基于智能算法和Multi-Agent的电力供应链网络协同的研究

发布时间：2020-08-22 02:56

【摘要】：近年来,中国的电力行业进行了深入的改革,目的是解决生产效率低下、企业亏损、服务质量不高等问题。但是,改革的效果不佳。究其原因,除了现有体制的问题外,还有大量的企业与企业、企业内部等业务流程的不稳定与不协调造成的。本文所研究的电力行业供应链网络协同就是解决上述问题的一种方法。它覆盖了整个行业中的供应、生产、运输、库存、销售等所有部门与环节,协调上述环节中的企业与部门协同工作,使得各企业与部门信息共享,最终达到共赢目的。供应链网络协同工作问题是一个NP-hard的线性规划问题,同时,如何将其应用于电力行业也是非常值得研究的。因此,本文采用多学科交叉的方法,综合运用了运筹学、最优性原理、智能算法、Multi-Agent技术等,围绕上述问题展开,研究了电力供应链网络协同模型、智能进化多目标优化算法以及Multi-Agent的协商与通信机制,最终提出了电力供应链网络协同解决方案。具体工作与创新论述如下:首先,在国内外的研究成果中,发现供应链网络的建模多关注于成本、服务质量等,而忽略了资金流的影响。由此,本文提出了一种基于资金周转周期的多目标供应链网络模型,并分别给出了在确定性需求下的多级电力供应链网络模型和在不确定性需求下的二级电力供应链网络模型。其次,针对传统的遗传算法和模拟退火算法易于早熟等缺陷,提出了一种改进编码的遗传算法和改进混合模拟退火遗传算法,并将其应用于上述所述模型的优化求解中。实验结果表明,所提出的改进遗传算法和改进混合模拟退火遗传算法可以在更短时间获得更好的最优解集。再次,为了构建基于Multi-Agent的电力供应链网络,在研究了传统的Multi-Agent系统协商与通信机制后,针对其不足,提出了一种改进的协商算法以及通信机制。最后,结合了上述研究内容后,本文提出了基于Multi-Agent的电力供应链网络协同方案,该方案设计了一个基于Multi-Agent的电力供应链网络的原型系统。该原型系统可以帮助电力行业构建一个具有最优特性的供应链网络。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：F426.61;TP18
【图文】：

能源生产,统计局,数据,油当量

尤其是乌克兰危机的发生，导致最大的天然气输出国之一俄罗斯不得不为了稳定国内市场经济从而向东望，与我国签署了一系列的天然气大单。截止到 2014年，世界天然气的消费仅仅增长了 0.4%，虽然低于过去十年的平均消费增速，但是我国却达到了增速 8.6%。而在全球范围来看，天然气占消费能源的比重达到了23.7%[3]。作为我国主要消费能源的煤炭，截止到 2014 年，虽然增速在全球市场煤炭消费上面达到了 0.4%，但是全球的能源消费比重则是降低到了 30.0%。截止到 2014年底，我国已探明煤炭储量为 1145 亿吨，占全球探明总储量的 12.8%。2014 年，世界煤炭探明储量足以满足 110 年的全球生产需要，是目前为止化石燃料中储产比最高的燃料。分区域来看，欧洲及欧亚大陆的煤炭储量规模最大，且拥有最高的储产比——268 年，而北美的储产比为 248 年，亚太地区储产比最低为 51 年[3]。根据统计，2014 年中国煤炭的产量为 18.446 亿吨油当量，而消费量为 19.624 亿吨油当量。

统计局,电力,火电,发电量

由图 1.1 可以看到，我国一直处于一种能源紧缺的状态。因此，每年我国需要从国外进口大量的能源来添补国内的缺口，而这会对我国的能源安全造成重大影响。煤炭作为我国主要的能源，尤其是在电力系统中，大量的以燃煤火电为主。截止到 2014 年底，我国发电量为 56495.8 亿千瓦小时，比 2013 年增长了 4%。其中火电发电量为 42337.3 亿千瓦小时，减少了 0.3%。水电发电量为 10643.4 亿千瓦小时，增长了 15.7%。核电发电量为 1325.4 亿千瓦小时，增长了 18.8%[4]。2014 年末我国的发电装机总容量为 136019 万千瓦，比上年末增长了 8.7%。火电装机的总容量为 91569 万千瓦，增长 5.9%[4]。

牛鞭效应,需求信息,供应链

图 1.3 需求信息牛鞭效应图在整个电煤供应链中，其实涵盖了两大供应链，一个是煤炭市场供应链为电力市场供应链。解决电煤矛盾的核心问题主要是解决如何分配两大供润，增加整条供应链的利润，提高各自的生产效率以及资金的利用率，减少效应”所带来的影响。2 国内外研究现状早期人们认为的供应链主要是指企业内部的物流链，也就是说涵盖了企购、生产、销售和库存的所有环节的一条物流传导链。二十世纪八十年代学者 Houlihan 提出了一个崭新的概念——供应链（Supply Chain）[5]。这个的概念总结了一张包含了供应商、生产商、销售商以及客户的网络。到九，研究人员发现供应链的优化不仅仅是生产链，而是包含了信息流、资金

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