电力系统混合整数线性规划问题的运筹决策关键技术综述与展望

机组组合、检修计划、拓扑运行优化、电力系统规划等电力系统混合整数线性规划(MILP)问题旨在实现电力资源的最佳配置,应用广泛,其精准性与高效性直接影响了电力系统的安全性与经济性。随着“双碳”目标的提出,新型电力系统MILP问题模型复杂度更高、计算效率要求更严格,对当前运筹决策技术提出了更严峻的挑战。然而,现有依赖于国外进口求解器的电力系统运筹决策技术面临“组合爆炸”,且求解器依赖进口面临“卡脖子”困境,亟须实现技术突破。为此,该文系统地梳理了电力系统MILP问题的运筹决策技术,以及近年来通用MILP问题的最新进展,并展望了电力系统MILP问题运筹决策关键技术未来的研究方向,旨在为我国相关研究工作提供参考和思路。

洪水过程线同频放大混合整数规划模型

当设计洪水峰、量关系较差时,设计洪水过程线同频放大会出现明显的畸形。构建了设计洪水过程线同频放大混合整数规划模型,以洪水过程线各时段流量作为决策变量,提出了时序系列光滑度函数,并以此作为目标函数,以设计洪峰流量、不同时段设计洪量作为约束条件,首次加入了涨落同向约束条件,保证设计和典型洪水过程线具备相近模式。实例研究表明,当设计洪水峰、量关系不协调时,此模型计算的设计洪水过程线顺滑、各频率之间无交叉,与典型洪水过程线(特别在洪峰附近时段保持)相近模式。研究成果为设计洪水过程线同频放大提供了新的、可行的方法。

基于混合整数规划的数据中心冷却能耗优化

以广州某数据中心水蓄冷冷却系统为研究对象,提出了一种基于混合整数线性规划的模型预测控制方法.该方法以数据中心冷却系统的能耗最低为优化目标,通过对冷却系统和环境条件进行建模,并结合能源成本和冷却系统效率,确定最佳的冷水机组运行策略和水蓄冷冷却系统的时序控制.在优化过程中,考虑了冷水机组的最小连续运行时间对冷却系统能耗的影响,并确定了最佳取值,提高了机组的稳定性,减少了因冷机频繁启停带来的能耗浪费.通过全年能耗模拟,相较于传统控制方法,该方法将总能耗降低了6.52%,总运行费用降低了6.93%.

基于混合整数规划的智能车横纵向一体化滚动优化决策

本文针对智能车辆的行为决策问题,设计了基于混合整数规划的智能车横纵向一体化滚动优化决策方法.该方法首先将纵向车速表示为非整数,将期望车道表示为整数控制量,建立了混合整数智能车决策简化模型;然后,设计了横纵向一体化滚动优化决策方法,决策出纵向车速和换道动作,根据系统输出与非线性约束的时域关系证明了优化问题的递归可行性并通过遗传算法求解非线性混合整数规划优化问题.基于车辆动力学仿真软件veDYNA和Simulink进行了联合仿真,并在红旗E-HS3智能车上开展了实车试验,结果表明,本文提出的基于混合整数规划的智能车横纵向一体化决策方法能够实现超车、避障、跟车、停车和弯道工况下的行为决策.

基于混合整数规划的风流两步骤调控优化方法

实现按需通风是当前矿井智能通风系统推进建设过程的核心技术问题。为解决矿井通风网络优化调控非线性模型求解困难的问题,在改进两步骤通风优化方法的基础上,提出了一种基于混合整数规划的风流两步骤调控优化数学模型。该模型以通风能耗最小、调节点个数最少和调节点位置最佳等为目标,是一种多目标线性规划模型,其求解结果更加符合矿山实际调控需求。改进的两步骤通风优化方法具有以下优点:通过引入混合整数规划方法,该模型可以对调节方案的调节点个数和调节方式进行约束;通过引入分支调节级数,该模型可以根据井下实际情况对调节方案的位置进行约束,从而提高了通风网络优化调节方案的灵活性;此外,通过多次求解风量分配对应调控方案的方式,该模型既可以得到近似满足风量未知调控模型的求解方案,也可以避免非线性模型求解不收敛的问题。通过构建矿井通风优化调控计算实例模型,在通风网络模型进行分风计算的基础上验证了通风网络模型调控的可靠性。

