科研動(dòng)態(tài)
油田多能微網(wǎng)的調(diào)度優(yōu)化技術(shù)綜述
中文題目：油田多能微網(wǎng)的調(diào)度優(yōu)化技術(shù)綜述
論文題目：A Review of Scheduling Optimization Techniques for Oilfield Multi-energy Microgrid
錄用會(huì)議：2024 4th International Conference on Energy, Power and Electrical Engineering (EI國際會(huì)議)
原文DOI：10.1109/EPEE63731.2024.10875147
原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10875154
見刊時(shí)間：2025.02.17
作者列表：
1）張孟祥 中國石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 自動(dòng)化專業(yè) 本21
2）劉 斌 中國石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 自動(dòng)化系教師
3）劉曉萌 中國石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 控制科學(xué)與工程專業(yè) 碩24
文章簡介:
在能源轉(zhuǎn)型背景下，油田多能微網(wǎng)的多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化面臨諸多挑戰(zhàn)。本文先介紹其基本結(jié)構(gòu)與主要挑戰(zhàn)，再探討隨機(jī)性建模、多目標(biāo)優(yōu)化等研究，總結(jié)智能優(yōu)化算法作用，旨在為調(diào)度優(yōu)化提供新思路與方案。
摘要:
在能源轉(zhuǎn)型背景下，油田多能微網(wǎng)作為能源高效利用的關(guān)鍵載體，其多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化面臨經(jīng)濟(jì)性、低碳性、系統(tǒng)安全與穩(wěn)定性等多重挑戰(zhàn)。本文綜述該領(lǐng)域研究進(jìn)展，首先介紹油田多能微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)及其面臨的主要挑戰(zhàn)，包括能源供應(yīng)的不確定性和系統(tǒng)的高復(fù)雜度；接著探討在隨機(jī)性和不確定性建模方面的研究，分析如何通過隨機(jī)規(guī)劃和魯棒優(yōu)化方法來應(yīng)對(duì)能源需求波動(dòng)和供應(yīng)不穩(wěn)定性；然后討論多目標(biāo)優(yōu)化的核心問題，探討在經(jīng)濟(jì)性、低碳性、安全性和穩(wěn)定性等多個(gè)目標(biāo)之間平衡的難題。最后，本文總結(jié)智能優(yōu)化算法在油田多能微網(wǎng)調(diào)度中的需求，特別是在應(yīng)對(duì)算法時(shí)效性和不確定性方面的作用。本文通過綜述現(xiàn)有技術(shù)和方法，旨在為油田多能微網(wǎng)的調(diào)度優(yōu)化提供新的思路和有效的技術(shù)方案。
背景與動(dòng)機(jī):
全球能源需求增長，傳統(tǒng)能源系統(tǒng)面臨環(huán)保與安全挑戰(zhàn)，能源結(jié)構(gòu)正向可再生能源轉(zhuǎn)型。在油氣領(lǐng)域，生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致能源需求波動(dòng)，傳統(tǒng)能源系統(tǒng)難以應(yīng)對(duì)。油田多能微網(wǎng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測、智能調(diào)度，保障能源供應(yīng)穩(wěn)定，對(duì)維持生產(chǎn)意義重大。油田多能微網(wǎng)整合多種能源，優(yōu)化調(diào)度可以減少浪費(fèi)，提高能源利用效率，降低油田成本、提升效益。但油田綜合能源系統(tǒng)集成與優(yōu)化難度大，需提升調(diào)度的魯棒性和適應(yīng)性。
本文圍繞油田多能微網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)展開，先介紹基本結(jié)構(gòu)和現(xiàn)存問題，再從隨機(jī)性與不確定性研究、多目標(biāo)優(yōu)化、優(yōu)化算法等方面綜述相關(guān)技術(shù)，尋找更優(yōu)方案，最后總結(jié)展望。
設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):
