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基于拉格朗日分解的电动汽车充电路径优化

兰州交通大学学报 2020年第3期39卷 33-38,66页

作者：田小鹏柴和天兰州交通大学交通运输学院兰州730070

针对电动汽车充电路径优化问题,构建简单有效的车辆充电网络,考虑车辆剩余电量和充电站服务能力约束,以车辆行驶总时间最小为优化目标,建立基于多商品流的0-1整数规划模型.在拉格朗日分解框架下,构造所建模型的对偶问题,并利用次梯度算... 详细信息

针对电动汽车充电路径优化问题,构建简单有效的车辆充电网络,考虑车辆剩余电量和充电站服务能力约束,以车辆行驶总时间最小为优化目标,建立基于多商品流的0-1整数规划模型.在拉格朗日分解框架下,构造所建模型的对偶问题,并利用次梯度算法对其求解.次梯度迭代过程中,对偶问题能够被分解为易处理的最短路径问题和半指派问题.通过应用标号算法求解最短路问题,设计有效的启发式方法求解半指派问题.仿真计算表明,求解算法能够在很短时间内达到非常小的优化间隙,验证了所提方法的可行性.

关键词：电动汽车充电路径优化拉格朗日分解

航运资产整合下海运网络的航线、路径和船舶的集成优化

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系统工程理论与实践 2018年第8期38卷 2110-2122页

作者：赵宇哲周晶淼匡海波冷毅大连理工大学管理与经济学部大连116023 大连海事大学综合交通运输协同创新中心大连116026

针对航运资产整合后新企业的海运网络重建问题，从营运船舶的角度提出了轴一辐式网络和多港挂靠相结合的混合模式．结合混合模式对基于航线、路径、船舶一体化决策的可能约束，建立了总成本最小化为目标函数的线性混合0-1规划问题，设... 详细信息

针对航运资产整合后新企业的海运网络重建问题，从营运船舶的角度提出了轴一辐式网络和多港挂靠相结合的混合模式．结合混合模式对基于航线、路径、船舶一体化决策的可能约束，建立了总成本最小化为目标函数的线性混合0-1规划问题，设计了拉格朗日分解、次梯度、预处理与可行解构造的求解算法．通过一组准实例的数值仿真，验证了该求解算法在解决大规模问题时具有较强的计算性能．结果表明：航运资产整合可为新企业带来明显的规模优势，但海运网络重建成本控制的关键在于船队规模及其结构的再优化；新企业应选择合适数量的枢纽港口来布局主干网络，并通过优先保证分支网络上适当船型的配置和兼顾主干网络上大型船舶的充分利用的方式来提升船舶利用率．

关键词：航线设计路径规划船舶配置拉格朗日分解资产整合

基于时空网络的市郊铁路列车运行图编制模型研究

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基于时空网络的市郊铁路列车运行图编制模型研究

作者：石书铭东南大学

学位级别：硕士

随着经济迅速发展和城市规模的迅速扩张,原有的中心组团和外围组团的城市结构在原有的结构基础上进一步发展形成若干卫星城,从而在郊区与城市中心之间形成了较大的通勤客流需求。发展市郊铁路是快速串联中心城区和郊区客流的必要途径,... 详细信息

