[發明專利]一種基于模擬退火算法的考慮多因素的產能端功率分配方法

有效

• 申請號: 201811331386.9
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109447369B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 楊秦敏;劉廣侖;范海東;馮時;陳積明;孫優賢;李清毅;周君良;關鍵;俞榮棟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種基于模擬退火算法的考慮多因素的產能端功率分配方法，本發明根據能源互聯網中產能端設備的使用壽命，通過建立壽命損耗率模型決定產能端設備在不同階段的最大產能功率，并結合能量傳輸損耗、環境效益等多因素進行功率分配的方法，從而最大化產能效率及產能收益。本文采用啟發式的模擬退火算法，基于物理中固體物質的退火過程與一般組合優化問題的相似性，從某一較高的溫度出發，在此溫度下不斷尋找接受比當前解更優的解，同時以一定概率接受比當前解更差的解以跳出局部最優值尋找全局最優值，即最佳分配方案。本發明對于能源互聯網中多能源形式共存的產能端功率分配問題具有重要的科學意義和應用價值。

技術領域

本發明涉及一種考慮產能端設備使用壽命，以及能量傳輸損耗、環境效益等多因素的功率分配方法，屬于能源互聯網領域。

背景技術

近年來，能源問題已成為世界各國所需討論解決的首要難題，世界各個國家及組織積極開展探究新型替代能源的技術。其中，可再生能源以其可再生、無污染的特點受到了高度重視。隨著新能源技術的發展，并伴隨著能源技術創新和互聯網技術的深度融合的巨大潛力，誕生了“能源互聯網”的宏觀結構，該體系具有“多能互補，源網荷儲”的統一多能互補協調的核心理念，不僅可以實現能源的“就地采集，原地存儲，現場利用”功能，還可以作為具有數個完整功能的局域小型供電系統與電網互聯。

由于多種新型能源的加入，能源形式不再局限于電能，而是電能、天然氣能、石油能等多種能源形式的結合，天然氣能由于其高效、清潔等特點，具有良好的發展前景，同時在發電形式中，風力、光伏發電相較于傳統的火力發電也有明顯的優勢。在多種能源形式共存的產能端，使用時間較短的產能設備，維護費用較低，可以在短時間內處于過載運行狀態以獲取更大的輸出能量，使用時間較長的產能設備，維護費用較高，適合處于輕載運行狀態減少維護并保證安全。因此可以利用產能設備這一特性，并綜合考慮能量傳輸損耗、環境效益等因素對新興的天然氣產能、風力產能、光伏產能等設備通過過載運行獲取更大的能量輸出，從而進一步代替產能區域中綜合性能較劣的火力發電等設備，提升產能效率及收益。

模擬退火算法是一種應用廣泛的啟發式智能優化方法，來源于自然界固體退火原理，是人工智能領域的重要分支，對優化問題的限制條件較少，具有極強的通用性，易于通過編程實現。

發明內容

在能源互聯網中，能量的形式不再局限于電能，而是電能、天然氣能、石油能等多種能源形式的結合，天然氣能由于其高效、清潔等特點，具有良好的發展前景，同時在發電形式中，風力、光伏發電相較于傳統的火力發電也有明顯的優勢。在我國，雖然仍然是以火力發電為主，但在微網場景下，已經可以充分利用風能、天然氣能等代替火力發電，獲得更大的經濟收益以及環境收益。在多種能源形式共存的產能端，產能設備的使用壽命不同，當某一產能設備使用時間較短，即該設備剛剛建立時，維護費用較低，可以處于過載運行狀態以獲取更大的輸出能量，但也需要避免長時間過載運行以免損壞設備；當某一產能設備的使用時間較長，即該設備較為陳舊，維護費用較高，因此適合處于輕載運行以減少維護費用并保證安全性。利用產能設備這一特性，通過選取使用時間較短，同時能量傳輸損耗、環境效益等性能良好的產能設備，通過過載運行獲取更大的功率輸出，進一步代替產能端較為陳舊，同時環境效益等性能較劣的火力發電等設施，從而提升產能效率及產能收益。考慮多因素的功率分配是一種優化問題，最佳分配方案是綜合性能越好的產能設備向負荷輸送功率的比例越高，因此采用啟發式的模擬退火算法，基于物理中固體物質的退火過程與一般組合優化問題的相似性，從某一較高的溫度出發(記為初始溫度)，在此溫度下不斷尋找接受比當前解更優的解，同時以一定概率接受比當前解更差的解以跳出局部最優值尋找全局最優值。溫度越高降溫的概率越大，溫度越低降溫的概率越小，伴隨著溫度參數的不斷下降，算法中的解趨于穩定，由此得出全局最優值，即本發明中最佳分配方案。本發明方法的具體實現包括以下步驟：

(1)獲取能源互聯網產能端多種能源形式(如電能、天然氣能)的產能設備，產能設備為風力發電廠、水力發電廠、光伏電池、儲氣系統等，產能設備的編號M表示為：