×

随机输电和发电规划问题的可扩展解决方案框架。 (英语) Zbl 1397.90244号

摘要:当前用于输电和发电投资规划的商业软件工具的随机建模能力有限。由于这一局限性,电力公司通常依赖情景规划启发法来确定适用于广泛系统、经济和政策条件的潜在稳健且具有成本效益的投资计划。几项研究表明,就总体成本而言,随机模型的表现明显优于确定性或启发式方法。然而,缺乏实用的求解技术来求解此类模型。本文提出了一种可扩展的分解算法来解决随机输电和发电规划问题,分别考虑了输电和发电投资的离散和连续决策变量。考虑到随机性仅限于负载和风能、太阳能和水力发电输出,我们开发了一个基于聚类算法的简单场景缩减框架,以产生一个更易于处理的模型。生成的随机优化模型在场景基础上进行分解,并使用渐进对冲(PH)算法的变体进行求解。我们使用美国西部电力协调委员会(Western Electricity Coordination Council)的240总线网络表示进行了数值实验。尽管混合整数线性优化模型不能保证PH收敛到最优解,我们发现,在实际应用中,可以获得具有可接受的最优间隙的解。我们的数值模拟是在商品工作站和高性能集群上进行的。结果表明,大规模问题可以在最多2小时的挂钟时间内得到高精度的解决。

MSC公司:

90B80型 离散位置和分配
90 C59 数学规划中的近似方法和启发式
90立方厘米 混合整数编程
90立方厘米 随机规划

软件:

皮奥莫PySP公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 链接

参考文献:

