劳拉，克里斯蒂娜·L。;约翰·D·西罗拉。;格罗斯曼（Ignacio E.Grossmann）。 不确定性下的电力基础设施规划：随机对偶动态整数规划（SDDiP）和并行化方案。 （英语） Zbl 1457.90100号 最佳方案。工程师。 21，第4期，1243-1281（2020）. 摘要：我们解决了不确定性下电力基础设施的长期规划问题。我们提出了一个多阶段随机混合整数规划公式，该公式优化了发电扩建，以满足多年来的预计电力需求，同时考虑了详细的运营约束、可再生能源发电的间歇性、区域间的电力流、存储选项、，以及不确定性的多尺度表示（战略和操作）。为了能够求解这个随着场景树中阶段数呈指数增长的大规模模型，我们使用随机对偶动态整数规划（SDDiP）对问题进行分解。SDDiP算法的计算成本很高，但我们利用并行处理来更有效地求解它。建议的公式和算法被应用于德克萨斯州电力可靠性委员会管理的地区的案例研究，该案例研究考虑了参考案例的天然气价格和碳税不确定性，以及无核电的假设案例。我们表明，并行化的SDDiP算法允许在合理的时间内求解多阶段随机规划模型，其中扩展形式具有数以万亿计的变量和约束。 引用于2文件 MSC公司： 90立方厘米15 随机规划 90立方厘米 混合整数编程 90立方厘米 动态编程 90 C90 数学规划的应用 关键词：发电扩建规划;多级随机规划;随机对偶动态整数规划 软件：ReEDS公司;数字信号处理器;github;侏儒;SDDiP公司;古罗比 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{C.L.Lara}等人，Optim。工程21，编号4，1243--1281（2020；Zbl 1457.90100） 全文： 内政部 参考文献： [1] 阿尔博诺兹，VM；贝纳里奥，P。；Rojas，ME，《火电系统扩建的两阶段随机整数规划模型》，《国际输电运营研究》，11，3，243-257（2004）·Zbl 1162.90526号 ·doi:10.1111/j.1475-3995.2004.00456.x [2] Babatunde OM、Munda JL、Hamam Y（2018）《发电扩建规划：调查》。In:2018 IEEE PES/IAS PowerAfrica，第307-312页 [3] 巴林戈，L。；Baringo，A.，发电和输电扩展规划的随机自适应稳健优化方法，IEEE Trans Power Syst，33，1，792-802（2018）·doi:10.1109/TPWRS.2017.2713486 [4] Ben-Tal，A。；Goryashko，A。；Guslitzer，E。；Nemirovski，A.，不确定线性规划的可调节鲁棒解，数学程序，99，2351-376（2004）·Zbl 1089.90037号 ·doi:10.1007/s10107-003-0454-y [5] Bertsimas，D。；Sim，M.，《稳健的代价》，Oper Res，52，1，35-53（2004）·Zbl 1165.90565号 ·doi:10.1287/opre.1030.0065 [6] Birge，JR，多级随机线性规划的分解和划分方法，Oper Res，33，5899-1007（1985）·Zbl 0581.90065号 ·doi:10.1287/opre.33.5.989 [7] Birge，JR；Louveaux，F.，《随机规划导论》（2011），柏林：施普林格出版社，柏林·Zbl 1223.90001号 [8] 布鲁诺，S。；艾哈迈德，S。；夏皮罗，A。；Street，A.，《不确定性下多阶段可再生能源投资规划的风险中性和风险规避方法》，《欧洲运营研究杂志》，250，3，979-989（2016）·Zbl 1346.90636号 ·doi:10.1016/j.ejor.2015.10.013 [9] 护理，CC；Schultz，R.，随机整数规划中的对偶分解，Oper Res Lett，24，1，37-45（1999）·Zbl 1063.90037号 ·doi:10.1016/S0167-6377（98）00050-9 [10] Cerisola，S。；Baillo，A。；费尔南德斯·洛佩兹，JM；拉莫斯，A。；Gollmer，R.，《电力市场中的随机发电机组承诺：一种新的公式和求解方法的比较》，Oper Res，57，1，32-46（2009）·Zbl 1181.91233号 ·doi:10.1287/opre.1080.0593 [11] 钱德拉，R。；达贡，L。；科尔，D。；Maydan，D。；McDonald，J。；Menon，R.，OpenMP中的并行编程（2001），旧金山：Morgan Kaufmann Publishers Inc.，旧金山 [12] 陈，C。；李毅。；黄，G。；Li，Y.，《规划区域电力系统和管理二氧化碳的稳健优化方法》，《国际电力能源系统杂志》，40，1，70-84（2012）·doi:10.1016/j.ijepes.2012.02.007 [13] Denholm P、O'Connell M、Brinkman G、Jorgenson J（2015），加利福尼亚州太阳能发电过量。