安全约束的经济调度（SCED）是传输系统运营商（TSO）的基本优化模型，以清除实时能源市场，同时确保电网的可靠操作。在不断增长的运营不确定性的背景下，由于可再生发电机和分布式能源资源的渗透率增加，运营商必须实时监控风险，即，他们必须在负载和可再生生产的各种变化下快速评估系统的行为。遗憾的是，鉴于实时操作的严格约束，系统地解决了每个这样的场景的优化问题。为了克服这种限制，本文提出了学习SCED，即机器学习（ML）模型的优化代理，其可以预测用于以毫秒为单位的最佳解决方案。本文提出了对MISO市场清算优化优化的原则性分析，提出了一种新颖的ML管道，解决了学习SCES解决方案的主要挑战，即负载，可再生产量和生产成本以及组合结构的变化，以及组合结构承诺决定。还提出了一种新的分类 - 然后回归架构，以进一步捕获SCED解决方案的行为。在法国传输系统上报告了数值实验，并展示了该方法在与实时操作兼容的时间范围内生产的能力，精确的优化代理产生相对误差低于0.6 \％$。

在具有可再生生成的大量份额的网格中，由于负载和发电的波动性增加，运营商将需要其他工具来评估运营风险。正向不确定性传播问题的计算要求必须解决众多安全受限的经济调度（SCED）优化，是这种实时风险评估的主要障碍。本文提出了一个即时风险评估学习框架（Jitralf）作为替代方案。 Jitralf训练风险代理，每天每小时一个，使用机器学习（ML）来预测估计风险所需的数量，而无需明确解决SCED问题。这大大减轻了正向不确定性传播的计算负担，并允许快速，实时的风险估计。本文还提出了一种新颖的，不对称的损失函数，并表明使用不对称损失训练的模型的性能优于使用对称损耗函数的模型。在法国传输系统上评估了Jitralf，以评估运营储量不足的风险，减轻负载的风险和预期的运营成本。

Reliability Assessment Commitment (RAC) Optimization is increasingly important in grid operations due to larger shares of renewable generations in the generation mix and increased prediction errors. Independent System Operators (ISOs) also aim at using finer time granularities, longer time horizons, and possibly stochastic formulations for additional economic and reliability benefits. The goal of this paper is to address the computational challenges arising in extending the scope of RAC formulations. It presents RACLEARN that (1) uses Graph Neural Networks (GNN) to predict generator commitments and active line constraints, (2) associates a confidence value to each commitment prediction, (3) selects a subset of the high-confidence predictions, which are (4) repaired for feasibility, and (5) seeds a state-of-the-art optimization algorithm with the feasible predictions and the active constraints. Experimental results on exact RAC formulations used by the Midcontinent Independent System Operator (MISO) and an actual transmission network (8965 transmission lines, 6708 buses, 1890 generators, and 6262 load units) show that the RACLEARN framework can speed up RAC optimization by factors ranging from 2 to 4 with negligible loss in solution quality.

Algorithms that involve both forecasting and optimization are at the core of solutions to many difficult real-world problems, such as in supply chains (inventory optimization), traffic, and in the transition towards carbon-free energy generation in battery/load/production scheduling in sustainable energy systems. Typically, in these scenarios we want to solve an optimization problem that depends on unknown future values, which therefore need to be forecast. As both forecasting and optimization are difficult problems in their own right, relatively few research has been done in this area. This paper presents the findings of the ``IEEE-CIS Technical Challenge on Predict+Optimize for Renewable Energy Scheduling," held in 2021. We present a comparison and evaluation of the seven highest-ranked solutions in the competition, to provide researchers with a benchmark problem and to establish the state of the art for this benchmark, with the aim to foster and facilitate research in this area. The competition used data from the Monash Microgrid, as well as weather data and energy market data. It then focused on two main challenges: forecasting renewable energy production and demand, and obtaining an optimal schedule for the activities (lectures) and on-site batteries that lead to the lowest cost of energy. The most accurate forecasts were obtained by gradient-boosted tree and random forest models, and optimization was mostly performed using mixed integer linear and quadratic programming. The winning method predicted different scenarios and optimized over all scenarios jointly using a sample average approximation method.

