Rigorous decomposition methods for planning and scheduling of energy networks

能源网络规划和调度的严格分解方法

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2019-05217
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Climate change, energy security, and public awareness in sustainability are among the central factors that have motivated the research and development of multi-energy systems. Multi-energy systems are energy networks comprising energy generation, conversion, transport, storage, and consumption units, where multiple energy carriers, such as gas, electricity, and heat, are involved. The proposed research program targets planning and scheduling of energy networks, which is to achieve the best network performance by coordinating the network units in an optimal way. This is a difficult decision-making problem, in that the problem needs to include nonlinear models for accurate description of the underlying physical-chemical relationships, and that the problems needs to include integer variables for yes/no and on/off decisions on the units. Existing methods for the decision-making problem only provides approximate solutions, which may be infeasible or far from the best. ******The primary goal of the proposed research program is to develop rigorous optimization methods that tackle the problem with the notion of “divide and conquer”. Specifically, the methods will exploit the decomposable structure of the problem, and solve the problem via solving a set of much easier subproblems. The rigorousness of the methods ensures the feasibility and optimality of the solutions. In addition, we will also develop novel modeling strategies that can balance the model accuracy and solution efficiency. ******The research program includes four topics for the next five years. In the first topic, we will develop nonlinear planning and scheduling models for combined gas and power networks, at a multi-region level and at a single-region level, respectively. In the second topic, we will develop different rigorous optimization methods that can decompose the problem along temporal, spatial, logical, and scenario dimensions. In the third topic, we will coordinate the modeling and algorithmic development, i.e., we will approximate parts of the model by mixed-integer linear submodels for a predefined precision, such that the algorithmic development for the partially approximated model is a lot easier. In the fourth topic, we will develop nonlinear multi-energy models for a microgrid and a regional energy network consisting of multiple mircrogrids. ******The results of the research program will contribute to multiple disciplines, including energy systems engineering, planning and scheduling, and operations research. The research program will yield advanced global optimization software, which will enable reliable and efficient decision-making tools for offline design or real-time operation of energy networks, helping Canada's energy and manufacturing industries to achieve efficient, sustainable, and environmentally friendly operations. **
气候变化,能源安全和公众对可持续性的意识是融合多能系统的研发的主要因素之一。多能系统是能源网络完成能源发电,转换,运输,存储和消费单元的能源网络,其中涉及多个能量载体,例如气体,电力和热量。拟议的研究计划针对能源网络的计划和计划,这是通过以最佳方式协调网络单位来实现最佳网络性能。这是一个困难的决策问题,因为该问题需要包括非线性模型,以准确描述基本的物理化学关系,并且这些问题需要在单位上包含整数变量,并在单位上进行开/关。决策问题的现有方法仅提供近似解决方案,这可能是不可行的或远离最好的解决方案。 *****拟议的研究计划的主要目标是开发严格的优化方法,以“分裂和征服”的概念解决问题。具体而言,这些方法将探索问题的可分解结构,并通过解决一组更容易的子问题来解决问题。这些方法的严格性确保了解决方案的可行性和最佳性。此外,我们还将制定新颖的建模策略,以平衡模型的准确性和解决方案效率。 ****研究计划包括未来五年的四个主题。在第一个主题中,我们将分别在多区域和单一级别上开发用于合并气体和电力网络的非线性计划和调度模型。在第二个主题中,我们将开发不同的严格优化方法,这些方法可以沿临时,空间,逻辑和场景维度分解问题。在第三个主题中,我们将协调建模和算法开发,即,我们将通过混合构成线性subsodels近似模型的一部分,以实现预定义的精度,因此,部分近似模型的算法开发变得更加容易。在第四个主题中,我们将开发针对微电网和由多个MiroCrogroids组成的区域能量网络的非线性多能模型。 *****研究计划的结果将有助于多个学科,包括能源系统工程,计划和计划以及运营研究。该研究计划将产生先进的全球优化软件,该软件将实现可靠,高效的决策工具,用于脱机设计或能源网络的实时运行,帮助加拿大的能源和制造行业实现高效,可持续和环保的运营。 **

项目成果

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  • 作者:
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  • 发表时间:
    2023-12-09
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    Liang, Lingli

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