一种面向大型发电集团的煤炭运输规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向大型发电集团的煤炭运输规划方法及系统，方法包括：以采购

【技术实现步骤摘要】
一种面向大型发电集团的煤炭运输规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及煤炭运输规划
，具体涉及一种面向大型发电集团的煤炭运输规划方法及系统。

技术介绍

[0002]煤炭的成本控制及合理配送是大型发电集团发展的关键。以某集团为例，2012年煤炭采购费用约为300亿元以上；运输费用约为20亿元左右；因不可控因素及运输安排不合理所带来的滞期费用约为7000万元左右。因此，大型发电企业如何在满足电厂安全生产的前提下，兼顾船运公司利益，避免不合理的煤炭采购
‑
运输计划，以节约煤炭总成本成为值得研究的问题。
[0003]上述实际问题主要包含三方面协调优化：采购优化、运输优化、库存管理。已有的综合考虑采购
‑
运输
‑
库存管理的方法中，相关研究已建立了较好的整体优化模型框架，解决了煤炭配比、码头最大靠泊吨位限制等问题，但现有模型与实际情况仍存在一定差距，主要表现在：1)通常假设运载工具类型较少且可用数目足够大，该假设与船队中船型构成多样化的实际情况多有出入；2)通常忽略航行时间，该假设与海运运输时间较长的特点相违背；3)未考虑电厂码头可靠泊船舶数目，该假设不符合电厂码头泊位数目较少的现实情况。若不考虑该约束，则可能会因集中派船引起电厂码头拥堵，由此增加的船舶等泊时间会带来不必要的滞期费用。另外，从方法角度讲，现有研究主要采用整体建模思想，利用混合整数规划已有算法或MDP(Markov Decision Process)动态规划方法求解，其中混合整数规划模型的规模往往较大，导致求解复杂，很难在合理时间内得到问题的可行解。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种面向大型发电集团的煤炭运输规划方法及系统，该方法所得航运计划可以较好地指导船舶调度，在保障安全生产的同时，减少卸港次数，避免卸港码头拥堵等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术手段：
[0006]本专利技术第一方面是提供一种面向大型发电集团的煤炭运输规划方法，包括：
[0007]以采购
‑
调运历史数据构建煤炭月前的采购
‑
调运协调优化优化模型，以船舶使用数目及船舶载重量利用率的关系建立大规模船舶统一排班模型，基于上层采购
‑
调运协调优化优化模型和下层大规模船舶统一排班模型为基础构建采购
‑
运输
‑
库存管理两层优化模型；
[0008]采用线性规划算法求解上层采购
‑
调运协调优化模型，输出调度周期内的总采购量计划及总运量计划；
[0009]获取当前时刻电厂码头系统状态量，所述电厂码头系统状态量包括：剩余煤炭运输任务量信息、船舶状态信息表、电厂码头库存信息表、库存警戒时间信息表、可用泊位数目信息表；基于所述总采购量计划及总运量计划及所述电厂码头系统状态量，采用贪婪算
法求解下层大规模船舶统一排班模型，输出船舶优化排班计划。
[0010]作为本专利技术进一步改进，所述上层采购
‑
调运协调优化优化模型包括：
[0011]A.以煤炭采购费用及运输费用之和最小构建目标函数
[0012][0013]B.购买量平衡约束
[0014][0015]C.需求量平衡约束
[0016][0017]D.供应商相关约束
[0018]1)最大购买量约束
[0019][0020]2)购买比例约束
[0021][0022]E.决策量约束
[0023][0024][0025]式中，下标m表示装港港口编号1
…
M，下标n表示卸港码头编号1
…
N，下标s表示供应商编号1
…
S，下标l表示煤炭种类1
…
L；常量表示煤炭采购单价，常量表示海运运输单价，常量表示煤炭需求量，常量表示采购量上限，常量α
s
表示购买比例上限；变量表示调度周期内煤炭采购量，变量表示调度周期内煤炭运输量。
[0026]作为本专利技术进一步改进，所述下层大规模船舶统一排班模型包括：
[0027]A.目标函数
[0028][0029][0030]B.运量计划约束
[0031][0032]C.码头库存状态转移
[0033][0034][0035]D.码头安全库存约束
[0036][0037]E.码头物理约束
[0038]1)码头泊位数目约束
[0039][0040]2)船舶最大靠泊吨位约束
[0041][0042]F.船舶最大载重量约束
[0043][0044]G.船舶排班计划变量约束
[0045]x
t,m,n,v
＝f(x
1,m',n',v
,x
2,m',n',v
...,x
t
‑
1,m',n',v
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0046]H.决策量约束
[0047]x
t,m,n,v
＝0 or 1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0048][0049]其中，下标t表示离散时段1
…
T，下标v表示船舶编号1
…
V；常量表示初始库存量，常量表示库存量上/下限，常量d
t,n,l
表示煤炭消耗量，常量表示卸港码头船舶卸载时间，常量表示卸港码头泊位数目，常量表示船舶最大载重量，常量表示卸港码头最大靠泊吨位；变量表示t时段末煤炭库存量，变量x
t,m,n,v
表示船舶排班计划变量，x
t,m,n,v
＝1时，表示t时段末，安排船舶v至航线(m
