能力受限批量问题的启发式算法与CPLEX仿真优化

能力受限批量问题多数都是NP-hard问题,解决方法之一就是构造启发式算法获取尽量接近最优解的可行解。目前多数文献通过大规模计算分析来评价启发式算法的性能,但是这种评价方式只能表明该算法针对特定实例的适应性。利用商业优化软件求解同一实例并与算法计算结果进行对比分析,可以体现算法的有效性。针对一种运输能力外包且费用时变的多产品动态经济批量问题,建立混合整数规划模型,通过约束松弛与模型分解,设计出一个基于拉格朗日松弛理论的启发式算法进行模型求解。大量随机实验计算结果以及CPLEX仿真优化结果对比分析表明,在某些实例情况下,启发式算法获取的最优值与CPLEX获取的相当,但是求解时间要明显优于CPLEX,因此选择启发式算法求解此类实例是较优的。

基于CPLEX和C++语言求解优化问题的过程

CPLEX是目前世界上顶尖的求解线性规划、整数规划和某些非线性规划的软件包。它可以用C、C++、JAVA、.NET等多种计算机语言进行建模,考虑到C++语言的灵活性及其可扩展性,该文首先介绍CPLEX及其求解优化问题的原理,然后重点阐述如何利用CPLEX软件包编写C++程序来求解优化问题,对该问题进行讨论,具有重要的理论和实际价值。

CPLEX在优化调度中的应用

ILOGCPLEX是目前国际上流行的优化软件包,是一种高性能、健壮、灵活的优化软件,它包括CPLEX接口和CPLEX算法。ILOGCPLEX被广泛应用于物流行业、制造业、通信业、油田地面工程等,使得一些复杂的问题求解变得相对简单、高效。本文着重描述CPLEX在水电调度中的应用,并以美国NU公司的实际调度数据构造算法实例进行验证,得到了较好的效果。

基于CPLEX的原始——对偶嵌套分解算法

本文介绍了一种求解大规模下三角结构线性规划问题的原始-对偶嵌套分解算法,并以CPLEX 9.0作为核心求解器将算法实现。原始——对偶嵌套分解算法将原问题分解成一系列子问题,每个子问题既可以收到来自前一阶段子问题的价格信息,又可以收到来自后一阶段子问题的资源信息,较传统嵌套分解算法具有更加平衡的信息传递方式和良好的收敛性。实验数据表明,该算法在求解较大规模、稀疏度较小、耦合度较小的下三角结构线性规划问题时,相比单纯形法,在时间效率上有明显提高。

基于CPLEX的多约束传感器分配算法

针对多机编队协同过程中多传感器分配问题,提出一种基于CPLEX的多约束条件下传感器分配算法。首先,建立协同空战中多传感器分配数学模型,同时考虑单部传感器的最大跟踪效能等约束因素;然后,针对不同传感器组合采用序贯Kalman滤波算法对各目标进行状态估计,得到估计协方差矩阵;最后,根据状态估计结果采用CPLEX算法进行多传感器的分配问题求解。仿真试验表明,该算法在满足跟踪精度需求条件下,可动态、合理和快速地分配传感器资源。

基于ILOG CPLEX的任务规划过程的设计与实现

在实际生产应用中,存在很多需要在规定时间内完成的复杂任务,任务的持续时间、任务之间的先后顺序、任务的优先级等都导致任务规划的过程存在困难。该文提出一种任务规划过程,对给定的具有优先级、时间约束条件的任务实现任务规划过程,达到任务总耗时最小的目标。ILOG公司提供的CPLEX可以用于解决多种线性规划问题。采用ILOG优化引擎嵌套VC来实现任务规划过程的算法。

Tool Sequence Optimization Based on Three Logical Modes of Robot Control via CPLEX Optimization

