Tight MILP-Formulierung für Gasfluss in Pipelines mit Linepack

14.05.2025

Das veröffentlichte Paper von Thomas Klatzer et al. präsentiert eine effiziente Linearisierungsmethode für Gasflüsse mit Linepack.

In integrierten Optimierungsmodellen für Strom- und Gasenergiesysteme (ESOMs) stellt die Gasübertragung in Pipelines mit Linepack aufgrund ihrer nichtlinearen und nichtkonvexen Eigenschaften ein besonders komplexes Problem dar. Für ESOMs, die auf gemischt-ganzzahliger linearer Programmierung basieren, ist die stückweise Linearisierung eine etablierte Methode zur Konkavitätsauflösung dieses Problems. Diese erfordert jedoch binäre Variablen, um zulässige Kombinationen linearer Gasfluss- und Drucksegmente abzubilden, was schnell zu hohen Rechenaufwänden führen kann.

Um die Rechenleistung zu verbessern, schlägt dieses Paper eine speziell straffe stückweise Linearisierungsmethode vor, die den Lösungsraum reduziert und somit eine schnellere Erkundung durch den Solver ermöglicht. Numerische Ergebnisse vergleichen die vorgeschlagene Formulierung mit zwei stückweise linearen Ansätzen aus der Literatur – sowohl theoretisch als auch hinsichtlich der praktischen Rechenperformance. Dabei zeigt sich für die Fallstudie eine durchschnittliche Beschleunigung um den Faktor 2,57. Die Tests wurden an einem modifizierten 24-Knoten IEEE Reliability Test System sowie an einem 12-Knoten-Gassystem durchgeführt, wobei diskrete Unit-Commitment-Entscheidungen berücksichtigt wurden.

Der komplette Artikel ist als Open Access verfügbar:

• T. Klatzer, S. Wogrin, D.A. Tejada-Arango, G. Morales-España (2025).
  Tight MILP formulation for pipeline gas flow with linepack.
  International Journal of Electrical Power & Energy Systems
  https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2025.110734