‑
n)，x
t,m,n,v
＝0，表示t时段末，未安排船舶v至航线(m
‑
n)，变量表示t时段末，安排船舶v至航线(m
‑
n)运输第l种煤炭的煤炭装载量；函数f(x
1,m',n',v
,x
2,m',n',v
...,x
t
‑
1,m',n',v
)表示当前船舶排班计划变量是所有历史船舶排班计划变量的函数。
[0050]作为本专利技术进一步改进，所述采用贪婪算法求解下层大规模船舶统一排班模型，输出船舶优化排班计划，具体包括：
[0051]S3.1根据所述总采购量计划及总运量计划:总运输计划电厂码头初始库存量及电厂码头泊位数目初始化各信息表，具体包括：剩余煤炭运输任务量信息表，船舶状态信息表，电厂码头库存信息表，库存警戒时间信息表，可用泊位数目信息表，具体如下：
[0052]剩余煤炭运输任务量信息表
[0053]船舶状态信息表S
v,t
＝1(21)
[0054]电厂码头库存信息表
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向大型发电集团的煤炭运输规划方法，其特征在于，包括：以采购
‑
调运历史数据构建煤炭月前的采购
‑
调运协调优化优化模型，以船舶使用数目及船舶载重量利用率的关系建立大规模船舶统一排班模型，基于上层采购
‑
调运协调优化优化模型和下层大规模船舶统一排班模型为基础构建采购
‑
运输
‑
库存管理两层优化模型；采用线性规划算法求解上层采购
‑
调运协调优化模型，输出调度周期内的总采购量计划及总运量计划；获取当前时刻电厂码头系统状态量，所述电厂码头系统状态量包括：剩余煤炭运输任务量信息、船舶状态信息表、电厂码头库存信息表、库存警戒时间信息表、可用泊位数目信息表；基于所述总采购量计划及总运量计划及所述电厂码头系统状态量，采用贪婪算法求解下层大规模船舶统一排班模型，输出船舶优化排班计划。2.根据权利要求1所述的面向大型发电集团的煤炭运输规划方法，其特征在于，所述上层采购
‑
调运协调优化优化模型包括：A.以煤炭采购费用及运输费用之和最小构建目标函数B.购买量平衡约束C.需求量平衡约束D.供应商相关约束1)最大购买量约束2)购买比例约束E.决策量约束E.决策量约束式中，下标m表示装港港口编号1
…
M，下标n表示卸港码头编号1
…
N，下标s表示供应商编号1
…
S，下标l表示煤炭种类1
…
L；常量表示煤炭采购单价，常量表示海运运输单价，常量表示煤炭需求量，常量表示采购量上限，常量α
s
表示购买比例上限；变量表示调度周期内煤炭采购量，变量表示调度周期内煤炭运输量。3.根据权利要求1所述的面向大型发电集团的煤炭运输规划方法，其特征在于，所述下层大规模船舶统一排班模型包括：A.目标函数
B.运量计划约束C.码头库存状态转移C.码头库存状态转移D.码头安全库存约束E.码头物理约束1)码头泊位数目约束2)船舶最大靠泊吨位约束F.船舶最大载重量约束G.船舶排班计划变量约束x
t,m,n,v
＝f(x
1,m',n',v
,x
2,m',n',v
...,x
t
‑
1,m',n',v
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)H.决策量约束x
t,m,n,v
＝0 or 1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)其中，下标t表示离散时段1
…
T，下标v表示船舶编号1
…
V；常量表示初始库存量，常量表示库存量上/下限，常量d
t,n,l
表示煤炭消耗量，常量表示卸港码头船舶卸载时间，常量表示卸港码头泊位数目，常量表示船舶最大载重量，常量表示卸港码头最大靠泊吨位；变量表示t时段末煤炭库存量，变量x
t,m,n,v
表示船舶排班计划变量，x
t,m,n,v
＝1时，表示t时段末，安排船舶v至航线(m
‑
n)，x
t,m,n,v
＝0，表示t时段末，未安排船舶v至航线(m
‑
n)，变量表示t时段末，安排船舶v至航线(m
‑
n)运输第l种煤炭的煤炭装载量；函数f(x
1,m',n',v
,x
2,m',n',v
...,x
t
‑
1,m',n',v
)表示当前船舶排班计划变量是所有历史船舶排班计划变量的函数。
4.根据权利要求1所述的面向大型发电集团的煤炭运输规划方法，其特征在于，所述采用贪婪算法求解下层大规模船舶统一排班模型，输出船舶优化排班计划，具体包括：S3.1根据所述总采购量计划及总运量计划:总运输计划电厂码头初始库存量及电厂码头泊位数目初始化各信息表，具体包括：剩余煤炭运输任务量信息表，船舶状态信息表，电厂码头库存信息表，库存警戒时间信息表，可用泊位数目信息表，具体如下：剩余煤炭运输任务量信息表船舶状态信息表S
v,t
＝1(21)电厂码头库存信息表库存警戒时间信息表可用泊位数目信息表其中，变量表示t时段末电厂码头n的可用泊位数目，用于防止电厂码头拥堵，T
m,n
表示航线(m
‑
n)的航行时间；S3.2读取t时刻可用船舶信息表、剩余煤炭运输任务量信息表、电厂码头库存信息表、库存警戒时间信息表、可用泊位数目信息表；判断是否存在可用船舶，如果存在可用船舶，则计算可安排运输任务的航线集合H
t
，否则令t＝t+1，重新执行该步骤；其中，集合H
t
表示t时段末可安排运输任务的航线集合，任意元素表示t时段末可安排任务的航线(m,n...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞瑞，董皎皎，高峰，吴江，赖菲，代世豪，管晓宏，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：