优化方法技术

本发明专利技术提供了一种优化可重新配置的电力系统的性能的计算机实现的方法。所述方法包括以下步骤：接收所述电力系统的操作配置文件；将所述操作配置文件划分成多个子阶段；在所述操作配置文件的每个子阶段上执行所述电力系统的近似优化例程，以导出所述电力系统的相应的近似优化的配置；在所述操作配置文件的相应子阶段上执行每个近似优化的配置的精细优化例程，以导出针对所述子阶段的相应的精细优化的配置；以及定义所述电力系统的设置以实现对所述电力系统的所述精细优化的配置。

【技术实现步骤摘要】
优化方法
本公开涉及一种优化可重新配置的电力系统的性能的计算机实现的方法。
技术介绍
对任务/操作配置文件的电力系统优化，特别是在载具诸如飞行器的背景下，通常被视为有限时域优化问题。在行程的有限时域内的每个时间实例处，可以确定电力系统的最佳配置。有一项建议是将此作为模型预测控制解决方案来解决(Huang,Y.等人，2017年，“ModelpredictivecontrolpowermanagementstrategiesforHEVs:Areview”，《JournalofPowerSources》)。然而，解决在每一个时间步长上具有一整组决策变量的整个任务内的问题在计算上面临巨大挑战—特别是对于非线性系统。在非载具电力系统诸如静电发电机方面也可能遇到类似的问题。先前，此难题的解决方案是在不同的时间标度内分层分解问题。例如，已知基于时间标度，即基于功率部件的基础物理动力学来分解电动船舶的电力优化问题(Xie,Y.,Seenumani,G.和Sun,J.，2008年，《GrandChallengesinModellingandSimulation》会议论文集中的“Real-timeSimulationandOptimisationofMulti-scaleShipboardPowerSystems”)。然而，这需要构建不同的模型，并且假定以适于用优化器求解的方式对慢速时间标度进行建模。此外，如果系统在任何时间标度上都是非线性的，则该问题不具有确定性或收敛保证。
技术实现思路
因此，在第一方面，提供了一种优化可重新配置的电力系统的性能的计算机实现的方法，包括以下步骤：接收所述可重新配置的电力系统的操作配置文件；将所述操作配置文件划分成多个子阶段；在所述操作配置文件的每个子阶段上执行所述电力系统的近似优化例程，以导出所述电力系统的相应的近似优化的配置；在所述操作配置文件的相应子阶段上执行每个近似优化的配置的精细优化例程，以导出针对所述子阶段的相应的精细优化的配置；以及定义所述电力系统的设置以实现对所述电力系统的所述精细优化的配置。有利的是，该方法提供了一种在实际的时间范围内解决复杂的大规模优化问题的方法。近似优化允许通过固定用于细粒度优化的边界条件来解耦子阶段，从而允许在不依赖于其他子阶段的情况下更简单地解决细粒度优化。这种优化可用于改善参数，诸如：燃料消耗量、电力可利用率、电力效率和部件健康状况。该计算机实现的方法可以具有以下任一种可选特征，或者在它们兼容的范围内，可以具有以下可选特征的任何组合。可重新配置的电力系统可以是载具中的电力系统。操作配置文件则可以是载具的任务配置文件。载具可以是飞行器、船舶、火车、汽车等。任务配置文件可适合于载具类型。例如，飞行器的飞行计划；船舶的运输路线和计划表；混合机车系统的路线、时间表和铁路网信令信息、速度限制、倾斜度、架空电力线的可用性等；针对汽车的具有不同类别的环境的路线。近似优化例程可以包括以下步骤：(a)针对考虑中的每个子阶段，估计要通过改变电力系统的控制参数来优化的输出参数的值；(b)基于所估计的值来对考虑中的每个子阶段进行排序，并且确定排位最高的子阶段；(c)固定所述电力系统的允许所述电力系统实现所述排位最高的子阶段的所述输出参数的所述估计值的所述控制参数；(d)将所述排位最高的子阶段从考虑中排除；以及(e)重复步骤(a)至(d)，以便对于仍在考虑中的子阶段来固定电力系统的控制参数。例如，待优化的输出参数可以是燃料消耗量、电力可利用率、电力效率、部件健康状况、响应时间/响应速度、维护成本、全寿命周期成本(包括资本支出和/或运营支出)、排放量和/或环境问题和/或能量交易成本(例如，如果电力系统用于陆基发电)。例如，在飞行器电力系统的背景下，控制参数可以包括引擎关断状态、储能状态、能量生成状态等。在步骤(c)中，针对排位最高的子阶段固定的控制参数可以对考虑中的一个或多个其他子阶段的控制参数施加约束，使得可以针对这些子阶段固定该受约束的控制参数的值。例如，如果在一个子阶段中控制参数要求必须使用电池向一个或多个马达供电，则先前的子阶段可以被约束为(i)不使用存储在该电池中的电力；(ii)使用存储在该电池中的电力，但在该电池中留下预先确定的量的能量；和/或(iii)将电池置于充电状态。可以将对近似优化例程的子阶段施加的约束施加到精细优化例程的子阶段。有利的是，可因此降低精细优化例程的计算复杂性。计算机实现的方法可以包括在划分操作配置文件之前执行的步骤，该步骤中接收电力系统的条件，并且基于电力系统的操作配置文件和条件来确定是否可以实现操作配置文件的目标。例如，电力系统的条件可以为：对系统的固定的需求、系统资源、系统限制、系统健康状况、预期的电力需求、资源的变化(例如，计划中的引擎关断的可行性的变化、发电机健康状况的变化，以及因此建议的操作区域)，等等。确定是否可以实现操作配置文件的目标可以包括确定电力系统内的可用电力是否足以实现操作配置文件的目标。如果确定可用电力不足，则系统上的一个或多个功率耗用件可基于功率耗用件的预先确定的优先级而脱离接合。确定是否可以实现操作配置文件的目标可以包括导出电力系统的控制参数的初始配置，该初始配置允许实现目标，并且该初始配置可以为近似优化例程的主题。该近似优化例程可以使用一组启发式优化规则。该近似优化例程可以使用一个或多个贪心优化规则，这些规则可以通过聚合控制参数来考虑控制参数的子集。使用基于启发式规则的优化器可以确保为每个子阶段设定最佳配置，并且可以移除或减少迭代该过程的需要。精细优化例程可以使用任一确定性启发式方法；随机启发式方法；或者它们的混合。划分操作配置文件可以基于以下项中的任何一者或多者：电力需求容差；环境配额；操作阶段；部件健康状况信息；一个或多个储能部件的可用性；载具待操作的环境(例如，明显不同的高度，其中允许的噪声和/或排放水平可变化)。对于飞行器，示例性操作阶段可以是不同的飞行阶段。对于陆基能量生成，示例性阶段可以是一天中的不同时间，因为能量交易成本和/或负载可随时间变化。在第二方面，提供了飞行管理计算机，该飞行管理计算机被配置为执行第一方面的计算机实现的方法，可重新配置的电力系统为飞行器中的电力系统，并且操作配置文件为飞行器的任务配置文件。第二方面的飞行管理计算机可以具有第一方面的可选特征中的任何一种，或实际上在这些可选特征兼容的范围内，具有这些可选特征的任何组合。在第三方面，提供了包括第二方面的飞行管理计算机的飞行器。在第四方面，提供了操作可重新配置的电力系统的方法，该方法包括以下步骤：执行第一方面的计算机实现的方法以优化可重新配置的电力系统的性能；以及操作可重新配置的电力系统以执行操作配置文件。第四方面的方法可以具有第一方面的可选特征中的任何一种，或实际上在这些可选特征兼容的范围内，具有这些可选特征的任何组合。在电力系统的操作期间，可以接收更新的操作配置文件或可重新配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化可重新配置的电力系统的性能的计算机实现的方法，包括以下步骤：/n接收所述可重新配置的电力系统的操作配置文件；/n将所述操作配置文件划分成多个子阶段；/n在所述操作配置文件的每个子阶段上执行所述电力系统的近似优化例程，以导出所述电力系统的相应的近似优化的配置；/n在所述操作配置文件的相应子阶段上执行每个近似优化的配置的精细优化例程，以导出针对所述子阶段的相应的精细优化的配置；以及/n定义所述电力系统的设置以实现对所述电力系统的所述精细优化的配置。/n

