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申请/专利权人：广西大学

摘要：本发明提出一种商业楼宇电能能量交换的分布式多目标优化方法。本发明所提方法借鉴博弈论，将所有商业楼宇电能能量交换的优化问题全部整合并转化为单一优化问题；本发明所提方法引入拓扑分离法，将区域商业楼宇电能能量交换区域分割处理；本发明所提方法将非洲秃鹫优化方法和交替方向乘子法用于优化方法中，增强找到最优解的准确性；本发明所提方法将一致性优化方法用于优化方法中，加快迭代速度；本发明所提方法包含勘探和开发两个搜索部分。本发明所提方法能解决商业楼宇电能能量交换中的信息共享和节约能源问题，实现商业楼宇之间的直接电能能量交换功能，优化电能能量交换模式，提高分布式发电设备的利用效率。

主权项：1.一种商业楼宇电能能量交换的分布式多目标优化方法，其特征在于，将非洲秃鹫优化方法、交替方向乘子法和一致性优化方法进行结合，用于分布式多目标优化方法的控制，具有提高寻找最优解准确性和加快迭代速度的功能，能够更精准地实现商业楼宇电能能量交换的优化，使能量交换过程更加简便高效，同时提升分布式发电设备的利用效率；在使用过程中的步骤为：步骤1：构建基于博弈论的商业楼宇电能能量交换模型，设置商业楼宇电能能量交换 设备被控对象迭代变量和被控对象最大迭代次数,并初始化； 目标函数为： 1 其中， 2 3 4 5 6 式中，表示当商业楼宇之间能进行电能能量交换相较于不能进行电能能量交换所节 省的成本的倒数；和表示商业楼宇的编号；为商业楼宇总数；表示所有之间的累 乘；表示从到求和；表示当商业楼宇之间不能进行电能能量交换时，商业楼宇 的最低总运行成本；表示当商业楼宇之间能进行电能能量交换时，商业楼宇的总运 行成本；表示当商业楼宇之间不能进行电能能量交换时，商业楼宇的总运行成本；为第栋商业楼宇的微型燃气轮机时段的燃料费用；为时段燃料电池的燃料成 本；表示在时刻楼宇与配电网交互成本；和分别表示在时刻商业楼宇 向售电公司购买的和出售给售电公司的电能；和分别表示在时刻配电网的分时售 电价和分时购电价；为天然气的单位价格；为天然气的低热量值；为微型燃气 轮机时段的出力；为微型燃气轮机的出力效率；为单位时段；为时段燃料电池 的发电功率；为燃料电池的发电效率；表示商业楼宇支付给商业楼宇的购电费 用；表示商业楼宇运行周期的总时段数；表示中除的累加；为取最小值； 等式约束和不等式约束： 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 其中， 18 19 20 21 22 23 式中，和分别表示在时刻商业楼宇出售给商业楼宇的电能和商业楼宇出 售给商业楼宇的电能；为蓄电池的放电功率；表示光伏发电功率；表示时刻 电动汽车集群的充电功率；为蓄电池的充电功率；为时段时刻的电锅炉用电功率；表示时段时刻的电负荷；为时段电锅炉制热功率；为电锅炉电热转换效率；为时段溴冷机制热量；为时段输出的烟气余热；和分别为溴冷机的制 热系数和烟气回收率；为散热损失率；为第栋商业楼宇时刻室温调节热功率；和分别为第栋商业楼宇能控机组出力的上下限；为第栋商业楼宇能控机组在时刻的出力；和分别为第栋商业楼宇蓄电池当前容量的上下限；为第 栋商业楼宇蓄电池时段的总能量；为第栋商业楼宇蓄电池在周期结束时的总能 量；为第栋商业楼宇蓄电池在初始时刻的总能量；为蓄电池的自放电率；和 分别为蓄电池的充电和放电效率；和表示直至时刻第栋商业楼宇电动汽车集 群累计注入的电能的下限和上限；表示直至时刻第栋商业楼宇电动汽车集群累计 注入的电能；表示第栋商业楼宇电动汽车集群累计注入的电能的上限；表示最后 一辆电动汽车离开的时间；表示直至最后一辆电动汽车离开时刻第栋商业楼宇电动 汽车集群累计注入的电能；为电动汽车集群的充电效率；为第栋商业楼宇中电动 汽车集群开始充电的时刻；和分别表示商业楼宇和之间交互电能的上下限； 表示商业楼宇支付给商业楼宇的购电费用；为时刻的室内温度；为房间热阻；为房间热容量；为时刻室外温度；表示用来连接需要一起考虑的公式； 步骤2：采用拓扑分离法将区域商业楼宇电能能量交换区划分为若干个相互关联的子区域，每个子区域代表一栋商业楼宇及其与其他楼宇的交互关系，并重新构建商业楼宇电能能量交换模型，商业楼宇之间交换边界耦合变量的部分信息；拓扑分离法后，通过取对数，此时的商业楼宇电能能量交换数学模型为： 24 25 式中，为中间变量，用于表示第区域的目标函数；表示个量的累加；和分别为第区域中的不等式约束和等式约束，包括不等式9101214和 17；包括等式78111315和16；叫作自然对数，是以无理数为底的对数； 各子区域之间在交换虚拟边界节点的有功信息时，虚拟边界节点具有耦合关系，描述为： 26 27 式中，表示第区域商业楼宇的用来等效区域商业楼宇的相关向量，包括虚拟 发电机节点的有功和电能能量交换费用；表示第区域商业楼宇的用来等效区域 商业楼宇的相关向量，包括虚拟发电机节点的有功和电能能量交换费用；表示第区 域商业楼宇的用来等效区域商业楼宇的虚拟发电机节点的有功；表示第区域商 业楼宇的用来等效区域商业楼宇的虚拟发电机节点的有功；为第区域商业楼宇 的用来等效区域商业楼宇的电能能量交换费用；为第区域商业楼宇的用来等效区域商业楼宇的电能能量交换费用；用于表示向量； 步骤3：依据步骤2的模型，采用非洲秃鹫优化方法对各子区域问题进行优化求解；具体求解流程为：3.1首先需要对划分的各个区域进行初始化随机种群； 其中，表示种群中的第个秃鹫位置矢量；表示秃鹫种群的大小； 3.2判断区域迭代步数是否满足；如果满足，跳转到3.3，否则跳转到 3.18； 