從油田多能微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)入手，從隨機(jī)性與不確定性、多目標(biāo)優(yōu)化和合適的優(yōu)化算法等角度展開文獻(xiàn)調(diào)研，綜述現(xiàn)有技術(shù)和方法，包含如下幾個(gè)方面：
1.隨機(jī)性建模：能源需求波動(dòng)、供應(yīng)不穩(wěn)定是難題，現(xiàn)有研究用隨機(jī)規(guī)劃和魯棒優(yōu)化處理不確定性。隨機(jī)規(guī)劃定義概率分布函數(shù)，魯棒優(yōu)化建立不確定集，但單一方法有局限，可融合二者優(yōu)勢(shì)應(yīng)對(duì)多重不確定性。
2.多目標(biāo)優(yōu)化：優(yōu)化目標(biāo)包括經(jīng)濟(jì)性、低碳性、安全性和穩(wěn)定性，這些目標(biāo)相互制約。求解思路有將多目標(biāo)轉(zhuǎn)單目標(biāo)的權(quán)衡法、直接尋找 Pareto最優(yōu)解集法和利用啟發(fā)式算法求解法，關(guān)鍵是平衡各因素權(quán)重獲取全局最優(yōu)解。
3.智能優(yōu)化算法：傳統(tǒng)優(yōu)化方法難以滿足需求，智能算法在處理復(fù)雜問題有優(yōu)勢(shì)但計(jì)算時(shí)間長，混合算法結(jié)合智能與傳統(tǒng)算法優(yōu)點(diǎn)，是目前的研究熱點(diǎn)。
主要內(nèi)容:
構(gòu)建如圖1所示的油田多能微網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)框架；針對(duì)油田多能微網(wǎng)的模型隨機(jī)性、多目標(biāo)優(yōu)化和智能優(yōu)化算法等方面開展如下圖2和圖3所示的文獻(xiàn)調(diào)研，通過合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高油田綜合能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、低碳性、安全性、穩(wěn)定性和環(huán)境友好性。
圖1 油田多能微網(wǎng)結(jié)構(gòu)框架
圖2 考慮隨機(jī)性研究的模型和求解方法
圖3 考慮多目標(biāo)優(yōu)化研究的模型和求解方法
結(jié)論:
本文從油田多能微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)、面臨的挑戰(zhàn)、隨機(jī)性建模、多目標(biāo)優(yōu)化和智能優(yōu)化等方面，深入探討了優(yōu)化調(diào)度的發(fā)展現(xiàn)狀。同時(shí)，本文詳細(xì)綜述了國內(nèi)外在解決這些關(guān)鍵問題上的技術(shù)研究，主要關(guān)注調(diào)度優(yōu)化中的隨機(jī)性處理、多目標(biāo)優(yōu)化和智能優(yōu)化，提煉了應(yīng)對(duì)不確定性和實(shí)現(xiàn)高效調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)。希望這些研究成果能夠?yàn)槲磥碛吞锒嗄芪⒕W(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度和系統(tǒng)穩(wěn)定性提升提供新的思路和方法。
關(guān)于作者:
劉斌，特任崗位副教授。IEEE電路與系統(tǒng)學(xué)會(huì)技術(shù)委員會(huì)成員，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)、中國電源學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。2014年于山東大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院獲學(xué)士學(xué)位，2021年于北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院獲博士學(xué)位，2021年至2023年于清華大學(xué)電機(jī)系進(jìn)行博士后研究工作。主要從事新能源并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、油氣與新能源融合領(lǐng)域的研究，發(fā)表SCI/EI收錄學(xué)術(shù)論文40余篇，授權(quán)發(fā)明專利4項(xiàng)，參編專著2部。主持省部級(jí)縱向課題1項(xiàng)，作為主研人參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃4項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)、省部級(jí)以上縱向/橫向項(xiàng)目20余項(xiàng)。曾獲北京理工大學(xué)校優(yōu)秀博士學(xué)位論文1項(xiàng)、國際會(huì)議優(yōu)秀論文獎(jiǎng)2項(xiàng)。聯(lián)系方式：liubin6410@126.com