电价是影响所有市场参与者决策的关键因素。准确的电价预测非常重要，并且由于各种因素，电价高度挥发性，电价也非常具有挑战性。本文提出了一项综合的长期经常性卷积网络（ILRCN）模型，以预测考虑到市场价格的大多数贡献属性的电力价格。所提出的ILRCN模型将卷积神经网络和长短期记忆（LSTM）算法的功能与所提出的新颖的条件纠错项相结合。组合的ILRCN模型可以识别输入数据内的线性和非线性行为。我们使用鄂尔顿批发市场价格数据以及负载型材，温度和其他因素来说明所提出的模型。使用平均绝对误差和准确性等性能/评估度量来验证所提出的ILRCN电价预测模型的性能。案例研究表明，与支持向量机（SVM）模型，完全连接的神经网络模型，LSTM模型和LRCN模型，所提出的ILRCN模型在电价预测中是准确和有效的电力价格预测。

能源部门的深度脱碳将需要大量的随机可再生能源渗透和大量的网格资产协调。对于面对这种变化而负责维持电网稳定性和安全性的电力系统运营商来说，这是一个具有挑战性的范式。凭借从复杂数据集中学习并提供有关快速时间尺度的预测解决方案的能力，机器学习（ML）得到了很好的选择，可以帮助克服这些挑战，因为在未来几十年中，电力系统转变。在这项工作中，我们概述了与构建可信赖的ML模型相关的五个关键挑战（数据集生成，数据预处理，模型培训，模型评估和模型嵌入），这些模型从基于物理的仿真数据中学习。然后，我们演示如何将单个模块连接在一起，每个模块都克服了各自的挑战，在机器学习管道中的顺序阶段，如何有助于提高训练过程的整体性能。特别是，我们实施了通过反馈连接学习管道的不同元素的方法，从而在模型培训，绩效评估和重新训练之间“关闭循环”。我们通过学习与拟议的北海风能中心系统的详细模型相关的N-1小信号稳定性边缘来证明该框架，其组成模块的有效性及其反馈连接。

最佳功率流（OPF）是电力系统中的一个基本问题。它是计算的具有挑战性，最近的研究已经建议使用深神经网络（DNN）在与通过经典优化方法获得的那些相比时在大大降低的运行时找到OPF近似。虽然这些作品表明，令人鼓舞的准确性和运行时的结果，但对于为什么这些模型可以准确地预测OPF解决方案以及宽大的鲁棒性，而令人愉快的结果。本文提供了解决这种知识差距的前进。该纸张将发电机输出的波动性连接到学习模型近似对象的能力，它阐明了影响DNN模型的特征来学习良好的预测因子，并提出了一种利用此目的观察的新模型纸张生产精确且强大的opf预测。

要将计算负担从实时到延迟关键电源系统应用程序的脱机，最近的作品招待使用深神经网络（DNN）的想法来预测一次呈现的AC最佳功率流（AC-OPF）的解决方案负载需求。随着网络拓扑可能改变的，以样本有效的方式训练该DNN成为必需品。为提高数据效率，这项工作利用了OPF数据不是简单的训练标签，而是构成参数优化问题的解决方案。因此，我们倡导培训一个灵敏度通知的DNN（SI-DNN），不仅可以匹配OPF优化器，而且还匹配它们的部分导数相对于OPF参数（负载）。结果表明，所需的雅可比矩阵确实存在于温和条件下，并且可以从相关的原始/双解决方案中容易地计算。所提出的Si-DNN与广泛的OPF溶剂兼容，包括非凸出的二次约束的二次程序（QCQP），其半纤维程序（SDP）放松和MatPower;虽然Si-DNN可以在其他学习到OPF方案中无缝集成。三个基准电源系统的数值测试证实了SI-DNN在传统训练的DNN上预测的OPF解决方案的高级泛化和约束满意度，尤其是在低数据设置中。