基于混合整数非线性规划模型的地铁站通风空调水系统节能措施及潜力研究

近年来,随着地铁建设快速发展,地铁通风空调水系统作为地铁建设的重要组成部分,其能耗是地铁车站的主要能耗之一。因此,选择合理的通风空调水系统,采用有效的节能运行策略,是降低地铁环控系统能耗的关键。本文以上海地铁某车站为例,基于冷水机组、水泵、冷却塔等设备的实际运行数据建立了混合整数非线性规划模型,提出了寻求降低地铁车站通风空调水系统整体运行能耗的多设备协同优化策略。模拟分析结果表明,协同优化策略相较于常规变频策略具有显著的节能优势,年节能量可达24%。

基于混合整数规划的生鲜农产品分销网络优化研究

随着农产品市场的不断发展和农业供应链的复杂性增加,农产品分销网络的优化成为了一个重要的研究领域。本文基于混合整数规划方法,针对农产品分销网络进行了优化研究。首先,建立了一个数学模型,考虑了供应商、分销中心和需求地之间的关系以及各个节点的运输成本、库存成本和需求量等因素。然后,通过使用Python调用Gurobi对混合整数线性规划模型进行求解,确定了拟建分销中心的地址以及其吞吐量,基本能满足新疆各地州供应以及需求地的需求,验证了该方法在农产品分销网络优化中的有效性和可行性。

基于混合整数线性规划的分组密码安全性分析

分组密码算法分析中需评估其抵抗差分和线性攻击的能力,而这一能力往往是通过算法的最小差分/线性活跃S盒个数体现的。论文给出基于混合整数线性规划的方法自动分析活跃S盒的原理及一般过程,并应用在I型广义Feistel结构的最小活跃S盒分析中,详细介绍了具体算法分析及应用的过程,该方法通用强、简单易行,可以提高分组密码算法分析的效率。

基于混合整数线性规划的新能源电解水制氢项目容量配置优化建模

为指导电解水制氢设备在新能源发电项目中的容量配置,根据电解水制氢流程特点,考虑氢气用量的连续性和稳定性,建立基于混合整数规划的电解水制氢设备优化计算模型,并以全寿命周期成本最小为目标,对含风、光以及制氢负荷的新能源电解水制氢项目进行优化计算,求取制氢设备配置规模。通过在某项目仿真应用,证明所建模型的有效性和实用性。

应用混合整数规划算法分析可再生能源制氢项目的投资规划

作为一种具有巨大潜力的能源形式,绿氢的高生产成本是限制其发展的主要因素。文章提出了一种适用于新能源制氢项目投资阶段的建模与生产规划解决方案,以辅助可行性评估和投资配置决策。文章重点探讨了3个关键方面:建模、生产规划和优化。在建模方面,通过响应式、模块化和并行化设计,模型可以更灵活高效,并为已知情形预设了多种内置模块,覆盖大部分计算逻辑。在生产规划方面,针对稳定供氢和波动供氢的不同需求,设计了专门的算法,通过合理安排不同时间段的产量,最大化利用波动特性的新能源电力。在优化方面,基于模型的优化框架和高效的混合整数规划算法,有效搜寻最优投资配置,优化投资方案,提升项目整体效率,降低绿氢生产成本。

计及混合能源共享站的多微网系统双层混合整数规划

为解决高比例可再生能源背景下的区域综合能源系统季节性电量不平衡的问题,提出一种计及季节性氢储的混合能源共享站,并以此构建含混合能源共享站的多微网能源系统。随后,为突出能源共享站在季节性电能互补中的作用,提出以联盟微网系统运行成本最低为上层优化目标,系统内净负荷均方差最小为下层优化目标的双层混合整数规划,并对模型的求解过程进行说明。由于能源共享站由联盟微网系统自身建造,各微网之间还存在着合作关系,因此,提出基于交互价值贡献度大小的纳什议价方法,对能源共享站成本及联盟额外利润进行分配。算例结果表明,该模型可有效减少各微网的运行成本和微网内负荷均方差。为解决区域综合能源系统中可再生能源季节性不平衡问题提供参考。

