一种基于人工萤火虫群优化算法的能源路由器更换时间优化配置方法技术

本发明专利技术公开了一种基于人工萤火虫群优化算法的能源路由器更换时间优化配置方法，本发明专利技术在可以自由预先设置设备最大更换时间间隔情况下，选取每台能源路由器向负荷供能的占比，以及能源路由器实际使用时长为决策变量，采用启发式的人工萤火虫群优化算法，该算法模仿自然界群体生活的生物的社会行为构造的随机搜索方法，将决策变量比喻为在解空间中移动的萤火虫，其亮度与自身所在位置的目标值有关，每个萤火虫向决策域中亮度更高的萤火虫移动，即向更优的位置移动，可在较小区域内得到该区域最优解，即满足设备更换时间间隔要求的能量传输总损耗最低值。本发明专利技术对于能源路由器的传输效率以及更换时间统一管理的研究推广具有重要科学意义和应用价值。

An Optimal Allocation Method of Energy Router Replacement Time Based on Artificial Firefly Swarm Optimization

The invention discloses an optimal allocation method of energy router replacement time based on artificial firefly swarm optimization algorithm. Under the condition that the maximum replacement time interval of equipment can be set freely in advance, the heuristic artificial firefly swarm optimization algorithm is adopted by selecting the proportion of each energy router supplying energy to the load and the actual use time of the energy router as decision variables. The algorithm imitates the random search method of social behavior construction of organisms living in natural groups, and compares decision variables to fireflies moving in solution space. The brightness of each firefly is related to the target value of its location. Each firefly moves to a brighter firefly in decision domain, i.e. to a better location. The optimal solution of this region can be obtained in a smaller region, i.e. in a smaller region. The lowest total loss of energy transmission that meets the requirement of equipment replacement time interval. The invention has important scientific significance and application value for the research and popularization of energy router transmission efficiency and unified management of replacement time.

