一种基于模拟退火算法的能量转换装置寿命统一管理方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于模拟退火算法的能量转换装置寿命统一管理方法，本发明专利技术在可以自由预先设置设备最大更换时间间隔的情况下，选取每台能量转换装置向负荷供能的占比，以及能量转换装置实际使用时长为决策变量，采用启发式的模拟退火算法，基于物理中固体物质的退火过程与一般组合优化问题的相似性，从某一较高的温度出发，在此温度下不断寻找接受比当前解更优的解，同时以一定概率接受比当前解更差的解以跳出局部最优值寻找全局最优值，全局最优值即为满足设备更换时间间隔要求的能量传输总损耗最低值，此时有最大的能量传输效率。本发明专利技术对于能量转换装置的传输效率以及寿命统一管理的研究推广具有重要科学意义和应用价值。

A Unified Life Management Method for Energy Conversion Devices Based on Simulated Annealing Algorithms

The invention discloses a unified life management method of energy conversion device based on simulated annealing algorithm. Under the condition that the maximum time interval of equipment replacement can be set freely in advance, the heuristic simulated annealing algorithm is adopted to select the proportion of energy supply from each energy conversion device to the load, and the actual use time of the energy conversion device as the decision variable, based on physics. Similarity between annealing process of solid materials and general combinatorial optimization problems. Starting from a higher temperature, the solution that accepts better than the current solution is constantly searched at this temperature. At the same time, the solution that accepts worse than the current solution with a certain probability is searched for the global optimal value by jumping out of the local optimal value. The global optimal value is the lowest total energy transmission loss that meets the requirement of equipment replacement time interval. At this time, the maximum energy transfer efficiency is achieved. The invention has important scientific significance and application value for the research and popularization of the transmission efficiency and the unified life management of the energy conversion device.

【技术实现步骤摘要】
一种基于模拟退火算法的能量转换装置寿命统一管理方法
本专利技术涉及一种对能量转换装置寿命统一管理，同时最小化能量传输损耗的发电配置方法。
技术介绍
