[发明专利]一种冷藏集装箱船功率平衡调度方法

权利要求书

1.一种冷藏集装箱船功率平衡调度方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)对冷藏箱的温度变化规律建立模型，由冷藏箱的历史温度数据确定其在制冷和不制冷情况下的温度系数，确定这两种情况下的温度变化量与时间的关系表达式；

(2)对冷藏箱的工作状态建立模型，将冷藏箱的两种工作状态用一个二值函数表示；

(3)对冷藏箱的功率建立模型，冷藏箱的功率由冷藏箱当前的工作状态及冷藏箱的温度确定，由冷藏箱的历史温度数据及输入功率数据确定冷藏箱温度，工作状态及功率之间的关系式；

步骤(3)中，冷藏箱的功率由冷藏箱当前的工作状态及冷藏箱的温度确定，由冷藏箱的历史温度数据及输入功率数据确定冷藏箱温度，工作状态及功率之间的关系式，从而实现对冷藏箱功率的计算，表示如下：

其中，a，T_u，T_d，T_c均为常数，T_c为环境温度，T_u，T_d分别为冷藏集装箱温度的上、下界，S_i为冷藏箱当前状态；

(4)对风机功率建立模型，冷藏集装箱启动制冷时，货舱风机必须启动，由此可得出冷藏箱状态和风机功率的关系式；

(5)由冷藏箱和风机的总事实功率的历史数据，设定冷藏箱的平衡功率的目标值为平均功率，采用遗传算法来实现对冷藏箱和风机的调度，使得总事实功率值始终接近目标值；

步骤(5)中，由冷藏箱和风机的总事实功率的历史数据，设定冷藏箱的平衡功率约等于总功率的均值P_avr，以求平均功率与总事实功率差值的绝对值的最小值为目标函数，从而求出最接近平均功率的总事实功率，假设平均功率P_avr的值为最大制冷功率P_zmax的1/3，总事实功率由两部分功率组成，一是各冷藏箱功率之和，二是各风机功率之和，在某时刻t时，目标函数可表示如下：

式中，P_avr表示平均功率，n为冷藏箱的个数，P_i是各冷藏箱的功率，其中i＝1,2,…n，l表示风机个数，P_f为风机功率。

2.根据权利要求1所述冷藏集装箱船功率平衡调度方法，其特征在于，步骤(1)中，在制冷和不制冷情况下温度变化量与时间的关系表达式如下：

ΔT₁＝k*(T₁-T₂)*Δt

ΔT₂＝b*(T₁-T₂)*Δt

其中，T₁为箱外温度，T₂为箱内温度，b为不制冷时箱内温升系数，k为制冷时箱内温降系数，ΔT是温度的变化量。

3.根据权利要求1所述冷藏集装箱船功率平衡调度方法，其特征在于，步骤(2)中，冷藏箱的工作温度在设定范围之内，当冷藏箱温度越过临界点的值时，冷藏箱的状态会发生改变，即冷藏箱会根据箱内的温度自动改变状态，在该模型中，将冷藏箱i的工作状态表示如下：

S_i为一个二值函数，用于表示冷藏箱的状态。

4.根据权利要求1所述冷藏集装箱船功率平衡调度方法，其特征在于，步骤(4)中，冷藏集装箱船上会开启风机为工作中的冷藏箱散热，以满足冷藏箱的制冷需求，设船上配有的风机总数为l，设一台货舱风机负责给x个冷藏集装箱进行散热，因冷藏集装箱启动制冷时，货舱风机必须启动，故风机工作状态模型可表示如下：

S_f是一个二值函数，用于表示风机的工作状态，S_ji表示各冷藏箱的工作状态，其中，j＝1,2,…l；i＝1,2,…x。

5.根据权利要求1所述冷藏集装箱船功率平衡调度方法，其特征在于，步骤(5)中，所述采用遗传算法来实现对冷藏箱和风机的调度，包括下述步骤：

(5-1)种群初始化和个体编码：通过编码把所求问题的可行解表示成遗传空间中的染色体和个体，将各个冷藏箱的工作状态组成一个二进制序列，作为种群中的一个个体，初始化一个大小为N，个体长度为n的种群，n即为冷藏箱个数，此二进制序列刚好满足遗传算法中的二进制编码方式；

(5-2)选择：计算每个个体的目标函数值，并按照目标函数值从小到大的顺序来分配适应度值，基于适应度值的大小计算出种群中各个体被选择的概率，从而筛选个体，个体i被选择的概率为：

其中，F_i为个体i的适应度值；NIND为种群个体数目；

(5-3)交叉和变异：交叉是指从种群中随机选择两个个体，通过两个个体基因的交换组合，从而产生新的优秀个体，变异是指从种群中随机选取一个个体，选择个体中的一点进行变异以产生更优的个体，对于二值码串来说，变异就是把某个/某些位置上的基因值取反，冷藏箱在状态确定之后不能进行随机重组和变异改变状态，这可能会导致某些冷藏箱内货物变质，故在这一步中，那些必须强制状态的冷藏箱的状态不予改变；

(5-4)迭代找出最优的个体：找出使总事实功率最接近目标值的个体，每代都通过上述(5-1)～(5-3)来对冷藏箱状态进行调度，使冷藏箱总事实功率始终接近目标值。