基于麻雀搜索算法的电力物资绿色供应链协调优化方法

高 扬, 赵 朋, 李晶洁, 公 昊

(国网冀北电力有限公司 物资分公司, 北京 100075)

近年来我国电力工业在经济层面上取得了较为显著的成绩,但是,产业持续化建设仍然面临着资源紧张和环境污染等严重问题[1]。电力生产和传输是一种连续、无缝行为,按照不同阶段,可以将此过程划分为基本建设、生产投运和配网销售等环节。当前,我国市场内的电力企业可以划分为两种类型,一种是发电商,另一种是电网运营商。从目前的电力资源结构层面分析,燃煤机组的装机容量大约占比70%,其优势在很长一段时间内不会改变。我国传统能源只占全球能源比重的10.7%,是发达国家的1/10～1/5[2]。此外,目前我国市场内的煤炭资源分布非常不平衡,每年电煤产量和需求量都超过了10亿t。在电力供应日益紧张的情况下,燃煤电厂所面对的环保压力也越来越大。在国家总排放的统计中发现,目前,市场内的电力碳排放量超过了总排放量的50%,节能减排的情况并不乐观。对于电网企业而言,企业的环境保护压力并不像火电企业那样大,但是也面对着怎样去适应电力市场改革的问题[3]。一方面,要按照国家能源政策,对企业的经营策略进行调整;另一方面,要持续提高自身的管理水平,开拓新的业务,更好地服务于社会及电力用户。为满足此方面需求,带动电力企业的持续化发展,在此次研究中,引进麻雀搜索算法,对电力物资绿色供应链的协调优化方法展开设计研究,旨在提高电力资源的使用率。

1 建立电力物资三级绿色供应链模型

为满足电力物资绿色供应链协调优化需求,设计前可建立电力物资三级绿色供应链模型,对绿色供应链中参与方、关键节点之间的关系进行分析[4]。在此过程中,应明确电力物资绿色供应链中主要包括电网企业、电力物资供应商、电力资源回收商,其中所有的主体对象都可以在完全对称的信息条件下,进行供应链的理性决策。将绿色供应链中的3个主要构成对象作为三级成员,当三级成员分散决策时,主要由3个阶段构成。第1阶段为采购阶段,主要由供应链上的电力运营企业制定绿色电力物资的采购价格和电力废弃物资的销售价格;第2阶段为确定电力物资回收条件,电力物资供应商根据电网企业制定的采集价格,确定电力物资的回收条件(电力相关产品在回收中的绿色度),电力资源回收商将根据电网企业第1阶段制定的电力废弃物资销售价格,确定电力废弃物资的回收数量[5];第3阶段为确定供应链中最优销售与采购价格,此过程需要电力物资供应商、电力资源回收商共同参与,双方需要在综合商议并决策后,将最终确定的价格信息反馈给电网企业,以此种方式,确定电力物资绿色供应链回收与销售的最优价格[6]。通过循环上述3个步骤,实现对电力物资三级绿色供应链模型的构建,此过程中的供应链模型计算公式为

(1)

式中:V为电力物资三级绿色供应链模型;a为电力相关产品在回收中的绿色度;R为电力物资供应商;N为电力资源回收商;c1为电网企业1;n为绿色供应链模型层级;r为电力物资磨损度(损耗程度)。按照上述方式,完成电力物资三级绿色供应链模型的构建。

2 基于麻雀搜索算法的绿色供应链局部需求检索更新

在上述内容的基础上,引进麻雀搜索算法,对绿色供应链局部需求进行检索与更新。在此过程中,考虑到电力物资绿色供应链中不同电网企业对于电力物资的需求不同,为确保资源调度的合理性,进行电力物资绿色供应链的局部寻优[7]。该算法是根据麻雀所具有的群居特性,对群居行为进行仿真优化的一种智能算法[8]。局部寻优时,基于个体的能量水平,模拟麻雀的觅食与反捕食行为,不断地更新麻雀群体中不同地位的个体的位置,使其在不依靠梯度信息的情况下,构造出更小的系统参数,从而获得更强的局部寻优能力[9]。在设定麻雀的种群数量、最大迭代次数、寻优条件、节点数量等参数后,按照式(2),进行绿色供应链中电网企业需求的更新与局部寻优[10-11]。

(2)

3 集中型绿色供应链协调决策

完成上述设计后,根据绿色供应链中电网企业的需求,将三级参与方最大利润系数作为目标[12-13],采用建立目标函数的方式,实现对集中型绿色供应链的协调决策[14]。其中目标函数表达式为

(3)

式中:Gmax为三级参与方最大利润系数;P为激励补贴;w为绿色供应链上下游成本收益;D0为帕累托协调改进系数;h为市场需求系数;μ为电力企业在市场运营中的盈利系数;m为利润条件。将相关参数代入式(3),生成满足三级参与方最大利润Gmax的目标函数,根据调度实际情况,对式(3)中的相关参数条件进行约束。在确保所有参数满足约束条件的前提下,进行集中型绿色供应链的协调决策[15],此过程的计算公式为

