[发明专利]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

摘要

本发明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。

主权项

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：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：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；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。