混合整数非线性规划

摘要： 为解决连续流交叉口左转非机动车和直行机动车冲突问题,提出一种左转非机动车过街创新设计方案,对比常规设计和两步过街方案,将3种方案整合到一个统一的优化模型中。以交叉口机动车通过量最大为优化目标,建立混合整数非线性规划优化模型,将其转换为非线性模型以便于求解,并利用VISSIM仿真验证3种方案的运行效益。结果表明,两步过街和创新设计相对于常规设计能提升交叉口机动车通行能力,且在高流量场景下拥堵改善效果更佳,分别能降低55.58%、57.18%的机动车延误;常规设计不适用于直行机动车流量较大的场景,两步过街和创新设计不适用于左转机动车流量较大的场景;常规设计和两步过街左转非机动车流量增加,会导致机动车通行能力迅速下降,创新设计受左转非机动车流量的影响较小,在各种流量场景下适用性较好。

摘要： 接驳公交线路设计与运营方案优化是轨道交通与地面公交协同发展的研究课题之一,本文分析其在模型构建、规划方法及模型算法等研究方面的不足。以问题为导向,构建基于混合整数非线性规划的接驳公交协同优化模型,通过对模型重构进行求解。并通过实例分析验证模型和算法的有效性。结果发现:第一,以往研究中将线路设计与运营方案协同优化模型较少,本文统筹考虑接驳公交线路设计和发车频率优化构建模型;第二,以往研究中大多考虑多条接驳公交线路与1个轨道站点连接的单一目的地模式,本文通过增加“多对多”约束条件,使模型更加符合现实需求分配;第三,针对混合整数非线性模型求解困难的问题,本文通过模型重构,降低了计算复杂度;第四,研究实例基于2个轨道站点和17个接驳公交需求点,得到2条接驳线路和相应发车频率,并通过与相同拓扑路网下应用深度优先搜索算法(DFS)求解结果进行对比分析,验证了本文所建协同优化模型的可行性和有效性。

摘要： 燃气网络优化问题涉及到如何低成本的使用压缩机,同时满足燃气网络的所有约束.此问题一般情况下被建模为一个混合整数非线性优化问题.基于网络约简和分段线性近似的技术,得到一个混合整数线性优化问题.由于模型中整数变量的存在导致问题难以求解,因此通过连续化方法将表示压缩机开关的0-1变量通过一个非线性等式约束表示为[0,1]区间上的连续变量,并证明了问题的等价.将该方法应用于具有循环网络拓扑结构的中国西部天然气管网系统特例,数值结果显示相较于使用上述方法之前,该管网的燃气消耗量减少了133.85 m^(3)/d.

摘要： 为提高波浪滑翔机长期作业时的系统运行稳定性和能量利用效率,提出一种基于多目标优化方法的能量管理策略,构建波浪滑翔机能量管理数学模型,采用ε-约束法和线性加权法进行模型求解,设计仿真试验验证能量管理模型的有效性,并对不同任务下的能量调度结果进行分析研究。结果表明所提出的能量管理策略能够在满足系统运行约束的同时,实现对各电气设备的最优能量调度,提高波浪滑翔机的长期运行稳定性和能量利用效率。

摘要： 为寻求配网改造方案可靠性与经济性之间的平衡,提出了一种基于混合整数非线性规划的辐射型配电网可靠性规划方法。首先,选取了可靠性和经济性评估指标用于对配网改造方案可靠性和经济性进行评估分析。然后,以多目标的方式兼顾了可靠性与经济性的需求,构建基于混合整数非线性规划的多目标加权优化模型,在考虑配网技术约束和可靠性指标约束条件下得到Pareto曲线,采用模糊满意决策方法根据可靠性期望水平和配网改造预算选择合适的配网可靠性改造方案。最后通过33节点测试系统对所提方法进行测试,结果表明所提方法能在满足可靠性期望水平前提下帮助供电公司选择经济最优的可靠性改造方案。

摘要： 将数学规划法与图形方法相结合探究单杂质用水网络与换热网络的集成问题.首先构建混合整数非线性规划模型(MINLP),在最小公用工程消耗下优化流股参数未知情况下的分离系统组合曲线面积,得到了最为节能、换热面积最小的用水网络结构.在此基础上,提出了新的分离系统组合曲线演化步骤和规则,可以得到换热单元数目较小的换热网络结构.算例表明,与现有的基于分离系统的热集成用水网络设计方法相比,在最小化公用工程用量的同时可以进一步降低换热器数目与总换热面积.