在：鸭子图的字段指南。10.2172/1226167 [14] Dentcheva，D。；Römisch，W。；马蒂，K。；Kall，P.，通过随机规划实现不确定性下的最优发电，随机规划方法和技术应用，22-56（1998），柏林：施普林格出版社，柏林·兹比尔0907.90197 [15] de Queiroz，阿根廷；Morton，DP，《分解多阶段随机程序时在聚合预测下共享削减》，Oper Res Lett，41，3，311-316（2013）·Zbl 1286.90104号 ·doi:10.1016/j.orl.2013.03.003 [16] Diamant A（2017）发电扩展分析系统（EGEAS）软件。技术报告。电力研究所 [17] Ding J，Somani A（2010）混合能源基础设施与可再生能源整合的长期投资规划模型。摘自：2010年IEEE绿色技术会议，第1-10页。10.1109/绿色.2010.5453785 [18] EIA：2019年年度能源展望。技术报告，美国能源信息管理局（2019年）。https://www.eia.gov/outlooks/aeo/pdf/aeo2019.pdf [19] Flores-Quiroz，A。；帕尔马·本克，R。；扎克里，G。；Moreno，R.，《利用高可再生能源渗透率解决发电扩建规划问题的列发电方法》，《电力系统研究》，136，232-241（2016）·doi:10.1016/j.epsr.2016.02.011 [20] Frangioni，A.，《关于整数优化中的拉格朗日方法》，Ann Oper Res，139，1，163-193（2005）·Zbl 1091.90048号 ·doi:10.1007/s10479-005-3447-9 [21] Gacitua，L。；加列戈斯，P。；Henriquez Auba，R。；Lorca，A。；阴性-阳性，M。；奥利瓦雷斯，D。；瓦伦苏埃拉。；Wenzel，G.，《扩建规划的综合审查：能源政策分析的模型和工具》，《可再生能源评论》，98，346-360（2018）·doi:10.1016/j.rser.2018.08.043 [22] Gandulfo W，Gil E，Aravena I（2014），需求不确定性下使用随机混合整数规划的发电容量扩张规划。2014年IEEE PES大会|会议展览，第1-5页。10.1109/页.2014.66939368 [23] 吉尔·E。；阿拉维纳，I。；Crdenas，R.，《使用随机混合整数规划和情景简化的水力不确定性下的发电容量扩展规划》，IEEE Trans Power Syst，30，4，1838-1847（2015）·doi:10.1109/TPWRS.2014.2351374 [24] 戈伦斯汀，BG；坎波多尼科，新墨西哥州；科斯塔，JP；Pereira，MVF，《不确定性下的电力系统扩展规划》，IEEE Trans Power Syst，8，1，129-136（1993）·数字对象标识代码：10.1109/59.221258 [25] 格罗斯曼，IE；阿帕普，RM；卡尔法，BA；Garca-Herreros，P。；Zhang，Q.，《不确定性下过程系统优化数学规划技术的最新进展》，《计算化学工程》，91，3-14（2016）·doi:10.1016/j.compchemeng.2016.03.002 [26] 古普塔，V。；Grossmann，IE，具有内生不确定性的多级随机程序的新分解算法，计算化学工程，62,62-79（2014）·doi:10.1016/j.compchemeng.2013.11.011 [27] 古罗比优化L（2018）古罗比优化器参考手册。网址：http://www.gurobi.com [28] Helseth，A。；Braaten，H.，应用于水电调度的随机双重动态规划算法的高效并行化，能源，8，12，14287-14297（2015）·数字对象标识代码：10.3390/en81212431 [29] 休伯格，CF；鲁宾，ES；斯塔菲尔，I。；Shah，北。；Dowell，NM，考虑内生技术成本学习的电力容量扩张规划，Appl Energy，204，831-845（2017）·doi:10.1016/j.apenergy.2017.07.075 [30] 霍姆·德·梅洛，T。；德马托斯，弗吉尼亚州；Finardi，EC，《随机双重动态规划的抽样策略和停止标准：长期水热调度的案例研究》，能源系统，2，1，1-31（2011）·doi:10.1007/s12667-011-0024-y [31] 黄，K。；Ahmed，S.，《不确定性条件下多阶段随机规划在产能规划中的价值》，Oper Res，57，4，893-904（2009）·Zbl 1226.90055号 ·doi:10.1287/opre.1080.623 [32] IEEFA：印度电力部门转型。技术报告，能源经济与财务分析研究所（2017年）。http://ieefa.org/wp-content/uploads/2017/11India-Electricity-Sector-Transformation_Nov-2017-3.pdf [33] Infanger，G。