[发明专利]一种基于遗传算法的能量转换装置寿命统一管理方法

说明书

本发明公开了一种基于遗传算法的能量转换装置寿命统一管理方法，本发明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，采用启发式的遗传算法，以一种群体中的所有个体为对象，利用随机化技术指导对一个被编码的参数空间进行高效搜索，通过选择、交叉、变异自适应地调整搜索方向，得出群体最优解，即本发明中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。

技术领域

本发明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，属于能源互联网领域。

背景技术

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寿命的统一管理，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。

遗传算法是一种应用广泛的启发式智能优化方法，由借鉴进化生物学原理而来，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。

发明内容

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。因此本文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，采用启发式的遗传算法，遗传算法是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过自然进化过程搜索最优解的方法。遗传算法以一种群体中的所有个体为对象，利用随机化技术指导对一个被编码的参数空间进行高效搜索，通过选择、交叉、变异自适应地调整搜索方向，得出群体最优解，即本发明中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，E_j(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T_change记为：