近年来，能源问题已成为世界各国所需讨论解决的首要难题，世界各个国家及组织积极开展探究新型替代能源的技术。其中，可再生能源以其可再生、无污染的特点受到了高度重视。随着新能源技术的发展，并伴随着能源技术创新和互联网技术的深度融合的巨大潜力，诞生了“能源互联网”的宏观结构，该体系具有“多能互补，源网荷储”的统一多能互补协调的核心理念，不仅可以实现能源的“就地采集，原地存储，现场利用”功能，还可以作为具有数个完整功能的局域小型供电系统与电网互联。由于多种新型能源的加入，以及负荷对于能量需求形式的多样化，因此在网络中需要多种能量转换装置，如电力变压器、微型燃气轮机、光伏发电装置等。由于发电区域通常环境较为恶劣，范围广，因此需要减少由于能量耗尽进行设备更换的频率，而且不同类型的能量转换装置具有不同的总发电量限额，因此需要对不同的能量转换装置进行使用寿命的统一管理。同时，不同位置的能量转换装置向负荷供能时对应不同的能量传输损耗，为了提高能量传输的效率，因此需要尽可能减少向负荷供电的总损耗。综合考虑能量转换装置的寿命统一管理，以及供能的总损耗，对能源互联网的配置具有较大的社会与经济意义。模拟退火算法是一种应用广泛的启发式智能优化方法，来源于自然界固体退火原理，是人工智能领域的重要分支，对优化问题的限制条件较少，具有极强的通用性，易于通过编程实现。
技术实现思路
在分布式发电中，能源类型的多样性以及负荷需求类型的多样性，使网络中存在多种能量转换装置。能量转换装置配置区域通常环境恶劣，范围广，而且均有总发电量的限制，且不同类型的能量转换装置通常对应不同的总发电量限额。如果单一装置长时间连续使用或过载运行，则该装置损耗速度快，使用寿命缩短，如果对单一装置减少运行频率或轻载运行，通过代价较小的维护可以使其实际使用寿命延长。如果对分布式发电区域的设备不进行使用寿命的统一管理，工作人员便需要频繁地前往该区域进行设备的更换。同时，由于发电区域范围较广，不同位置的能量转换装置向同一负荷供电时对应有不同的能量线损，减少能量的线损可以提升发电的效率。因此本专利技术综合考虑不同能量转换装置的寿命管理，以及能量传输的线损问题，在可以自由预先设置设备最大更换时间间隔情况下，选取每台能量转换装置向负荷供能的占比，以及能量转换装置实际使用时长为决策变量，采用启发式的模拟退火算法，基于物理中固体物质的退火过程与一般组合优化问题的相似性，从某一较高的温度出发(记为初始温度)，在此温度下不断寻找接受比当前解更优的解，同时以一定概率接受比当前解更差的解以跳出局部最优值寻找全局最优值。温度越高降温的概率越大，温度越低降温的概率越小，伴随着温度参数的不断下降，算法中的解趋于稳定，由此得出全局最优值，即满足设备更换时间间隔要求的能量传输总损耗最低值，此时有最大的能量传输效率。本专利技术方法的具体实现包括以下步骤：(1)能源互联网中，由于发电形式的多样性以及负荷类型的多样性，分布式发电区域中存在多种类型的能量转换装置，如电力变压器、微型燃气轮机、光伏发电装置等，将不同类型的能量转换装置进行统一管理，获取所管理设备的剩余能量E(t)，表示为：其中，Ej(t)为设备j在时刻t的剩余能量，m为分布式发电区域待统一管理的总设备数；将m台设备的使用时长，即下次更换时间Tchange记为：其中，为设备j下次更换时间；预先设置m台设备的最大更换时间间隔Tinterval，则m台设备的最早更换时间Tf为：其中，Tter为m台设备的最晚更换时间，m台设备均需要在[Tf,Tter]时间段内进行更换；(2)获取能源互联网负荷端多个负荷的需求供电量L(t)，表示为：L(t)＝[L1(t),L2(t),...,Ln(t)]其中，Li(t)为负荷i在时刻t所需电量，n为负荷端的负荷总数；(3)每台能量转换装置向负荷供电时具有不同的能量传输距离，对应不同的能量线损率，该分布式发电区域的能量线损率Hloss表示为：其中，Dji为设备j与负荷i的能量传输距离，δ为单位传输距离的能量损耗率；(4)当时刻t每台能量转换装置单独向负荷供电时，所需发电量Ep(t)为：每台能量转换装置所需发电量与自身剩余能量占比K为：(5)对于每个负荷，通常需要多个能量转换装置同时向其供电，选取所需发电量与剩余能量占比最小，同时能量传输过程损耗最小的能量转换装置向该负荷供能占比最大时，发电效率最高，同时便于设备寿命的统一管理；在选取能量转换装置向负荷供电时，综合考虑每台能量转换设备发电配比与实际使用寿命两方面，其中发电配比需考虑该能量转换设备所需发电量与自身剩余能量占比，以及该能量转换设备供能的损耗与负荷大小比值两项因素；在t时刻对于某负荷i，首先考虑发电配比R(t,i)为：其中α为预先设置的第一项因素权重，则1-α为第二项因素权重；其次根据设备的实际使用寿命对发电配比进行相应的调整，得到每台设备对负荷i的实际供能权重W(t,i)，表示为：(6)对于每个负荷，以每台能量转换装置实际供能权重按反比例对其进行供能，即权重值越大，供能占比越小；能量转换装置的实际供能Er(t)为：其中Erji(t)表示设备j在t时刻对负荷i的实际供能；(7)经过供能分配之后，得到