；Morton，DP，具有阶段间依赖性的多级随机线性程序的切割共享，数学程序，75，2，241-256（1996）·Zbl 0874.90147号 ·doi:10.1007/BF02592154 [34] Jin，S。；Ryan，SM公司；沃森，JP；伍德拉夫，DL，《不确定性下大规模发电扩建规划问题的建模与求解》，《能源系统》，第2、3、209-242页（2011年）·doi:10.1007/s12667-011-0042-9 [35] Jin，S。；Botterud，A。；Ryan，SM，风力发电火力发电容量规划中的时间粒度与随机粒度，IEEE Trans-power Syst，29，5，2033-2041（2014）·doi:10.1109/TPWRS.2014.2299760 [36] 考特，M。；Midthun，KT；沃纳，AS；托马斯加德，A。；Hellemo，L。；Fodstad，M.，多组织随机规划，计算管理科学，11，1，179-193（2014）·Zbl 1298.90008号 ·doi:10.1007/s10287-013-0182-6 [37] Kim，K。；Zavala，VM，应用于随机混合整数程序的双重分解方法的算法创新和软件，数学程序计算，10，2，225-266（2018）·Zbl 1400.90236号 ·doi:10.1007/s12532-017-0128-z [38] Koltsaklis，N。；Georgiadis，M.，《包含机组承诺约束的多周期、多区域发电扩建规划模型》，Appl Energy，158，310-331（2015）·doi:10.1016/j.apenergy.2015.08.054 [39] Koltsaklis，东北部；Dagoumas，AS，《最先进的发电扩建规划：综述》，Appl Energy，230563-589（2018）·doi:10.1016/j.apenergy.2018.08.087 [40] Lara CL（2019）发电扩建规划模型的Sddip实施。https://github.com/cristianallara/SDDiP [41] 劳拉，CL；DS马尔拉普拉加达；Papageorgiou，DJ；Venkatesh，A。；Grossmann，IE，《确定性电力基础设施规划：混合整数规划模型和嵌套分解算法》，《欧洲运营研究杂志》，271,31037-1054（2018）·兹比尔1403.90207 ·doi:10.1016/j.ejor.2018.05.039 [42] Lara CL、Omell B、Miller D、Grossmann IE（2018b）扩大电力基础设施规划的范围。In:Eden MR，Ierepatritou MG，Towler GP（eds.）第13届过程系统工程国际研讨会（PSE 2018），计算机辅助化学工程，第44卷。阿姆斯特丹爱思唯尔，第1309-1314页。10.1016/B978-0-444-64241-7.50213-5 [43] Lassner C（2018）侏儒。https://github.com/classner/pymp [44] 李S（2014）考虑气候变化不确定性的发电扩建规划稳健优化。新泽西州立大学罗格斯分校博士论文 [45] Li S，Coit D，Selcuklu S，Felder F（2014）《发电扩建规划：考虑气候变化的稳健优化》。In:IIE 2014年年会和博览会，第1049-1058页 [46] 刘，Y。；Sioshansi，R。；Conejo，AJ，《具有不确定性和决策多尺度表示的多阶段随机投资规划》，IEEE Trans Power Syst，33，1，781-791（2018）·doi:10.1109/TPWRS.2017.2694612 [47] Lohmann，T。；Rebennack，S.，《具有短期需求响应的长期电力扩张模型的定制弯曲分解》，《管理科学》，63，62027-2048（2017）·doi:10.1287/mnsc.2015.2420 [48] Lohmann，T。；赫林，AS；Rebennack，S.，《用于水热调度的多水库流入量的时空水文预测》，《欧洲运营研究杂志》，255，1，243-258（2016）·Zbl 1346.90547号 ·doi:10.1016/j.ejor.2016.05.011 [49] 日本洛佩兹；Ponnambalam，K。；金塔纳，VH，《使用随机规划进行风险下的发电和输电扩建》，IEEE Trans Power Syst，22，3，1369-1378（2007）·doi:10.1109/TPWRS.2007.901741 [50] Loulou R、Goldstein G、Noble K（2004）MARKAL系列模型的文档。技术报告。国际能源署 [51] Loulou R、Remne U、Kanudia A、Lehtila A、Goldstein G（2005）《TIMES模型文件第一部分技术报告》。国际能源署 [52] 罗，X。；Wang，J。；Dooner，M。；Clarke，J.