基于混合整数线性规划的MORUS初始化阶段的差分分析

认证加密算法MORUS是凯撒(CAESAR)竞赛的优胜算法,抗差分分析性能是衡量认证加密算法安全性的重要指标之一。该文研究了MORUS算法初始化阶段的差分性质,首先给出了一个差分推导规则,可以快速获得一条概率较大的差分链。在此基础上利用混合整数线性规划(MILP)自动搜索技术求解更优的差分链。为了提高搜索速度,结合MORUS初始化阶段的结构特点给出了分而治之策略。根据ΔIV的重量、取值将MILP模型划分为多个子模型并证明了部分子模型的等价性,大大缩减了模型的求解时间,得到了MORUS初始化阶段1~6步状态更新的最优差分链。最后给出了简化版MORUS的差分-区分攻击,该文的结果较之前的工作有较大的提升。

定制化求解机组组合混合整数线性规划模型的固定——推断法

为了突破机组组合算法的自主可控问题,基于开源混合整数线性规划求解器CBC,提出一种快速获取机组组合问题可行解的固定—推断法。首先将机组组合模型转换为推断标准模型,然后按重要性对所有整数变量进行排序。并利用约束违反函数依次确定整数变量的值,实现整数变量的固定,利用约束关系推断出与其相关的整数变量值。最后经过多轮的固定—推断可以实现所有整数变量的取值,从而求解一个线性规划问题即可得到各机组的出力。仿真结果表明,所述算法能有效求解大规模机组组合问题,可在更短时间内获取质量较好的可行解。与CBC求解器结合,能显著提升CBC求解器对于机组组合问题的求解效率。此外,所述算法还具备在其他求解器上进行定制的潜力。

基于解耦内点法与混合整数规划法的区域电网动态无功优化算法

动态无功优化在提高电网电压质量、降低网损和减少离散调压设备日动作次数方面具有重要作用,在数学上它是一个含绝对值约束的多时段大规模非线性混合整数规划问题,其高效求解是一个难题。为此,提出了一种基于解耦内点法和混合整数规划的动态无功优化两阶段算法。第1阶段,利用sigmoid函数处理绝对值约束以实现原模型的连续化,采用解耦内点法思想构建KKT修正方程的对角带边结构,实现了模型的时段分块解耦高效求解;第2阶段,将原模型在当前连续解附近线性化,构建涉及原模型所有约束条件的混合整数线性规划模型,由此决策出离散无功控制设备的优化解。通过某地区26节点的算例仿真,验证了本文算法的有效性。

基于混合整数线性规划模型的SPONGENTS盒紧凑约束分析

应用基于混合整数线性规划(MILP)模型的S盒紧凑约束计算方法,可以较好地解决SPONGENT在差分密码分析过程中差分路径搜索效率低下的问题;为寻找S盒的最优描述,提出一种紧凑性验证算法从约束条件存在必要性的角度验证S盒的不等式约束的紧凑性问题。首先,引入MILP模型分析SPONGENT S盒的不等式约束,得到了由23个不等式组成的约束;然后,提出一种用于评价约束不等式存在必要性的指标,并基于该指标提出了一种验证约束不等式组紧凑程度的紧凑性验证算法;最后,使用所提算法验证所求得的SPONGENT S盒约束的紧凑性。计算分析表明,23个不等式都具有唯一可以排除的不可能差分模式,即每个不等式都有存在的必要性;同时,对于同一案例,与利用贪心算法原理筛选的不等式相比,数量减少了20%。因此,所得到的SPONGENT的S盒不等式约束是紧凑的,且所提紧凑性验证算法的效果要优于对比的贪心算法。

