×

矩阵小改写和基于SOCP的空间分枝切割法求解交流最优潮流问题。 (英语) Zbl 1411.90249号

交流最优潮流是电力系统中最基本的优化问题之一。它可以表示为具有秩约束的半定规划(SDP)。求解AC OPF,即为该非凸程序获得接近最优的原始解和高质量的对偶边界,是当今电力行业对大规模电网实时运行的一大计算挑战。在本文中,我们提出了一种使用所涉及的厄米特矩阵变量的主2乘2子项和非主2乘二子项重新计算秩约束的新技术,并将所有这些子项刻画为三种类型。我们证明了这些次要约束与电网中电压角差在三周和四周内求和为零的物理约束的等价性。我们研究了这种次要公式的二阶圆锥规划(SOCP)松弛,并提出了强切割平面、凸包络、,以及束缚收紧技术,以加强由此产生的SOCP松弛。然后,我们提出了一种基于SOCP的空间分枝切割方法来获得AC OPF的全局最优值。大量计算实验表明,该算法明显优于最先进的基于SDP的OPF求解器,并且对于文献中最具挑战性的电力系统实例,在简单的个人计算机上能够在不超过720 s的时间内获得平均(0.71%)的最优性差距。

MSC公司:

90C20个 二次规划
90C26型 非凸规划,全局优化
90C57型 多面体组合数学,分枝与定界,分枝与割
90 C90 数学规划的应用
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Andersen,M.S.,Hansson,A.,Vandenberghe,L.:最优潮流问题的降低复杂性半定松弛。IEEE传输。电力系统。29(4), 1855-1863 (2014) ·doi:10.1109/TPWRS.2013.2294479
[2] Bai,X.,Wei,H.:基于半定规划的具有运行和最优潮流约束的安全约束机组组合方法。IET通用。Transm公司。分发3(2),182-197(2009)·doi:10.1049/iet-gtd:20070516
[3] Bai,X.,Wei,H.,Fujisawa,K.,Wang,Y.:最优潮流问题的半定规划。电气。电力能源系统。30, 383-392 (2008) ·doi:10.1016/j.ijepes.2007.12.003
[4] Bienstock,D.,Chen,C.,Muñoz,G.:多项式优化和基于口腔的切割的无外积集。arXiv预印arXiv:1610.04604(2016)·Zbl 1450.90024号
[5] Bienstock,D.,Munoz,G.:关于OPF问题的线性松弛。arXiv预印arXiv:1411.1120(2014)
[6] Bose,S.,Gayme,D.F.,Chandy,K.M.,Low,S.H.:非循环图上的二次约束二次规划及其在潮流中的应用。IEEE传输。控制网络。系统。2(3), 278-287 (2015) ·Zbl 1370.90168号 ·doi:10.1109/TCNS.2015.2401172
[7] Bose,S.、Gayme,D.F.、Low,S.和Chandy,K.M.:树状网络上的最佳功率流。摘自:第49届Allerton通信、控制和计算年会(Allerton),第1342-1348页(2011)
[8] Bukhsh,W.A.、Grothe,A.、McKinnon,K.、Trodden,P.:最优潮流的局部解决方案。IEEE传输。电力系统。28(4), 4780-4788 (2013) ·doi:10.1109/TPWRS.2013.2274577
[9] Cain,M.B.,O'Neill,R.P.,Castillo,A.:最佳功率流和公式的历史。http://www.ferc.gov/industries/electric/indus-act/market-planning/opf-parts/acpf-1-history-formation-testing.pdf(2012年)
[10] Carpentier,J.:对经济调度问题的贡献。牛市。Soc.Fr.电气。8(3), 431-447 (1962)
[11] Chen,C.,Atamtürk,A.,Oren,S.S.:交流最优潮流问题的边界收紧。IEEE传输。电力系统。PP(99),1-8(2015)
[12] Chen,C.,Atamtürk,A.,Oren,S.S.:具有有界复变量的非凸QCQP的空间分支切割方法。数学。程序。165549-577(2017)·Zbl 1380.65102号 ·doi:10.1007/s10107-016-1095-2
[13] Coffrin,C.,Gordon,D.,Scott,P.:NESTA,NICTA能源系统测试案例档案。arXiv预印arXiv:1411.0359(2014)
[14] Coffrin,C.,Van Hentenryck,P.:交流功率流的线性规划近似值。信息J.计算。26(4), 718-734 (2014) ·兹比尔1304.90051 ·doi:10.1287/ijoc.2014.0594
[15] Coffrin,C.,Hijazi,H.L.,Van Hentenryck,P.:质量控制松弛:最优潮流的理论和计算研究。IEEE传输。电力系统。31(4), 3008-3018 (2016) ·doi:10.1109/TPWRS.2015.2463111
[16] Coffrin,C.,Hijazi,H.L.,Van Hentenryck,P.:用凸包络、边界收紧和有效不等式加强交流功率流的SDP松弛。IEEE传输。电力系统。32(5), 3549-3558 (2017) ·doi:10.1109/TPWRS.2016.2634586
