低炭素エネルギーネットワークの変数と制約に基づく多段階分解手法を用いた設計最適化

基于低碳能源网络变量和约束的多步分解法设计优化

基本信息

批准号：
21K04968
负责人：
涌井徹也
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

低炭素エネルギーネットワークの大規模設計問題に対する多段階分解最適化手法の開発研究として，低炭素エネルギーネットワークの運用問題に着目し，長期間エネルギー貯蔵を考慮した運用問題に対する時間領域分解手法の改良と，時間領域と空間領域での2段階分解手法の基本的枠組みを開発した．まず，再生可能エネルギー電源の余剰電力により水素製造を行い，これを季節間貯蔵するエネルギー貯蔵・供給システムの年間運用問題のための時間分解手法の改良を行った．この分解手法では，一年間を複数の計画区間に分割し，隣接サンプリング時刻間での機器の運転状態やエネルギー貯蔵量の変化制約を結合制約と見なすことでDantzig-Wolfe分解理論を導入する．これにより，分割計画区間の結合制約を満たしながらエネルギー貯蔵・供給システムの年間運転コストを最小化する主問題と各分割計画区間の運用計画を最適化する副問題とに分解した．これによりマルチスレッドワークステーションに実装した商用最適化ソルバーで高速で解ける規模にまで副問題を分解できる．分解した問題に列生成計算を適用することで元最適化問題の下界値を計算することができる．本研究では，列生成計算で得られた各副問題の部分解の一つを元問題の0-1整数変数値に割り当てることで元問題の準最適解を算出する近似解法を構築した．これにより，昨年度開発した下界値に基づくヒューリスティック解法よりも短時間でかつメモリ使用量が少ない計算環境でも，より良い準最適解を探索できることを明らかにした．さらに，時間領域で分解した副問題が商用最適化ソルバーで解くには規模が大きい場合に，空間分解手法を組みあわせた時・空間領域2段階分解手法を開発した．時間領域での分解問題に対して列生成計算を行う際に，時間領域副問題に対して空間領域での分解をさらに行う2重列生成計算の枠組みを構築し，下界値が得られることを確認した．

作为低碳能源网络大规模设计问题多步分解优化方法研究的一部分，我们重点关注低碳能源网络的运行问题，改进了运行问题的时域分解方法。我们开发了时间和空间域两步分解方法的基本框架。首先，我们针对能源储存和供应系统的年度运行问题改进了时间分辨方法，该系统利用可再生能源的剩余电力生产氢气并季节性储存。该分解方法引入了Dantzig-Wolfe分解理论，将一年划分为多个规划区间，并考虑相邻采样时间之间设备运行状态和储能变化的约束作为联合约束。由此，我们将问题分解为在满足划分规划区段耦合约束的情况下最小化储能供电系统年运行成本的主问题和优化各划分规划运行方案的子问题部分。这使得子问题可以分解到可以通过在多线程工作站上实现的商业优化求解器快速解决的规模。通过将序列生成计算应用于分解的问题，可以计算原始优化问题的下界。在本研究中，我们构建了一种近似求解方法，通过将序列生成计算得到的每个子问题的部分解之一分配给原问题的0-1整数变量值来计算原问题的半最优解。结果，我们表明，与去年开发的基于下界的启发式解决方法相比，可以在使用更少内存和花费更少时间的计算环境中搜索更好的次优解决方案。此外，当时域分解的子问题规模太大而无法通过商业优化求解器求解时，我们开发了结合空间分解方法的时空域两步分解方法。在对时域分解问题进行序列生成计算时，我们构建了一个双序列生成计算框架，将时域子问题进一步分解到空间域，并证明可以得到下界。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Optimal Operation of Vapor-compression Type Air-Conditioning System Based on Hierarchical Utilization of Model Predictive Control and Multiple Feedback Controls

基于模型预测控制和多重反馈控制分层利用的蒸汽压缩式空调系统优化运行

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
Proc. of the 35th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS-2022)
影响因子：
0
作者：
Tetsuya Wakui;Takuji Matsumoto;Ryohei Yokoyama
通讯作者：
Ryohei Yokoyama

Long-term operational planning of energy storage and supply systems based on time-domain decomposition

基于时域分解的储能和供电系统长期运行规划

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
Proceedings of the International Conference on Power Engineering-2021 (ICOPE-2021)
影响因子：
0
作者：
Tetsuya Wakui;Boyun Zhang;Ryohei Yokoyama
通讯作者：
Ryohei Yokoyama

Shrinking and receding horizon approaches for long-term operational planning of energy storage and supply systems

能源存储和供应系统长期运营规划的收缩和后退方法

DOI：
10.1016/j.energy.2021.122066
发表时间：
2022
期刊：
Energy
影响因子：
9
作者：
Tetsuya Wakui;Kazuki Akai;Ryohei Yokoyama
通讯作者：
Ryohei Yokoyama

時間領域分解に基づくエネルギー貯蔵・供給システムの長期間運用計画（列生成に基づく準最適解算出方法の検討）

基于时域分解的储能和供电系统长期运行规划（基于列生成的次优解计算方法研究）

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
張博雲;涌井徹也;横山良平
通讯作者：
横山良平

時間領域分解に基づく近似解法を用いたエネルギー貯蔵・供給システムの長期間運用計画

基于时域分解的近似求解法储能和供电系统长期运行规划

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
張博雲;涌井徹也;横山良平
通讯作者：
横山良平

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通讯作者：
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