当前的能源转变促进了电力和天然气系统之间的运行融合。在这个方向上，改善协调能力和气体调度内的非凸天然气体流动动力学的建模至关重要。在这项工作中，我们提出了一种神经网络受限的优化方法，其中包括基于监督机器学习的韦茅斯方程的回归模型。 Weymouth方程将气体流动与每个管道的入口和出口压力通过二次平等，该二次相等性，该平等被神经网络捕获。后者是通过可处理的混合插入线性程序编码为约束集的。此外，我们提出的框架能够考虑双向性，而无需求助于复杂且可能不准确的凸化方法。我们通过引入激活函数的重新制定来进一步增强我们的模型，从而提高计算效率。一项基于现实生活中的比利时力量和气体系统的广泛数值研究表明，所提出的方法在准确性和障碍方面产生了有希望的结果。

在这项研究中，我们提出了一个深入的学习优化框架，以解决动态的混合企业计划。具体而言，我们开发了双向长期内存（LSTM）框架，可以及时向前和向后处理信息，以学习最佳解决方案，以解决顺序决策问题。我们展示了我们在预测单项电容批号问题（CLSP）的最佳决策方面的方法，其中二进制变量表示是否在一个时期内产生。由于问题的动态性质，可以将CLSP视为序列标记任务，在该任务中，复发性神经网络可以捕获问题的时间动力学。计算结果表明，我们的LSTM优化（LSTM-OPT）框架大大减少了基准CLSP问题的解决方案时间，而没有太大的可行性和最佳性。例如，对于240,000多个测试实例，在85 \％级别的预测平均将CPLEX溶液的时间减少了9倍，最佳差距小于0.05 \％\％和0.4 \％\％\％\％\％的不可行性。此外，使用较短的计划范围训练的模型可以成功预测具有更长计划范围的实例的最佳解决方案。对于最困难的数据集，LSTM在25 \％级别的LSTM预测将70 CPU小时的溶液时间降低至小于2 CPU分钟，最佳差距为0.8 \％，而没有任何不可行。 LSTM-OPT框架在解决方案质量和精确方法方面，诸如Logistic回归和随机森林之类的经典ML算法（例如（$ \ ell $，s）和基于动态编程的不平等，解决方案时间的改进。我们的机器学习方法可能有益于解决类似于CLSP的顺序决策问题，CLSP需要重复，经常和快速地解决。

本文考虑了最佳功率流（OPF）的优化代理，即近似于OPF的输入/输出关系的机器学习模型。最近的工作重点是表明此类代理可能具有高忠诚。但是，他们的培训需要大量数据，每个实例都需要（离线）解决输入分布样本的OPF。为了满足市场清除应用程序的要求，本文提出了积极的桶装采样（ABS），这是一个新型的活跃学习框架，旨在培训在一个时间限制内培训最佳OPF代理。ABS将输入分布分配到存储桶中，并使用采集函数来确定接下来的何处。它依靠自适应学习率，随着时间的推移会增加和降低。实验结果证明了ABS的好处。

单位承诺（UC）是日期电力市场中的一个基本问题，有效解决UC问题至关重要。 UC问题通常采用数学优化技术，例如动态编程，拉格朗日放松和混合二次二次编程（MIQP）。但是，这些方法的计算时间随着发电机和能源资源的数量而增加，这仍然是行业中的主要瓶颈。人工智能的最新进展证明了加强学习（RL）解决UC问题的能力。不幸的是，当UC问题的大小增长时，现有关于解决RL的UC问题的研究受到维数的诅咒。为了解决这些问题，我们提出了一个优化方法辅助的集合深钢筋学习算法，其中UC问题是作为Markov决策过程（MDP）提出的，并通过集合框架中的多步进深度学习解决。所提出的算法通过解决量身定制的优化问题来确保相对较高的性能和操作约束的满意度来建立候选动作。关于IEEE 118和300总线系统的数值研究表明，我们的算法优于基线RL算法和MIQP。此外，所提出的算法在无法预见的操作条件下显示出强大的概括能力。

