Terrence W.K.马克。;帕斯卡·范·亨特利克;安纳托利·兹洛特尼克;拉塞尔·本特 天然气管道系统中的动态压缩机优化。 （英语） Zbl 1448.90027号 信息J.计算。 31，第1号，40-65（2019）. 概述：电力系统越来越依赖燃气发电机来平衡可再生能源的波动和间歇生产，这增加了天然气输送管道的流量变化和容量。调整管道运行以在这些动态条件下保持效率和安全性需要优化方法，这些方法考虑了大量的日间瞬变，并且能够快速计算出解决方案，以应对发电机泄漏。在这里，我们提出了一种计算效率高的方法，用于在动态条件下最小化气体压缩成本，其中向客户的交付由时间相关的质量流描述。该优化方法使用气流物理的简化表示，在时间和空间上提供离散化方案的选择，并利用两阶段方法最小化能源成本，确保平滑且具有物理意义的解决方案。使用内点方法求解得到的大规模NLP。通过使用自适应时间步长微分方程求解器和不同的最近提出的最优控制方案，将解与动力学方程的积分进行比较，验证了优化方案。比较表明，离散问题的解对于连续问题是可行的，并且从操作的角度来看也是可行的。结果还表明，与现有技术相比，我们的方案在计算时间上减少了至少一个数量级，并且适用于总管道长度超过6000公里的大型输气管网。在线补充可在以下网址获得：https://doi.org/10.1287/ijoc.2018.0821. 引用于7文件 MSC公司： 90B10型 运筹学中的确定性网络模型 91B76号 环境经济学（自然资源模型、收获、污染等） 90摄氏51度 内部点方法 关键词：非线性控制;优化;天然气管道系统 软件：AMPL公司;伊波特 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{T.W.K.Mak}等人，《信息与计算》。31，第1号，40-65（2019年；Zbl 1448.90027） 全文： 内政部 arXiv公司 链接 参考文献： [1] Abbaspour M，Chapman KS（2008）天然气管道中的非等温瞬态流动。J.应用。机械。，事务处理。美国机械工程师协会75（3）：031018-1-031018-8.Crossref，谷歌学者·数字对象标识代码：10.1115/1.2840046 [2] Abbaspour M，Krishnaswami P，Chapman KS（2007），线路组运行天然气压缩机站的瞬态优化。J.能源技术。129（4）：314.Crossref，谷歌学者·doi:10.115/12.790983 [3] AMPL（2014）AMPL优化。2018年11月20日查阅，http://www.ampl.com.谷歌学者 [4] Babonneau F、Nesterov Y、Vial J-P（2014）《输气管网的设计和运行》。操作。物件。60（1）：34-47.链接，谷歌学者·Zbl 1242.90033号 [5] Borraz-Sanchez C（2010）《天然气管道运输的优化方法》。卑尔根大学（挪威卑尔根）博士论文。谷歌学者 [6] Borraz Sanchez C，Bent R，Backhaus S，Hijazi H，Van Hentenryck P（2016）天然气扩建规划的凸松弛。信息J.计算。28（4）：645-656.链接，谷歌学者·Zbl 1355.90063号 [7] Canuto C、Hussaini MY、Quarteroni A、Zang T（2006）《光谱方法》。单一领域基础（纽约州施普林格）。Crossref，谷歌学者·Zbl 1093.76002号 ·doi:10.1007/978-3-540-30726-6 [8] Chertkov M、Backhaus S、Lebedev V（2015a），《相互依赖的能源基础设施中波动的级联：气体-网格耦合》。申请。能源160:541-551.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.apenergy.2015.09.085 [9] Chertkov M、Fisher M、Backhaus S、Bent R、Misra S（2015b）气电耦合引起的天然气管网压力波动。第48届夏威夷国际。Conf.系统科学。（HICSS），夏威夷，2738-2747.谷歌学者 [10] Domschke P、Kolb O和Lang J（2015），基于辅助的误差控制，用于天然气和供水网络的模拟和优化。申请。数学。计算。259:1003-1018.谷歌学者·Zbl 1390.90105号 [11] Ehrhardt K、Steinbach M（2005）燃气管网的非线性优化（柏林施普林格）。Crossref，谷歌学者·doi:10.1007/3-540-27170-8_11 [12] Elnagar G，Kazemi M，Razzaghi M（1995）离散最优控制问题的伪谱勒让德方法。自动控制，IEEE Trans。40（10）：1793-1796。Crossref，谷歌学者·Zbl 0863.49016号 ·数字对象标识代码：10.1109/9.467672 [13] 福恩伯格B（1998）伪谱方法实用指南，第1卷（剑桥大学出版社，英国剑桥）。谷歌学者·Zbl 0912.65091号 [14] Forer R，同性恋DM，Kernighan BW（2002）AMPL：一种数学规划建模语言（肯塔基州肯塔基大学Cengage Learning，Independence）。谷歌学者 [15] 龚Q，Fahroo F，Ross IM（2008a）最优控制中伪谱方法的谱算法。J.