مجزا برای هر مولفه اشاره می كند . چنانچه در شكل های 1- الف و 1- ب نشان داده شده است ، تولید ، انتقال و توزیع می توانند منفك شده و به عنوان خدمات مجزا ارائه شوند . به هرحال مقررات زدایی نه تنها شامل انفكاك ، بلكه همچنین دربر گیرنده جدایی مالكیت و اجرا می باشد.

کنترل پیش بین MPC شامل تعدادی از الگوریتم های کنترلی است که براساس مفهوم خاصی عمل می کند. در یک کنترل کننده MPC، تعدادی از ورودی های آینده به گونه ای تعیین می شوند، که خروجی پروسه در طول فاصله زمانی معینی، براساس یک تابع معیار به ورودی مرجع نزدیک باشد. این محاسبات طی هر زمان نمونه برداری انجام می شود و معمولاً اولین عنصر محاسبه شده از سیگنال کنترلی به پروسه إعمال می شود. برای این عمل نیاز به یک مدل در کنار پروسه می باشد تا ورودی های آینده را به آن داده و خروجی های آینده پروسه را طبق آن پیش بینی کرد. در این پایان نامه الگوهای مختلف کنترل کننده های پیش بین بررسی می شوند و پارامترهای بهینه این الگوریتم ها به گونه ای محاسبه می شوند که منجر به حجم محاسبات کمتر و کیفیت پاسخ مطلوب می شوند.
نخستین فصل کلیات نام گرفته است. در فصل دوم مختصری در مورد MPC و پارامترهای آن صحبت شده، و به تحقیقاتی که تاکنون برای تنظیم این پارامترها انجام گرفته است پرداخته می شود. فصل سوم به معرفی انواع الگوریتم های مختلف MPC و حجم محاسبات هریک از این الگوریتم ها می پردازد. در فصل چهارم به اثر پارامترهای مختلف کنترل کننده های پیش بین بر روی پاسخ سیستم پرداخته می شود و در فصل پنجم پارامترها بهینه ای که منجر به حجم محاسبات کمتر و کیفیت پاسخ مطلوب هستند، محاسبه می شوند. در فصل ششم پیشنهاداتی جهت بهبود تنظیم پارامترهای کنترل کننده های پیش بین ارائه می شود.
فصل اول
کلیات
کنترل پیش بین در دهه هفتاد میلادی و در صنعت ابداع گردید. اولین مقاله ای که در این زمینه چاپ شد مربوط به Richalet و همکارانش می شود. در این مقاله تاکید بر حل مسایلی بود که استفاده از کنترل کننده های کلاسیک PID مشکل بود و با بهره گرفتن از خصوصیات ذاتی مساله (یا همان مدل مناسب) تلاش برای حل این مشکل شده بود. هرچند در این مقاله توجهی به بهینه بودن و یا محدودیت ها نشده بود.
کنترل پیش بین MPC شامل تعدادی از الگوریتم های کنترلی است که براساس مفهوم خاصی عمل می کند. در یک کنترل کننده MPC، تعدادی از ورودی های آینده به گونه ای تعیین می شوند، که خروجی پروسه در طول فاصله زمانی معینی، براساس یک تابع معیار به ورودی مرجع نزدیک باشد. این محاسبات طی هر زمان نمونه برداری انجام می شود و معمولا اولین عنصر محاسبه شده از سیگنال کنترلی به پروسه اعمال می شود. برای این عمل نیاز به یک مدل در کنار پروسه می باشد تا ورودی های آینده را به آن داده و خروجی های آینده پروسه را طبق آن پیش بینی کرد.
کنترل پیش بین در حوزه زمان و به صورت گسسته طراحی می گردد. برای پیاده سازی الگوریتم کنترل پیش بین در هر زمان نمونه برداری مراحل زیر باید اجرا گردد:

1. مسیر مطلوب آینده محاسبه شود.
2. با بهره گرفتن از مدل پروسه خروجی های آینده پیش بینی گردد.
3. برای به دست آوردن سیگنال کنترلی، یک مساله بهینه سازی حل گردد. بهینه سازی به صورت حلقه باز انجام می شود. در نتیجه نسبت به کنترل بهینه که در حالت حلقه بسته کار می کند از محاسبات ساده و کمتری برخوردار است.
تفاوت الگوریتم های مختلف کنترل پیش بین را می توان در نوع مدل مورد استفاده برای پیش بینی پاسخ پروسه و در تابع هزینه ای که کمینه می گردد، دانست. در کنترل کننده DMC برای پیش بینی خروجی پروسه از مدل ضرایب پاسخ پله پروسه استفاده می شود. کنترل کننده های پیش بین معروف دیگر، MAC، GPC، D-DMC و PFC هستند که به ترتیب از مدل های پاسخ ضربه، تابع تبدیل، پاسخ پله واحد و تابع تبدیل استفاده می کنند.

