计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法

本发明涉及加氢站规划，尤其涉及一种计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法。

背景技术：

1、加氢站是衔接氢能供需的核心服务设施，构建加氢站网络是推进氢能发展构建新型能源体系的基础支撑。然而，由于加氢站的普及率低以及布局不合理，现有加氢站网络在应对需求波动与节点失效时缺乏足够的韧性与鲁棒性，严重制约了氢能产业的规模化应用和发展，加氢站网络布局无法有效衔接氢气的供应与需求，亟需加强加氢站网络的韧性优化布局。

2、系统的韧性能够使系统从极端事件或灾难中恢复并加强进步，成为复杂网络领域的重要议题。目前韧性定义呈现多元化，学界主要围绕能力、过程、结果等视角进行界定。

3、目前关于加氢站选址的研究主要包含两个方面：基于网络节点的氢气需求、基于路网的流量需求和综合数学选址模型。从网络节点需求出发，主要包含p中值模型和集覆盖模型。

4、深度强化学习能够通过与环境的持续交互学习最优策略，为求解设施选址问题提供了新的技术路径。目前其在选址问题中的应用主要包括经典静态选址、动态多周期选址、选址-路径联合优化及电动汽车充电站选址等方向。现有研究表明，drl在不同选址场景中均能实现高效、鲁棒的决策，具有广阔的应用前景。

5、现有研究为加氢站网络布局奠定了重要理论基础，但仍存在以下问题：现有研究多侧重经济性分析，缺乏网络韧性视角；多针对单一站点选址，鲜有涉及双层网络布局；多基于确定性假设，难以刻画需求不确定性；传统方法难以高效求解大规模时空耦合决策。

6、因此，需要一种计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法，来解决上述方案中存在的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法，以解决或至少缓解上面存在的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法，在计算设备中执行，所述双层网络包含服务网络和交通网络，所述服务网络适于由用于供应氢气的各加氢站和产生氢气需求的各需求点构成，所述交通网络适于由各加氢站、各需求点、各氢燃料电池车及道路共同构成，所述双层网络内的所有加氢站形成加氢站系统，所述方法包括：以加氢站系统的日利润最大、所述双层网络的综合脆弱性最小为上层目标，构建上层选址定容规划模型，其中，所述加氢站系统的日利润为所述加氢站系统的日氢气销售总收入与日化建设运营成本的差值，所述日化建设运营成本包含日化建设投资成本和日运行成本；所述综合脆弱性适于根据双层网络的节点平均脆弱性、连边平均脆弱性、网络全局脆弱性来确定；以用户综合满意度最大为下层目标，构建下层运行模型，所述用户综合满意度适于根据时间满意度值和经济满意度值来确定，所述时间满意度值用于表征双层网络的加氢服务质量，经济满意度值用于表征用户加氢经济成本；基于所述上层选址定容规划模型和所述下层运行模型，得到加氢站规划运行双层优化模型；采用基于wasserstein距离的分布鲁棒优化方法结合mappo算法，来对所述加氢站规划运行双层优化模型进行求解，得到最优选址定容方案和最优需求流量分配方案，其中，所述最优选址定容方案用于指示各候选点是否被选为加氢站、各加氢站的建设容量、各加氢站是否为各需求点服务，所述最优需求流量分配方案用于指示各时段各加氢站满足各需求点的氢气需求量。

3、可选地，在根据本发明的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法中，所述日氢气销售总收入适于根据各时段各加氢站满足的氢气需求量和氢气零售价格来确定；所述加氢站系统的日化建设投资成本适于根据所有加氢站的土地投资成本、所有加氢站的设备投资成本以及年运行天数来确定；所述加氢站系统的日运行成本包含日氢气采购总成本、日设备运维总成本、日工人总成本。

4、可选地，在根据本发明的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法中，所有加氢站的土地投资成本等于所有加氢站的建设用地成本之和，每个加氢站的建设用地成本与该加氢站所处位置的地价和占地面积有关；所有加氢站的设备投资成本包括所有加氢站的压缩机购买费用、储氢罐购买费用、加氢机购买费用；所述日氢气采购总成本适于根据各时段各加氢站满足的氢气需求量和氢气采购单价来确定；所述日设备运维总成本为所有加氢站的设备日运维成本之和；所述日工人总成本为所有加氢站的日工人成本之和。

5、可选地，在根据本发明的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法中，以加氢站系统的日利润最大、所述双层网络的综合脆弱性最小为上层目标，构建上层选址定容规划模型，包括：以加氢站系统的日利润最大为上层第一目标，构建上层第一目标函数；采用理想点法，基于所述双层网络的节点平均脆弱性、连边平均脆弱性、网络全局脆弱性，以所述双层网络的综合脆弱性最小为上层第二目标，构建上层第二目标函数；基于所述第一目标函数和所述第二目标函数，来构建上层选址定容规划模型。

