基于人工大猩猩群体的增强型能量管理框架，用于并网多纳米电网的最优运行

为日常场所提供更智能的电力

随着越来越多的屋顶太阳能电池板、小型风力机和电池并入电网，维持住宅、学校和小型企业的照明变得更加复杂。本文研究如何运行这些称为纳米电网的小型本地电力系统集群，以在保证电力可靠性的同时降低日常能源费用。研究人员借鉴大猩猩群体的社会行为，设计出一种新的数字“中枢”，决定何时使用阳光、风能、电池、柴油发电机或主电网，从而让建筑全天候获得经济、低碳的电力。

协同工作的微型电力网络

纳米电网类似于单栋建筑或小型场址的微型电力网络，通常不超过100千瓦。它可以包括屋顶太阳能、微型风力机、电池和备用柴油发电机，所有设备通过直流（DC）母线相连。若干纳米电网可连接成多纳米电网集群，相互共享多余电力并与更大的公用电网交换能量。在本研究的系统中，四个纳米电网——其中一些以太阳能为主，另一些以风能为主——通过直流线路相互连接，并通过交流线路与主电网相连。每个纳米电网拥有自己的本地设备，但由一个中央能量管理系统协调，持续平衡供需。

提前规划并实时调整

工作的核心是一种在两个时间尺度上运行的增强型能量管理系统。首先，日前规划器利用对阳光、风力、电价和建筑用电需求的预测，制定出最优的24小时计划。它决定何时将可调负载（如热水器或洗衣机）移到廉价时段、何时给电池充放电、柴油发电机应以何种强度运行以及何时向电网买电或卖电。其次，实时控制器检查实际情况——阳光强度、风速、电网价格和用户用电量。当现实与预测偏离时，系统每小时微调电力流以保持低成本，同时遵守电池荷电状态和发电机输出等技术约束。

受大猩猩启发的数字化求解

在24小时内为数十台设备选择最佳动作组合，是一个具有诸多约束和不确定性的困难优化问题。作者没有依赖可能陷入次优解的僵化数学公式，而是采用了一类较新的搜索方法：人工大猩猩群体优化器（AGTO）。AGTO模拟大猩猩群体如何探索环境并最终围绕最强的“银背”领导者集结。在这个类比中，每只虚拟大猩猩代表一种可能的能量调度方案。在探索阶段，群体分散以采样非常不同的运行模式，类似于到陌生觅食地游荡；在利用阶段，候选方案向已知的最好解靠拢，像是跟随银背或竞争以细化群体位置。该过程反复进行，直到算法收敛到低成本的运行计划。

通过负荷转移与共享降低账单

研究人员使用沿海埃及城市的真实数据进行测试，采用逐小时的温度、太阳辐照、风速和电价曲线。他们将AGTO与若干已建立的优化工具比较，包括粒子群优化及其他动物启发式方法。在单个纳米电网和四纳米电网集群的对比中，基于大猩猩的调度器始终能找到更廉价的方案。将可调负载从昂贵的晚间高峰时段转移到成本较低的时段，本身即可将运营费用约降低7%，同时平滑需求曲线。当纳米电网允许合作与电力共享时，相较于孤立运行，总日能耗成本约降低8%。总体而言，当同时应用日前规划与负荷管理时，AGTO相比竞争算法可实现约15%至16%的成本节约。

应对变化世界的有弹性电力

对普通用户而言，结论是：智能协调本地清洁能源与储能可以在不牺牲舒适性或可靠性的前提下，悄然削减电费并减少对化石燃料的依赖。通过结合日前规划、实时调整以及受大猩猩社会行为启发的高效搜索策略，所提系统即使在天气、电价和需求不按剧本变化时，也能保持多纳米电网集群的平衡。研究表明，随着更多建筑采用屋顶可再生能源和电池，这种智能能量管理有望在使社区尺度电力网络既经济又有弹性方面发挥关键作用。

引用: Elsayed, W.T., Abdulnabi, A., Ali, A.A. et al. An enhanced energy management framework based on artificial gorilla troops for optimal operation of grid-connected multi-nanogrids. Sci Rep 16, 12741 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45884-5

关键词: 纳米电网, 能源管理, 可再生能源, 优化算法, 需求侧管理