摘要： 针对日益加剧的能源危机,为实现多种能源间生产、转换等多环节优化调度,构建多能互补综合能源系统稳态模型。目前为解决能源调度问题,多采用混合整数非线性规划(MINLP)模型,但传统分支定界算法(B&B)作为MINLP模型全局最优解的求解核心,存在搜索能力不足的问题,因此提出采用两个分离变量,选择有效子问题,将改进分支定界算法用于综合能源系统MINLP模型,并以典型日各时段电、气能源优化调度结果进行验证。实验结果表明,改进分支定界算法搜索解效率提高36.0%,各周期内运行成本降低7.25%。改进分支定界算法不仅可有效降低运行成本,而且可提高运算效率。

摘要： 针对热电联供(Combined Heat and Power,CHP)"以热定电"导致的弃风及运行成本较高问题,提出基于CHP灵活热电比的区域综合能源系统多目标优化调度方法.首先,采用补燃装置对CHP补燃,灵活调整各时段补燃率以使CHP热电比跟随风电出力态势,提高系统风电接纳水平与运行效益.然后,考虑补燃燃油的使用增加了系统排污,综合经济性与环保性建立区域综合能源系统多目标优化模型,通过层次分析法对各目标权重进行决策.最后,依托商业优化软件GAMS对建立的混合整数非线性规划问题进行求解.算例研究表明:对CHP热电比进行灵活调节,能够有效促进风电并网消纳、降低系统运行成本.多目标优化使CHP热电比兼顾系统经济性与环保性,较单目标而言更具优势.

摘要： 为降低钢铁企业采购和运输铁矿石的综合成本,考虑船型、航速和碳排放等因素,建立长江铁矿石运输的混合整数非线性规划模型。将模型中的非线性项转化为线性项,运用CPLEX求解器求解。针对CPLEX求解中大型规模算例的局限性,引入标准粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法提高求解精度。针对标准PSO算法容易陷入局部最优的问题,提出一种基于自适应策略的改进PSO算法,动态调整惯性权重,提高算法的收敛性和全局寻优能力。通过数值实验发现,改进后的算法在全局寻优能力和收敛能力上有一定的提高。

摘要： 为解决连续流交叉口车辆二次停车和人-车冲突问题,防止车辆排队溢出,破坏连续流交叉口稳定的运行状态,提出人-车信号协调优化控制策略.根据车流运行特征,协调主、预信号配时,优化信号相位方案,以车均延误最小为目标构建优化模型.通过仿真对比可知,本文模型计算的延误估算误差在5％以内.通过案例分析可知,现状方案南北左转车均延误和车均停车次数是优化方案的2倍以上,说明优化方案避免了车辆二次停车;从整个交叉口来看,优化方案在两种流量场景下,车均延误分别降低了27.8％、18.5％,提升了交叉口运行效率.通过敏感性分析发现,移位左转车道长度在100 m时,综合效益最佳.

摘要： 针对带有等式约束的混合整数非线性规划(MINLP)问题,建立了一种改进的粒子群优化(PSO)算法——简约空间法.利用等式约束将问题的维数降低,使带有等式约束的优化问题转化为无等式约束优化问题.通过测试函数和过程综合的实例对该算法进行了测试并与其他算法所得的结果进行了比较,结果表明,PSO算法在使用的普遍性、求解的准确性等方面都优于一般的算法,尤其对于非凸的MINLP问题,PSO算法是一种有效的求解方法.

摘要： 本文设计并实现了基于统一计算架构(CUDA)的并行求解混合整数非线性规划模型的框架以及计算任务的分配调度算法.针对不同的计算任务调度算法设计并实现了相应的并行筛选最优解算法,并在并行模型和算法细节实现上采用了各种并行优化方法.对一个简单MINLP模型和两个实际换热网络实例的测试结果表明,本文模型与串行算法相比,结果更优且加速比明显.