6、可选地，在根据本发明的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法中，基于所述第一目标函数和所述第二目标函数，来构建上层选址定容规划模型，包括：基于所述第一目标函数、所述第二目标函数以及多种上层约束条件，来构建上层选址定容规划模型；所述多种上层约束条件包括：选址覆盖约束条件、需求满足约束条件、逻辑关联约束条件、脆弱性阈值约束条件、决策变量域约束条件、容量标准化约束条件、容量范围约束条件、占地面积约束条件、双层网络规模约束条件、加氢站配置约束条件。

7、可选地，在根据本发明的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法中，所述节点平均脆弱性适于根据各加氢站的脆弱性来确定，其中，所述加氢站的脆弱性适于通过归一化所述加氢站的加权聚类系数来得到；所述连边平均脆弱性适于根据各需求点与各加氢站之间路径的脆弱性来确定，与各需求点与各加氢站之间路径的中断概率及路径中断导致的网络平均路径长度的变化值有关；所述网络全局脆弱性适于通过归一化全局网络效率得到。

8、可选地，在根据本发明的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法中，以用户综合满意度最大为下层目标，构建下层运行模型，包括：以用户综合满意度最大为下层目标构建下层目标函数，基于所述下层目标函数构建下层运行模型；其中，所述用户综合满意度适于利用topsis法根据时间满意度值和经济满意度值来得到。

9、可选地，在根据本发明的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法中，基于所述下层目标函数构建下层运行模型，包括：基于所述下层目标函数构和多种下层约束条件，来构建下层运行模型；所述多种下层约束条件包括：服务关系耦合约束条件、需求满足上限约束条件、加氢站瞬时服务速率约束条件、氢燃料电池车行驶时间因果约束条件、加氢站日容量约束条件、加氢站负荷均衡约束条件。

10、可选地，在根据本发明的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法中，采用基于wasserstein距离的分布鲁棒优化方法结合mappo算法，来对所述加氢站规划运行双层优化模型进行求解，得到最优选址定容方案和最优需求流量分配方案，包括：获取模型输入参数，所述模型输入参数包括双层网络的多个候选点和多个需求点的参数、历史时序氢气需求数据；基于所述历史时序氢气需求数据构造历史氢气需求经验分布，采用基于wasserstein距离的分布鲁棒优化方法，以所述历史氢气需求经验分布为中心构建分布模糊集来量化氢气需求分布不确定性，并将所述加氢站规划运行双层优化模型转化为嵌入氢气需求分布不确定性的分布鲁棒双层优化模型；将所述上层选址定容规划模型的日利润最大、综合脆弱性最小分别作为首要目标、次要目标；采用谱聚类算法，将所述多个需求点聚合为4个需求联盟，建立每个需求联盟对应的智能体，并为所述智能体配置观测空间和动作空间，以构建多智能体强化学习环境；基于所述多智能体强化学习环境，通过各智能体基于对应的观测空间执行选址与流量分配联合动作，通过全局价值网络集中评估联合动作价值，并通过策略裁剪机制更新策略网络，以对所述分布鲁棒双层优化模型进行迭代求解，得到最优选址定容方案和最优需求流量分配方案。

11、根据本发明的一个方面，提供一种计算设备，包括：至少一个处理器；存储器，存储有程序指令，其中，程序指令被配置为适于由上述至少一个处理器执行，所述程序指令包括用于执行如上所述的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法的指令。

12、根据本发明的一个方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其中，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现如上所述的方法。

13、根据本发明的一个方面，提供一种存储有程序指令的可读存储介质，当该程序指令被计算设备读取并执行时，使得该计算设备执行如上所述的计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法。

14、根据本发明的技术方案，提供了一种计及交通-服务双层网络韧性的加氢站规划运行优化方法，在建立双层网络脆弱性评估模型的基础上，构建以日利润最大和综合脆弱性最小为上层目标、以用户综合满意度最大为下层目标的加氢站规划运行双层优化模型，引入分布鲁棒优化方法刻画需求分布不确定性，并结合mappo算法实现高效求解，由此能够加强加氢站网络的韧性、优化网络布局及抗风险能力，使得双层网络布局能够有效衔接氢气的供应与需求，实现经济性、韧性与服务质量的协同优化。此外，基于双层网络架构，上层服务网络下达调度指令，下层交通网络反馈用户满意度，形成“规划-执行-反馈”闭环，能够有效避免单点失效引发的级联风险。

15、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。