(4)

式中:J为集中型绿色供应链的协调决策函数;γ为供应链中最优内部努力水平。按照上述方式,实现集中型绿色供应链的协调决策,完成基于麻雀搜索算法的电力物资绿色供应链的协调优化方法设计。

4 对比实验

电力体制改革并不是简单地将电力生产中上、下游之间的关系分割开来,而是要在电力运营过程中,将政府的引导作用和市场的调节作用充分发挥出来,以此种方式,更好地配置电力物资,为国民经济发展提供服务。为满足此方面需求,完成基于麻雀搜索算法的电力物资绿色供应链协调优化方法的设计研究。为检验该方法在电力物资绿色供应链协调优化中的应用效果,以某地区微电网为例,设计对比实验。

选择某偏远地区的微电网系统作为测试对象,结合柴油发电机组、蓄电池组和光伏发电系统。柴油发电机组可以提供稳定的电力供应,并在需要时对充电蓄电池组进行充电。光伏发电系统可以捕捉太阳能并将其转化为电能,同时将多余的电能存储在蓄电池组中。在建设微电网系统时,需要选择符合绿色供应链要求的供应商和制造商,确保所采购的柴油发电机组、蓄电池组和光伏发电系统符合环境管理体系标准,并且具备环保认证。在微电网系统运行过程中,需要进行能源消耗的控制与优化。通过合理管理柴油发电机组的运行时间、蓄电池组的充放电控制以及光伏发电系统的最大利用,实现对能源的高效利用,降低碳排放。在此过程中,根据实验需求,分析电网运行的基本参数,相关内容见表1。

在掌握电网运行基本参数的基础上,根据电力运营企业需求及其上、下游电力企业,进行电力物资绿色供应链的构建,在电力物资绿色供应链中,分析各企业电网中电源参数,将其作为供应链中的电力物资,相关内容见表2。

在上述内容的基础上,分析电力物资绿色供应链中企业电网运行分时的电价,相关内容见表3。

表3 电力物资绿色供应链中企业电网运行中的分时电价

参照上述内容,在实验前完成电力物资绿色供应链中电力企业运营相关参数的分析与统计,在此基础上,使用本文的方法,对电力物资绿色供应链进行协调优化。优化过程中,先建立电力物资三级绿色供应链模型,同时,引进麻雀搜索算法,进行绿色供应链局部需求的检索更新,最后,通过对集中型绿色供应链的协调决策,完成在测试环境中的应用。

为满足实验的对比需求,引进基于Stackelberg博弈理论的绿色供应链协调优化方法、基于成本共担契约的绿色供应链协调优化方法,将其作为传统方法1、传统方法2。实验中,为确保结果的真实性与规范性,设定麻雀搜索算法中,麻雀的种群数量为300只,最大迭代次数为500次,根据实验需求,进行个体寻优。对3种方法协调优化后,在不同迭代次数下,将电力物资供应成本作为检验设计方法应用效果的关键指标。在此过程中,应明确相同迭代次数下,电力物资供应成本越低,说明电力企业的日运行成本越低,即电力物资绿色供应链协调优化效果越好;反之,相同迭代次数下,电力物资供应成本越高,电力企业的日运行成本越高,即电力物资绿色供应链协调优化效果越差。以此为依据统计实验结果,如图1所示。

图1 3种方法的电力物资绿色供应链协调优化效果对比

从图1所示的结果可以看出,在相同的条件下,应用本文方法的电力物资供应成本最低,说明本文方法的电力物资绿色供应链协调优化效果最好。综合上述内容,可以得到如下结论:相比传统方法,本文提出的基于麻雀搜索算法的优化方法应用效果良好,规范使用本文的方法进行电力物资绿色供应链协调优化,可以有效控制电力物资供应成本,以此种方式,确保供应链中电力企业的稳定收益与持续化盈利,实现对市场内电力企业发展的全面深化。

5 结语

随着我国电力市场经济的快速发展,人们对新能源的需求不断增加,产业“环境友好”和“可持续发展”的需求也越来越强烈。因此,改变传统的外延式成长模式,实现企业经营模式的转型,已成为当前电力企业在发展中的一个重要课题。在资源与环境的双重制约下,电力企业要走可持续发展之路,就必须以新的经营思想为指导。目前,关于电力物资供应链方面的研究成果较少,而且缺乏深度,为满足行业发展的需求,引进麻雀搜索算法,通过建立电力物资三级绿色供应链模型、绿色供应链局部需求检索更新、集中型绿色供应链协调决策,对电力物资绿色供应链的协调优化方法展开了设计研究。完成设计后,通过对比实验,证明了本文的方法可以有效控制电力物资供应成本,确保供应链中电力企业的稳定收益与持续化盈利。