[1] 阿克巴里,T;Rahimikian,A;Kazemi,A,多阶段随机输电扩展规划方法,Energy Conv Manag,52,2844-2853,(2011)·doi:10.1016/j.enconman.2011.02.023
[2] 藻酸嘧啶,N;座右铭A;Conejo,A,《输电扩展规划:混合集成LP方法》,IEEE Trans Power Syst,第18期,第1070-1077页,(2003年)·doi:10.1109/TPWRS.2003.814891
[3] 巴伊恩塞,L;奥利维拉,G;佩雷拉,M;Granville,S,输电网扩展的混合整数析取模型,IEEE Trans Power Syst,16,560-565,(2001)·doi:10.10109/59.932295
[4] Benders,J,解决混合变量编程问题的分区程序,数值数学,4238-252,(1962)·Zbl 0109.38302号 ·doi:10.1007/BF01386316
[5] 比纳托,S;奥利维拉,乔治亚州;Araüjo,JL,输电扩展规划的贪婪随机自适应搜索程序,IEEE Trans Power Syst,16,247-253,(2001)·数字对象标识代码:10.1109/59.918294
[6] 比纳托,S;佩雷拉,M;Granville,S,《解决输电网络设计问题的新弯曲分解方法》,IEEE Trans power Syst,16,235-240,(2001)·doi:10.10109/59.918292
[7] Birge J,Louveaux F(1997)《随机规划导论》。纽约州施普林格·Zbl 0892.90142号
[8] Bloom,JA,通过广义benders分解解决发电容量扩张规划问题,Oper Res,31,84-100,(1983)·Zbl 0495.90049号 ·doi:10.1287/opre.31.184
[9] 布鲁姆,JA;卡拉马尼斯,M;Charny,L,《使用广义弯曲分解的长范围发电规划:实施与经验》,Oper Res,32,290-313,(1984)·Zbl 0536.90050号 ·doi:10.1287/opre.32.290
[10] Castillo E、Minguez R、Conejo A、Garcia-Bertrand R(2006)《数学规划中的分解技术》。柏林施普林格·Zbl 1186.90002号
[11] Chupka MW、Earle R、Fox Penner P、Hledik R(2008)《改变美洲电力工业》。剑桥Brattle集团
[12] da Silva EL、Gil HA、Areiza JM(1999)《改进遗传算法下的输电网扩建规划》。摘自:1999年第21届IEEE电力工业计算机应用国际会议论文集,1999年,第315-321页,IEEE
[13] Dantzig G、Glynn PW、Avriel M、Stone J、Entriken R、Nakayama M(1989)《不确定性下多区域发电和输电规划的分解技术:最终报告》。电力研究所
[14] 杜帕乔娃,J;Gröwe-Kuska,N;Römisch,W,随机规划中的情景简化,数学程序,95493-511,(2003)·Zbl 1023.90043号 ·doi:10.1007/s10107-002-0331-0
[15] EIA:能源信息管理局,《电力年鉴》(2014),2014年8月30日检索自URLhttp://www.eia.gov/electricity/annual/html/epa_01_01.html
[16] 能源示例PLEXOS软件(2014)URLhttp://energyexemplar.com/software/plexos-desktop版本/
[17] 冯,Y;Ryan,SM,应用于随机发电扩展规划的情景构建和减少,Comput Oper Res,40,9-23,(2013)·Zbl 1349.90589号 ·doi:10.1016/j.cor.2012.05.005
[18] Feng Y,Ryan SM(2014),基于解决方案敏感性的随机机组承诺情景简化。计算管理科学1-34
[19] Gade D、Hackebeil G、Ryan S、Watson J、Wets R、Woodruff D(2014)《从随机混合整数规划的渐进对冲算法中获得下限》。正在审查中·Zbl 1338.90282号
[20] 加里,S;Gass,S,Stigler饮食问题回顾,Oper Res,49,1-13,(2001)·数字对象标识代码:10.1287/opre.49.1.1.11187
[21] Garver,LL,《使用线性规划进行输电网络估算》,IEEE Trans-Power Appliances Syst,71688-1697,(1970)·doi:10.1010/TPAS.1970.292825
[22] Geoffrion,AM,广义弯曲分解,J Optim理论应用,10,237-260,(1972)·Zbl 0229.90024 ·doi:10.1007/BF00934810
[23] Granville S,Pereira MVF(1985)Benders分解中线性化潮流模型的分析。斯坦福大学运筹学系系统优化实验室。技术报告,SOL 85-04
[24] Hart WE、Laird C、Watson JP、Woodruff DL(2012)《Pyomo:python中的优化建模》。柏林施普林格·兹比尔1233.90002 ·doi:10.1007/978-1-4614-3226-5