摘要： 换热网络结构优化问题可抽象为混合整数非线性规划(mixed integer non-linear programming,MINLP)问题,对现实中的换热网络模型进行求解需要巨大的计算能力.本文设计并实现了基于统一计算架构(CUDA)和GPU的并行求解混合整数非线性规划模型的框架,在并行模型和算法细节实现上采用了各种并行优化方法.测试结果表明,本文模型与中央处理器(CPU)串行算法相比,加速比可以达到40倍左右.

摘要： 化工过程系统优化呈现为典型的混合整数非线性规划问题(MINLP)特点，由于连续型变量和整型变量的存在，产生了一种传统基于梯度优化方法的障碍的现象。以复杂换热网络优化为例，研究和分析揭示了这种优化方法不能逾越的障碍产生机理，并提出了优化静态工作点平移的解决策略。实例表明，新的解决策略的分析和方法利于得到MINLP更好的优化结果。

摘要： 针对最优潮流中离散变量和连续变量的共存问题,本文提出了一种求解最优潮流混合整数非线性规划模型的新算法.本算法将原始-对偶内点法和分支定界法巧妙结合,采用原始-对偶内点法进行全局寻优,同时运用分支定界法对离散变量进行整数逼近,扩展了传统内点法求解最优潮流的思想,达到了准确求解最优潮流问题的目的.通过对IEEE14-118测试系统的计算分析,证明了该方法是行之有效的.

摘要： 本发明涉及一种在配电网储能系统优化运行的混合整数线性规划模型。由于在配电系统中部署电池能量存储系统的数量不断增加，需要新的模型来描述真实的特性。除了有功功率外，储能系统还可以通过逆变器连接与电网交换有功功率。虽然已有的一些工作已经考虑到了这一问题，但对于适合于实际大规模配电系统的线性模型的研究还不够充分。在此背景下提出了一种在配电网储能系统优化运行的混合整数线性规划模型。首先该模型考虑了电池能量存储系统的各个部分，包括电池组、逆变器和变压器，以及有功功率和视在功率极限的线性建模。然后采用线性潮流模型计算了系统功率损耗，具有较高的精度。

摘要： 本发明公开了一种基于混合整数线性规划的家庭能量管理优化方法，包括以下步骤：1.构建家庭能量管理系统中各负荷设备的运行模型；2.构建家庭与电网双向交互设备运行模型；3.构建以用户电费最小化的家庭能量管理系统优化模型；4.采用混合整数线性规划方法求解得到最优调度。本发明针对家庭能源管理系统模型多维约束的优化问题，采用混合整数线性规划方法，降低了优化问题的复杂程度和求解难度，提高了求解家庭能源管理优化问题的效率和精度，并且最后能够得到全局最优解，得到家庭负载设备的最优调度以及降低用户的用电成本，最大化地实现家庭能量优化控制。

摘要： 本发明涉及一种结合混合整数线性规划的产科多类型病房规划方法，属于人工智能技术支持下数据驱动的智慧医疗管理与决策领域。本方法首先依据精益思想将产科病房细分为待产病房，剖腹产病房和顺产病房三种类型病房。依据待产病房房间个数、容纳患者人数和人天数生成与待产病房相关约束关系；依据剖腹产病房房间个数、容纳患者人数、人天数和剖腹产比例生成与剖腹产病房相关约束关系；依据顺产病房房间个数、容纳患者人数、人天数和顺产比例生成与顺产病房相关约束关系；根据三种类型病房数量和总病房数量，生成病房数量间约束关系；为最大化入院孕妇患者总人数，生成所能容纳最大总人数约束关系；基于以上约束关系，利用混合整数线性规划求解器进行求解，进而得到最大入院总人数。

摘要： 本发明公开了一种采用混合整数线性规划方法来求解该换料方案优化问题的方案，将整个问题分解成两步求解：第一步，为考虑通道换料的后效，以换料通道数目最少为目标建立候选通道选择模型，进行连续16周的换料方案优化；第二步，堆物理工程师首先依据反应堆未来一周的运行要求给出周换料计划，然后以平均卸料燃耗最深为目标建立周换料方案优化模型，同时考虑反应堆运行的诸多要求，在模型中加入相应的约束条件。考虑到换料方案设计的时效性要求，为了快速评价大量的换料方案，提出了一个三维堆芯计算模型-线性敏感矩阵方法。本发明能准确快速的预计通道换料时堆芯关键参数的响应，从而实现对海量换料方案的快速评价。