，《电能存储技术的当前发展和在电力系统运行中的应用潜力概述》，Appl energy，137，511-536（2015）·doi:10.1016/j.apenergy.2014.09.081 [53] 南澳大利亚州马尔科姆；Zenios，SA，《不确定条件下电力系统容量扩展的稳健优化》，J Oper Res Soc，45，9，1040-1049（1994）·兹伯利0815.90108 ·doi:10.1057/jors.1994.169 [54] DS马尔拉普拉加达；Papageorgiou，DJ；Venkatesh，A。；劳拉，CL；Grossmann，IE，模型解析对电力部门系统扩展情景结果的影响，能源，1631231-1244（2018）·doi:10.1016/j.energy.2018.08.015 [55] Mejia-Giraldo D（2013）《电力系统发电能力的稳健灵活规划》。爱荷华州立大学博士论文 [56] Meja-Giraldo，D。；McCalley，JD，最大化发电组合的未来灵活性，IEEE Trans Power Syst，29，1，279-288（2014）·doi:10.1109/TPWRS.2013.2280840 [57] Moreira，A。；波佐，D。；街道，A。；Sauma，E.，《可靠的可再生能源发电和输电扩建规划：为实现可再生能源目标而共同优化系统资源》，IEEE Trans Power Syst，32，4，3246-3257（2017）·doi:10.1109/TPWRS.2016.2631450 [58] JM穆尔维；Ruszczyski，A.，大规模随机优化的一种新的场景分解方法，Oper Res，43，3，477-490（1995）·Zbl 0843.90086号 ·数字对象标识代码：10.1287/opre.43.377 [59] JM穆尔维；范德贝，RJ；Zenios，SA，《大规模系统的稳健优化》，Oper Res，43，2，264-281（1995）·Zbl 0832.90084号 ·doi:10.1287/opre.43.264 [60] 穆尼奥斯，FD；Watson，JP，随机输电和发电规划问题的可扩展解决方案框架，计算管理科学，12，4，491-518（2015）·兹比尔1397.90244 ·doi:10.1007/s10287-015-0229-y [61] 奥尼尔，RP；EA克拉尔；海德曼，KW；Oren，SS，《应对优化电力系统规划所带来挑战的模型和方法》，《数学程序》，140，2，239-266（2013）·Zbl 1273.90034号 ·doi:10.1007/s10107-013-0695-3 [62] 奥里，V。；赛义德·哈森，S。；Fleming，P.，《可再生能源整合的发电扩建规划优化：综述》，《可再生可持续能源评论》，69，790-803（2017）·doi:10.1016/j.rser.2016.11.120 [63] Palmintier B，Webster M（2011），机组承诺约束对可再生能源发电扩建规划的影响。2011年IEEE电力和能源协会大会，第1-7页。10.1109/PES.2011.6038963 [64] Palmintier B，Webster M（2014）用于高效运营灵活性建模的异构单元集群。2014年IEEE PES大会|会议展览，第1-1页。10.1109/PESGM.2014.6939001 [65] 帕克，H。；Baldick，R.，《环境能源政策下的多年随机发电容量扩展规划》，Appl energy，183737-745（2016）·doi:10.1016/j.apenergy.2016.08.164 [66] 佩雷拉，MVF；Pinto，LMVG，《多水库水电系统的随机优化：分解方法》，《水资源研究》，21，6，779-792（1985）·doi:10.1029/WR021i006p00779 [67] 佩雷拉，MVF；平托，LMVG，应用于能源规划的多阶段随机优化，数学程序，52，1，359-375（1991）·Zbl 0749.90057号 ·doi:10.1007/BF01582895 [68] Philpott，A。；Guan，Z.，关于随机对偶动态规划及其相关方法的收敛性，Oper Res Lett，36，4，450-455（2008）·Zbl 1155.90437号 ·doi:10.1016/j.orl.2008.01.013 [69] Pina，A。；加利福尼亚州席尔瓦；Ferro，P.，《可再生能源高渗透率电力系统规划的高分辨率建模框架》，Appl Energy，112，215-223（2013）·doi:10.1016/j.apenergy.2013.05.074 [70] 引脚，RJ；博尔赫斯，康涅狄格州；Maceira，MEP，大型水热系统运行规划的高效并行算法，IEEE Trans Power Syst，28，4，4888-4896（2013）·doi:10.1109/TPWRS.2012.2236654 [71] Poncelet，K。；德拉鲁，E。；Duerinck，J。；六，D。；D'haeseler，W.