基于节点非结构模型的换热网络结构多样性分析及改进优化策略

强制进化随机游走算法优化换热网络过程中会出现个体结构相似现象,导致种群结构多样性下降,算法全局搜索能力不足,难以进一步优化换热网络结构.针对基于节点非结构模型的换热网络结构相似现象展开研究,制定两个评价指标衡量优化过程中个体结构相似水平,发现个体结构内相似换热单元数逐步增加,而相似换热单元的热负荷差距逐步减小,个体结构...     

基于公用工程内置策略的换热网络优化

传统换热网络分级超结构模型（SWS）只允许公用工程布置在流股末端,限制了网络结构的灵活发展.提出一种公用工程内置策略,允许公用工程布置在结构内部的各流股分支上.采用具有结构保护策略的强制进化随机游走算法（SP-RWCE）.并提出一种伪最优解生成策略,通过扩大长期未更新个体的年综合费用,促使有潜力的伪最优解产生并接受保护和开发.三个基准算例的优化结果均优于文献最优解,且均包含内部公用工程.表明改进SWS相比原SWS模型扩大了求解空间,改进SP-RWCE具有更强的搜索能力,验证了布置内部公用工程能有效减少换热面积.     

应用固定投资费用松弛策略的换热网络优化

启发式算法优化有固定投资费用的换热网络时,由于存在整型变量而造成结构进化困难,提出固定投资费用松弛策略.对固定投资费用进行松弛处理实现对数学模型的简化,当换热器换热量很小时固定投资费用几乎为零,随着换热量的增大,固定投资费用以一定斜率逐步增大最终等于实际值.通过松弛强度系数控制变化斜率,在保证优化结果可靠性的基础上引导存在结构进化障碍的换热器生成或消去.对文献中两个算例的优化结果进行分析,考察不同松弛强度下对换热器生成、消去的作用.提出基于固定投资费用松弛策略的强制进化随机游走算法,并应用于换热网络实例.     

换热网络中温度交叉结构的分析与处理

在以换热量作为待优化连续变量的换热网络优化问题中,流股匹配可能出现温度交叉,常以惩罚函数法处理存在温度交叉的不可行结构.然而,当采用强制进化随机游走算法时,由于其接受差解的变异操作,温度交叉结构可能以差解的形式被接受,对优化进程产生负面影响而降低优化效率.因此,首先分析换热网络中温度交叉结构的成因,接着分析该不可行结构对算法优化进程的消极作用,然后提出一种处理方法,当种群中个体随机游走到不可行域时,强制使其回到可行域内的原位重新优化,从而提升算法优化效率.     

复杂换热网络MINLP中的非线性特性分析

针对复杂换热网络MINLP问题,本文应用多维函数渐变法探索和分析了连续变量和整型变量引起的网络性能非线性和非凸特性。研究表明,当系统规模增大时,不但连续变量的叠加效应将增加系统的非线性,整型变量将使得非线性特性更为严重。     

基于小负荷换热单元保护的松弛策略优化换热网络

WCE算法优化换热网络时,固定投资费用的存在易造成小负荷换热单元难以产生和保留,使部分尚未完全进化的结构过早被淘汰。本文建立一种固定投资费用的松弛处理方法,将固定投资费用与换热单元热负荷进行因变处理,根据换热单元热负荷的大小实时调整优化过程中的松弛力度,引导并促进小负荷换热单元的顺利产生和进化,从而增强换热网络的结构进化能力。将松弛策略应用于9SP和15SP算例,验证松弛策略促进结构进化的有效性,提升优化质量,获得的最优结果(2 903 528 ＄ ·a^-1、5 115 061 ＄ ·a^-1)优于文献结果。     

智能调整接受差解几率的RWCE算法

强制进化随机游走算法(RWCE)应用于换热网络优化,具有算法流程简洁、结构进化能力强等特点.其中接受差解几率对个体跳出局部最优有重要的影响.本文统计优化后期连续变量和结构变量使得年综合费用下降的次数,分析二者对优化进程的影响,讨论接受差解几率在个体优化进程中所起的作用,提出一种通过判别差解结构与原结构的异同来智能调整接...     