[25] 哈特,W;沃森,J;伍德拉夫,D,《Pyomo:用python建模和求解数学程序》,《数学程序计算》,3,219-260,(2011)·doi:10.1007/s12532-011-0026-8
[26] Hedman K,Gao F,Sheble G(2005)使用实物期权分析的输电扩建规划概述。摘自:2005年第37届北美电力研讨会论文集,第497-502页,IEEE
[27] 霍布斯,BF,《电力设施资源规划的优化方法》,《欧洲运营研究杂志》,83,1-20,(1995)·Zbl 0903.90114号 ·doi:10.1016/0377-2217(94)00190-N
[28] 霍布斯,BF;Ji,YD,基于随机规划的多区域电力系统预期生产成本边界,Oper Res,47836-848,(1999)·Zbl 1012.90552号 ·doi:10.1287/opre.47.6.836
[29] Höyland,K;考特,M;Wallace,SW,《生成时刻匹配场景的启发式方法》,《计算优化应用》,24169-185,(2003)·Zbl 1094.90579号 ·doi:10.1023/A:1021853807313
[30] Infanger,G,随机线性规划的benders分解算法中的蒙特卡罗(重要性)抽样,Ann Oper Res,39,69-95,(1992)·Zbl 0773.90054号 ·doi:10.1007/BF02060936
[31] Jin,S;山猫瑞恩;沃森,JP;伍德拉夫(Woodruff),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,2209-242,(2011)·doi:10.1007/s12667-011-0042-9
[32] Jin,S;波特鲁德,A;Ryan,SM,风力发电火力发电容量规划中的时间与随机粒度,IEEE Trans-power Syst,292033-2041,(2014)·doi:10.1109/TPWRS.2014.2299760
[33] Kahn,E,Wind集成研究:优化与仿真,Electr J,23,51-64,(2010)·doi:10.1016/j.tej.2010.10.003
[34] 拉托雷,G;克鲁兹,RD;阿雷扎,JM;Villegas,A,《输电扩展规划出版物和模型分类》,IEEE Trans Power Syst,18938-946,(2003)·doi:10.1109/TPWRS.2003.811168
[35] 拉托雷-巴约纳,G;Perez-Arriaga,IJ,Chopin,长期输电扩展规划的启发式模型,IEEE Trans Power Syst,91886-1894,(1994)·数字对象标识代码:10.1109/59.331446
[36] 勒基坦根,A;伍德拉夫,DL,应用于混合整数(0,1)多级随机规划的渐进对冲和禁忌搜索,启发式杂志,211-128,(1996)·Zbl 0869.90056号 ·doi:10.1007/BF00247208
[37] 米尔斯,A;Phadke,A型;Wiser,R,《西部可再生能源区倡议中资源和输电扩展决策的探索》,《能源政策》,39,1732-1745,(2011)·doi:10.1016/j.enpol.2011.01.002
[38] Mills A、Wiser R(2012)《公用事业规划和采购过程中使用的太阳能估价方法评估》。技术报告。劳伦斯伯克利国家实验室
[39] Mills A,Wiser R(2012),高渗透率水平下可变发电的经济价值变化:加州试点案例研究。技术报告。劳伦斯伯克利国家实验室
[40] Munoz FD(2014)《不确定性和可再生资源政策下输电规划的工程经济方法》。巴尔的摩约翰霍普金斯大学博士论文
[41] 穆尼奥斯,FD;霍布斯,BF;何,J;Kasina,S,《市场和监管不确定性下输电规划的工程经济方法:WECC案例研究》,IEEE Trans Power Syst,29,307-317,(2014)·doi:10.1109/TPWRS.2013.2279654
[42] Munoz FD、Hobbs BF、Kasina S(2012年)《适应可再生能源的高效主动规划》。摘自:IEEE电力和能源协会大会,第1-7页
[43] Munoz FD、Hobbs BF、Watson JP(2014)MILP投资问题的新边界和分解方法:政策约束下的多区域输电和发电规划。JHU工作文件
[44] Munoz FD,Mills AD(2015)发电投资规划研究中太阳能光伏发电能力价值的内生评估。Sandia技术报告
[45] 穆尼奥斯,FD;索马,爱沙尼亚;Hobbs,BF,《输电规划中的近似值:对可再生能源组合标准成本和性能的影响》,J Regul Econ,43,305-338,(2013)·doi:10.1007/s11149-013-9209-8
[46] 奥利维拉,G;科斯塔,A;Binato,S,《使用优化和启发式技术的大规模输电网规划》,IEEE Trans Power Syst,11828-1834,(1995)·doi:10.1109/59.476047
[47] ONeill RP、Dautel T、Krall E(2011)最近的ISO软件增强以及未来的软件和建模计划。2014年8月30日检索自URLhttp://www.ferc.gov/industries/electric/industs-act/rto/rto-iso-soft-2011.pdf
[48] 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》,数学课程,140,239-266,(2013)·Zbl 1273.90034号 ·doi:10.1007/s10107-013-0695-3