مشخصهی اساسی بهره برداری از سیستم قدرت برابری لحظهای تولید و مصرف انرژی الکتریکی می باشد که این الزام را ایجاد مینماید که سیستم میبایست نیازمندیهای قابلیت اطمینان بالایی را دارا باشد . از آنجا که نگهداشت و تعمیرات 2 بخشهای مختلف سیستم قدرت از جمله تولید، انتقال و توزیع را شامل می گردد، تأثیر قابل ملاحظهای بر عملکرد مطمئن سیستم قدرت دارد که این مهم مورد توجه محققان بسیاری قرار گرفته است.
از طرفی، تجدید ساختار صنعت برق منجر به ایجاد رویکردهای بازار محور برای جداسازی بسیاری از خدماتی است که به وسیله  نهادهایی با منافع شخصی نظیر شرکت های تولید، فراهم آورندگان خدمات انتقال، شرکت های توزیع و دیگر نهادها شده است . در حالی که ایجاد رقابت، بهره برداری سیستم به هم پیوسته ی قدرت را در افق کوتاهمدت متأثر میکند، تأثیرات بلندمدت تری نیز بر مسائل برنامه ریزی سیستم قدرت ایجاد میکند. لذا مفاهیم نوینی در مسائل برنامه ریزی سیستم قدرت می بایست مدنظر قرار گیرد. امروزه هزینه های نگهداشت و تعمیرات سیستم قدرت با افزایش تقاضای قابلیت اطمینان بالا برای سیستم در حال افزایش است. شرکتهای برق سالیانه میلیونها دلار را برای حفظ قابلیت عملیاتی سیستم در حالت امن و کارا هزینه مینمایند. عملیات نگهداشت و تعمیرات در حال حاضر وابسته به زمان بوده و در برخی از شرکتها نیز توسط شمارنده های دیگر نظیر تعداد انجام عملیات بهره برداری و یا بازرسیهای ویدیویی صورت میپذیرد. روش های موجود بسیار محافظهکارانه بوده و ممکن است که نگهداشت و تعمیرات در زمانی که مورد نیاز نیست انجام شود و یا نگهداشت و تعمیرات برای واحدهایی که نیاز دارند انجام نشود . روش های جدیدی در محیط تجدید ساختار یافته مورد نیاز است تا به مدیران این امکان را بدهد که در عین حالی که گامهای مناسبی برای حفظ قابلیت اطمینان سیستم برداشته میشود، هزینه ها نیز کنترل شده و در صورت امکان کاهش یابد.
در خلال این مسائل با جداسازی صورت گرفته پس از تجدیدساختار صنعت برق این مسئله ایجاد شده است که تصمیمگیری در مورد یک مسئلهی خاص همچون زمان آغاز نگهداشت و تعمیرات از سوی چند نهاد مجزا که لزوماً اهداف یکسانی را دنبال نمیکنند انجام شود. بنابراین در مطالعه ی مسائل صنعت برق در محیط جدید باید همواره این نکته که مسئله زمانبندی تعمیرات از دید کدام یک از نهادها مورد بررسی قرار می گیرد  مدنظر باشد.
همچنان که نهادها در بازار به سمت عملیات انجام بازار محور حرکت میکنند ابزارهای تصمیم گیری به منظور ارزیابی تأثیر رقابت می بایست ایجاد گردند. مفهوم رقابت چالشهای جدیدی را برای شرکت های برق ایجاد نموده است. یکی از این چالشها، انتخاب رویه های مناسب برنامه ریزی عملیاتی برای تهیه ی برنامه ی زمانبندی نگهداشت و تعمیرات تجهیزات خود میباشد. در این انتخاب هماهنگی بین برنامه ریزی زمان بندی بلندمدت و کوتاهمدت میبایست در نظر گرفته شود. در عین حال باید مصالحهی هزینه/ فایده را نیز در مورد
خروجهای نگهداشت و تعمیرات بر شرکتهای تجدیدساختارشده لحاظ نمود.
نکتهی مهم در محیط جدید فعالیت این است که به علت کمبود اطلاعات (ناشی از تجدیدساختار و ایجاد رقابت) حل کردن مسائل به صورت متمرکز تقریباً غیر ممکن است. زیرا حل مسائل به صورت متمرکز نیاز به اطلاعات کامل دارد. از آنجا که در محیط جدید نهادها جدا از یکدیگر و با اهداف متفاوت به فعالیت های متعددی میپردازند انگیزهای برای در اختیار قرار دادن اطلاعات خود ندارند. بدین سبب راهحلها و روش های دیگری برای حل مسائل جستجو میگردد.
در این پایان نامه به زمانبندی تعمیرات واحدهای نیروگاهی در محیط تجدیدساختار یافته با درنظر گرفتن پیش بینی قیمت، لحاظ نمودن قدرت بازار و نقش بازیگران در تعیین استراتژی یکدیگر به کمک تئوری بازی ها پرداخته شده است.