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工萤火虫群优化算法的能源路由器更换时间优化配置方法
本专利技术属于能源互联网领域，尤其涉及一种基于人工萤火虫群优化算法的能源路由器更换时间优化配置方法。
技术介绍
近年来，能源问题已成为世界各国所需讨论解决的首要难题，世界各个国家及组织积极开展探究新型替代能源的技术。其中，可再生能源以其可再生、无污染的特点受到了高度重视。随着新能源技术的发展，并伴随着能源技术创新和互联网技术的深度融合的巨大潜力，诞生了“能源互联网”的宏观结构，该体系具有“多能互补，源网荷储”的统一多能互补协调的核心理念，不仅可以实现能源的“就地采集，原地存储，现场利用”功能，还可以作为具有数个完整功能的局域小型供电系统与电网互联。由于多种新型能源的加入，以及负荷对于能量需求形式的多样化，因此在网络中需要多种能源路由器，如电力变压器、微型燃气轮机、光伏发电装置等。由于发电区域通常环境恶劣，范围广，因此需要减少由于能量耗尽进行设备更换的频率，而且不同类型的能源路由器具有不同的总发电量限额，因此需要对不同的能源路由器进行使用时长的统一管理。同时，不同位置的能源路由器向负荷供能时对应不同的能量传输损耗，为了提高能量传输的效率，因此需要尽可能减少向负荷供电的总损耗。综合考虑能源路由器的更换时间统一管理，以及供能的总损耗，对能源互联网的配置具有较大的社会与经济意义。人工萤火虫群优化算法是一种应用广泛的启发式智能优化方法，来源于自然界中萤火虫的发光行为，是人工智能领域的重要分支，具有概念简单，需要调整的参数少，易于应用和实现等优点，具有极强的通用性，易于通过编程实现。
技术实现思路
在分布式发电中，能源类型的多样性以及负荷需求类型的多样性，使网络中存在多种能源路由器。能源路由器配置区域通常环境恶劣，范围广，而且均有总发电量的限制，且不同类型的能源路由器通常对应不同的总发电量限额。如果单一能源路由器长时间连续使用或过载运行，则该设备损耗速度快，使用时长缩短，如果对单一能源路由器减少运行频率或轻载运行，通过代价较小的维护可以使其实际使用时长延长。如果对分布式发电区域的能源路由器设备不进行更换时间的统一管理，工作人员便需要频繁地前往该区域进行设备的更换。同时，由于发电区域范围较广，不同位置的能源路由器向同一负荷供电时对应有不同的能量线损，减少能量的线损可以提升发电的效率。本专利技术综合考虑不同能源路由器的更换时间管理，以及能量传输的线损问题，在可以自由预先设置设备最大更换时间间隔情况下，选取每台能源路由器向负荷供能的占比，以及能源路由器实际使用时长为决策变量，采用启发式的人工萤火虫群优化算法，该算法模仿自然界群体生活的生物的社会行为构造的随机搜索方法，将决策变量比喻为在解空间中移动的萤火虫，其亮度与自身所在位置的目标值有关，亮度越高表示位置越好，即目标函数值越优。每个萤火虫向决策域中亮度更高的萤火虫移动，即向更优的位置移动。该算法具有较强的局部搜索能力，并可以在较小区域内得到该区域的最优解，即本专利技术中满足设备更换时间间隔要求的能量传输总损耗最低值，此时有最大的能量传输效率。本专利技术方法的具体实现包括以下步骤：(1)能源互联网中，由于发电形式的多样性以及负荷类型的多样性，分布式发电区域中存在多种类型的能源路由器，如电力变压器、微型燃气轮机、光伏发电装置等，将不同类型的能源路由器进行统一管理，获取所管理设备的剩余能量E(t)，表示为：其中，Ej(t)为设备j在时刻t的剩余能量，m为分布式发电区域待统一管理的总设备数；将m台设备的使用时长，即下次更换时间Tchange记为：其中，为设备j下次更换时间；预先设置m台设备的最大更换时间间隔Tinterval，则m台设备的最早更换时间Tf为：其中，Tter为m台设备的最晚更换时间，m台设备均需要在[Tf,Tter]时间段内进行更换；(2)获取能源互联网负荷端多个负荷的需求供电量L(t)，表示为：L(t)＝[L1(t),L2(t),...,Ln(t)]其中，Li(t)为负荷i在时刻t所需电量，n为负荷端的负荷总数；(3)每台能源路由器向负荷供电时具有不同的能量传输距离，对应不同的能量线损率，该分布式发电区域的能量线损率Hloss表示为：其中，Dji为设备j与负荷i的能量传输距离，δ为单位传输距离的能量损耗率；(4)当时刻t每台能源路由器单独向负荷供电时，所需发电量Ep(t)为：每台能源路由器所需发电量与自身剩余能量占比K为：(5)对于每个负荷，通常需要多个能源路由器同时向其供电，选取所需发电量与剩余能量占比最小，同时能量传输过程损耗最小的能源路由器向该负荷供能占比最大时，发电效率最高，同时便于设备更换时间的统一管理；在选取能源路由器向负荷供电时，综合考虑每台能量转换设备发电配比与实际使用时长两方面，其中发电配比需考虑该能量转换设备所需发电量与自身剩余能量占比，以及该能量转换设备供能的损耗与负荷大小比值两项因素；在t时刻对于某负荷i，首先考虑发电配比R(t,i)为：其中α为预先设置的第一项因素权重，则1-α为第二项因素权重；其次根据设备的实际使用时长对发电配比进行相应的调整，得到每台设备对负荷i的实际供能权重W(t,i)，表示为：(6)对于每个负荷，以每台能源路由器实际供能权重按反比例对其进行供能，即权重值越大，供能占比越小；能源路由器的实际供能Er(t)为：其中Erji(t)表示设备j在t时刻对负荷i的实际供能；(7)经过供能分配之后，得到每台设备剩余能量E(t+1)为：当某台设备j的剩余能量达到需要进行更换的最小剩余能量阈值，则需要对该台设备进行更换，获得该台设备的下次更换时间(8)将m台设备对n个负荷进行供能的总损耗作为目标函数，表示为：约束条件为：对每台设备j，应满足以下条件：其中，Pj(t)为设备j的输出功率，Pj(t)max为设备j的最大输出功率，通常为额定功率，Pj(t)min为设备j的最小输出功率；(9)采用启发式的人工萤火虫群优化算法求解目标函数，使能源路由器更换时间在预先设置的更换时间段内，能量传输总损耗达到最小；目标函数的求解过程具体如下：(9.1)以计算得出的发电配比作为初始配比，并选取能源路由器更换时间从Tf到Tter之间的随机数作为初始更换时间，两项初始值共同构成萤火虫i的初始位置xi(1)，根据初始位置xi(1)得到每个萤火虫荧光素初值l0；(9.2)设定萤火虫的规模n，每个萤火虫最大移动次数Q，初始化步长s、荧光素消失率ρ、荧光素更新率γ、决策域rd；(9.3)每个萤火虫i的当前位置为xi(k)，并计算荧光素值li(k)，表示为：li(k)＝(1-ρ)li(k-1)+γf(xi(k))其中，li(k-1)为萤火虫i上个位置时的荧光素值，f(xi(k))为萤火虫i对应的目标函数值；(9.4)每个萤火虫i在决策域半径内选择荧光素小于自身的个体，表示为：Ni(k)＝{j:||xj(k)-xi(k)||<rd；lj(k)<li(k)}其中，Ni(k)为萤火虫i的决策域半径内荧光素小于i的荧光素的个体集合，之后计算萤火虫i向Ni(k)集合中个体j移动的概率pij(t)，表示为：其中，N为Ni(k)集合中的个体数，萤火虫i向概率最大对应的个体j方向移动，更新位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于人工萤火虫群优化算法的能源路由器更换时间优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取能源互联网分布式发电区域中多种类型的能源路由器的剩余能量E(t)，表示为：

