[發明專利]一種冷藏集裝箱船功率平衡調度方法

有效

• 申請號: 201810318357.2
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108510207B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 肖金超;劉繼海;鄧淑敏;馮東英;魏三喜;程海梅
• 申請（專利權）人: 廣州中國科學院沈陽自動化研究所分所;中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/08;G06F30/27;G06N3/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌;陳燕嫻

1.一種冷藏集裝箱船功率平衡調度方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)對冷藏箱的溫度變化規律建立模型，由冷藏箱的歷史溫度數據確定其在制冷和不制冷情況下的溫度系數，確定這兩種情況下的溫度變化量與時間的關系表達式；

(2)對冷藏箱的工作狀態建立模型，將冷藏箱的兩種工作狀態用一個二值函數表示；

(3)對冷藏箱的功率建立模型，冷藏箱的功率由冷藏箱當前的工作狀態及冷藏箱的溫度確定，由冷藏箱的歷史溫度數據及輸入功率數據確定冷藏箱溫度，工作狀態及功率之間的關系式；

步驟(3)中，冷藏箱的功率由冷藏箱當前的工作狀態及冷藏箱的溫度確定，由冷藏箱的歷史溫度數據及輸入功率數據確定冷藏箱溫度，工作狀態及功率之間的關系式，從而實現對冷藏箱功率的計算，表示如下：

其中，a，T_u，T_d，T_c均為常數，T_c為環境溫度，T_u，T_d分別為冷藏集裝箱溫度的上、下界，S_i為冷藏箱當前狀態；

(4)對風機功率建立模型，冷藏集裝箱啟動制冷時，貨艙風機必須啟動，由此可得出冷藏箱狀態和風機功率的關系式；

(5)由冷藏箱和風機的總事實功率的歷史數據，設定冷藏箱的平衡功率的目標值為平均功率，采用遺傳算法來實現對冷藏箱和風機的調度，使得總事實功率值始終接近目標值；

步驟(5)中，由冷藏箱和風機的總事實功率的歷史數據，設定冷藏箱的平衡功率約等于總功率的均值P_avr，以求平均功率與總事實功率差值的絕對值的最小值為目標函數，從而求出最接近平均功率的總事實功率，假設平均功率P_avr的值為最大制冷功率P_zmax的1/3，總事實功率由兩部分功率組成，一是各冷藏箱功率之和，二是各風機功率之和，在某時刻t時，目標函數可表示如下：

式中，P_avr表示平均功率，n為冷藏箱的個數，P_i是各冷藏箱的功率，其中i＝1,2,…n，l表示風機個數，P_f為風機功率。

2.根據權利要求1所述冷藏集裝箱船功率平衡調度方法，其特征在于，步驟(1)中，在制冷和不制冷情況下溫度變化量與時間的關系表達式如下：

ΔT₁＝k*(T₁-T₂)*Δt

ΔT₂＝b*(T₁-T₂)*Δt

其中，T₁為箱外溫度，T₂為箱內溫度，b為不制冷時箱內溫升系數，k為制冷時箱內溫降系數，ΔT是溫度的變化量。

3.根據權利要求1所述冷藏集裝箱船功率平衡調度方法，其特征在于，步驟(2)中，冷藏箱的工作溫度在設定范圍之內，當冷藏箱溫度越過臨界點的值時，冷藏箱的狀態會發生改變，即冷藏箱會根據箱內的溫度自動改變狀態，在該模型中，將冷藏箱i的工作狀態表示如下：

S_i為一個二值函數，用于表示冷藏箱的狀態。

4.根據權利要求1所述冷藏集裝箱船功率平衡調度方法，其特征在于，步驟(4)中，冷藏集裝箱船上會開啟風機為工作中的冷藏箱散熱，以滿足冷藏箱的制冷需求，設船上配有的風機總數為l，設一臺貨艙風機負責給x個冷藏集裝箱進行散熱，因冷藏集裝箱啟動制冷時，貨艙風機必須啟動，故風機工作狀態模型可表示如下：

S_f是一個二值函數，用于表示風機的工作狀態，S_ji表示各冷藏箱的工作狀態，其中，j＝1,2,…l；i＝1,2,…x。

5.根據權利要求1所述冷藏集裝箱船功率平衡調度方法，其特征在于，步驟(5)中，所述采用遺傳算法來實現對冷藏箱和風機的調度，包括下述步驟：

(5-1)種群初始化和個體編碼：通過編碼把所求問題的可行解表示成遺傳空間中的染色體和個體，將各個冷藏箱的工作狀態組成一個二進制序列，作為種群中的一個個體，初始化一個大小為N，個體長度為n的種群，n即為冷藏箱個數，此二進制序列剛好滿足遺傳算法中的二進制編碼方式；

(5-2)選擇：計算每個個體的目標函數值，并按照目標函數值從小到大的順序來分配適應度值，基于適應度值的大小計算出種群中各個體被選擇的概率，從而篩選個體，個體i被選擇的概率為：

其中，F_i為個體i的適應度值；NIND為種群個體數目；

(5-3)交叉和變異：交叉是指從種群中隨機選擇兩個個體，通過兩個個體基因的交換組合，從而產生新的優秀個體，變異是指從種群中隨機選取一個個體，選擇個體中的一點進行變異以產生更優的個體，對于二值碼串來說，變異就是把某個/某些位置上的基因值取反，冷藏箱在狀態確定之后不能進行隨機重組和變異改變狀態，這可能會導致某些冷藏箱內貨物變質，故在這一步中，那些必須強制狀態的冷藏箱的狀態不予改變；

(5-4)迭代找出最優的個體：找出使總事實功率最接近目標值的個體，每代都通過上述(5-1)～(5-3)來對冷藏箱狀態進行調度，使冷藏箱總事實功率始終接近目標值。