[17] Coffrin,C.,Van Hentenryck,P.:交流功率流的线性规划近似值。信息J.计算。26(4), 718-734 (2014) ·Zbl 1304.90051号 ·doi:10.1287/ijoc.2014.0594
[18] Dey,S.S.,Gupte,A.:针对池问题的MILP技术分析。操作。第63(2)号决议,412-427(2015)·Zbl 1327.90351号 ·doi:10.1287/opre.2015.1357
[19] Frank,S.,Steponavice,I.,Rebennack,S.:最佳功率流:文献综述I公式和确定性方法。能源系统。3(3), 221-258 (2012) ·doi:10.1007/s12667-012-0056-y
[20] Frank,S.,Steponavice,I.,Rebennack,S.:最佳功率流:书目调查II-非确定性和混合方法。能源系统。3(3), 259-289 (2012) ·doi:10.1007/s12667-012-0057-x
[21] Fukuda,M.、Kojima,M.,Murota,K.、Nakata,K.:通过矩阵完成利用半定规划中的稀疏性I:一般框架。SIAM J.Optim。11(3), 647-674 (2001) ·Zbl 1010.90053号 ·doi:10.1137/S1052623400366218
[22] Gupte,A.、Ahmed,S.、Dey,S.S.、Cheon,M.-S.:池问题的放松和离散化。J.全球。优化。67(3), 631-669 (2017) ·兹比尔1392.90117 ·doi:10.1007/s10898-016-0434-4
[23] Hijazi,H.,Coffrin,C.,Van Hentenryck,P.:最优潮流的多项式SDP切割。摘自:2016年电力系统计算会议(PSCC),第1-7页(2016年6月)
[24] Hijazi,H.L.,Coffrin,C.,Van Hentenryck,P.:电力系统混合整数非线性程序的凸二次松弛。技术报告,NICTA,堪培拉,澳大利亚ACT(2013)·Zbl 1387.90158号
[25] Hillestad,R.J.,Jacobsen,S.E.:具有额外反凸约束的线性规划。申请。数学。优化。6(1), 257-269 (1980) ·Zbl 0435.90065号 ·doi:10.1007/BF01442898
[26] Horn,R.A.,Johnson,C.R.:矩阵分析,第2版。剑桥大学出版社,剑桥(2013)·Zbl 1267.15001号
[27] Jabr,R.A.:使用圆锥规划的径向分布负荷流。IEEE传输。电力系统。21(3), 1458-1459 (2006) ·doi:10.1109/TPWRS.2006.879234
[28] Jabr,R.A.:使用扩展的二次曲线公式的最佳潮流。IEEE传输。电力系统。23(3), 1000-1008 (2008) ·doi:10.1109/TPWRS.2008.926439
[29] Jabr,R.A.:利用OPF问题的SDP松弛中的稀疏性。IEEE传输。电力系统。27(2), 1138-1139 (2012) ·doi:10.1109/TPWRS.2011.2170772
[30] Jabr,R.A.,Coonick,A.H.,Cory,B.J.:最优潮流调度的原对偶内点法。IEEE传输。电力系统。17(3), 654-662 (2002) ·doi:10.1109/TPWRS.2002.800870
[31] Josz,C.、Maeght,J.、Paniciaci,P.、Gilbert,J.C.:矩量法在OPF问题全局优化中的应用。IEEE传输。电力系统。30(1), 463-470 (2015) ·doi:10.1109/TPWRS.2014.2320819
[32] Kocuk,B.:电力系统最优潮流和输电切换问题的全局优化方法。佐治亚理工学院博士论文(2016)
[33] Kocuk,B.,Dey,S.S.,Sun,X.A.:最优潮流问题的强SOCP松弛。操作。第64(6)号决议,1176-1196(2016)·Zbl 1354.90154号 ·doi:10.1287/opre.2016.1489
[34] Kocuk,B.,Dey,S.S.,Sun,X.A.:SDP松弛的不精确性和最优潮流的有效不等式。IEEE传输。电力系统。31(1), 642-651 (2016) ·doi:10.1109/TPWRS.2015.2402640
[35] Lavaei,J.,Low,S.H.:最优潮流问题中的零对偶间隙。IEEE传输。电力系统。27(1), 92-107 (2012) ·doi:10.1109/TPWRS.2011.2160974
[36] Madani,R.、Ashraphijuo,M.、Lavaei,J.:《OPF求解指南》(2014)。http://ieor.berkeley.edu/lavei/Software.html
[37] Madani,R.,Ashraphijuo,M.,Lavaei,J.:意外约束最优潮流问题的圆锥松弛承诺。阿勒顿(2014)
[38] Madani,R.,Sojoudi,S.,Lavaei,J.:最优潮流问题的凸松弛:网格网络。收录于:信号、系统和计算机Asilomar会议(ACSSC),第1375-1382页(2013年)
[39] Madani,R.,Sojoudi,S.,Lavaei,J.:最优潮流问题的凸松弛:网格网络。IEEE传输。电力系统。30(1), 199-211 (2015) ·doi:10.1109/TPWRS.2014.2322051
