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目标级联分析中的近似模型聚合方法研究和应用

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目标级联分析中的近似模型聚合方法研究和应用

作者：张实展华中科技大学

学位级别：硕士

复杂机械系统的设计过程往往是一个复杂的多学科设计优化（MultidisciplinaryDesign Optimization，MDO）问题，其中通常存在着高仿真成本的隐式约束条件或隐式目标函数。这种隐式问题的仿真一般需要较长的计算机时，仿真数据样本的获... 详细信息

复杂机械系统的设计过程往往是一个复杂的多学科设计优化（MultidisciplinaryDesign Optimization，MDO）问题，其中通常存在着高仿真成本的隐式约束条件或隐式目标函数。这种隐式问题的仿真一般需要较长的计算机时，仿真数据样本的获取代价很高，从而限制了MDO方法在这类复杂问题中的应用。在这种实际应用需要的背景下，学者们提出了近似模型（Surrogate Model）建模方法来替代高成本的仿真实验。近似模型建模又叫做元模型建模（Metamodeling）,是一种基于一定数量的仿真数据来建立设计变量与输出变量函数关系的方法，适用于复杂系统分析以及高层仿真应用，可以极大地降低复杂问题的计算量。近年来，已经有许多学者提出了多种近似模型的建模方法，并广泛应用于工程实际之中。在现有的众多近似模型建模方法中，近似模型聚合（Ensembleof Surrogates, EoS）是一种比较新颖的，基于多个模型线性聚合的建模方法。本文主要围绕近似模型展开研究，重点研究了EoS的建立方式，提出了一种新的近似模型重复聚合方法，即RE聚合方法（Repeated Ensemble of Surrogates, RE），并研究了RE方法在MDO及工程实际中的应用效果。本文的主要工作如下：首先，介绍了近似模型技术及其在MDO中的应用的研究现状，并阐述了现有研究的不足，提出要将EoS引入到MDO中。其次，系统的阐述了EoS的建立策略，并提出了一种新的RE聚合方法，并利用数学算例对多项式响应面模型、径向基函数模型、Kriging模型、EoS和RE聚合方法进行了比较分析，验证了RE聚合方法能提高近似模型鲁棒性和预测精度。再次，将RE聚合方法引入到目标级联分析（Analytical Target Cascading，ATC）方法中，用于替代高仿真代价的隐式约束和目标，提出基于RE聚合的ATC方法，即RE-ATC方法，并通过数学算例与基于多项式响应面模型、径向基函数模型、Kriging模型的ATC方法进行比较，表明了该方法的有效性。最后，描述了某超重型数控机床的结构优化设计问题的详细优化过程，并将所提出的RE-ATC方法应用于该结构设计优化问题上，从工程实际角度阐明了RE-ATC方法解决复杂多学科设计优化问题的有效性。

关键词：多学科设计优化近似模型聚合目标级联分析机床结构优化

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基于目标级联分析的分布式协调风险调度模型

实验室研究与探索 2020年第9期39卷 56-60页

作者：毛杰彭岗毛建维包义钊南京南瑞继保电气有限公司南京211102 贵州电网有限责任公司遵义供电局贵州遵义563000

电力系统是一个复杂的非线性系统,多级调控系统的实现需要依靠安全有效的调度模型。为了实现更好的调控效果,减小系统发生故障的风险,同时考虑各个区域电网间的协调运行,在集中式风险调度模型的基础上构建了分布式协调风险调度模型。利... 详细信息

电力系统是一个复杂的非线性系统,多级调控系统的实现需要依靠安全有效的调度模型。为了实现更好的调控效果,减小系统发生故障的风险,同时考虑各个区域电网间的协调运行,在集中式风险调度模型的基础上构建了分布式协调风险调度模型。利用目标级联分析算法对整个过程进行了优化,将分级调控系统划分为主问题和子问题来进行计算,主问题是上级别调控系统的优化,负责对各区域电网进行协调,子问题是下级别的调控系统的优化,负责本区域电网的分析。通过主问题和子问题的相互配合,实现对整个电网的调控。为了验证本模型的有效性,在Matlab中搭建了相应的模型。通过与经济调度模型对比,证明了该模型的有效性和优越性。

关键词：风险调度分布式协调控制目标级联分析潮流分析

计及风电不确定性的多场景多时段安全约束机组组合解耦求解方法

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电力自动化设备 2024年第3期44卷 91-97页

作者：吴雄何雯雯李晓飞麻淞刘炳文西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

为了加速求解计及风电不确定性的安全约束机组组合问题,提出计及风电不确定性的多场景多时段安全约束机组组合解耦求解方法。将原问题解耦为多个场景的安全约束机组组合问题;通过将各场景的调度时段分为多个子时段对各场景安全约束机组... 详细信息

