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中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:5016
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

分时电价下关注能耗成本的生产问题建模及算法研究

2020-07-20 16:50:11 产业经济 周燕
资料简介

摘要 : 现阶段由于社会和经济高速的发展,使得人们对于能源的需求越来越高。能源危机的出现,也会直接导致环境问题的产生。因此在发展过程中,如何合理的均衡用电负荷以及适应能源供给侧结构的特征,关乎着企业的发展前景。本文主要就单机生产系统为分析对象,研究其分时电价模式下的能耗问题,并设计相关算法。

分时电价下关注能耗成本的生产问题建模及算法研究

周燕

国网四川内江三新供电服务有限公司 四川内江 641003

摘要:现阶段由于社会和经济高速的发展,使得人们对于能源的需求越来越高。能源危机的出现,也会直接导致环境问题的产生。因此在发展过程中,如何合理的均衡用电负荷以及适应能源供给侧结构的特征,关乎着企业的发展前景。本文主要就单机生产系统为分析对象,研究其分时电价模式下的能耗问题,并设计相关算法。

关键词:分时电价;能耗成本;分支规则;剪枝策略

前言:能源是一个国家经济生产的重要基础,同时能源的价格在市场当中也对各行各业产生着重要的影响。因此对于能源利用率的提升,是国家进行整体规划的重要工作方向。相较于在生产过程中的提升工艺以及技术,企业对于能源的合理运用,不仅仅可以降低企业运行的成本,还可以促进企业的高速发展。

1 分时电价下能耗成本的生产问题建模

随着我国对能源供给侧的改革,使得现阶段能源的价格的定价模式也在逐渐地转变为精准化与复杂化。在发展的过程中,分时电价是一种被广泛使用的定价模式,这样的模式是指在用电的高峰期间用电价较高,但是在低谷时期电价定价较低,这样便可以有效地促进用户节约用电,养成错峰用电的习惯,能够产生削峰填谷的效果。

现阶段很多人都对分时电价数据进行了分析和研究。在研究中发现在进行分时电价的定价时,其生产调度计划当中的空闲缓冲时间会有利于降低企业的用电成本值,这样的效果使得其远比传统分延迟型调度有着较高的优势性。为此在对能源消耗问题的分析过程中,不仅仅需要对分时电价进行分析,还需要利用组合优化的方式,对排序、分配等各种离散变量进行优化分析。下图1为分时电价模式。

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1 分时电价模式

    1. 离散时间建模

使用离散时间建模的方法,是需要将整个企业的生产周期进行离散处理,是指分成若干个最小时间单位,这样便可以很好地对出现的问题进行建模。这样的建模方式可以很好地解决在资源受限项目当中的调度问题。并且,伴随着离散之后对精度需求的提升,一定会提升问题当中的决策变量的实际规模。

    1. 连续时间建模

连续时间建模的方法在使用的过程中,可以保障所需要解决问题的求解精度,同时其建立起来的模型有着很好的适用性。但是这样便会导致在模型的建立过程中,会引入一些分线性的表达公式,这样无疑是提升了模型求解的难度系数。

本文主要是基于分时电价模式下,针对工件达到时间当中的单机生产调度问题连续时间的建模分析,并建立起数学模型。但是本文所分析问题的结构上,首先不仅仅对能源的消耗量进行考量,同时还对分时电价所带来的影响进行分析,这样便可以保障企业再生产的过程中用电的费用。在采用了连续时间建模的方式后,也能够尽可能的降低时间离散建模方式所产生的误差值。在进行数学建模的算法设计过程中,连续时间建模也更加关注于生产当中的缓冲时间的配置问题,而不是传统研究当中的工件排序的问题,为了可以有效地在算法的设计过程中不需要再考虑算法工序所带来的影响。并且在计算的过程中,利用这种精准的算法,能够对于特殊电价的结构问题,具有较强的一般性,因此对于后续出现的各种问题来说,能够提供更多的子模块算法。

    1. 实例问题描述

现阶段某企业的生产车间在生产过程中,这一批需要进行加工的工件,并且每一个工件在加工过程中不需要对其加工顺序进行考量。同时,该车间内在同一时间里只能进行一样工件的加工处理,并且加工过程中不能出现中断的情况。企业当中的决策者需要对整个生产周期当中的加工生产进行考虑,以此来保障在预定的交货期来临的时候,能够完成所有工件的加工制作。生产过程中能源的单价在生产周期之中并不是均匀连续的,因此需要进行分时电价的用电方式。