制导、控制、发电机。31（3）:460-471.Crossref，谷歌学者·数字对象标识代码：10.2514/1.32908 [16] Gong Q，Kang W，Bedrossian NS，Fahroo F，Sekhavat P，Bollino K（2007）军事和工业应用的伪谱最优控制。第46届IEEE Conf.Decision Control，路易斯安那州新奥尔良，4128-4142.谷歌学者 [17] Grundel S、Hornung N、Klaassen B、Benner P、Clees T（2013）使用模型降阶计算天然气管网模拟的替代物。Koziel S、Leifsson L编辑。基于代理的建模与优化（柏林施普林格），189-212年，Crossref，谷歌学者·doi:10.1007/978-1-4614-7551-49 [18] Grundel S，Jansen L，Hornung N，Clees T，Tischendorf C，Benner P（2014），气体输送网络模拟中微分代数方程的模型降阶。Schöps S、Bartel A、Günther M、ter Maten EJW、Müller PC编辑。微分代数方程的研究进展（纽约州施普林格市），183-205年。Crossref，谷歌学者·Zbl 1319.65077号 ·doi:10.1007/978-3-662-44926-49 [19] Herty M（2007），带压缩机的天然气网络建模、模拟和优化。网络异构介质2（1）:81-97.Crossref，谷歌学者·Zbl 1132.76045号 ·doi:10.3934/nhm.2007.2.81 [20] Herty M、Mohring J、Sachers V（2010）管网中气体流动的新模型。数学。方法应用。科学。33（7）:845-855.谷歌学者·Zbl 1334.76131号 [21] Hibbard PJ，Schatzki T（2012）《电力和天然气的相互依赖：当前因素和未来前景》。电力J。25（4）:6-17.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.tej.2012.04.012 [22] Koch T、Hiller B、Pfetsch ME、Schewe L（2015）评估天然气管网容量（费城SIAM）。Crossref，谷歌学者·Zbl 1322.90007号 ·doi:10.137/1.9781611973693 [23] Levitan R、Wilmer S、Carlson R（2014）《可靠性管道：消除东部互联互通的天然气和电力相互依赖性》。电力能源杂志，IEEE12（6）:78-88.Crossref，谷歌学者·doi:10.1109/MPE.2014.2347632 [24] Li T，Eremia M，Shahidehpour M（2008）天然气网络与电力系统安全的相互依赖性。电力系统，IEEE Trans。23（4）：1817-1824.Crossref，谷歌学者·doi:10.1109/TPWRS.2008.2004739 [25] Lyons C，Litra G（2013）《天然气与电力的相互依赖：冲向天然气的连锁反应》。2018年11月20日查阅，http://www.scottmadden.com/insight/598/gastower-interdependence.html.谷歌学者 [26] Mak TWK、Van Hentenryck P、Zlotnik A、Hijazi H、Bent R（2016）《天然气输送系统中的高效动态压缩机优化》。IEEE美国。波士顿控制会议，7484-7491.谷歌学者 [27] Matko D、Geiger G、Gregoritza W（2000）《各种管道模型的验证》。数学。计算。模拟53（4）：303-308.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/S0378-4754（00）00217-2 [28] 梅农ES（2005）天然气管道液压（佛罗里达州巴吞拉顿CRC出版社）。Crossref，谷歌学者·doi:10.1201/9781420038224 [29] Midthun KT、Björndal M、Tomasgard A（2009），天然气管网中的最佳经济调度和系统效应建模。《能源杂志》。30（4）：155-180.谷歌学者Crossref·doi:10.5547/ISSN0195-6574-EJ-Vol30-No4-6 [30] Misra S、Fisher MW、Backhaus S、Bent R、Chertkov M、Pan F（2015）《天然气管网中的最佳压缩：几何规划方法》。IEEE传输。控制网络系统2（1）：47-56.Crossref，谷歌学者·Zbl 1370.90046号 ·doi:10.1010/TCNS.2014.2367360 [31] Osiadacz A（1984）网络中瞬态气体流动的模拟。国际。J.数字。方法流体4（1）：13-24.Crossref，谷歌学者·Zbl 0538.76066号 ·doi:10.1002/fld.165040103 [32] Peters GL（2012a）嵌入式天然气发电基础设施分析：每日管道容量可用性分析。技术报告，EnVision能源解决方案，中大陆独立系统运营商（MISO），印第安纳州卡梅尔。谷歌学者 [33] Peters GL（2012b）《天然气和电力基础设施相互依赖性分析》。