[發(fā)明專利]應(yīng)用于混合粒子群的選取方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110445422.6
• 申請(qǐng)日: 2011-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN103136413A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張智靈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張智靈
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于混合粒子群的選取方法。

背景技術(shù)

目前，天然氣管道日趨朝著長(zhǎng)距離、大口徑、高壓力、多用戶、大網(wǎng)絡(luò)和向極地(海上)延伸的方向發(fā)展，再加上開采氣井的日漸復(fù)雜化，傳統(tǒng)的管道優(yōu)化技術(shù)已滿足不了目前管道發(fā)展的需要，這使得整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的布局優(yōu)化設(shè)計(jì)變得更加困難。此外，集輸管網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化問題是包含大量離散變量的復(fù)雜組合優(yōu)化問題，從優(yōu)化的角度來看，該優(yōu)化問題涉及離散優(yōu)化、非線性優(yōu)化等多方面的優(yōu)化理論，從計(jì)算復(fù)雜性的角度來看，它又屬于NP-hard問題，許多學(xué)者從分級(jí)優(yōu)化的角度出發(fā)，將整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的布局優(yōu)化分若干個(gè)階段進(jìn)行，且均在一定程度上做了簡(jiǎn)化，在求解算法選取上主要偏重于傳統(tǒng)優(yōu)化方法，將混合啟發(fā)式算法應(yīng)用到集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化中的例子還比較少。同時(shí)，世界尚未出現(xiàn)十分完善的規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件，這也有待于工程技術(shù)人員和科研工作者進(jìn)一步開拓。當(dāng)今優(yōu)化決策方法正朝著集成化、大系統(tǒng)、最優(yōu)化、電算化方向發(fā)展，但大型復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化方法還處在起步階段，現(xiàn)有的成型算法只適用于特定形態(tài)的模型。隨著遺傳算法、粒子群算法和模擬退火算法的興起，這些現(xiàn)代優(yōu)化算法正成為解決組合優(yōu)化問題的一種有力工具，它們?cè)谇蠼舛嗄繕?biāo)組合優(yōu)化難題上體現(xiàn)了很大的優(yōu)勢(shì)，因而將智能優(yōu)化方法應(yīng)用到油氣集輸系統(tǒng)，建立油氣集輸系統(tǒng)中組合優(yōu)化的求解理論及優(yōu)化方法，從而指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)行，這也正是今后組合優(yōu)化發(fā)展的一個(gè)方向。

天然氣集輸系統(tǒng)是一個(gè)密閉的、非常復(fù)雜的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)又是一個(gè)巨大的能量耗散系統(tǒng)，它作為氣田地面生產(chǎn)系統(tǒng)的核心和主體部分，其投資占整個(gè)氣田地面工程的60％～70％以上。因而，對(duì)集輸管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。一般來說，天然氣集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分兩個(gè)方面：布局優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化。其中布局優(yōu)化是集輸管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化的首要任務(wù)和關(guān)鍵階段，布局優(yōu)化合理與否，不僅關(guān)系到整個(gè)油氣田地面工程的投資費(fèi)用，而且也關(guān)系到管網(wǎng)系統(tǒng)后續(xù)參數(shù)優(yōu)化的進(jìn)一步開展。在此，布局優(yōu)化將是本文討論的核心。

目前，氣田集輸系統(tǒng)所采用的管網(wǎng)布局方式主要是星式網(wǎng)絡(luò)和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。一般說來，環(huán)狀管網(wǎng)的可靠性好，但投資大；樹狀管網(wǎng)的投資小，但可靠性較差，應(yīng)從可靠性和投資兩方面來考慮。由于集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化問題是一個(gè)多學(xué)科互相交叉運(yùn)用的問題，涉及到最優(yōu)化方面的數(shù)學(xué)理論、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)以及如何通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的問題，因而最優(yōu)化理論與技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，可為管網(wǎng)布局優(yōu)化研究提供必要的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)手段。長(zhǎng)期以來，針對(duì)氣田集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作。

在20世紀(jì)60年代，哈克斯首先將優(yōu)化方法引入到管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)上來，他利用庫恩-塔克定理確定管道系統(tǒng)的最優(yōu)條件，但該方法較簡(jiǎn)單，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到限制。

1979年，Bharkaran等人研究了天然氣集輸管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，他們將該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題區(qū)分為系統(tǒng)布局子問題、節(jié)點(diǎn)位置子問題和直徑分派子問題。但是只解決了以管網(wǎng)總費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)，不考慮壓縮機(jī)站的位置，用線性規(guī)劃的方法解決了直徑分派子問題。

1987年，Soliman?F.I.and?Nurtagh，B.A.對(duì)大型輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了以管網(wǎng)造價(jià)最低為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，并采用傳統(tǒng)線性化方法對(duì)模型進(jìn)行了求解，獲得了較好的優(yōu)化結(jié)果。Tatsuo?Oyama對(duì)最優(yōu)站址問題進(jìn)行了研究，建立了以路徑最短為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，并采用傳統(tǒng)優(yōu)化算法進(jìn)行了求解。

2000年，Eusuff和Lansey首次提出采用新興的智能算法——蛙跳算法來解決組合優(yōu)化問題。2003年，Muzaffar和Kevin利用蛙跳算法求解組合優(yōu)化問題的優(yōu)越性，將其應(yīng)用到給水管網(wǎng)的參數(shù)優(yōu)化這類組合優(yōu)化問題中，并取得了較好的參數(shù)優(yōu)化效果。

2005年，A.de?Sa?Neto?and?V.J.M.F.Filho等人首次將仿真優(yōu)化方法成功地應(yīng)用于虛擬輸氣管道的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用模型求解中，虛擬輸氣管道主要是將CNG或LNG從儲(chǔ)罐輸送到偏遠(yuǎn)地區(qū)。實(shí)例計(jì)算表明該法在優(yōu)化成本效益上具有較大的優(yōu)越性，對(duì)尋找輸氣管道優(yōu)化問題的求解方法具有一定的借鑒作用。