2 算法设计

在建立起来的混合整数规划模型之后,虽然在分析过程中,可以使用例如CPLEX的求解器进行数学模型的求解,但是这样的求解方式相对缓慢,只能够针对局部问题进行最优解的计算。在本文的算法设计过程中,考虑到出现所有的工件都处于特殊的条件下,依然保障了强NP-难的性质问题。为此,本文将使用三步法的方式对问题进行优化解决。第一步需要依据ERD的规则来对工件进行相关排序,之后再依据正常的加工顺序的形式来对其建工顺序进行有优化处理。之后将分析的中心放在最优工件开始时间的问题上,进行最优算法的设计。最后的环节就是需要依据这个子问题,将设计的算法当做内嵌模块,可以在外层对工件的顺序问题进行分析,以此来确定出最终的工件顺序的影响效果[1]

2.1 分支策略

在进行最优解的任意一个工件的时间确定时,主要在四个不同的方面。

  1. 需要保障工件的开始时间能够同实际的到达时间相吻合。

  2. 工件的开始是在某个电价周期的开始时间内

  3. 在某工件开始加工的过程中,其完成加工的时间是在某个电价周期的启动时间上。

  4. 在进行该工件的分析中,同接下来需要进行加工的工件之间没有时间间隔,这样便可以将二者联系到仪器,形成一个大工件。并且保障这个行程的工件依然可以符合上述的(1)(2)(3)的条件。

2.2 算法框架

首先将Na当作首个初始化的虚节点,进而表示为所有的工件都还没有进行加工的时间。但是在执行的过程中,需要依据尽早加工的方式,因此可以的一个启发式的初试可行解,这样并可以对能量消耗的成本内置进行求解。

第一步为初始化,可以生成初始节点Na,同时还需要对上界值进行记录。

第二步是分值的准则,其过程需要按照分值策略进行执行,以此可以得出全部的子节点[2]

第三步则是进行搜索准则。在执行过程中,需要使用广度优先的基本原则进行探索。同时在构造方面,拥有两个链表,分别为主链表和副链表。同时在主链表上有着上层节点的存放,之后在对主链表进行元素的检测,其产生的节点的地界一旦没有高于UB,就需要在接下来进行分支操作。但是如果检测的结果,其产生的所有节点都可以符合N1a<n的话,就表明需要将这个节点放在副链表当中,并进行主链表的清空处理。

第四步则是停止准则。在这个过程中,一旦还有节点需要进行探索,就选重新执行第二部,没有的话就可以停止操作。之后再输出UB。

3 模型优势分析

本文的模型建立分析,主要是基于不会发生交货延期的前提下,进而可以保障企业再生产过程中的经济效益。因此,为了对本文建立起来的模型进行成本的检验,就需要对试验的数据进行分析和对比。现阶段针对使用的ERD可以得到相应的序列,同时还不需要对能耗进行额外的考量,可以合理地进行相应能耗成本的计算,其中用objo表示。并且,对于同一个序列而言,需要利用本文设计的算法来对延迟性的开始时间进行计算,进而可以得出能耗成本的obj0。下图2为电价随机波动能耗成本降低比。

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2 电价随机波动能耗成本降低比

4 数据分析

在本文的分析过程中,针对TOU电价模式下的单机生产调度进行合理的建模以及分析,并以连续时间下的建模方式对其分支定界算法。通过试验的结构表明,其中对于缓冲时间来说,其工件的顺序上产生的影响并不明显,因此这样的算法设计主要是对提升求解固定工序系的子问题。

总结:综上所述,在对分时电价下关注能耗成本的生产问题建模及算法研究过程中,首先需要明确分时电价的具体策略以及使用的模式,进而在对其数学模型的建立过程中,可以很好的了解到生产过程中能耗同电价的关系,以此帮助企业进行合理的生产建设。

参考文献

[1]李卫国,陈立铭,张师,等.分时电价下考虑储能调度因素的短期负荷预测模型[J].电力系统保护与控制,2020,48(07):133-140.

[2]苏梦.峰谷分时电价下的用户需求响应研究[J].价值工程,2020,39(04):188-195.