本文在线学习和优化框架内提出并开发了一种用于电力市场中风能交易的新算法。特别是，我们将梯度下降算法的组成部分自适应变体与功能驱动的新闻册模型的最新进展相结合。这导致了一种在线产品的方法，能够利用数据丰富的环境，同时适应能源发电和发电市场的非平稳特征，并且具有最小的计算负担。根据几个数值实验，对我们的方法的性能进行了分析，既显示了对非平稳性不确定参数的更好适应性和显着的经济增长。

评估能源转型和能源市场自由化对资源充足性的影响是一种越来越重要和苛刻的任务。能量系统的上升复杂性需要足够的能量系统建模方法，从而提高计算要求。此外，随着复杂性，同样调用概率评估和场景分析同样增加不确定性。为了充分和高效地解决这些各种要求，需要来自数据科学领域的新方法来加速当前方法。通过我们的系统文献综述，我们希望缩小三个学科之间的差距（1）电力供应安全性评估，（2）人工智能和（3）实验设计。为此，我们对所选应用领域进行大规模的定量审查，并制作彼此不同学科的合成。在其他发现之外，我们使用基于AI的方法和应用程序的AI方法和应用来确定电力供应模型的复杂安全性的元素，并作为未充分涵盖的应用领域的储存调度和（非）可用性。我们结束了推出了一种新的方法管道，以便在评估电力供应安全评估时充分有效地解决当前和即将到来的挑战。

预先完成的操作涉及一个复杂且计算密集的优化过程，以确定发电机的承诺时间表和调度。优化过程是一个混合企业线性程序（MILP），也称为安全受限的单位承诺（SCUC）。独立的系统操作员（ISO）每天运行SCUC，并需要最先进的算法来加快流程。可以利用历史信息中的现有模式来减少SCUC模型，这可以节省大量时间。在本文中，研究了基于机器学习（ML）的分类方法，即逻辑回归，神经网络，随机森林和K-Nearest邻居，以减少SCUC模型。然后，使用可行性层（FL）和后处理技术来帮助ML，以确保高质量的解决方案。提出的方法在多个测试系统上进行了验证，即IEEE 24总线系统，IEEE-73总线系统，IEEE 118总线系统，500个总线系统和波兰2383-BUS系统。此外，使用可再生生成的改良IEEE 24总线系统，证明了随机SCUC（SSCUC）的模型降低。仿真结果证明了高训练的准确性，以确定承诺时间表，而FL和后处理确保ML预测不会导致溶液质量损失最小的可行解决方案。

The energy sector is facing rapid changes in the transition towards clean renewable sources. However, the growing share of volatile, fluctuating renewable generation such as wind or solar energy has already led to an increase in power grid congestion and network security concerns. Grid operators mitigate these by modifying either generation or demand (redispatching, curtailment, flexible loads). Unfortunately, redispatching of fossil generators leads to excessive grid operation costs and higher emissions, which is in direct opposition to the decarbonization of the energy sector. In this paper, we propose an AlphaZero-based grid topology optimization agent as a non-costly, carbon-free congestion management alternative. Our experimental evaluation confirms the potential of topology optimization for power grid operation, achieves a reduction of the average amount of required redispatching by 60%, and shows the interoperability with traditional congestion management methods. Our approach also ranked 1st in the WCCI 2022 Learning to Run a Power Network (L2RPN) competition. Based on our findings, we identify and discuss open research problems as well as technical challenges for a productive system on a real power grid.