其中，表示秃鹫迭代步数；为秃鹫最大迭代步数； 3.3评估秃鹫的种群适应度，选择最优方案作为第一组的最佳秃鹰，次优方案作为 第二组的最佳秃鹰；分别设置和； 其中，表示第个秃鹫的饥饿率；和分别为最优秃鹫和次优秃鹫 的位置矢量； 3.4判断是否满足；如果满足，跳转到3.5；否则跳转到3.2； 其中，是一个循环变量，用于遍历秃鹫种群中的每个个体； 3.5其他解采用式28走向第一组和第二组的最佳解决方案； 28 其中， 29 30 式中，表示从到的累加；和分别为选择第一最佳秃鹫的概率参数和选择 次优秃鹫的概率参数，；；表示选择向哪一个最佳秃鹫移动函 数； 3.6更新，用式31计算； 31 其中， 32 式中，为饥饿随机数，；是用于改变每次迭代的随机数，；表示第次迭代次数；表示最大迭代次数；为更新 随机数，；是用来确定勘探和开发阶段中断的参数；是指圆周率；为 正弦函数；为余弦函数；表示饥饿补偿因数； 3.7判断是否满足，如果满足，跳转到3.8，进入勘探阶段；否则跳转到 3.11，进入开发阶段； 3.8因为秃鹫有两种勘探机制，所以需要判断是否满足，如果满足，跳 转到3.9，选择第一种勘探机制；否则跳转到3.10，选择第二种勘探机制； 其中，是用来确定在勘探阶段选择机制的概率的一个参数；为勘探随机数，； 3.9用式33更新秃鹫的位置；更新后，返回3.4； 33 其中， 34 35 式中，表示秃鹰当前的位置向量；表示秃鹰在下一次迭代中的位置向量；为一个系数向量，增加随机运动，并在每次迭代中发生变化；为系数随机数，；为取绝对值；表示第一探勘函数； 3.10用式36更新秃鹫的位置；更新后，返回3.4； 36 式中，为搜索空间随机数，；和分别表示搜索空间的上界和 下界；为上下界随机数，； 3.11因为开发阶段有两个阶段，所以需要判断是否满足，如果满足，跳转 到3.12，进入开发的第一阶段；否则跳转到3.15，进入开发的第二阶段； 3.12又因为在开发的第一阶段中，秃鹫实施两种不同的策略；所以需要判断是否 满足，如果满足，跳转到3.13，选择第一种旋转飞行策略；否则跳转到 3.14，选择第二种围城作战策略； 其中，是一个用来确定在开发阶段的第一部分选择机制的概率的参数；为第 一开发随机数，； 3.13用式37更新秃鹫的位置；更新后，返回3.4； 37 其中， 38 式中，为旋转飞行随机数，；表示秃鹫到两组中最好的秃鹫之 一的距离； 3.14用式39更新秃鹫的位置；更新后，返回3.4； 39 其中， 40 41 式中，为第一围城随机数，；为第二围城随机数，；和分别表示围城第一因数和围城第二因数； 3.15又因为在开发的第二阶段中，秃鹫选择两种不同的机制；所以需要判断是否 满足，如果满足，跳转到3.16，选择几种类型的秃鹫在食物来源上的积累的 机制；否则跳转到3.17，选择对食物的积极竞争的机制； 其中，是一个确定在开发阶段的第二部分选择机制的概率的参数；为第二开 发随机数，； 3.16用式42更新秃鹫的位置；更新后，返回3.4； 42 其中， 43 44 式中，和分别是当前迭代中第一组和第二组中最好 的秃鹰；和分别表示第一食物因数和第二食物因数；表示秃鹰当前的位置向量 的平方； 3.17用式45更新秃鹫的位置；更新后，返回3.4； 45 其中， 46 47 式中，表示问题的维度；是一种用于模拟莱维飞行运动的随机函数；为第 一莱维随机数，；为第二莱维随机数，；是一个固定的和默认的数字；为伽玛函数；为第三莱维随机数； 3.18返回第一组中最佳秃鹫位置；步骤4：将步骤3最后返回的结果作为交替方向乘子法和一致性优化方法的初始 值；并根据交替方向乘子法原理，优化问题式24和25能分解成共个 区域的子优化问题，其中商业楼宇子优化问题为： 48 49 其他区域子优化问题同理得： 50 51 式中，表示区域的目标函数；表示区域的目标函数；是区域随机数，；表示向量的欧几里得范数的平方；为一个相对较大的比例系 数；表示至中除的累加；表示至中除的累加；为第区域 商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商 业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业 楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业 楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业 楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼 宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼 宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼 宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇 机组的在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇机组的在第次迭代的一致 性变量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致 性变量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致 性变量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致 性变量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一 