[發(fā)明專利]一種基于人工螢火蟲群優(yōu)化算法的計(jì)及產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)使用壽命的產(chǎn)能分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811331371.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN109190860B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊秦敏;劉廣侖;范海東;馮時(shí);陳積明;孫優(yōu)賢;李清毅;周君良;關(guān)鍵;俞榮棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06N3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種基于螢火蟲群優(yōu)化算法的計(jì)及產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)使用壽命的產(chǎn)能分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)獲取能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)能區(qū)域多種能源形式的產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)的編號(hào)M表示為：

其中，n為該產(chǎn)能區(qū)域的產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)數(shù)量，產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻t可發(fā)功率P表示為：

其中，P_i(t)為產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)i在時(shí)刻t的可發(fā)功率；

(2)將產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)的壽命損耗率γ_P與運(yùn)行功率的關(guān)系設(shè)置為指數(shù)模型，表示為：

其中，γ₀為該節(jié)點(diǎn)沒有運(yùn)行時(shí)的自然損耗率，b為待擬合常數(shù)，P為實(shí)際功率，P_n為額定功率；

引入關(guān)于使用時(shí)間的修正系數(shù)γ_t，設(shè)置為分段函數(shù)模型，表示為：

其中，T_n為節(jié)點(diǎn)始終處于額定功率下的使用壽命，則修正之后的節(jié)點(diǎn)總壽命損耗率γ(P,t)表示為：

γ(P,t)＝γ_P·γ_t

當(dāng)節(jié)點(diǎn)始終處于滿載狀態(tài)，即額定功率運(yùn)行狀態(tài)下，壽命損耗率γ(P,t)由1下降至閾值α?xí)r無法繼續(xù)使用，滿足：

每個(gè)節(jié)點(diǎn)有其對(duì)應(yīng)的α,T_n,γ₀值，由此擬合出節(jié)點(diǎn)損耗率模型中的b值；

當(dāng)節(jié)點(diǎn)分別處于過載、滿載與輕載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，壽命損耗率γ(P,t)同樣在下降至閾值α?xí)r無法繼續(xù)使用，則節(jié)點(diǎn)實(shí)際運(yùn)行壽命T滿足條件：

其中，T₁,T₂,T₃為節(jié)點(diǎn)分別在過載、滿載、輕載運(yùn)行狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)間，由此條件分配T₁,T₂,T₃值，即節(jié)點(diǎn)處于不同運(yùn)行狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間；

在產(chǎn)能分配中，每個(gè)產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身壽命損耗率的模型控制其處于過載、滿載及輕載運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間，不同的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的產(chǎn)能性能，通過建立模糊規(guī)則表示與使用時(shí)間相關(guān)的性能系數(shù)W_age，模糊規(guī)則的應(yīng)用如下表示：

(3)獲取能源互聯(lián)網(wǎng)中不同能源類型負(fù)荷的功率需求，表示為：

P_L(t)＝[P_L1(t),P_L2(t),...,P_Ls(t)]

其中，s為負(fù)荷總數(shù)，P_Lj(t)為負(fù)荷j在t時(shí)刻所需功率；每個(gè)產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)向多個(gè)負(fù)荷進(jìn)行供能，產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)i向s個(gè)負(fù)荷進(jìn)行供能的分配表示為：

其中，α_ij為產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)i向負(fù)荷j發(fā)送功率與自身可發(fā)最大功率的百分比，滿足條件α_i1+α_i2+...+α_is≤1；

(4)產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)向負(fù)荷供能時(shí)首先需要將自身的能源類型轉(zhuǎn)換為負(fù)荷需求的能源類型，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率η_c表示為：

其中，為產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)i的能源類型轉(zhuǎn)換為負(fù)荷j所需能源類型轉(zhuǎn)換的效率；

產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)將能源類型轉(zhuǎn)換為負(fù)荷需求的能量類型之后，在向負(fù)荷傳輸過程會(huì)造成能量的損耗，傳輸效率η_t表示為：

其中，D_ij為產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)i與負(fù)荷j的能量傳輸距離，δ_j為負(fù)荷j所需能量類型對(duì)應(yīng)的單位傳輸距離的能量損耗率；

(5)獲取不同能源類型各自的實(shí)時(shí)價(jià)格C(t)，表示為：

其中，C_i(t)為產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)i對(duì)應(yīng)能源類型在t時(shí)刻的實(shí)時(shí)價(jià)格，能源類型相同的產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)價(jià)格相同，將實(shí)時(shí)價(jià)格C_i(t)歸一化至0到1之間的系數(shù)表示為：