随着经济迅速发展和城市规模的迅速扩张,原有的中心组团和外围组团的城市结构在原有的结构基础上进一步发展形成若干卫星城,从而在郊区与城市中心之间形成了较大的通勤客流需求。发展市郊铁路是快速串联中心城区和郊区客流的必要途径,其对引导城市空间战略重构、构建多层次综合交通体系、解决职住分离的通勤需求起着至关重要的作用。列车运行图编制是市郊铁路运行组织的关键环节,合理编制优化市郊铁路列车运行图,从而更加符合市域出行者的出行需求,能够增大市郊铁路的吸引力,减少郊区与市区间的通勤交通压力。本研究基于时空网络的建模方法,通过旅客出行时间窗引入可达旅客的概念,将复杂的列车运行图编制问题转化为车辆路径问题,进而进行列车运行图编制模型的构建。本文主要的研究内容如下:将市郊铁路列车运行图编制问题引入时空网络进行分析研究。通过分析市郊铁路相比于其他轨道交通特有的客流特征,总结出市郊铁路客流具有时间和空间的不均衡性。为了调节空间的客流不均衡性,应充分利用市郊铁路运营方式灵活的优势;而时间不均衡性则需要合理编制列车时刻表或运行图,从而能够满足更多的出行者个性化需求,提高市郊铁路的吸引力和竞争性。从这一点出发定义了可达旅客的概念,即市郊铁路列车运行图能够满足出行者出行时间窗约束的旅客需求。基于出行时间窗的引入,将列车运行图编制问题引入到时空网络转换为车辆路径问题,并研究了在时空网络中进行列车运行构建的方法。通过与一般列车运行图编制模型方法对比,基于时空网络的列车运行图编制方法可以通过在二维网络上减少决策变量,从而更加清晰地表示出列车的运行状态。构建基于时空网络的市郊铁路列车运行图编制模型。从出行者的角度,出行者从其起始站点出发和到达目的地均有其期望的时间范围,即出行时间窗;从运营者的角度,运营者期望在有限资源下尽可能多的满足带有各种不同的出行时间窗需求的出行者。因此本文建立了以列车运行弧费用及不可达旅客最小化为目标函数,以车辆路径问题为建模基础,在时空网络中建立了列车运行图编制模型,将原问题的复杂问题分为列车和旅客两个研究对象。针对两个研究对象,模型包含两个决策变量,分别是列车时空路径选择变量及旅客分配变量,考虑三组约束分别是列车运行约束、旅客需求约束及时间窗匹配约束。通过引入虚拟列车,将不可达旅客分配到虚拟列车中,并被纳入到目标函数中给予惩罚值,完成模型的构建。利用拉格朗日分解算法求解列车运行图优化模型并进行实例分析。利用拉格朗日松弛将带有两个决策变量的耦合约束松弛到目标函数中,从而将原问题分解为两个仅包含列车时空路径选择变量的最短路子问题和仅包含旅客分配变量的广义分配问题,通过次梯度法更新拉格朗日乘子,获得接近原问题最优解的下界,对松弛问题的解进行可行化获得原问题的可行解并更新上界。通过不考虑需求的四列列车的虚拟案例展示如何利用时空网络编制简单的列车运行图;并通过成灌铁路实例测试模型及算法的可行性,并分析旅客需求时间窗、列车停站方案及列车数量三种因素分别对模型结果所造成的影响。分析结果表明,更短的旅客需求时间窗输入会使列车运行图更难以服务更多的可达旅客,而列车开行方案的合理优化可以同时提高可达旅客的数量并减少旅客总出行时间;列车数量的输入可以根据最小盈利约束和列车安全间隔时间参数设置影响模型的输出,因此合理输入参数可以指导运营者获得合理的列车数量,从而获得资源供给和需求的平衡。

关键词：时空网络列车运行图市郊铁路车辆路径问题拉格朗日分解

考虑可移动储能技术的SCUC模型与算法研究

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考虑可移动储能技术的SCUC模型与算法研究

作者：艾博华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着主要能源由化石燃料转向可再生能源,电力行业经历着前所未有的挑战。要实现这一转变,主要需要解决两个问题:一是如何从远方向负荷中心大规模传输可再生能源;二是如何在负荷侧应对可再生能源的随机性。快速发展的储能技术为解决上述... 详细信息

随着主要能源由化石燃料转向可再生能源,电力行业经历着前所未有的挑战。要实现这一转变,主要需要解决两个问题:一是如何从远方向负荷中心大规模传输可再生能源;二是如何在负荷侧应对可再生能源的随机性。快速发展的储能技术为解决上述问题提供了一种行之有效的方法。其中,由于电池储能体积小、能量密度高,安装地点无严格要求,使得基于电池的储能系统具备了可移动的潜力。利用电池储能运输技术可以在可再生能源富集区储存能量,再通过公共交通系统运输至负荷中心供电,从而解决制约可再生能源大量接入和高效使用的传输与可控两大问题。本文以电池储能和公共运输系统为切入点,对大规模可移动储能通过与铁路交通协调参与发电调度的策略进行研究。本文首先采用了时空网络模型描述铁路运输网络,通过引入电力系统与铁路网络公共节点的概念,将铁路系统可移动储能的车辆路径问题与电力系统安全约束机组组合问题结合在一起,建立了一个可移动储能参与电力系统发电调度模型,并分别采用改进的6节点系统和118节点系统算例进行了仿真分析。算例结果表明,可移动储能可通过在运输路线中各站点的充电、放电切换实现可再生能源的有效利用,缓解电网阻塞,并降低联合系统的运行成本。接下来,本文基于拉格朗日分解法和改进梯度法,提出了一种电力系统与铁路交通协调调度模型的求解算法,加快了模型的求解效率,然后采用了一个改进118节点系统算例进行了仿真分析,验证了所提模型以及求解算法的实用性。此外,算例结果还表明了,可移动储能的最优运输路线高度依赖于车站节点的边际电价,而车辆基站的选择也将影响联合系统的运行成本。最后,本文以2018年美国东部电网规划为例,证明了电池储能运输技术潜在的实用价值。