，《在长期能源规划模型中整合可再生能源可变性的重要性》，1-18（2014），鲁汶：KU鲁汶 [72] 波佐，D。；孔特雷拉斯，J。；Sauma，EE，理想和通用储能装置的装置承诺，IEEE Trans Power Syst，29，62974-2984（2014）·doi:10.1109/TPWRS.2014.2313513 [73] Rachev，ST；Roemisch，W.，《随机规划中的定量稳定性：概率度量方法》，《数学运算研究》，27，4，792-818（2002）·Zbl 1082.90080 ·doi:10.1287/门27.4.792.304 [74] Rebennack，S.，《排放配额不确定性下的发电扩张规划》，Electr Power Syst Res，114，78-85（2014）·doi:10.1016/j.epsr.2014.04.010 [75] Rebennack，S.，《基于抽样和基于场景的嵌套弯曲分解方法的组合：在随机双重动态规划中的应用》，《数学程序》，156，1-2，343-389（2016）·Zbl 1342.90116号 ·doi:10.1007/s10107-015-0884-3 [76] Rebennack，S。；Flach，B。；佩雷拉，MVF；Pardalos，PM，在\（\text）下的随机水热调度{CO}_2\)排放限制，IEEE Trans Power Syst，27，1，58-68（2012）·doi:10.1109/TPWRS.2011.2140342 [77] Sadeghi，H。；拉希迪内贾德，M。；Abdollahi，A.，《通过发电扩建规划进行的综合序贯审查研究》，《可再生能源评论》，第67期，第1369-1394页（2017年）·doi:10.1016/j.rser.2016.09.046 [78] 施密特，O。；霍克斯，A。；甘比尔，A。；Staffell，I.，《基于经验费率的未来电能存储成本》，Nat energy，617110（2017）·doi:10.1038/nenergy.2017.110 [79] 夏皮罗，A。；西德卡亚。；科斯塔，JPd；Soares，MP，风险中性和规避风险的随机对偶动态规划方法，欧洲操作研究杂志，224，2375-391（2013）·Zbl 1292.90219号 ·doi:10.1016/j.ejor.2012.08.022 [80] Short W、Sullivan P、Mai T、Mowers M、Uriarte C、Blair N、Heimiller D、Martinez A（2011）《区域能源部署系统》（ReEDS）。技术报告。国家可再生能源实验室（NREL） [81] Short A，O’Malley M（2010），发电资源规划模型中可变发电量的影响。参见：IEEE PES大会，第1-6页。10.1109/PES.2010.5589461 [82] Thome F、Pereira M、Granville S、Fampa M（2013）《使用sddp进行热液作业规划的非凸性表示》，第1-9页（未出版） [83] 关注科学家联盟：核能困境。技术报告，关注科学家联盟（2018年）。https://www.ucsusa.org/sites/default/files/attach/2018/11/Nuclear-Power-Dilemma-executive-summary.pdf [84] 沃森，JP；伍德拉夫，DL，一类随机混合整数资源分配问题的渐进对冲创新，计算管理科学，8，4，355-370（2011）·Zbl 1225.91032号 ·doi:10.1007/s10287-010-0125-4 [85] 沃格林，S。；森特诺，E。；Barquin，J.，《自由化电力市场中的发电容量扩张：随机mpec方法》，IEEE Trans Power Syst，26，4，2526-2532（2011）·doi:10.1109/TPWRS.2011.2138728 [86] 詹，Y。；郑，QP；Wang，J。；Pinson，P.，《通过决策相关随机规划利用大量风电进行发电扩建规划》，IEEE Trans power Syst，32，4，3015-3026（2017）·doi:10.1109/TPWRS.2016.26958 [87] 张，Q。；格罗斯曼，IE；Lima，RM，关于线性系统的柔性分析和鲁棒优化之间的关系，AIChE J，62，9，3109-3123（2016）·doi:10.1002/aic.15221 [88] 邹，J。；艾哈迈德，S。；Sun，XA，发电扩建规划的部分自适应随机优化，INFORMS J Compute，30，2，388-401（2018）·Zbl 1446.90100号 ·doi:10.1287/ijoc.2017.0782 [89] 邹，J。；艾哈迈德，S。；Sun，XA，随机对偶动态整数规划，数学程序（2018）·Zbl 1412.90101号 ·doi:10.1007/s10107-018-1249-5 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。