[40] McCormick,G.P.:可分解非凸程序全局解的可计算性:第一部分-凸低估问题。数学。程序。10(1), 147-175 (1976) ·Zbl 0349.90100号 ·doi:10.1007/BF01580665
[41] Misener,R.,Thompson,J.P.,Floudas,C.A.:远地点:通过线性和对数划分方案对标准、广义和扩展池问题进行全局优化。计算。化学。工程35(5),876-892(2011)·doi:10.1016/j.compchemeng.2011.01.026
[42] Molzahn,D.K.,Hiskens,I.A.:最优潮流问题的基于稀疏展开矩的松弛。IEEE传输。电力系统。30(6), 3168-3180 (2015) ·doi:10.1109/TPWRS.2014.2372478
[43] Molzahn,D.K.,Holzer,J.T.,Lesieutre,B.C.,DeMarco,C.L.:基于半定规划的大规模最优潮流求解器的实现。IEEE传输。电力系统。28(4), 3987-3998 (2013) ·doi:10.1109/TPWRS.2013.2258044
[44] Momoh,J.A.、El-Hawary,M.E.、Adapa,R.:1993年选定最优潮流文献综述,第一部分:非线性和二次规划方法。IEEE传输。电力系统。14(1), 96-104 (1999) ·数字对象标识代码:10.1109/59.744492
[45] Momoh,J.A.、El-Hawary,M.E.、Adapa,R.:1993年选定最优潮流文献综述,第二部分:牛顿、线性规划和内点法。IEEE传输。电力系统。14(1), 105-111 (1999) ·doi:10.1009/59.744495
[46] 莫斯科ApS。的MOSEK Optimizer API。NET手册。8.1版(2017)
[47] Nakata,K.,Fujisawa,K.、Fukuda,M.、Kojima,M.和Murota,K.:通过矩阵补全II利用半定规划中的稀疏性:实现和数值结果。数学。程序。95(2), 303-327 (2003) ·兹比尔1030.90081 ·doi:10.1007/s10107-002-0351-9
[48] 内斯特罗夫,Y。;Wolkowicz,H。;Ye,Y。;Wolkowicz,H.(编辑);Saigal,R.(编辑);Vandenberghe,L.(编辑),非凸二次优化的半定规划松弛,第27期,361-419(2000),波士顿·兹比尔0957.90528 ·doi:10.1007/978-1-4615-4381-7_13
[49] Phan,D.T.:最优潮流的拉格朗日对偶和分枝定界算法。操作。第60(2)号决议,275-285(2012)·Zbl 1251.90308号 ·doi:10.1287/opre.1110.1036
[50] 夸利扎,A。;贝洛蒂,P。;Margot,F。;Lee,J.(编辑);Leyffer,S.(编辑),二次约束二次规划的线性规划松弛,407-426(2012),纽约·Zbl 1242.90155号 ·doi:10.1007/978-1-4614-1927-3_14
[51] Sojoudi,S.,Lavaei,J.:电力网络物理使困难的优化问题易于解决。摘自:IEEE电力和能源协会大会,第1-8页(2012年)
[52] Tawarmalani,M.,Richard,JP.P.:不等式凸化中的分解技术。技术报告。工作文件(2013年)
[53] Tawarmalani,M.,Sahinidis,N.V.:连续和混合整数非线性规划中的对流化和全局优化:理论、算法、软件和应用,第65卷。斯普林格,纽约(2002)·Zbl 1031.90022号
[54] Tawarmalani,M.,Sahinidis,N.V.:全局优化的多面体分支与切割方法。数学。程序。103, 225-249 (2005) ·Zbl 1099.90047号 ·doi:10.1007/s10107-005-0581-8
[55] Taylor,J.A.:电力系统凸优化。剑桥大学出版社,剑桥(2015)·doi:10.1017/CBO9781139924672
[56] Torres,G.L.,Quintana,V.H.:使用电压直角坐标的非线性最优潮流的内点方法。IEEE传输。电力系统。13(4), 1211-1218 (1998) ·doi:10.1109/59.736231
[57] Wang,H.,Murillo-Sánchez,C.E.,Zimmerman,R.D.,Thomas,R.J.:基于市场的最优潮流计算问题。IEEE传输。电力系统。22(3), 1185-1193 (2007) ·doi:10.10109/TPWRS.2007.901301
[58] Wu,Y.,Debs,A.S.,Marsten,R.E.:最优潮流的直接非线性预测-校正原始-对偶内点算法。IEEE传输。电力系统。9(2), 876-883 (1994) ·doi:10.1109/59.317660
[59] Zhang,B.,Tse,D.:电力网络可行注入区域的几何学。摘自:2011年第49届Allerton通信、控制和计算年会(Allerton),第1508-1515页(2011年9月)
[60] Zimmerman,R.D.、Murillo-Sanchez,C.E.、Thomas,R.J.:MATPOWER:电力系统研究和教育的稳态运行、规划和分析工具。IEEE传输。电力系统。26(1),12-19(2011)·doi:10.1109/TPWRS.2010.2051168
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。