[发明专利]基于洛特卡－沃泰拉模型的能源互联网演化路线分析方法

权利要求书

1.基于洛特卡－沃泰拉模型的能源互联网演化路线分析方法，其特征在于包括以下步骤：

1)提取影响区域能源互联网演化的因素，因素包括公共驱动因素、政策驱动因素、市场驱动因素、技术驱动因素，前两因素归为他组织因素，后两因素归为自组织因素；

2)选择Lotka-Volterra演化协同动力学模型，提出假设条件，求稳态解，得到多种演化路径和对应改进策略；

3)根据独立性权重法确定指标权重，根据灰色估计法和指标权重确定模型参数值，参照演化路径得到能源互联网演化路线，并根据对应的改进策略提出具体发展建议。

2.根据权利要求1所述的基于洛特卡－沃泰拉模型的能源互联网演化路线分析方法，其特征在于：在步骤1)中，公共驱动因素包括资源、环境、气候和国际合作；政策驱动因素包括国家战略政策、财政金融政策、环境环保政策和法律法规；市场驱动因素包括用户侧用能需求、供给侧资源约束矛盾、能源供需形势以及价格机制；技术驱动因素包括能源转换、能源储存应用在能源生产、存储、传输、消纳环节的技术。

3.根据权利要求1所述的基于洛特卡－沃泰拉模型的能源互联网演化路线分析方法，其特征在于：在步骤2)中，选择Lotka-Volterra演化协同动力学模型：

$\frac{{\mathrm{dN}}_1}{dt}=p_1{N}_1(1-\frac{N_1}{q_1})$

$\frac{{\mathrm{dN}}_2}{dt}=p_2{N}_2(1-\frac{N_2}{q_2})$

式中：N₁表示他组织因素的驱动作用水平，N₂表示自组织因素的驱动作用水平；p₁为他组织因素驱动提升比例，p₂为自组织因素驱动提升比例；q₁表示自组织因素不变时他组织因素产生的最大作用，q₂表示他组织因素不变时自组织因素产生的最大作用；

对L-V模型，提出以下假设：

假设1：他组织与自组织之间呈现完全竞争状态，这种反向抵消对区域能源互联网演化具有反向抑制作用；

假设2：他组织与自组织之间呈现完全合作状态，这种同向重合对区域能源互联网演化具有正向促进作用；

假设3：对于区域能源互联网演化来说，自组织与他组织呈现完全合作状态是理想状态；自组织与他组织之间呈现完全竞争状态是不理想状态；两种状态的中间状态是分向复合状态，并且长期都呈现此状态，L-V模型为；

$\frac{{\mathrm{dN}}_1}{dt}=p_1{N}_1(1-\frac{N_1-a_{12}{N}_2+b_{12}{N}_2}{q_1})$

$\frac{{\mathrm{dN}}_2}{dt}=p_2{N}_2(1-\frac{N_2-a_{21}{N}_1+b_{21}{N}_1}{q_2})$

式中：a₁₂表示他组织对自组织的竞争抵消作用，a₂₁表示自组织对他组织的竞争抵消作用，取值范围为[0，1]；b₁₂表示他组织对自组织的协同合作作用，b₂₁表示自组织对他组织的协同合作作用，取值范围为[0，1]；N₁表示他组织因素的驱动作用水平，N₂表示自组织因素的驱动作用水平；p₁为他组织因素驱动提升比例，p₂为自组织因素驱动提升比例，q₁表示自组织因素不变时他组织因素产生的最大作用，q₂表示他组织因素不变时自组织因素产生的最大作用；

完全竞争状态：反向抵消动力学模型；完全竞争状态是他组织与自组织驱动因素反向抵消的极端形式，此时两者完全不能合作、互相排斥，即满足a₁₂＞0，a₂₁＞0，且b₁₂＝b₂₁＝0，则动力学模型为：

$\frac{{\mathrm{dN}}_1}{dt}=p_1{N}_1(1-\frac{N_1-a_{12}{N}_2}{q_1})$

$\frac{{\mathrm{dN}}_2}{dt}=p_2{N}_2(1-\frac{N_2-a_{21}{N}_1}{q_2})$

令可得到方程组的稳态解:

$X_1(0,0),X_2(0,q_2),X_3(q_1,0),X_4(\frac{q_1-a_{12}{q}_2}{1-a_{12}{a}_{21}},\frac{q_2-a_{21}{q}_1}{1-a_{12}{a}_{21}})$