技术报告，EnVision Energy Solutions，Midcontinent Independent System Operator（MISO），印第安纳州Carmel。谷歌学者 [34] Pfetsch M、Fügenschuh A、Geisöler B、Geisler N、Gollmer R、Hiller B、Humpola Jet等人（2015）《天然气管网优化提名验证：模型、方法和解决方案》。最佳方案。方法软件30（1）：15-53.Crossref，谷歌学者·Zbl 1325.90019号 ·doi:10.1080/10556788.2014.888426 [35] Qadrdan M、Chaudry M、Wu J、Jenkins N、Ekanayake J（2010）风力发电的大规模渗透对英国天然气管网的影响。能源政策38（10）：5684-5695.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.enpol.2010.05.016 [36] Rachford H，Carter R（2000）《瞬态气体流动中的优化管道控制》。佐治亚州萨凡纳市管道模拟利益小组年会.谷歌学者 [37] Ríos-Mercado RZ，Borraz-Sánchez C（2015）《天然气运输系统中的优化问题：最新综述》。申请。能源147:536-555.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.apenergy.2015.03.017 [38] Rothfarb B、Frank H、Rosenbaum DM、Steiglitz K、Kleitman DJ（1970）《海上天然气管道系统的优化设计》。操作。物件。18（6）：992-1020.Link，谷歌学者 [39] Schmalensee R（2013）《日益增长的担忧，可能的解决方案：天然气和电力系统的相互依赖性》。技术报告，麻省理工学院能源倡议，波士顿。2018年11月20日查阅，http://energy.mit.edu/publication/growing-concerns-possible-solutions/谷歌学者 [40] Shahidehpour M，Li Z（2014）白皮书：长期电力和天然气基础设施要求。芝加哥伊利诺伊理工学院技术报告。谷歌学者 [41] Steinbach M（2007）《燃气管网瞬态优化中的pde解》。J.计算。申请。数学。203（2）：345-361.Crossref，谷歌学者·Zbl 1119.93045号 ·doi:10.1016/j.cam.2006.04.018 [42] Tabors RD，Adamson S（2014）《天然气和电力协调中能源市场效率低下的衡量》。Sprague RH Jr.编辑。第47届夏威夷国际。Conf.系统科学。（HICSS），怀科洛亚，HI，1530-1605.谷歌学者 [43] Thorley AR，Tiley CH（1987）《管道中可压缩流体的非稳态和瞬态流动——理论和一些实验研究综述》。国际。J.热流体流动8（1）:3-15.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/0142-727X（87）90044-0 [44] Verwer JG，Sanz-Serna JM（1984）偏微分方程线性近似方法的收敛性。计算33（3-4）：297-313.Crossref，谷歌学者·Zbl 0546.65064号 ·doi:10.1007/BF02242274 [45] Wächter A，Biegler LT（2006），关于大规模非线性规划中点内滤波器线性搜索算法的实现。数学。编程106（1）:25-57.Crossref，谷歌学者·Zbl 1134.90542号 ·doi:10.1007/s10107-004-0559-y [46] Woldeyohannes AD，Majid MA（2011）《天然气输送管网系统模拟模型》。仿真模型。实践理论19（1）：196-212.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.simpat.2010.06.006 [47] Wong P，Larson R（1968）通过动态规划优化天然气管道系统。自动控制，IEEE Trans。13（5）:475-481.Crossref，谷歌学者·doi:10.1109/TAC.1968.1098990 [48] Zhou J，Adewumi M（2000）使用混合tvd方案模拟天然气管道中的瞬态。国际。J.数字。方法流体32（4）：407-437.Crossref，谷歌学者·Zbl 0981.76065号 ·doi:10.1002/（SICI）1097-0363（20000229）32:4<407:：AID-FLD945>3.0.CO；2-9 [49] Zlotnik A、Chertkov M、Backhaus S（2015a）《天然气管网瞬态流量的优化控制》。第54届IEEE Conf.Decision Control，日本大阪，4563-4570.谷歌学者 [50] Zlotnik A、Dyachenko S、Backhaus S、Chertkov M（2015b）《天然气管道动力学模型简化与优化》。ASME发电机。系统控制会议，俄亥俄州哥伦布，V003T39A002.谷歌学者 [51] 兹洛尼克A， 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。