分时电价下的单机调度方法研究

发布时间：2020-05-05 03:45

【摘要】：随着全球经济的突飞猛进,能源消耗与碳排放总量逐年增长,严重威胁着人类社会的可持续发展。作为国民经济的支柱,制造业不仅是资源消耗的大户,同时也是环境污染的源头。因此,为应对节能减排的严峻形势,各大国都把注意力集中到制造业上来。电能是制造业使用的主要能源,供电单位为了加强电力需求侧的管理,开始大力推广分时电价政策,以降低高峰时段电网负载,提升低谷时段电能利用率,维护电网的稳定性。与此同时,这一举措也给电力消费企业提供了降低用电成本的机会。受此背景影响,分时电价下以降低企业能耗成本为主要目标的生产调度问题开始逐渐引起学术界与工业界的关注,而分时电价下的单机调度问题不仅是研究其他加工系统下调度问题的基础,而且应用非常广泛。本文研究了分时电价下以最小化用电成本为目标的单机调度问题,主要研究内容如下:(1)分时电价下工件加工速度恒定的单机调度问题。目前,该问题已有一些基于离散或连续时间模型的算法来对其进行求解。但是这些算法在求解质量或时间复杂度方面总存在不足,特别是在处理大规模的调度任务时。为此,本文提出了一个具有多级过滤机制的贪婪插入算法来求解分时电价下大规模的单机调度问题。基于集中与扩散策略,该算法可在粗粒度过滤阶段快速筛除大量不可能的位置,然后在细粒度过滤阶段扩大搜索范围以获取更优的解。为了展示该算法的实用性与计算过程,本文开展了一个真实案例研究,此外,还进行了两大组不同规模的对比实验,测试了该算法的性能。实验结果表明,本文所提出的算法可在0.02s以内求解一个小规模调度实例,并且其计算精度有了进一步地提升。在处理大规模的实例时,该算法的计算速度相较于经典的算法其优势更为显著。(2)分时电价下加工速度可调的单机调度问题。内容一研究了分时电价下工件加工速度恒定的单机调度问题,该问题假设每个工件都只有一个固定的加工速度,因此在调度之前各工件的加工时间及加工功率均可确定。然而,有些设备通常可以根据实际情况的需要调整生产速率,因此有必要在调度中考虑速度可调的机制。为此,内容二对分时电价下加工速度离散且可调的单机调度问题进行了深入地研究,构建了以最小化用电成本为目标的连续时间混合整数线性规划(MILP)模型。此外,在详细分析了问题与模型特征的基础上,提出了一个有效求解该问题的混合遗传算法。最后,通过多组实验,讨论了影响模型性能的主要因素,并将CPLEX与混合遗传算法进行对比,验证了算法的有效性。
【图文】：

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1, , ,1( 1)( 1), ,3 1 li k i l i jk jy l j y y i N l m j l + + ， , , 1 , 1 1( 1)( ), , 2 1;i k i k i k k kx y y b b i N k m + + + , , 1 , , 13, , ,1 1, .i k i k j k j ky y y y i N j N k m i j+ ++ + + 表示以最小化总电费(TEC)为目标。等式(2)表示工件 i 分间之和与工件 i 的加工时长相等。不等式(3)表明所有工件间总和不允许超过时段 k 的总长。约束(4)表示了两个决5)-(6)用来保证工件加工的连续性。其中，当一个工件跨5)确保了这些时段都是相连的。当一个工件跨三个时段加间的时段必定被该工件所填满。最后，约束(7)是为了禁个时段加工。晰地展示该 MILP 模型中变量及约束之间的联系，本文构件的实例，如图 3.1 所示。

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嘤盟惴ǖ纳杓扑悸吠囔獍赏乒愕降诙鋰喾质钡缂邸Ｍ?3.2 第一类分时电价结构示意图3.2.2 多阶段过滤机制设计本章所提的过滤机制按照集中与扩散的基本思想，，分为粗粒度过滤和细粒度过滤两个阶段。在调度之前，每个工件的所有可能插入位置可按照电价的相对高低分为三个层级(Layer)。具体而言，第一层为低电价层，在该层加工的工件要么是完全在一个低谷时段内加工，要么就横跨低谷时段与平段加工；第二层为中电价层，在该层加工的工件绝大部分都在一个平段之内加工或者横跨高峰时段、平段与低谷时段三个时段加工；第三层为高电价层，在该层加工的工件绝大部分在高峰时段内加工或者横跨高峰时段与平段加工。显然
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：F426.61

【参考文献】