摘要： 在线基于模型的过程控制计算环境中的过程模型的实时动态优化。混合整数非线性规划(MINLP)求解器利用开关来激活和去激活过程单元的第一原理模型。该开关通过附接到第一原理模型来实现MINLP行为。

摘要： 本发明方法根据光伏发电输出功率与时间值、光照强度和温度值之间的关系建模，以及负载消耗功率与时间之间的关系，获得预测的光伏发电输出功率和负载消耗功率，并结合当前电池剩余容量，计算获得从供电电网的取电功率最优时的充放电决策序列及运行切换决策序列，并根据计算结果进行光伏储能调度。本方法通过将数据计算得到光伏储能调度方法，根据预测具体参数进行充放电和系统切换控制，保证了充电电池模块不处于过充过放状态，延长电池寿命，避免出现电池充满时光伏发电超过负载耗电浪费光伏发电的情况出现，从而达到最优能量利用，同时增加系统安全性。本发明作为一种基于混合整数非线性规划的光伏储能调度方法可广泛应用于光伏发电储能领域。

摘要： 本发明公开了一种混合整数非线性规划问题的群智能与线性规划协同方法，包括求解外层问题的改进粒子群算法与求解内层问题的线性规划算法；算法具有启发式算法的全局寻优能力，并且比单纯启发式算法有更快的收敛速度与更少的计算时间；算法引入速度扰动概率函数，提高算法避免陷入局部最优的能力，并备份最优粒子，防止速度扰动后收敛速度变慢的问题；算法考虑到解的鲁棒性，通过改进粒子群的适应度函数，有效排除解空间中的尖锐值；算法进一步引入双重适应度函数和系统容忍度，根据更合理的规则来进行粒子的选取。本发明作为一种通用的混合整数非线性规划问题的求解策略，可在混合整数非线性规划问题中广泛应用，求解效率高，结果可靠，鲁棒性好。

摘要： 一种求解水电机组组合问题的混合整数非线性规划模型属于水电调度运行领域，采用多项式拟合技术处理复杂的电站非线性关系，提出水位‑库容、尾水位‑出库流量的一元四次多项式拟合方法，并基于机组水头损失的二次多项式函数，将机组发电水头描述为库容和流量的多元四次函数；考虑水头对出力的影响，提出精确表征机组出力的水头和发电流量二元二次多项式方法，引入0‑1变量，解决机组开停机问题，得到机组的水头‑流量‑出力关系三维拟合曲面，满足变化水头下机组出力的精细化计算要求；采用成熟的MINLP求解器实现高效计算。本发明充分考虑水电系统复杂非线性关系，与经典MILP模型相比，减少线性化误差，显著改善求解精度，得到的机组组合和负荷分配结果更能反映水电站实际运行情况。

摘要： 在线基于模型的过程控制计算环境中的过程模型的实时动态优化。混合整数非线性规划(MINLP)求解器利用开关来激活和去激活过程单元的第一原理模型。该开关通过附接到第一原理模型来实现MINLP行为。

摘要： 本发明方法根据光伏发电输出功率与时间值、光照强度和温度值之间的关系建模，以及负载消耗功率与时间之间的关系，获得预测的光伏发电输出功率和负载消耗功率，并结合当前电池剩余容量，计算获得从供电电网的取电功率最优时的充放电决策序列及运行切换决策序列，并根据计算结果进行光伏储能调度。本方法通过将数据计算得到光伏储能调度方法，根据预测具体参数进行充放电和系统切换控制，保证了充电电池模块不处于过充过放状态，延长电池寿命，避免出现电池充满时光伏发电超过负载耗电浪费光伏发电的情况出现，从而达到最优能量利用，同时增加系统安全性。本发明作为一种基于混合整数非线性规划的光伏储能调度方法，可广泛应用于光伏发电储能领域。