[49] Papavasiliou,A;Oren,SS,输电约束网络中大风穿透的多区域随机机组承诺,Oper Res,61578-592,(2013)·Zbl 1273.90035号 ·doi:10.1287/操作2013年11月74日
[50] 公园,H;Baldick,R,《风和负荷不确定性下的输电规划:序贯近似法》,IEEE Trans Power Syst,282395-2402,(2013)·doi:10.1109/TPWRS.2013.2251481
[51] 佩雷拉,MVF;引脚,LMVG;库尼亚,SHF;Oliveira,GC,自动化发电-输电扩展规划的分解方法,IEEE Trans-Power Appliances Syst,104,3074-3083,(1985)·doi:10.1109/TPAS.1985.318815
[52] Pierre-Louis P、Bayraksan G和Morton DP(2011),随机规划的一种基于确定性和抽样的组合顺序定界方法。摘自:2011年冬季模拟会议(Wsc)会议记录,第4167-4178页
[53] Price JE,Goodin J(2011)将WECC的简化网络建模作为市场设计原型。摘自:IEEE电力和能源协会大会,第1-6页
[54] PSR网络计划软件(2012)URLhttp://www.psr-inc.com.br/portal/psr/servicos/modelos_de_apoio_a_decisao/studio_plan/netplan/
[55] 莱斯,FS;卡瓦略,P;Ferreira,L,《电力系统输电规划中的加固调度收敛》,IEEE Trans power Syst,201151-1157,(2005)·doi:10.1109/TPWRS.2005.846073
[56] Rockafellar,RT公司;Wets,RJB,《不确定性优化中的场景和策略聚合》,《数学运筹学研究》,第16期,第119-147页,(1991年)·Zbl 0729.90067号 ·doi:10.1287/门16.1.119
[57] 罗梅罗,R;Monticelli,A,《输电网扩展规划的分层分解方法》,IEEE Trans Power Syst,9,373-380,(1994)·数字对象标识代码:10.1109/59.317588
[58] Ryan SM、Wets RJB、Woodruff DL、Silva-Monroy C、Watson JP(2013)《随机单位承诺的可扩展并行渐进对冲》。In:2013年IEEE电力和能源协会大会(PES),第1-5页,IEEE
[59] 萨马拉孔,H;Shrestha,R;Fujiwara,O,带发电地点选择的输电扩建规划的混合整数线性规划模型,Int J Electr Power Energy Syst,23285-293,(2001)·doi:10.1016/S0142-0615(00)00042-9
[60] 席尔瓦,I;骑手,M;罗梅罗,R;Murari,C,考虑需求不确定性的输电网扩展规划,IEEE Trans Power Syst,211565-1573,(2006)·doi:10.1109/TPWRS.2006.881159
[61] Stein,M,使用拉丁超立方体采样的模拟大样本特性,技术计量学,29143-151,(1987)·Zbl 0627.62010号 ·doi:10.1080/00401706.1987.10488205
[62] Tibshirani,R;沃尔特,G;Hastie,T,通过间隙统计估计数据集中的簇数,J R Stat Soc Ser B Stat Methodol,63,411-423,(2001)·Zbl 0979.62046号 ·doi:10.111/1467-9868.00293
[63] 艾哈迈德·魏德;Hobbs,BF,《规划输电以适应可再生能源的经济性:使用两阶段优化评估灵活性和忽略不确定性的成本》,《能源经济》,34,2089-2101,(2012)·doi:10.1016/j.eneco.2012.02.015
[64] VENTYX PROMOD IV软件(2014)URLhttp://www.ventyx.com/en/enterprise/business-operations/business-products/promod-iv
[65] 维拉萨纳,R;加弗,L;Salon,S,《使用线性规划的输电网规划》,IEEE Trans-Power Appliances Syst,2349-356,(1985)·doi:10.1109/TPAS.1985.319049
[66] 沃森,JP;半月,D;Hart,W,Pysp:用python建模和求解随机程序,《数学程序计算》,第4期,第109-149页,(2012年)·Zbl 1275.90049号 ·doi:10.1007/s12532-012-0036-1
[67] 沃森,J;伍德拉夫,D,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,8355-370,(2011)·Zbl 1225.91032号 ·doi:10.1007/s10287-010-0125-4
[68] 沃格林,S;Duenas,P;德尔加迪略,A;Reneses,J,《可再生能源渗透率高的电力系统负荷水平建模新方法》,IEEE Trans power Syst,29,2210-2218,(2014)·doi:10.1109/TPWRS.2014.2300697
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。