关键词：电池储能运输技术机组组合拉格朗日分解车辆路径问题时空网络可移动储能

城市轨道交通路网运输能力分析与计算方法研究

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城市轨道交通路网运输能力分析与计算方法研究

作者：党彤彤北京交通大学

学位级别：硕士

随着社会经济的快速发展,出行需求迅猛增长,城市轨道交通的线网规模不断扩大,巨大的客流压力为城市轨道交通的建设和管理带来了空前的挑战。在这种背景下,如何精细地计算当前城市轨道交通路网运输能力以指导线网的规划、建设和运营成为... 详细信息

随着社会经济的快速发展,出行需求迅猛增长,城市轨道交通的线网规模不断扩大,巨大的客流压力为城市轨道交通的建设和管理带来了空前的挑战。在这种背景下,如何精细地计算当前城市轨道交通路网运输能力以指导线网的规划、建设和运营成为一个重要的研究课题。本文从运输供给与需求匹配的角度对城市轨道交通路网运输能力计算方法展开研究,主要内容如下:（1）明晰了城市轨道交通路网运输能力的内涵,提出了路网运输能力的计算框架。在分析既有研究的基础上界定了本文所研究的路网运输能力的内涵,并从网络特征、客流特征、服务水平和运营组织四个方面分析了影响路网运输能力的主要因素。在此基础上提出能够适应指定客流结构的基于压力测试的路网运输能力计算框架,并指出客流分配与运行图一体优化是运输能力计算的核心模块。（2）构建了城市轨道交通客流分配和运行图一体优化模型。首先通过分析客流分配和运行图问题的特性与两者之间的关系,提出基于多商品流模型的一体化建模思路;之后在构建能够完整地描述乘客出行和列车作业过程的时空网络的基础上,以系统的总广义时间成本最小为目标,构建了基于多商品流的客流分配与运行图一体优化的0-1整数规划模型。（3）设计了城市轨道交通路网运输能力求解算法。首先针对一体化模型的特点和路网大规模计算的需求,设计了基于拉格朗日分解的客流分配与运行图一体优化模型求解算法。通过松弛模型中的耦合约束和难约束,将原问题分解成关于列车流和乘客流的两类独立的时空最短路径子问题,各子问题间通过以特定顺序更新的拉格朗日乘子实现协调。在此基础上,根据压力测试法的框架,给出了路网运输能力的计算方法。（4）验证了城市轨道交通路网运输能力计算方法的正确性和有效性。首先基于简单算例,通过对比CPLEX的模型求解结果与本文算法的求解结果,验证了模型和算法的正确性;之后,针对一个小规模网络,验证了本文路网运输能力计算方法的有效性,并对路网各区间满载率进行统计,分析路网能力瓶颈,为优化运输需求与运力资源的匹配关系提供理论依据。

关键词：路网能力运行图优化客流分配整数规划拉格朗日分解

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带有势约束的组合最优化的一种解法

沈阳理工大学学报 2015年第3期34卷 67-69页

作者：曲铁平里莉沈阳理工大学理学院辽宁沈阳110159 沈阳化工大学数理系辽宁沈阳110114

从经典的马克维茨投资组合问题引出一个一般的组合最优化模型,并给出此模型的一个解法.首先,由拉格朗日分解从原模型的对偶问题得出一个二阶锥规化的松弛.其次,给出一个新的含混合整数二次约束的二次规化的改进.最后,证明了此改进的连... 详细信息

从经典的马克维茨投资组合问题引出一个一般的组合最优化模型,并给出此模型的一个解法.首先,由拉格朗日分解从原模型的对偶问题得出一个二阶锥规化的松弛.其次,给出一个新的含混合整数二次约束的二次规化的改进.最后,证明了此改进的连续松弛问题比原问题的连续松弛问题更紧.

关键词：拉格朗日分解二阶锥规化组合最优化