为了加速求解计及风电不确定性的安全约束机组组合问题,提出计及风电不确定性的多场景多时段安全约束机组组合解耦求解方法。将原问题解耦为多个场景的安全约束机组组合问题;通过将各场景的调度时段分为多个子时段对各场景安全约束机组组合问题进行解耦,形成多个并行的子问题;为了确保多场景解耦和多时段解耦解的可行性,利用一致性约束耦合不同的子问题,并在目标函数中添加惩罚项。通过算例分析验证了所提方法的有效性。结果表明,在可接受的精度下,所提方法比传统集中式方法显著缩短了多场景安全约束机组组合问题的求解时间。

关键词：风电安全约束机组组合多场景解耦多时段解耦目标级联分析

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一种项目群级联优化调度方法

中国管理科学 2023年第10期31卷 146-152页

作者：彭武良陈良威烟台大学经济管理学院山东烟台264005

多项目管理不仅需要对执行层的多项目进行优化调度,还需要在策略层通过项目群的形式对项目之间的关系进行协调。本文在资源约束多项目调度问题的基础上,面向项目群策略管理的实际需求,提出一种新的项目群级联优化调度方法。对项目群计... 详细信息

多项目管理不仅需要对执行层的多项目进行优化调度,还需要在策略层通过项目群的形式对项目之间的关系进行协调。本文在资源约束多项目调度问题的基础上,面向项目群策略管理的实际需求,提出一种新的项目群级联优化调度方法。对项目群计划调度的过程进行分析,给出项目群级联调度的业务过程模型。以目标级联分析方法(ATC)为框架,以多项目工期最短为目标,考虑资源约束、项目内部的紧前关系约束和多项目之间的紧前关系约束,构建项目群级联调度的问题模型。结合ATC方法提出项目群级联优化调度问题的求解算法。该算法采用自上而下、反复迭代的方式运行。处于策略层的项目群向处于执行层的项目分配资源并下达目标,然后对每个单项目在执行层先分别优化,同时把反馈结果传递到策略层对各执行层优化结果进行协调。若不满足项目群总体目标,则对项目群再进行协调,重新分配资源并下达目标且反复迭代,最终达到整体最优。将本文所提出的方法与遍历算法进行充分的比较,数值实验结果表明,本文所提出的方法具有较高的计算效率,能够满足项目群级联优化调度要求,是一种有效的项目群调度方法。

关键词：项目群调度资源约束项目调度目标级联分析多项目调度

计及短路电流约束的机组组合与支路投切联合优化启发式分解算法

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南方电网技术 2024年

作者：徐良德吴楚钦郭挺刘明波胡林麟林舜江陈中豪李诗颖华南理工大学电力学院广东电网有限责任公司广州供电局华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室

在机组组合优化问题中，考虑短路电流约束，并与支路投切问题联合优化，能够给出安全性和经济性更高的系统运行方案。但由于问题规模庞大，其求解面临挑战。本文提出一种基于目标级联分析和大规模邻域搜索的启发式分解算法。首先建立计... 详细信息

在机组组合优化问题中，考虑短路电流约束，并与支路投切问题联合优化，能够给出安全性和经济性更高的系统运行方案。但由于问题规模庞大，其求解面临挑战。本文提出一种基于目标级联分析和大规模邻域搜索的启发式分解算法。首先建立计及短路电流约束的机组组合与支路投切联合优化模型，然后将该模型转化为具有可分结构的混合整数线性规划模型，再采用目标级联分析法将转化后的模型分解为上层协调主问题、下层整数规划子问题和线性规划子问题，并在求解下层子问题时引入大规模邻域搜索。最后，在IEEE 54机118节点系统和某实际电力系统上的仿真计算表明，采用所提算法求解问题可以快速收敛得到可行解，同时不影响解的质量。

关键词：机组组合支路投切短路电流约束混合整数线性规划大规模邻域搜索目标级联分析

计及新能源不确定性的多区域互联系统分散协调调度

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电力系统及其自动化学报 2022年第7期34卷 98-105页

作者：朱广明梁栋马龙国网临夏供电公司临夏731100

针对新能源多区域互联优化调度问题,提出考虑新能源出力不确定性以及区域间联络线交互功率偏差控制的分布式协调调度方法。首先,根据调度级别的不同设计了多区域互联系统分散协同调度框架;然后,通过分散协调算法将区域互联调度问题分解... 详细信息

