【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海上风力发电领域，尤其涉及一种海上风机检修路径规划方法。
技术介绍
1、近年来，我国海上风力发电行业快速发展，预计我国海上风力发电在2030年将达到100gw，我国海上风机数量将呈爆发式增长。海上风电场在运行期间需要运维人员乘坐检修船定期对风机进行保养和检修。一方面，海上风力发电场的规模不断提升，风场中风机数量不断增多，因此风机检修路径变得更加复杂，依靠经验制定检修路径很难选择最优检修路径。另一方面，随着国家对风力发电补贴政策退出，海上风力发电迎来了平价上网的新时代，如何降低海上风力发电场的运行维护成本已经成为行业关注的重点问题。如何在最短时间内到达各个待维修风机处，对缩短风机维修时间、减少风机停机时间、提升发电效率具有重要的作用。在实际生产运行过程中，每台待检修风机的紧急程度不同，因此不能仅考虑检修路程最短，还应考虑待检修风机优先级，确定最优检修路径。当前依靠人工经验选择风机检修路径难以在保证紧急程度高的风机优先被检修的前提下寻找到最优检修路径，
2、遗传算法凭借其快速寻优能力被广泛应用于各种优化领域。遗传算法编码结构简单，容易实现，并且可以针对不同问题设定合适的优化参数。针对海上风机检修路径优化问题，根据风机数量不同、各个风机位置不同，可以灵活调整优化算法的算子，并且可以根据实际情况，对优化算法进行混合改进，改善算法的全局寻优能力和局部寻优能力。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种海上风机检修路径规划方法，以解决当前依靠人工经验选择风机
2、为达到上述目的，本专利技术提供一种海上风机检修路径规划方法，该方法包含以下步骤：
3、步骤1、根据优化目标建立优化模型，设置码头为检修路径的起始点和终止点，输入码头和待检修风机的坐标信息形成集合v；输入每台待检修风机的状态，本专利技术将待检修风机的状态分为两种，紧急状态表示应当优先巡检该风机，非紧急状态表示只有紧急状态风机巡检完毕，方可巡检非紧急状态风机；
4、步骤2、计算码头与各风机之间的距离、各风机之间的距离，形成距离矩阵d；
5、步骤3、对种群进行初始化，根据待检修风机的个数n，随机生成若干条染色体ai，每条染色体表示一种检修路径。每条染色体的第一位基因和最后一位基因都为码头编号，表示码头为检修路径的起始点和终止点；每条染色体中其他基因的数字表示风机的编号；
6、步骤4、设风机检修路径总距离的倒数作为适应度函数fit；
7、步骤5、根据fit计算每条染色体的适应度以及每条染色体被选择的概率；
8、步骤6、对种群中染色体适应度最高的个体不进行任何操作，直接保留至下一代种群中；
9、步骤7、判断当前迭代情况，若处于迭代前期，则选择片段交叉方式；若处于迭代后期，选择点交叉方式；
10、步骤8、根据每条染色体的适应度设置自适应变异概率，并对选中的染色体进行变异操作；
11、步骤9、设置选择策略，选择部分染色体参与天牛须搜素算法；
12、步骤10、迭代次数增加一次，并判断是否满足迭代终止条件，若不满足迭代终止条件，返回步骤5继续执行算法；若满足迭代条件，则输出种群中适应度最高的染色体，并对该染色体解码，该染色体即为本次优化的最优检修路径，算法结束。
13、优选的，所述步骤1中问题模型概述为：检修船从码头出发，判断待检修风机的紧急程度，优先到达紧急程度高的风机处，待紧急程度高的风机检修完毕后，前往紧急程度低的风机，要求每个待巡检风机检查一遍，并且最后返回码头，使得巡检路程最短。
14、优选的，所述步骤1中集合v表示为：
15、v＝{0xy,1xy,2xy...nxy},n∈n
16、其中，0表示码头的编号；1至n表示待检修风机的编号；x,y分别表示码头和风机横纵坐标；n表示待检修风机的总数。
17、优选的，所述步骤2中距离矩阵d表示为：
18、
19、其中，dij表示i号风机到j号风机之间的距离，提前生成距离矩阵d，为后续染色体适应度计算提供方便，避免重复计算，提升算法效率。各坐标之间的距离采用二维空间欧式距离：
20、
21、优选的，所述步骤3中本专利技术对染色体编码采用实数编码，染色体长度为n+2，染色体第一位基因和最后一位基因均为0，表示检修路径的出发点和终止点为码头。根据风机紧急程度不同，将染色体分为两部分：紧急状态的风机位于染色体前部，表示优先前往处于紧急状态的风机，染色体中每个基因的数值表示风机编号。
22、优选的，所述步骤3中根据待检修风机的个数对种群进行初始化。随机生成若干个分配方案，每条染色体表示一种可行解。初始化染色体的个数与待检修风机个数相适应，种群的体初始化采用随机生成可行解的方式，使得可行解的分布尽可能广泛，保证种群多样性。在种群初始化阶段，需要设置初始化方法，保证随机生成染色体合法性。具体方法为：根据风机紧急状态不同，首先将紧急状态风机挑选出来，随机打乱紧急状态风机的顺序，放入染色体前半部分，其余非紧急状态风机随机打乱顺序，放入染色体的后半部分。在后续的所有操作中，禁止前半部分染色体中的基因与后半部分染色体的基因交叉，确保每步操作后，染色体均为可行解。
23、优选的，所述步骤4中设置优化目标，由于本专利技术在于优化风机检修路径，使得检修路径距离最短，因此将检修路径距离的倒数作为优化目标，目标函数:
24、
25、其中，表示风机i到风机j的距离；表示码头到第一台待检修风机的距离；
26、表示最后一台待检修风机到码头的距离。
27、优选的，所述步骤5中根据目标函数计算种群中每条染色体被选中的概率，本专利技术根据染色体的适应度确定每条染色体被选中概率，即：将所有染色体的适应度相加得到适应度总和，分别计算每条染色体的适应度与适应度总和的比值，该比值即为每条染色体被选择的概率。
28、优选的，所述步骤6中采用精英解保留策略具体操作方法：在每一次迭代的交叉变异等操作前，选择种群最优的染色体，不进行交叉变异操作，直接替换种群中适应度最低的染色体，有效保护优质解。