每台设备剩余能量E(t+1)为：当某台设备j的剩余能量达到需要进行更换的最小剩余能量阈值，则需要对该台设备进行更换，获得该台设备的下次更换时间(8)将m台设备对n个负荷进行供能的总损耗作为目标函数，表示为：约束条件为：以及对每台设备j，应满足以下约束条件：其中，Pj(t)为设备j的输出功率，Pj(t)max为设备j的最大输出功率，通常为额定功率，Pj(t)min为设备j的最小输出功率；(9)采用启发式的模拟退火算法求解目标函数，使能量转换装置更换时间在预先设置的更换时间段内，能量传输总损耗达到最小；目标函数的求解过程具体如下：(9.1)对每台设备j选取其计算得出的发电配比作为初始配比，选取设备更换时间从Tf到Tter之间的随机数作为初始更换时间，并计算此时能量传输的总损耗f1作为参考点；设定总扰动次数K、总接受次数Q、初始温度t0、降温速率β；(9.2)在配比和更换时间初值进行扰动，得到新的配比变量以及更换时间变量，并计算能量传输的总损耗fk，如果fk小于fk-1，则接受概率P＝1，选择该扰动点作为新的参考点，同时如果fk小于历史记录的最小损耗fmin，将最小损耗fmin更新为fk；如果fk大于扰动前的fk-1，参考Metropolis计算接受概率P，计算公式如下：当接受次数达到总接受次数Q时，执行步骤(9.4)，否则执行步骤(9.3)；(9.3)令k＝k+1，重复执行步骤(9.2)，直到达到设定的扰动次数K时，对当前环境降温至tnew＝β·tcurrent，tcurrent为降温前的温度，并将k置1，重新执行步骤(9.2)；(9.4)扰动停止，得到历史记录的最小损耗为能量传输最小损耗，并得到每台设备的下次更换时间。本专利技术的优点在于：创新性地综合考虑了能量转换装置更换时间，以及每台能量转换装置向负荷供能的发电配比两因素，从而能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模拟退火算法的能量转换装置寿命统一管理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取能源互联网分布式发电区域中多种类型的能量转换装置的剩余能量E(t)，表示为：

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟退火算法的能量转换装置寿命统一管理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取能源互联网分布式发电区域中多种类型的能量转换装置的剩余能量E(t)，表示为：其中，Ej(t)为设备j在时刻t的剩余能量，m为分布式发电区域待统一管理的总设备数；将m台设备的使用时长，即下次更换时间Tchange记为：其中，为设备j下次更换时间；预先设置m台设备的最大更换时间间隔Tinterval，则m台设备的最早更换时间Tf为：其中，Tter为m台设备的最晚更换时间，m台设备均需要在[Tf,Tter]时间段内进行更换；(2)获取能源互联网负荷端多个负荷的需求供电量L(t)，表示为：L(t)＝[L1(t),L2(t),...,Ln(t)]其中，Li(t)为负荷i在时刻t所需电量，n为负荷端的负荷总数；(3)每台能量转换装置向负荷供电时具有不同的能量传输距离，对应不同的能量线损率，该分布式发电区域的能量线损率Hloss表示为：其中，Dji为设备j与负荷i的能量传输距离，δ为单位传输距离的能量损耗率；(4)当时刻t每台能量转换装置单独向负荷供电时，所需发电量Ep(t)为：每台能量转换装置所需发电量与自身剩余能量占比K为：(5)在选取能量转换装置向负荷供电时，综合考虑每台能量转换设备发电配比与实际使用寿命两方面，其中发电配比需考虑该能量转换设备所需发电量与自身剩余能量占比，以及该能量转换设备供能的损耗与负荷大小比值两项因素；在t时刻对于某负荷i，首先考虑发电配比R(t,i)为：其中α为预先设置的第一项因素权重，则1-α为第二项因素权重；其次根据设备的实际使用寿命对发电配比进行相应的调整，得到每台设备对负荷i的实际供能权重W(t,i)，表示为：(6)对于每个负荷，以每台能量转换装置实际供能权重按反比例对其进行供能，即权重值越大，供能占比越小；能量转换装置的实际供能Er(t)为：其中Erji(t)表示设备j在t时刻对负荷i的实际供能；(7)经过供能分配之后，得到每台设备剩余能量E(t+1)为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秦敏，刘广仑，范海东，冯时，陈积明，孙优贤，李清毅，周君良，关键，俞荣栋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33