Cluster tools have advantages of shorter cycle times,faster process development,and better yield for less contamination.The sequence of dual-arm cluster tools is a complex logistics process during the semiconductor production.Efficient use of cluster tools is naturally very significant to competitive fab operations.Generating an optimized sequence in a computationally efficient manner and assessing the quality of the requirements to improve the fab production are the key factors for semiconductor manufacturing productivity.The Petri net modeling is introduced to minimize the makespan of the process for the three different logical modes and select a better mode after comparing the makespan among the three logical modes.The tool sequence optimization problem is formulated as optimization firing transition sequences based on the Petri net and then the formulation is converted to be linearly solved by the branch-and-cut method in the standard commercial solver CPLEX.Special methods for the linear conversion are highlighted.Due to the limited calculation time requirement for the real production and the large scale of the problem,special methods for the efficiency tuning are applied according to the characteristics of the problem.Numerical testing is supported by one of the most advanced semiconductor enterprises and the computational results show significant improvement compared with the traditional manual sequence results.

含循环换电负荷及充电站的微电网多目标优化调度

电动换电重卡由于具有充电功率高、周期性强的循环换电负荷特性,一旦短时大量接入微电网中,将带来经济性和安全性的挑战。首先讨论电动汽车充电、循环换电负荷的不同特性,建立含循环换电负荷及充电站的微电网模型;提出一种综合考虑微电网经济性及联络线功率波动性的多目标调度优化方法;采用线性加权方法将多目标问题转化为单目标问题;最后利用CPLEX工具对仿真算例进行求解,仿真算例表明,所提优化方案可有效求解综合考虑不同权重下微电网净利润、联络线交换功率及换电站内电池最优调度问题,能在尽可能减小微电网与上级电网交换功率波动性的同时,使得微电网获得最大净利润。

多元储能风光燃储系统设备优化研究

储能设备作为综合能源系统的关键部分,具有促进新能源消纳,提高能源利用效率等优势。但是多元储能系统设备间耦合程度、能量流动关系复杂多变。针对多元储能系统储能设备配置问题,聚焦系统中不同储能设备搭配的经济性与能效,分析系统在含有和缺少特定储能设备(电、氢、热)情况下的成本和能源利用情况。利用YALMIP和CPLEX进行优化求解,在夏季和冬季典型日对系统进行详细的设备运行工况及经济比较。结果显示,完整的储能设备配置在夏季典型日可降低2.29%~92.11%的成本,在冬季典型日可降低4.13%~76.81%的成本。这一数据支持完整储能设备配置在提高系统经济性和能源利用效率方面的重要性。

高铁快运夜间列车服务方案集成优化

组织夜间高铁快运列车,核心需要解决快件需求和列车运行线与天窗开设的协调匹配关系。本文以高铁快运时变需求为导向,对包含天窗开设方案、快件配装方案及列车时刻表的快运服务方案集成优化。针对适合开行夜间列车的分段矩形天窗形式,以滞留快件数量最小为优化目标,兼顾快件的运到时效性,并系统性地考虑列车运行、快件配装及天窗开设等相关约束,构建高铁快运服务方案集成优化模型。考虑到所构建的模型属于混合整数非线性规划,通过引入辅助变量线性化处理模型,并采用商业优化软件GAMS的CPLEX求解器求解模型。以宁杭高铁为例进行仿真计算,在参数灵敏度分析的基础上,经过51 min计算求得分段矩形天窗模式下的夜间高铁快运列车最优综合服务方案。算例表明,计划运输的4000批快件全部被夜间快运列车服务,得到高铁快件需求与快运列车的最佳匹配方案,并且快件均在次日7:00之前运达目的站,实现高铁快件“次晨达”极速运输服务,同时,所开设的天窗也满足线路综合维修的需求。本文为高铁快运的快件精准调度以及高铁快运列车组织提供了决策依据,为后期铁路部门组织开行高铁快运夜间列车提供一定的参考。

基于多因素分析的机场任务指派建模与仿真

机场任务指派问题是一个复杂的组合优化问题,属于NP-hard问题。本文研究了考虑任务部分覆盖率、资格匹配度等多因素的指派问题,通过分析研究问题,建立整数规划模型,对模型进行分析并提出有效不等式,应用CPLEX优化软件对不同因素的实际数据进行仿真测试,数值实验结果表明:1)该模型的可行性与有效性;2)对不同规模的实际数据求解发现,即使覆盖率设置高达80%,目标函数的均值依然提高9.6%;当同时考虑资格匹配度时,目标函数均值也能提高6.98%;3)对考虑不同属性因素数据的测试结果对比发现,降低任务对资格的要求对目标函数产生的影响最大,目标函数均值增加量高达27.96%,从而对任务完成率影响更直观。研究可以有效提高机场的运行效率和任务完成率,为企业实际运营决策提供科学依据。

