Forecasting and decision-making are generally modeled as two sequential steps with no feedback, following an open-loop approach. In this paper, we present application-driven learning, a new closed-loop framework in which the processes of forecasting and decision-making are merged and co-optimized through a bilevel optimization problem. We present our methodology in a general format and prove that the solution converges to the best estimator in terms of the expected cost of the selected application. Then, we propose two solution methods: an exact method based on the KKT conditions of the second-level problem and a scalable heuristic approach suitable for decomposition methods. The proposed methodology is applied to the relevant problem of defining dynamic reserve requirements and conditional load forecasts, offering an alternative approach to current \emph{ad hoc} procedures implemented in industry practices. We benchmark our methodology with the standard sequential least-squares forecast and dispatch planning process. We apply the proposed methodology to an illustrative system and to a wide range of instances, from dozens of buses to large-scale realistic systems with thousands of buses. Our results show that the proposed methodology is scalable and yields consistently better performance than the standard open-loop approach.


翻译:预测和决策一般以两个连续步骤为样板,没有反馈,采用开放环路方法。本文介绍应用驱动学习,这是一个新的封闭环框架,通过双级优化问题,将预测和决策过程合并并共同优化。我们以一般格式介绍我们的方法,并证明从选定应用的预期成本来看,解决办法与最佳估计方法一致。然后,我们提出两种解决办法:一种基于二级问题KKT条件的精确方法,一种适合拆解方法的可伸缩超音速方法。拟议方法适用于界定动态储备要求和有条件载荷预测的相关问题,为目前行业实践中实施的emph{adad}程序提供了替代方法。我们用标准顺序最低的预测和发送规划程序来衡量我们的方法。我们将拟议方法应用于一个说明系统,以及从几十辆公共汽车到有数千辆公共汽车的大规模现实系统等一系列广泛的例子。我们得出的结果显示,拟议方法比标准要高,而且持续提高绩效。

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