×

一种识别非凸交流电力系统最坏突发事件的双层方法。 (英语) Zbl 1461.90080号

摘要:我们解决了识别交流潮流网络最关键攻击的双层优化问题。上层二进制最大化问题包括选择一个攻击作为下层防御最小化问题中的参数。由于非凸交流潮流约束,低层全局极小化问题本身就是NP-hard问题,而双层求解方法通常应用凸松弛或近似,以允许以低估某些电力系统脆弱性为代价进行易于处理的双层重新计算。我们的主要贡献是提供了一种替代的分枝定界算法,该算法的上限机制(在最大化上下文中)基于一种避免放松低层防御者问题中交流潮流约束的重新公式。下界为低层问题提供了半定规划(SDP)松弛解。我们建立有限终止,并保证原始双层问题的全局最优解,或SDP松弛双层问题的全球最优解,该解包含在审查过的上层攻击解决方案列表中,其中至少有一个是双层问题的整体最优解。我们通过应用于IEEE案例的计算实验,证明了我们贡献的相关性,以及我们贡献的算法在识别电力系统脆弱性方面的有效性,而无需求助于较低级别问题的凸松弛。最后,我们讨论了未来的扩展和改进。

MSC公司:

90立方厘米 混合整数编程
90C26型 非凸规划,全局优化
90立方厘米 数学规划中的稳健性
90C57型 多面体组合学,分支与绑定,分支与切割
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] T.Achterberg、T.Koch和A.Martin,《重新审视分支规则》,Oper。Res.Lett.公司。,33(2005年),第42-54页·Zbl 1076.90037号
[2] N.Alguacil、A.Delgadillo和J.M.Arroyo,电网防御规划的三级编程方法,计算。操作。研究,41(2014),第282-290页·Zbl 1348.90378号
[3] J.M.Arroyo,应用于多种突发事件下电力系统脆弱性分析的双层编程,IET Gener。Transm公司。数字化信息系统。,4(2010年),第178-190页。
[4] J.M.Arroyo和F.J.Fernaández,遗传算法在电力系统安全评估中的应用,国际电工杂志。电力能源系统。,49(2013),第114-121页。
[5] X.Bai,H.Wei,K.Fujisawa,Y.Wang,最优潮流问题的半定规划,国际电工杂志。电力能源系统。,30(2008),第383-392页。
[6] J.Bezanson、A.Edelman、S.Karpinski和V.Shah,Julia:《数值计算的新方法》,SIAM Rev.,59(2017),第65-98页,https://doi.org/10.1137/1141000671。 ·Zbl 1356.68030号
[7] D.Bienstock和A.Verma,《电网中的(N-k)问题:新模型、公式和数值实验》,SIAM J.Optim。,20(2010),第2352-2380页,https://doi.org/10.1137/08073562X。 ·Zbl 1211.90140号
[8] D.Bienstock和A.Verma,《交流潮流可行性的强(NP)硬度》,Oper。Res.Lett.公司。,47(2019),第494-501页·Zbl 1476.90070号
[9] F.Capitanescu、J.L.M.Ramos、P.Panciaci、D.Kirschen、A.M.Marcolini、L.Platshod和L.Wehenkel,安全约束最优潮流的现状、挑战和未来趋势,Electr。功率。系统。研究,81(2011),第1731-1741页。
[10] F.Capitanescu和L.Wehenkel,《静态安全管理不确定性下最坏运行场景的计算》,IEEE Trans。电力系统。,28(2013),第1697-1705页。
[11] C.Chen,A.Atamtu­rk,and S.Oren,《复变量有界非凸QCQP的空间分枝切割方法》,数学。程序。,165(2017),第549-577页·Zbl 1380.65102号
[12] C.Chen、A.Atamtu-rk和S.S.Oren,交流最优潮流问题的边界收紧,IEEE Trans。电力系统。,31(2016),第3729-3736页。
[13] R.Chen、N.Fan、A.Pinar和J.-P.Watson,《应急约束单位承诺与应急后纠正追索》,Ann.Oper。Res.,249(2017),第381-407页·Zbl 1357.90095号
[14] C.Coffrin、R.Bent、K.Sundar、Y.Ng和M.Lubin,《PowerModels.jl:探索潮流公式的开源框架》,电力系统计算会议(PSCC),2018年,第1-8页,https://doi.org/10.23919/PSC.2018.8442948。
[15] C.Coffrin、H.L.Hijazi和P.V.Hentenryck,QC弛豫:最优潮流的理论和计算研究,IEEE Trans。电力系统。,31(2016),第3008-3018页。