高比例风电电力系统储能运行及配置分析

针对新能源随机性及波动性对电力系统安全稳定运行带来的不确定影响,为提高系统的经济性安全性,对高比例风电电力系统储能运行及配置进行了研究分析。通过研究分析“供给侧”低碳化转型对电力系统运行经济性、可靠性影响,以及风电渗透率(最大风电功率与最大负荷功率之比)递增对系统功率平衡的影响,建立了高比例风电电力系统的结构,并建立了高比例风电电力系统容量优化配置模型,构建了4种对比方案。利用CPLEX求解器对模型进行了求解,结果表明“供给侧”低碳化转型对电力系统运行经济性及可靠性的影响很小,增大风电渗透率及考虑储能能够提升系统的运行经济性及可靠性,有助于新型电力系统的构建,促进“碳中和”的实现。

基于计算物流的自动化集装箱码头AGV生产调度

针对自动化集装箱码头自动导引车(AGV)在线实时生产调度约束动态复杂和难以可视化的问题,在计算物流框架下,利用AnyLogic平台创建自动化码头水平运输计算实验模型,并针对平台中已有的经典资源分配策略,面向AGV生产调度提出两方面的改进:将运筹规划商业求解器与计算实验平台结合来求解动态复杂组合优化问题;基于计算物流的思想方法,迁移和定制出五种面向问题探索的自定义AGV在线调度算法。由于商业求解器的局限性,模型和实验数据是基于自动化码头进口箱作业部分。实验表明,两种改进策略能够弥补商业求解器和计算实验平台的部分不足,尤其是自定义策略相较于经典资源分配策略能够面向特定装卸船需求更好地实现AGV生产调度,实现自动化码头水平运输的高效作业。

水库供水调节计算优化模型研究与应用

水库供水调节计算是实现河流水资源时空合理分配的重要技术手段。常规水库供水调节计算方法流程清晰、操作简单,但计算所得供水量并非最优值。针对常规水库供水调节计算方法难以充分发挥水库供水效益的问题,以调节计算期内水库总供水量最大为目标,以各供水对象供水保证率和最大破坏深度为约束条件,构建水库供水调节计算优化模型;基于等价变换原理,将模型中供水对象供水保证率非线性约束条件进行线性化处理,采用Cplex线性求解器对模型进行求解。张峰水库供水工程实例分析结果表明:优化模型计算所得张峰水库多年平均供水量较常规方法增加948万m^(3),增加比例为7.5%,供水效益明显增加;水库多年平均水位较常规方法降低6 m,水库蓄泄变化次数更多,充分发挥了张峰水库多年调节作用;供水对象的最大破坏月份数量大于常规方法,但仍满足各供水对象的设计供水保证率要求,说明优化模型是通过增加最大破坏月份数量的方式,来到达减小最大破坏深度的目的;水库多年平均出库流量较常规方法减小0.2 m^(3)/s,但可保证长系列所有月份均满足河道内生态流量要求;1997-2002年、2008-2010年两个沁河流域典型的连续枯水时段缺水量及缺水过程与常规方法结果相似,符合实际情况,验证了模型的合理性;优化模型可根据实际需要修改优化目标和约束条件,能够精准控制各供水对象的供水保证率和最大破坏深度,且具备可移植性,使用更加灵活。