Wind power forecasting helps with the planning for the power systems by contributing to having a higher level of certainty in decision-making. Due to the randomness inherent to meteorological events (e.g., wind speeds), making highly accurate long-term predictions for wind power can be extremely difficult. One approach to remedy this challenge is to utilize weather information from multiple points across a geographical grid to obtain a holistic view of the wind patterns, along with temporal information from the previous power outputs of the wind farms. Our proposed CNN-RNN architecture combines convolutional neural networks (CNNs) and recurrent neural networks (RNNs) to extract spatial and temporal information from multi-dimensional input data to make day-ahead predictions. In this regard, our method incorporates an ultra-wide learning view, combining data from multiple numerical weather prediction models, wind farms, and geographical locations. Additionally, we experiment with global forecasting approaches to understand the impact of training the same model over the datasets obtained from multiple different wind farms, and we employ a method where spatial information extracted from convolutional layers is passed to a tree ensemble (e.g., Light Gradient Boosting Machine (LGBM)) instead of fully connected layers. The results show that our proposed CNN-RNN architecture outperforms other models such as LGBM, Extra Tree regressor and linear regression when trained globally, but fails to replicate such performance when trained individually on each farm. We also observe that passing the spatial information from CNN to LGBM improves its performance, providing further evidence of CNN's spatial feature extraction capabilities.

当前的电力和天然气（NG）基础设施的快速转变必须达到中世纪的二氧化碳排放量减少目标。这需要在代表性的需求和供应模式，运营限制和政策注意事项下对联合Power-NG系统进行长期计划。我们的工作是由与解决Power-NG系统联合计划的生成和传输扩展问题（GTEP）相关的计算和实际挑战所激发的。具体而言，我们专注于从相应网络中有效从功率和NG数据中提取一组代表日，并使用此组来减少解决GTEP所需的计算负担。我们为多个时间分辨率能源系统（游戏）提出了一个图形自动编码器，以捕获相互依存网络中的时空需求模式，并说明可用数据的时间分辨率的差异。所得的嵌入在聚类算法中用于选择代表日。我们评估了方法在解决新英格兰联合Power-NG系统校准的GTEP公式方面的有效性。该公式说明了功率和NG系统之间的物理相互依赖性，包括关节排放约束。我们的结果表明，从游戏中获得的代表日的集合不仅使我们能够谨慎地解决GTEP公式，而且还可以实现实施联合计划决策的较低成本。

Ongoing risks from climate change have impacted the livelihood of global nomadic communities, and are likely to lead to increased migratory movements in coming years. As a result, mobility considerations are becoming increasingly important in energy systems planning, particularly to achieve energy access in developing countries. Advanced Plug and Play control strategies have been recently developed with such a decentralized framework in mind, more easily allowing for the interconnection of nomadic communities, both to each other and to the main grid. In light of the above, the design and planning strategy of a mobile multi-energy supply system for a nomadic community is investigated in this work. Motivated by the scale and dimensionality of the associated uncertainties, impacting all major design and decision variables over the 30-year planning horizon, Deep Reinforcement Learning (DRL) is implemented for the design and planning problem tackled. DRL based solutions are benchmarked against several rigid baseline design options to compare expected performance under uncertainty. The results on a case study for ger communities in Mongolia suggest that mobile nomadic energy systems can be both technically and economically feasible, particularly when considering flexibility, although the degree of spatial dispersion among households is an important limiting factor. Key economic, sustainability and resilience indicators such as Cost, Equivalent Emissions and Total Unmet Load are measured, suggesting potential improvements compared to available baselines of up to 25%, 67% and 76%, respectively. Finally, the decomposition of values of flexibility and plug and play operation is presented using a variation of real options theory, with important implications for both nomadic communities and policymakers focused on enabling their energy access.

我们提出了一种利用分布人工神经网络的概率电价预测（EPF）的新方法。EPF的新型网络结构基于包含概率层的正则分布多层感知器（DMLP）。使用TensorFlow概率框架，神经网络的输出被定义为一个分布，是正常或可能偏斜且重尾的Johnson的SU（JSU）。在预测研究中，将该方法与最新基准进行了比较。该研究包括预测，涉及德国市场的日常电价。结果显示了对电价建模时较高时刻的重要性的证据。