(6)不同能源類型產(chǎn)能時(shí)對(duì)環(huán)境的影響不同，使用模糊規(guī)則對(duì)環(huán)境效益系數(shù)W_en進(jìn)行評(píng)估，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的環(huán)境效益定義為高，天然氣產(chǎn)能的環(huán)境效益定位為正常，火力發(fā)電的環(huán)境效益定義為低，模糊規(guī)則的應(yīng)用如下：

(7)在產(chǎn)能分配中綜合考慮產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)使用壽命、能量轉(zhuǎn)換效率、能量傳輸效率、能源實(shí)時(shí)價(jià)格以及環(huán)境效益五項(xiàng)因素來進(jìn)行產(chǎn)能的分配，五項(xiàng)因素的考慮權(quán)重W表示為：

W＝[w₁,w₂,w₃,w₄,w₅]

其中，w_k表示第k項(xiàng)因素的權(quán)重，滿足w₁+w₂+w₃+w₄+w₅＝1；

(8)對(duì)于負(fù)荷j，在t時(shí)刻每個(gè)產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)向其供能的占比β(t)表示為：

β_j(t)＝[β_1j(t),β_2j(t),...,β_nj(t)]

其中，β_ij(t)為t時(shí)刻產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)i向負(fù)荷j供能與負(fù)荷所需能量的占比，滿足β_1j+β_2j+...+β_nj＝1，則t時(shí)刻向負(fù)荷j供能分配方案的性能指標(biāo)為：

目標(biāo)函數(shù)為在時(shí)間周期T_duration內(nèi)所有負(fù)荷的性能指標(biāo)之和，表示為：

目標(biāo)函數(shù)越大，對(duì)應(yīng)的分配方案越好，約束條件為：

對(duì)任意負(fù)荷j，都有

其中，n_j為向負(fù)荷j進(jìn)行供能的產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，P_ij為產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)i向負(fù)荷j供能的實(shí)際功率，滿足條件：

其中，為產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)i向負(fù)荷j供能時(shí)所發(fā)最大功率，滿足：

(9)采用啟發(fā)式的人工螢火蟲群優(yōu)化算法求解目標(biāo)函數(shù)，獲取最佳產(chǎn)能分配方案，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)向每個(gè)負(fù)荷進(jìn)行供能的功率與自身所發(fā)最大功率的占比；目標(biāo)函數(shù)的求解過程具體如下：

(9.1)選取滿足約束條件的每個(gè)節(jié)點(diǎn)向每個(gè)負(fù)荷進(jìn)行供能的功率與自身所發(fā)最大功率的占比為初始占比，該初始占比構(gòu)成螢火蟲a的初始位置x_a(1)，求解此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)值作為該螢火蟲的熒光素初值l₀；

(9.2)設(shè)定螢火蟲的規(guī)模b，每個(gè)螢火蟲最大移動(dòng)次數(shù)Q，初始化步長S、熒光素消失率ρ、熒光素更新率γ、決策域r_d；

(9.3)每個(gè)螢火蟲a的當(dāng)前位置為x_a(k)，并計(jì)算熒光素值l_a(k)，表示為：

l_a(k)＝(1-ρ)l_a(k-1)+γf(x_a(k))

其中，l_a(k-1)為螢火蟲a上個(gè)位置時(shí)的熒光素值，f(x_a(k))為螢火蟲a對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值；

(9.4)每個(gè)螢火蟲a在決策域半徑內(nèi)選擇熒光素小于自身的個(gè)體，表示為：

N_a(k)＝{c:||x_c(k)-x_a(k)||＜r_d；l_c(k)＜l_a(k)}

其中，N_a(k)為螢火蟲a的決策域半徑內(nèi)熒光素小于a的熒光素的個(gè)體集合，之后計(jì)算螢火蟲a向N_a(k)集合中個(gè)體c移動(dòng)的概率p_ac(t)，表示為：

其中，N為N_a(k)集合中的個(gè)體數(shù)，螢火蟲a向概率最大對(duì)應(yīng)的個(gè)體c方向移動(dòng)，更新位置為x_a(k+1)，表示為：

其中，x_c(k)為個(gè)體c的當(dāng)前位置；

(9.5)令k＝k+1，返回步驟(9.3)，直到達(dá)到設(shè)定的最大移動(dòng)次數(shù)Q時(shí)，停止移動(dòng)，得到螢火蟲的最佳位置，即最佳分配方案。