基于耦合特性分析的储能电力优化调度研究

针对目前独立储能电力优化调度算法存在的精度偏低、计算速度较慢的问题,基于改进麻雀搜索算法(ISSA)和Cplex求解器技术,设计了一种独立储能的双层优化调度算法。该算法在耦合特性分析技术的基础上构建了独立储能的双层优化调度模型;同时,对于传统麻雀搜索算法(SSA)中存在的缺陷与不足,通过改进麻雀位置提出了优化的更新机制。利用ISSA及Cplex求解器分别求解出上、下层模型,从而实现设计目标。算例分析结果表明,所提算法的计算精度较高且收敛速度提升了20%。ISSA-Cplex模型能够为独立储能提供科学、合理的电力调度计划策略,进而有效增加独立储能收益。

考虑绿证交易的虚拟电厂运行策略优化研究

绿色能源的可持续发展是我国实现3060双碳目标的重要路径,但新能源出力波动大、补贴到位滞后等问题影响新能源发展。绿色证书交易是在市场机制的调节下提升新能源发电收益的有效手段,因此研究绿证交易模式下虚拟电厂的运行优化策略。首先,在购买侧,发电厂商以售电、绿证收益最大为目标,虚拟电厂运营商以购电、绿证成本最低为目标,构建虚拟电厂与发电商之间的主从博弈模型;然后,在出售侧,虚拟电厂运营商以售电、绿证收入最大为目标,用户以综合成本最小为目标,构建虚拟电厂与用户之间的动态博弈模型。最后,采用CPLEX求解器对模型进行求解,通过算例可知,参与绿证交易能够同时扩大发电商利润及虚拟电厂收益,更好地促进了发电商、虚拟电厂运营商、用户之间的合作关系。

基于整数规划的电气化公路煤炭短倒调度系统

为提高电气化公路不同运输场景下车辆调度效率,提出一种基于整数规划的车辆调度系统,以车辆总运输成本最小为目标,同时考虑多煤矿场、多类型煤炭运输等约束构建调度模型,使用CPLEX求解器进行求解,设计调度系统流程。通过实际情况对模型和算法进行验证,并与现有的人工调度情况进行比较分析,结果表明,相比于人工调度,车辆调度系统能合理地调配运输车辆,降低总运输成本,解决手动排班的问题。

大规模机组组合问题计及网络约束的线性化求解方法

为了提高求解机组组合问题计算效率,给出线性化方法,将目标函数分段线性化,将启机费用作为约束并将其线性化,同时将网络安全约束通过直流潮流模型进行线性化,从而建立较完备的混合整数线性规划的机组组合模型。采用世界上广为流行的CPLEX优化求解器求解,在对偶间隙设定为较合理的情况下,求解速度快。不同测试算例表明,该方法速度快,精度较高,能够求解较大规模的机组组合问题。

计及碳交易成本的含风电电力系统热电联合调度

基于储热装置、电锅炉,构建计及碳交易成本的含风电电力系统热电联合调度模型,旨在提高风电的消纳量,同时降低碳排放量。该模型以综合运行成本最小为目标,综合考虑火电机组运行成本、热电联产机组运行成本、风电运行维护成本、火电机组、热电联产机组与风电的碳交易成本,同时兼顾系统运行过程中的电热平衡等因素,通过CPLEX对模型进行求解。最后,以IEEE-30节点系统为例,对比分析传统调度方法与该文调度方法,结果表明该文调度方法下风电消纳量提高了74.6%,碳排放量减少了975 t,验证了调度模型的有效性。

考虑风电消纳的区域综合能源系统源荷协调经济调度

针对冷热电联供(combined cooling,heating and power,CCHP)"以热定电"导致的弃风问题,提出一种考虑风电消纳的区域综合能源系统源荷协调优化调度方法。首先,在源侧引入地源热泵利用风电供热,解耦CCHP"以热定电"运行约束;其次,在荷侧分析电、热需求资源可调度价值,采用电价和激励两类需求响应(demand response,DR)共同协助风电并网消纳;最后,考虑源荷协调建立区域综合能源系统双层优化调度模型,上层采用电价需求响应引导用户响应风电出力变化,下层计及供热舒适度模糊性与地源热泵作用,以调度周期内系统总成本最小为目标决策各机组最优出力,采用商业优化软件CPLEX对双层模型求解。仿真算例表明:该方法有效提高了系统风电消纳能力,降低了系统运行成本,具有良好的社会经济效益。