针对新能源多区域互联优化调度问题,提出考虑新能源出力不确定性以及区域间联络线交互功率偏差控制的分布式协调调度方法。首先,根据调度级别的不同设计了多区域互联系统分散协同调度框架;然后,通过分散协调算法将区域互联调度问题分解为子问题和主问题,其中,主问题为协调优化区域间联络线交互功率,综合考虑新能源出力不确定性等因素影响,通过互联系统交互功率的模型预测偏差控制,减少联络线计划电量和实际交易电量偏差,确定联络线协调调度最优方案,子问题为区域内系统独立经济运行,实现区域内发购电总费用最优。最后,通过2区64节点系统对所提方法进行有效性验证。结果表明,所提方法不仅能有效降低多重不确定性对互联系统安全运行及新能源消纳的影响,而且提高了互联区域的经济收益。

关键词：互联电力系统模型预测控制分散协调调度目标级联分析不确定性

大规模风电汇聚外送的区域送端电力系统两级优化调度

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电力系统保护与控制 2021年第11期49卷 35-44页

作者：李德鑫宗崇林黄大为王佳蕊张海锋刘畅国网吉林省电力有限公司电力科学研究院吉林长春130021 现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林吉林132012

大规模可再生能源集中接入和电力汇聚外送是我国送端电力系统的重要特征之一。针对这一特征,研究了由多个相对独立的子系统构成的含大规模可再生能源集中接入的区域送端电力系统的日前优化调度问题。基于目标级联方法构建了区域送端电... 详细信息

大规模可再生能源集中接入和电力汇聚外送是我国送端电力系统的重要特征之一。针对这一特征,研究了由多个相对独立的子系统构成的含大规模可再生能源集中接入的区域送端电力系统的日前优化调度问题。基于目标级联方法构建了区域送端电力系统的两级优化调度模型,上级调度解决各独立子系统联络线有功功率的协调优化问题;而下级调度则为各子系统相对独立的日前发电计划子优化问题。在下级调度中,根据各子系统的特点,以运行成本最小和外送功率偏差最小为优化目标,综合考虑直流汇聚外送、转运等约束。通过算例分析,验证了方法的有效性。

关键词：可再生能源消纳特高压直流目标级联分析汇聚外送

基于数据驱动的交直流电网分层鲁棒日前优化调度

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科学技术与工程 2022年第17期22卷 7031-7041页

作者：刘佩娴李勇汇申锦鹏赵强张玉琼杨军武汉大学电气与自动化学院武汉430072 中国电力科学研究院有限公司北京100192

对于风电并网下基于电压源控制器-高压柔性直流输电(voltage source converter-high voltage direct current transmission,VSC-MTDC)的多区域互联电网日前优化调度问题,提出了基于目标分析级联的分层鲁棒调度模型。为降低风电出力的保... 详细信息

对于风电并网下基于电压源控制器-高压柔性直流输电(voltage source converter-high voltage direct current transmission,VSC-MTDC)的多区域互联电网日前优化调度问题,提出了基于目标分析级联的分层鲁棒调度模型。为降低风电出力的保守性,采用基于数据驱动的最小体积封闭椭球(minimum volume enclosing ellipsoid,MVEE)多面体集合。为充分发挥VSC-MTDC输电方式的灵活调度能力,以VSC换流站为节点对交直流电网进行分层解构,将跨区域交直流电网的日前调度问题分为高层直流电网多时段联络线协调优化的主问题和低层区域交流电网两阶段鲁棒优化的子问题,并且各个区域交流电网子问题独立并行求解。通过4区域-6节点互联测试网络的仿真求解,证明所提模型有助于风电消纳。

关键词：目标级联分析电压源控制器-高压柔性直流输电(VSC-MTDC) 鲁棒优化椭球不确定集

考虑风电不确定性的互联电力系统分散协调调度模型

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电力系统自动化 2018年第16期42卷 41-47,160页

作者：任建文许英强新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003

针对含高比例风电的直流互联电力系统经济调度问题,采用鲁棒优化方法描述风电出力,提出了一种基于目标级联分析法的分散协调调度模型。首先,采用鲁棒优化方法中的多面体集合来描述风电出力的不确定性,为了降低问题求解的保守度,引入了... 详细信息

针对含高比例风电的直流互联电力系统经济调度问题,采用鲁棒优化方法描述风电出力,提出了一种基于目标级联分析法的分散协调调度模型。首先,采用鲁棒优化方法中的多面体集合来描述风电出力的不确定性,为了降低问题求解的保守度,引入了鲁棒保守度调节因子。然后,根据分散协调算法的分解原理将待解决的经济调度问题分解为主问题和子问题。其中,主问题为上级调度中心协调优化互联电力系统之间的直流联络线功率,子问题为下级调度中心独立优化各区域电网的发电计划。最后,通过两个算例对所提模型的有效性进行了验证。结果表明,所提方法不仅可以弥补鲁棒优化方法偏于保守的不足,而且能够在应对风电出力不确定性的同时实现风电的跨区域消纳,适合中国电网目前的分层分区调度模式。

关键词：风电消纳互联电力系统分散协调调度鲁棒优化目标级联分析