【技术特征摘要】
1.一种基于人工萤火虫群优化算法的能源路由器更换时间优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取能源互联网分布式发电区域中多种类型的能源路由器的剩余能量E(t)，表示为：其中，Ej(t)为设备j在时刻t的剩余能量，m为分布式发电区域待统一管理的总设备数；将m台设备的使用时长，即下次更换时间Tchange记为：其中，为设备j下次更换时间；预先设置m台设备的最大更换时间间隔Tinterval，则m台设备的最早更换时间Tf为：其中，Tter为m台设备的最晚更换时间，m台设备均需要在[Tf,Tter]时间段内进行更换；(2)获取能源互联网负荷端多个负荷的需求供电量L(t)，表示为：L(t)＝[L1(t),L2(t),...,Ln(t)]其中，Li(t)为负荷i在时刻t所需电量，n为负荷端的负荷总数；(3)每台能源路由器向负荷供电时具有不同的能量传输距离，对应不同的能量线损率，该分布式发电区域的能量线损率Hloss表示为：其中，Dji为设备j与负荷i的能量传输距离，δ为单位传输距离的能量损耗率；(4)当时刻t每台能源路由器单独向负荷供电时，所需发电量Ep(t)为：每台能源路由器所需发电量与自身剩余能量占比K为：(5)在选取能源路由器向负荷供电时，综合考虑每台能量转换设备发电配比与实际使用时长两方面，其中发电配比需考虑该能量转换设备所需发电量与自身剩余能量占比，以及该能量转换设备供能的损耗与负荷大小比值两项因素；在t时刻对于某负荷i，首先考虑发电配比R(t,i)为：其中α为预先设置的第一项因素权重，则1-α为第二项因素权重；其次根据设备的实际使用时长对发电配比进行相应的调整，得到每台设备对负荷i的实际供能权重W(t,i)，表示为：(6)对于每个负荷，以每台能源路由器实际供能权重按反比例对其进行供能，即权重值越大，供能占比越小；能源路由器的实际供能Er(t)为：其中Erji(t)表示设备j在t时刻对负荷i的实际供能；(7)经过供能分配之后，得到每台设备剩余能量E(t+1)为：当某台设备j的剩余能量达到需要进行更换的最小剩余能量阈值，则需要对该台设备进...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秦敏，刘广仑，范海东，冯时，陈积明，孙优贤，李清毅，周君良，关键，俞荣栋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33