基于Benders分解的交直流混合输电网随机扩展规划方法

采用随机场景模拟法描述机组和输电线路随机停电事故、负荷预测误差,提出了一种基于Benders分解的交直流混合输电网随机扩展规划方法。首先建立以交直流输电线路投资成本、失负荷成本、系统运行成本等为综合成本目标,采用Benders分解,将交直流混合输电网混合整数线性规划模型分解为规划主问题和可靠性校验和经济调度的子问题迭代求解。在6节点系统和改进的IEEE-118节点系统算例仿真结果表明:与交流输电系统相比,扩建直流输电线路可以节省更多的成本,在选择交流/直流输电线路时,直流线路输送潮流的可控性以及经济性都可以减少失负荷。

一种基于混合整数线性规划的交直流混联配电网多层优化调度方法

交直流混联配电网已经成为未来配电网发展的重要趋势,为了充分发挥交直流混合配电网在降低网损、减少运行成本、增强新能源消纳等方面的优势,提出一种基于混合整数线性规划的交直流混联配电网多层优化调度方法。该方法考虑到传统分布式调度优化由于优化模型非线性强、维数高而难以求解,通常存在着计算效率低、不收敛或者易陷入局部最优解的问题,首先对交直流混联电网进行结构分层,对每一层电网的潮流计算方程进行线性化处理,建立各层调度优化的线性化模型;然后采用目标级联法的思想对多层优化模型之间进行分布式协调,并利用混合整数线性规划方法对各子系统优化问题进行并行求解,得到最终的分布式调度优化结果;最后以IEEE 30节点为基础,建立一个典型的交直流混联配电网进行算例仿真,通过将所提方法与传统的集中式调度优化方法进行对比分析,验证了所提方法的正确性和优越性。

基于混合整数线性规划的八阵图不可能差分分析

八阵图(ESF)是基于LBlock改进的轻量级分组密码,具有优良的软硬件实现效率。针对ESF算法的安全性,该文借助自动化搜索工具,利用不可能差分分析方法,对算法进行安全性评估。首先结合ESF的结构特性和S盒的差分传播特性,建立了基于混合整数线性规划(MILP)的不可能差分搜索模型;其次利用算法S盒的差分传播特性和密钥扩展算法中轮子密钥间的相互关系,基于一条9轮不可能差分区分器,通过向前扩展2轮向后扩展4轮,实现了对ESF算法的15轮密钥恢复攻击。分析结果表明,该攻击的数据复杂度和时间复杂度分别为260.16和267.44,均得到有效降低,且足够抵抗不可能差分分析。

基于混合整数线性规划和强化学习的微电网经济优化调度

针对微电网中可再生能源的不确定性和波动性,以及负荷的动态变化带来的复杂性问题,提出了一种将混合整数线性规划(MILP)和强化学习(RL)相结合的MILP-RL算法。首先,在算例分析中,采用粒子群优化(PSO)算法和MILP对微电网的负荷、风机、光伏预测数据进行经济调度策略求解;然后,将求解的结果作为RL的初始调度策略,构建了PSO-RL和MILP-RL两种组合算法;最后,为了模拟可再生能源的不确定性和波动性以及负荷的动态变化,在预测数据的基础上添加了扰动并采用PSO、RL及组合算法PSO-RL、MILP-RL对扰动数据进行求解。结果表明,相比PSO算法和RL,所提出的MILP-RL组合算法在应对可再生能源的不确定性和负荷的动态变化方面表现出更高的经济性和更快的收敛速度。

基于混合整数线性规划的配电网在线自愈方案

现有配电网自愈方案无法达到在线要求。为此,提出一种基于混合整数线性规划的配电网在线自愈方案。首先,构建一种集中式的5G通信网络架构,解决在线自愈方案实现的通信阻碍;其次,分别构建一种基于混合整数线性规划的故障定位模型和供电恢复模型,有效解决配电网规模较大时自愈计算时间过长问题;最后,将故障定位和供电恢复整合成一个自愈模型,故障发生后只需进行一次自愈运算,就可以同时发出故障隔离和供电恢复命令。配电网算例表明:基于混合整数线性规划的故障定位模型和供电恢复模型求解速度明显提高,在所提5G通信架构下,所提配电网自愈方案能够满足在线自愈要求。