通过等倾线交点以及在等倾线上轨迹的走向，判断完全竞争状态下存在4种演化路径；

演化路径1：当且时，X₃是稳态解，表示他组织与自组织的驱动作用呈现竞争状态，自组织作用完全被抵消，演化由他组织因素驱动；

演化路径2：当且时，X₂是稳态解，表示他组织与自组织的驱动作用呈现竞争状态，他组织作用完全被抵消，演化由自组织因素驱动；

演化路径3：当且时，基于0≤a₁₂≤1,0≤a₂₁≤1，可得到a₁₂＝a₂₁＝1，X₂或X₃是稳态解，表示他组织与自组织的驱动作用呈现竞争状态，一方最终会被完全抵消，谁被抵消与各自提升比例有关；

演化路径4：当a₁₂a₂₁＜1且时，X₄是稳态解，表示他组织与自组织的驱动呈现竞争状态，最终双方稳定共存；

完全合作状态：同向重合动力学模型；同向重合方式是他组织与自组织驱动因素相互合作的极端形式，此时两者协调一致，不存在抵消与排斥，即满足a₁₂＝a₂₁＝0,b₁₂≠0,b₂₁≠0，则动力学模型为：

$\frac{{\mathrm{dN}}_1}{dt}=p_1{N}_1(1-\frac{N_1+b_{12}{N}_2}{q_1})$

$\frac{{\mathrm{dN}}_2}{dt}=p_2{N}_2(1-\frac{N_2+b_{21}{N}_1}{q_2})$

通过等倾线交点及等倾线上轨迹的走向，判断完全合作状态下存在1种演化路径；

演化路径5：当b₁₂b₂₁＜1时，X₄是定态稳定解；

复合状态：分向复合动力学模型；分向重合方式是他组织与自组织因素对立统一的普遍方式，此时两者既抵消排斥，又协同发展，满足a₁₂≠0,a₂₁≠0,b₁₂≠0,b₂₁≠0；

令得到稳态解：

X₁(0,0),X₂(0,q₂),X₃(q₁,0),

$X_4(\frac{q_1-q_2(a_{12}-b_{12})}{1-(a_{12}-b_{12})(a_{21}-b_{21})},\frac{q_2-q_1(a_{21}-b_{21})}{1-(a_{12}-b_{12})(a_{21}-b_{21})})$

复合状态下存在两种情况：

A)当(a₁₂-b₁₂)(a₂₁-b₂₁)＜1时，存在4种演化路径；

演化路径6：当a₁₂＞b₁₂,a₂₁＞b₂₁时，表示他组织与自组织因素的抵消作用大于协同作用，此时两者相互作用的情况与完全不理想状态下的路径相似；

演化路径7：当a₁₂＜b₁₂,a₂₁＜b₂₁时，表示他组织与自组织因素的协同作用大于抵消作用，此时两者相互作用的情况与完全理想状态下的路径相似；

B)当(a_α2-b₁₂)(a₂₁-b₂₁)＜1时，存在4种演化路径；此时X₄是动力学模型的解，并且表明他组织与自组织因素能够在合理范围内互相协同，共同促进系统的有序演化；分为a₁₂＜b₁₂,a₂₁＞b₂₁或a₁₂＞b₁₂,a₂₁＜b₂₁，这两种情况表示他组织与自组织因素的竞争合作关系并不同向；

通过微分方程组计算得出特征矩阵，得到满足定态解为X₄的条件；通过推算，可通过的正负号来判断是否趋于稳态解X₄；

演化路径8：当a₁₂＜b₁₂,a₂₁＞b₂₁，且时，X₄是定态稳定解，自组织对他组织的有效合作，即竞争系数与合作系数的差小于自组织与他组织的最大增长规模之比，竞争被控制在一个可控范围内，他组织与自组织的驱动合力将达到稳定平衡；

演化路径9：当a₁₂＜b₁₂,a₂₁＞b₂₁，且时，X₃是稳态解，表明他组织与自组织因素发生竞争作用，导致自组织因素的驱动作用被抵消；

当a₁₂＞b₁₂,a₂₁＜b₂₁时，存在2种演化路径；

演化路径10：当a₁₂＞b₁₂,a₂₁＜b₂₁，且时时，X₄是稳态解；此时，且利于能源互联网的有序演化；

演化路径11：当a₁₂＞b₁₂,a₂₁＜b₂₁，且时，X₂是稳态解，会导致系统演化最终走向消亡。