[16] P.Cuffe,《针对电气网络的恶意阻断策略比较》,IEEE Trans。紧急选择。主题电路系统。,7(2017),第205-217页。
[17] B.Dandurand、K.Kim、S.-i.Yim和M.Schanen,《Julia软件包:MaximinOPF.jl》,2020年,https://github.com/Argonne-National-Laboratory/MaximinOPF.jl。
[18] H.Davarikia和M.Barati,电网抗攻击控制的三级编程模型,J.Mod。电力系统。克莱恩。,6(2018年),第918-929页。
[19] S.Dempe、V.Kalashnikov、G.Peírez-ValdeíS和N.Kalashinykova,《双层规划问题:能源网络的理论、算法和应用》,斯普林格-弗拉格出版社,柏林,海德堡,2015年·Zbl 1338.90005号
[20] T.Ding、C.Li、C.Yan、F.Li和Z.Bie,输电系统可靠性评估中风险评估和应急排序的双层优化模型,IEEE Trans。电力系统。,32(2017),第3803-3813页。
[21] I.Dunning,J.Huchette和M.Lubin,《JuMP:数学优化的建模语言》,SIAM Rev.,59(2017),第295-320页,https://doi.org/10.1137/15M1020575。 ·Zbl 1368.90002号
[22] V.-P.Eronen,M.M.Ma¨kela¨和T.Westerlund,《关于ECP和OA方法对非光滑凸MINLP问题的推广》,《优化》,63(2014),第1057-1073页·Zbl 1295.90022号
[23] 古罗比优化,古罗比优化器参考手册,2020年,http://www.gurobi.com。
[24] HSL,用于大规模科学计算的Fortran代码集合,http://www.hsl.rl.ac.uk/。
[25] IBM公司,IBM ILOG CPLEX V12.7,https://www.cplex.com(2018年11月1日访问)。
[26] R.A.Jabr,使用圆锥规划的径向分布负荷流,IEEE Trans。电力系统。,21(2006),第1458-1459页。
[27] K.Kim,《电力系统关键部件识别和优先排序的优化方法》,技术报告ANL/MCS-P7076-0717,阿贡国家实验室,伊利诺伊州莱蒙特,2017年,网址:https://kibaekkim.github.io/papers/P7076-0717.pdf。
[28] B.Kocuk、S.S.Dey和X.A.Sun,SDP松弛的不精确性和最优潮流的有效不等式,IEEE Trans。电力系统。,31(2016),第642-651页。
[29] K.Lai、M.Illindala和K.Subramaniam,缓解网络物理环境中对电力系统的协调攻击的三级优化模型,Appl。《能源》,235(2019),第204-218页。
[30] J.Lavaei和S.H.Low,最优潮流问题中的零二元缺口,IEEE Trans。电力系统。,27(2012),第92-107页。
[31] J.Loípez-Lezama、J.Cortina-Goímez和N.M.noz Galeano,使用非线性建模方法评估电网阻塞问题,Electr。功率。系统。Res.,144(2017),第243-254页。
[32] S.H.Low,最优潮流的凸松弛——第1部分:公式和等价性,IEEE Trans。控制网络。系统。,1(2014年),第15-27页·Zbl 1370.90043号
[33] S.H.Low,最优潮流的凸松弛——第二部分:精确性,IEEE Trans。控制网络。系统。,1(2014),第177-189页·Zbl 1370.90044号
[34] R.Madani、S.Sojoudi和J.Lavaei,最优潮流问题的凸松弛:网格网络,IEEE Trans。电力系统。,30(2015),第199-211页。
[35] D.K.Molzahn、J.T.Holzer、B.C.Lesieutre和C.L.DeMarco,基于半定规划的大规模最优潮流求解器的实现,IEEE Trans。电力系统。,28(2013),第3987-3998页。
[36] D.R.Morrison、S.H.Jacobson、J.J.Sauppe和E.C.Sewell,《分枝定界算法:搜索、分枝和修剪的最新进展概览》,《离散优化》。,19(2016),第79-102页·Zbl 1387.90010号
[37] MOSEK ApS,适用于C的MOSEK Optimizer API 9.0.1052019,https://docs.mosek.com/9.0/cap/index.html。