致性变量；表示第区域的不等式约束，包括不等式91012 14和17；表示第区域的等式约束，包括等式781113 15和16；表示第区域的不等式约束，包括不等式910 1214和17；表示第区域的等式约束，包括等式78 111315和16； 根据当前的收敛精度，对乘子向量和罚参数向量进行更新，实现问题的分布式优化；方法流程为：4.1初始化耦合变量和；初始化乘子向量和罚参数 向量；设置收敛容许度和和罚系数，；令； 其中，第一随机整数，；第二随机整数，；；为第次迭代；；；为第区域商业楼宇机组的用来 等效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业楼宇机组的用来等 效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业楼宇机组的用来等效 区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业楼宇机组的用来等效 区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业楼宇机组的用来等效 区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业楼宇机组的用来等 效区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；和分别为第一收敛容许度和第二收 敛容许度；和分别为第一罚系数和第二罚系数； 4.2使用一致性优化方法求解各个区域子优化问题，得到迭代变量；子区域中的每个 商业楼宇互相交换电机有功和电价信息来完成每个子区域的分布式优化；首先每个子区域 需根据各自的网络拓扑结构确定邻接矩阵、拉普拉斯矩阵和行随机 矩阵； 其中， 52 53 54 式中，中的元素为边的权重，且；表示从到的累加； 中的元素为边的权重的负数；为第区域商业楼宇机组的用来等效区 域商业楼宇在第次迭代的行随机矩阵； 然后输入购买的净电能后，通过计算当前时刻的功率偏差进行各子区域的一致性变量 更新，因此，功率偏差、跟随者更新和领导者更新为： 55 56 57 其中， 58 59 式中，为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的 一致性变量；为第区域商业楼宇机组的在第次迭代的一致性变量；为第区 域商业楼宇机组的在第次迭代的一致性变量；为分布式一致性优化方法的功率平衡因 子；为第区域商业楼宇机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的行随机矩 阵；表示从到的累加； 4.3接着判断收敛精度，若满足式60和61，则停止计算； 60 61 否则用式62和63分别更新乘子向量和罚参数向量； 62 63 式中，表示围起从中只选取一个的那些项目；表示向量的转置；和表示区域商业楼宇在分别在第次和次迭代的目标函数；为第区域商业楼宇机 组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业楼宇机 组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业楼宇机 组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业楼宇机组的 用来等效区域商业楼宇在第次迭代中乘子向量；为第区域商业楼宇机组的用 来等效区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业楼宇机组的 用来等效区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业楼宇机组的 用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇机组的 用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇机组 的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇机组 的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇机 组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇机组 的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇机组 的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业楼宇机 组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代中罚参数向量；为第区域商业楼宇机 组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；为第区域商业楼宇 机组的用来等效区域商业楼宇在第次迭代的一致性变量；表示求向量的模长；表示取最大值； 4.4令，重复执行4.2和4.3，直至收敛为止；然后把输出量输出给商业楼 宇电能能量交换设备去执行，最后进行下一次迭代，并使，直至时，流程 结束。

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百度查询： 广西大学 一种商业楼宇电能能量交换的分布式多目标优化方法