一种内部公用工程进化的换热网络优化策略

在换热网络优化问题中，采用内部公用工程代替换热温度交叉的不可行匹配能使优化得以继续，同时扩大求解空间，但可能因增加额外的固定投资费用而使其作为差解在进化过程中被接受下来，导致优化效率下降.鉴于此，首先分析内部公用工程对优化进程可能造成的负面影响，提出一种内部公用工程的进化策略，对于具有一对内部公用工程的结构，首先通过扩大其年综合费用以进行惩罚，从而降低其接受的概率，继之，针对仍被接受的内部公用工程结构，在每次迭代时均强制内部公用工程进行随机游走，合理调整其大小，从而改善结构性能.采用两个算例验证策略提升了算法优化效率.     

一种采用优势个体多方向强制搜索策略的换热网络优化方法

提出一种采用优势个体多方向强制搜索策略的进化算法, 通过考察种群中个体差异性指标, 用以评价当前种群全局搜索的健康度。当优化结果出现长期停滞, 即健康度指标变差时, 启动优势个体多方向强制搜索策略, 扩大优势个体在靠近局部最优解区域的搜索方向, 保证算法全过程的全局搜索能力。用15SP和20SP算例进行验证, 与文献中最优结果相比, 分别下降了1.09%、0.83%, 表明优势个体多方向强制搜索策略充分发挥了优势个体的进化潜力, 提高了算法的优化效能。     

保护有效结构的整型/连续变量分离优化策略改进RWCE算法

强制进化随机游走算法优化换热网络时,连续变量进化阶段产生年综合费用更低的结构会被整型变量进化操作所破坏,导致连续变量进化后形成的结构未能充分发挥优势,制约了连续变量进化.本文提出保护有效结构的整型/连续变量分离优化策略,将连续变量进化与整型变量进化两个阶段的结构费用分别进行判断,从而保护具有发展潜力的结构,使年综合费用...     

应用结构摄动策略的有分流换热网络优化

有分流节点非结构模型（NNM-SS）应用于换热网络优化时,因难以生成合适的分流结构而使优化陷入局部极值.根据NNM-SS的优化特点及网络结构中分流次数对费用的影响,提出结构摄动策略,并将其引入强制进化随机游走算法（RWCE-SS）.策略的主要思想为：在优化过程中,以一定的概率随机抽取一个无分流结构的换热器,并在该位置上生成一组新的分流结构以增加网络中的分流次数,通过对结构的摄动实现对算法搜索能力的提升.算例验证表明应用该策略改进的算法可获得更好的优化结果.     

垂直非结构模型应用于换热网络优化

节点非结构模型优化换热网络时会出现换热器交叉排列的情况,分析发现在相同传热负荷下交叉结构比垂直结构换热单元总传热面积增大,同时明显降低算法的计算效率.基于此,建立垂直非结构模型.与节点非结构模型相比,垂直非结构模型降低了优化过程中的计算复杂度,并且能够消除交叉结构带来的不利影响,有效提升了优化的效率及求解精度.应用两个算例对基于垂直非结构模型的强制进化随机游走算法（RWCE）进行优化性能分析,取得了优于文献的结果.     

RWCE算法中选择性接受差解策略优化换热网络

强制进化随机游走算法优化换热网络时,以一定的概率接受差解可有效促进结构进化,非贪婪性的差解搜索机制是目标函数跳出局部极值的关键.本文分析接受差解机制的作用,探究不同优化阶段的差解结构来源,观察年综合费用变化,发现大多数被接受的差解结构在后续的优化中又回归到原结构,存在较多无效的参数传递过程.我们提出选择性接受差解策略,...     

加权差分进化算法应用于换热网络综合

针对差分进化算法应用于换热网络受控制参数影响和后期种群多样性丧失进化乏力的不足,引入加权差分进化算法提升优化性能,算法的有效性已经在连续变量优化得到证明.本研究将其引入属于混合整型变量的换热网络综合,实现差分进化算法无控制参数调节.使用三个小到中等规模网络算例进行验证,其中两个算例取得目前公开文献最优年综合费用.通过建...