29、优选的，所述步骤7中通过判断种群中最优解变化情况选择不同的染色体交叉方式：记录种群每次迭代后种群中最优解，当种群中最优解超过阈值规定的连续迭代次数(比如50次)没有变化，则采用点交叉的方式，提升算法的局部寻优能力；反之，采用片段交叉方式，提升算法收敛速度。通过改进的交叉方式得到子代染色体，比较子代染色体和父代染色体的适应度，当子代染色体的适应度大于父代染色体，则用子代染色体替代父代染色体，否则，保留父代染色体。
30、优选的，所述步骤8中根据染色体的适应度大小，自适应设置每条染色体的变异概率p：当染色体适应本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤1中问题模型概述为：检修船从码头出发，判断待检修风机的紧急程度，优先到达紧急程度高的风机处，待紧急程度高的风机检修完毕后，前往紧急程度低的风机，要求每个待巡检风机检查一遍，并且最后返回码头，使得巡检路程最短；
3.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤3中本专利技术对染色体编码采用实数编码，染色体长度为N+2，染色体第一位基因和最后一位基因均为0，表示检修路径的出发点和终止点为码头。根据风机紧急程度不同，将染色体分为两部分：紧急状态的风机位于染色体前部，表示优先前往处于紧急状态的风机，染色体中每个基因的数值表示风机编号。
4.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤3中根据待检修风机的个数对种群进行初始化；随机生成若干个分配方案，每条染色体表示一种可行解；初始化染色体的个数与待检修风机个数相适应，种群的体初始化采用随机生成可行解的方式，使得可行解的分布尽可能
5.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤4中设置优化目标，由于本专利技术在于优化风机检修路径，使得检修路径距离最短，因此将检修路径距离的倒数作为优化目标，目标函数:
6.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤5中根据目标函数计算种群中每条染色体被选中的概率，根据染色体的适应度确定每条染色体被选中概率，即：将所有染色体的适应度相加得到适应度总和，分别计算每条染色体的适应度与适应度总和的比值，该比值即为每条染色体被选择的概率。
7.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤6中采用精英解保留策略具体操作方法：在每一次迭代的交叉变异等操作前，选择种群最优的染色体，不进行交叉变异操作，直接替换种群中适应度最低的染色体，有效保护优质解。
8.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤7中通过判断种群中最优解变化情况选择不同的染色体交叉方式：记录种群每次迭代后种群中最优解，当种群中最优解超过阈值规定的连续迭代次数没有变化，则采用点交叉的方式，提升算法的局部寻优能力；反之，采用片段交叉方式，提升算法收敛速度。通过改进的交叉方式得到子代染色体，比较子代染色体和父代染色体的适应度，当子代染色体的适应度大于父代染色体，则用子代染色体替代父代染色体，否则，保留父代染色体。
9.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤8中根据染色体的适应度大小，自适应设置每条染色体的变异概率p：当染色体适应度较高时，其对应的变异概率较小；当染色体适应度较低时，其对应变异概率较大；自适应设置每条染色体不同变异概率，有效改善算法陷入局部最优解的情况。
10.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤9中随机选择种群中的染色体进行天牛须局部搜索：将染色体看作天牛个体，假设天牛左右两须到天牛中心的距离相等，某个可行解的当前位置为X＝(X1，X2，X3，…，Xn)，则算法左右两须的位置计算公式：
...【技术特征摘要】
1.一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤1中问题模型概述为：检修船从码头出发，判断待检修风机的紧急程度，优先到达紧急程度高的风机处，待紧急程度高的风机检修完毕后，前往紧急程度低的风机，要求每个待巡检风机检查一遍，并且最后返回码头，使得巡检路程最短；
3.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤3中本发明对染色体编码采用实数编码，染色体长度为n+2，染色体第一位基因和最后一位基因均为0，表示检修路径的出发点和终止点为码头。根据风机紧急程度不同，将染色体分为两部分：紧急状态的风机位于染色体前部，表示优先前往处于紧急状态的风机，染色体中每个基因的数值表示风机编号。
4.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤3中根据待检修风机的个数对种群进行初始化；随机生成若干个分配方案，每条染色体表示一种可行解；初始化染色体的个数与待检修风机个数相适应，种群的体初始化采用随机生成可行解的方式，使得可行解的分布尽可能广泛，保证种群多样性；在种群初始化阶段，需要设置初始化方法，保证随机生成染色体合法性；具体方法为：根据风机紧急状态不同，首先将紧急状态风机挑选出来，随机打乱紧急状态风机的顺序，放入染色体前半部分，其余非紧急状态风机随机打乱顺序，放入染色体的后半部分；在后续的所有操作中，禁止前半部分染色体中的基因与后半部分染色体的基因交叉，确保每步操作后，染色体均为可行解。
5.如权利要求1所述的一种海上风机检修路径规划方法，其特征在于，所述步骤4中设置优化目标，由于本发明在于优化风机检修路径，使得检修路径距离最短，因此将检修路径距离的倒数作为优化目标，目标函数:
6.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：王随园，黄昱，李梦霞，徐明华，马博，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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