[38] G.Nemhauser和L.Wolsey,整数和组合优化,Wiley-Intersci。序列号。离散数学。最佳。,John Wiley&Sons,纽约,1999年·Zbl 0944.90001号
[39] NERC指导小组,2003年8月14日的技术分析,停电:发生了什么,为什么,我们学到了什么?,技术报告,北美电力可靠性委员会,佐治亚州亚特兰大,2004年。
[40] 华盛顿大学电气工程系,电力系统测试案例档案,1999年,http://www.ee.washington.edu/research/pstca/(2018年11月7日访问)。
[41] A.Pinar、J.Meza、V.Donde和B.Lesieutre,电网脆弱性分析的优化策略,SIAM J.Optim。,20(2010),第1786-1810页,https://doi.org/10.1137/070708275。 ·Zbl 1201.90138号
[42] D.Pozo、E.Sauma和J.Contreras,《双层模型的基本理论基础和见解及其在电力系统中的应用》,Ann.Oper。研究,254(2017),第303-334页·Zbl 1406.91027号
[43] R.T.Rockafellar,《凸分析》,普林斯顿数学系列,普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿,1970年·Zbl 0193.18401号
[44] A.Ruszczynöski,《非线性优化》,普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿,2006年·Zbl 1108.90001号
[45] J.Salmeron、K.Wood和R.Baldick,大型电网的最坏情况阻断分析,IEEE Trans。电力系统。,24(2009),第96-104页。
[46] S.Soltan、D.Mazauric和G.Zussman,《电网故障分析》,IEEE Trans。控制网络。系统。,4(2017年),第288-300页·Zbl 1370.90051号
[47] A.Street、F.Oliveira和J.M.Arroyo,《带(n-K)安全标准的应急约束机组承诺:稳健优化方法》,IEEE Trans。电力系统。,26(2011),第1581-1590页。
[48] K.Sundar、C.Coffrin、H.Nagarajan和R.Bent,《电力系统概率故障识别》,《网络》,71(2018),第302-321页。
[49] O.Tange,GNU Parallel–命令行工具;登录:《USENIX杂志》,36(2011),第42-47页,https://doi.org/10.5281/zenodo.16303, http://www.gnu.org/s/parallel。
[50] 美国/加拿大电力系统大修工作队,《2003年8月14日美国和加拿大停电的最终报告:原因和建议》,技术报告,电力输送和能源可靠性办公室-美国能源部,华盛顿特区,2004年。
[51] A.Waíchter和L.T.Biegler,《关于大规模非线性规划的原始-对偶内点过滤器线搜索算法的实现》,数学。程序。,106(2006),第25-57页·Zbl 1134.90542号
[52] T.Westerlund和F.Pettersson,解决凸MINLP问题的扩展切割平面方法,计算机化学。工程师。,19(1995),第131-136页。
[53] X.Wu、A.Conejo和N.Amjady,《通过圆锥规划实现鲁棒安全约束的ACOPF:识别最坏的突发事件》,IEEE Trans。电力系统。,33(2018年),第5884-5891页。
[54] Xu Y.,并行树搜索的可伸缩算法,工业和系统工程博士论文,利海大学,伯利恒,宾夕法尼亚州,2007年。
[55] L.Zhao和B.Zeng,线路切换电网的脆弱性分析,IEEE Trans。电力系统。,28(2013),第2727-2736页。
[56] Y.Zheng、G.Fantuzzi、A.Papachristodoulou、P.Goulart和A.Wynn,《弦稀疏半定程序的快速ADMM》,《2017年美国控制会议(ACC)论文集》,IEEE,2017年,第3335-3340页。
[57] Y.Zheng,G.Fantuzzi,A.Papachristodoulou,P.Goulart,A.Wynn,稀疏半定程序算子分裂方法中的弦分解,数学。程序。,180(2020年),第489-532页·Zbl 1434.90126
[58] R.Zimmermann和C.Murillo-Saánchez,《Matpower 7.0b1用户手册》,电力系统工程研究中心(PSerc),2018年,http://www.pserc.cornell.edu/matpower/manual.pdf。
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。