【技术特征摘要】
20190114 GB 1900477.91.一种优化可重新配置的电力系统的性能的计算机实现的方法，包括以下步骤：
接收所述可重新配置的电力系统的操作配置文件；
将所述操作配置文件划分成多个子阶段；
在所述操作配置文件的每个子阶段上执行所述电力系统的近似优化例程，以导出所述电力系统的相应的近似优化的配置；
在所述操作配置文件的相应子阶段上执行每个近似优化的配置的精细优化例程，以导出针对所述子阶段的相应的精细优化的配置；以及
定义所述电力系统的设置以实现对所述电力系统的所述精细优化的配置。


2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述近似优化例程包括以下步骤：
(a)针对考虑中的每个子阶段，估计要通过改变所述电力系统的控制参数来优化的输出参数的值；
(b)基于所估计的值来对考虑中的每个子阶段进行排序，并且确定排位最高的子阶段；
(c)固定所述电力系统的允许所述电力系统实现所述排位最高的子阶段的所述输出参数的所述估计值的所述控制参数；
(d)将所述排位最高的子阶段从考虑中排除；以及
(e)重复步骤(a)至步骤(d)，以便对于仍在考虑中的子阶段来固定所述电力系统的控制参数。


3.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，其中在步骤(c)中，针对所述排位最高的子阶段固定的控制参数对考虑中的一个或多个其他子阶段的控制参数施加约束，使得针对所述子阶段固定所述受约束的控制参数的值。


4.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，其中对所述近似优化例程的所述子阶段施加的约束被施加于所述精细优化例程的所述子阶段。


5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括在划分所述操作配置文件之前执行的步骤，所述步骤中接收所述电力系统的条件，并且基于所述电力系统的所述操作配置文件和所述条件来确定所述操作配置文件的目标是...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·R·米尔斯，马斯扎图尔·M·曼苏尔，德里克·S·沃尔，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB