基于LEACH协议的能量优化方法

针对低功耗自适应聚类协议产生的整体能耗不均及网络生命周期短的问题,提出一种改进的能量优化方法。结合能量模型、节点发送及融合数据的综合能耗计算簇头比例;利用节点剩余能量与节点基站间的距离,优化成簇阶段中簇头选取阈值公式。在普通节点入簇阶段,引入簇规模密度,避免簇规模差距过大,采用就近原则与簇密度规模更新簇头。在数据传输阶段,引入“热区”边界对簇头分类,不同类簇头采用不同的数据传输方式。仿真结果表明,所提方法能均衡网络能耗且延长网络生命周期。

基于斯塔克尔伯格博弈的光伏制氢系统能量优化管理策略

针对由于氢能生产经济性低,难以满足日益增长的氢能需求问题,提出基于斯塔克尔伯格(Stackelberg)博弈机制的光伏制氢系统能量优化管理策略。首先,在博弈模型中,氢能生产商作为上层领导者,以净收益最大为目标制定与下层用户交易的氢能价格;用户作为下层跟随者,以最大消费者剩余为目标,并兼顾上层氢能生产商制定的售氢价格,对自身用能策略进行调整,并将所需负荷量反馈上层,两者进行博弈,最终达到博弈均衡。其次,在考虑氢能生产商收益和用户用氢需求的基础上,建立光伏制氢系统能量管理模式以优化制氢系统各个设备出力,达到提高氢能生产商的经济性和满足用户氢能需求的目的。最后,通过分析氢能生产商与用户的博弈目标及策略,从理论上证明了博弈存在唯一均衡解,并调用Cplex求解器对模型进行求解。结果表明,所提出的基于Stackelberg博弈能量的优化管理策略可有效提高系统的经济性和满足用户需求,达到了博弈双方双赢的效果。

永磁同步电机驱动的机械臂能量优化与位置控制

为了降低永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)驱动的机械臂能量损耗和提高位置控制精度,设计了基于反步非奇异快速终端滑模的能量优化控制。将机械臂及其驱动电机被视为一个整体系统来进行控制器设计和能量优化。设计高增益扩张状态观测器(extended state observer, ESO)估计并补偿集总扰动和建模误差。考虑到高增益ESO对测量噪声敏感,设计扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter, EKF)与ESO结合来降低测量噪声的影响。研究结果表明,能量优化控制可以降低系统能量损耗和稳态误差,具有良好的控制性能。

考虑冷热电多能流的混合储能系统三阶段能量优化调度策略

针对综合能源系统(Integrated energy system, IES)中可再生能源(Renewable energy, RE)能量耦合的复杂性和能量波动问题,提出了一种改进的混合储能系统(Hybrid energy storage system, HESS)三阶段能量优化调度。分析了IES中各种器件在不同时间尺度下的功率响应特性,表明三阶段能量优化调度方法可以与包括HESS在内的IES很好地耦合。比较分析了HESS在稳定功率波动和延长储能寿命方面优于单一储能系统的优点,提出了三阶段能量优化调度下超级电容的控制方法。根据日前预测数据,一次能源消耗、运营成本、二氧化碳排放被视为日前滚动优化阶段的优化目标。在日内滚动调整阶段,该方法可以减少RE日前预测误差的影响,实现日内能源调度平衡,确保IES设备的安全运行。考虑到IES中可再生能源比例较高的背景,创新性地利用HESS的优势来改善系统的功率响应特性。仿真结果表明,所提方法在提升系统功率响应速度、延长储能电池(Lithium-ion battery,LiB)寿命和减少碳排量上具有显著提升。

基于强化学习的P2结构混动车辆能量优化控制

针对P2结构混动车辆,提出了一种基于强化学习的自适应等效燃油消耗最小策略(RL-ECMS),通过两个智能体实现等效因子的自适应更新和车辆扭矩的动态分配,以适应不断变化的驾驶需求。通过MATLAB/Simulink仿真平台对比了RL-ECMS与传统ECMS和基于规则的控制策略。结果表明,RL-ECMS在FTP75和FTP75-Highway两种典型驾驶工况下均能实现更低的燃油消耗,且不影响车辆性能。同时测试了未经训练的ECE典型工况,结果表明本文所提算法同样具有良好的泛化性与鲁棒性。

杏北油田掺水系统全流程能量优化方法的研究与应用

油田含水率的上升和产液规模的不断增大,导致集输能耗逐年增加,如何保持开发效益,降低集输能耗,成为高含水开发阶段面临的一大难题。随着节能工作不断深入,潜力已得到很大程度的挖掘,常规技术节能空间小,能耗管控压力大。因此开展能量系统优化技术研究,该方法转变原来区域优化的方式,统筹采油井、计量间、转油站、脱水站四个环节,通过确定末端能耗需求,逐级推导前端各环节能供给的方式,指导集输系统精细化、低能耗生产运行。杏北油田自2017年应用能量优化运行技术,由点及面逐步扩大规模,已实现水驱转油站全覆盖,截至目前累计节气5 621×10^(4)m^(3),节电3 275×10^(4)kWh,为油田集输系统降本增效提供了指导依据。

胺法脱硫装置的能量优化

胺法脱硫装置是处理酸性天然气的重要加工过程。胺法脱硫过程一般选用醇胺溶液从酸性气中吸收H2S和CO_(2)等酸性组分,并产生富胺液。富胺液被送入再生塔再生释放酸性气体并形成贫胺液,贫胺液被送入吸收塔继续进行吸收。该过程中吸收、再生之间存在显著的压差。吸收塔在高压下运行,压力在50~100 barg;再生塔在较低的压力下运行,压力在3~6 barg。这种吸收塔与再生塔之间的压差要求富胺液在送入再生塔之前经过节流减压措施,导致富胺液含有的势能大量损失。胺法脱硫过程的控制阀减压示意见图1。

防空导弹双脉冲固体火箭发动机能量优化研究

本文针对防空导弹高远弹道末速不足的问题,结合双脉冲固体火箭发动机在防空导弹上的应用情况,分析了固体火箭发动机推力及两级发动机点火间隔对高远弹道导弹末速的影响。同时,以增大防空导弹高远弹道末速作为主要优化目标,基于改进的分类化学反应优化算法对双脉冲固体火箭发动机的推力及点火间隔时间等参数进行寻优,得到了导弹末速最优的发动机能量分配方案。

基于改进蝙蝠算法的微网群能量优化方法

针对微网群如何稳定运行以及最大程度减少网群运行成本等问题,进行了基于改进蝙蝠算法的微网群能量优化研究。系统以离网运行的两个交流微电网和一个直流微电网构成的微网群作为研究对象,构建包含集中储能系统的微网群架构,利用运行成本和环境影响成本为多目标函数建立优化调度模型,通过二元对比权定法将多目标函数转化为单目标函数,采用基于Tent映射与柯西变异的改进蝙蝠算法进行能量优化。结果表明,对比传统的微网群优化方法,该系统能量优化方法具有较好的系统运行稳定性,有效提高了系统经济效益,使得日运行综合成本降低了14.63%。

面向BLE Mesh能量优化的路由协议研究

近年来,物联网技术不断进步与突破,全球物联网行业呈现爆发式增长态势.低功耗蓝牙自组网(Bluetooth Low Energy Mesh,BLE Mesh)应运而生,相较于其他的Mesh协议,BLE Mesh是竞争力极强的通信方式.然而,现有的BLEMesh只考虑以管理型泛洪协议进行数据传输.当网络规模或传输数据量增大时,网络中将会充斥大量冗余数据,导致能耗增加.针对能耗问题,本文提出面向BLEMesh的节点组合式按需路由协议.首先,通过邻居节点信息交换、节点组合配置和节点组合全连通三个步骤建立节点组合式网络拓扑.其次,使用路由探测包和路由回复包得到所有传输路径中的最短路径.最后,源节点沿着最短路径依次发送数据包.该协议通过限制普通节点转发,仅允许领导节点和中继节点转发数据包,减少转发节点数量,以达到抑制冗余数据包的目的.在MATLAB R2022a上仿真对比该节点组合式按需路由协议与管理型泛洪协议,结果表明,源节点向目的节点发送100个数据包时,该协议降低了网络中92.43%的数据包总量,进而减少了能量消耗,并且,源节点传输的数据包越多,效果越明显.

基于安全域的并网型微电网能量优化新方法

提出一种基于安全域的并网型微电网能量优化新方法。提出并网型微电网安全域的定义与模型,分别对N-0安全与N-1安全的微电网安全域进行刻画;考虑微电网的安全性与经济性,以微电网经济效益与馈线安全距离为优化目标,建立一种基于安全域的微电网能量优化模型,在规划安全域范围内采用YALMIP工具箱与CPLEX求解器对模型进行求解。算例展示了微电网安全域,验证了能量优化模型的有效性。相较于现有方法,所提方法能够量化系统安全裕度,综合考虑微电网的安全裕度与经济效益。

高渗透率光伏微电网能量优化管理策略的研究

针对高渗透率光伏微电网,提出了运行总成本最优的能量优化管理策略。在微电网并网和孤岛两种运行模式下,基于光伏的运维成本、储能设备的运行损耗、火电的环境污染及治理成本、微电网与大电网之间电能交易差额以及可调负荷的断电惩罚费用等因素,建立高渗透率光伏微电网的多目标能量优化模型,并在系统功率平衡等安全约束下,应用具有惯性权重系数的粒子群算法求解得到能量优化管理策略。算例分析表明,该能量管理策略具有经济性和有效性。

计及云边协同的园区综合能源系统双层能量优化

深入挖掘园区综合能源系统内部多能耦合利用以及综合需求响应潜力,对系统内灵活性资源进行储能化建模,并将虚拟储能资源按照参与优化调度的时间尺度进行划分,提出了日前、日内2个阶段的园区综合能源系统优化调度方法,在日前阶段建立了热电协同优化模型,在日内阶段基于日前调度结果建立了电功率快速调整模型。进一步地,为充分发挥综合能源系统中各园区资源的时空互补优势,从多时间尺度、多主体角度提出适用于实时阶段的计及云边协同的综合能源系统双层能量优化方法。基于各园区可再生能源发电和电负荷的最新预测结果,在能量管理云平台建立了满足系统整体运行经济性目标的实时能量优化模型,在边缘控制器利用模型预测控制方法建立了以日内优化结果为参考值的精细化调控模型,并采用交替方向乘子法求解,以实现园区自身利益与综合能源系统总体效益的均衡。仿真结果表明,通过园区间联络线的传输功率协调以及电储能、动态可控负荷的辅助调用,可有效平抑可再生能源出力和电负荷需求的实时波动,提高系统整体运行调控的鲁棒性与有效性。

基于改进深度确定性策略梯度算法的微电网能量优化调度

针对微电网中分布式发电设备存在输出不确定性和间歇性问题,以及传统的深度确定性策略梯度算法存在收敛速度慢、鲁棒性差、容易陷入局部最优的缺点。本文提出了一种基于优先经验回放的深度确定性策略梯度算法,以微电网系统运行成本最低为目标,实现微电网的能量优化调度。首先,采用马尔可夫决策过程对微电网优化问题进行建模;其次,采用Sumtree结构的优先经验回放池提升样本利用效率,并且应用重要性采样来改善状态分布对收敛结果的影响。最后,本文利用真实的电力数据进行仿真验证,结果表明,提出的优化调度算法可以有效地学习到使微电网系统经济成本最低的运行策略,所提出的算法总运行时间比传统算法缩短了7.25%,运行成本降低了31.5%。

基于全局能量优化的液压机械臂节能控制策略

液压机械臂由于采用液压系统作为驱动装置,在实现闭环运动控制过程中存在能效较低的缺点。针对此问题,提出一种基于全局能量优化的液压机械臂节能控制策略。分析液压机械臂各关节与驱动液压缸之间的运动转换,并推导了关节运动与液压缸两腔压力之间的非线性映射关系。在此基础上,构建液压机械臂能量消耗目标函数,与运动时间构成多目标优化问题,并利用改进的NSGA-Ⅱ多目标优化算法求解该问题的最优解。通过对比仿真结果可以发现:所提出的基于全局能量优化的节能控制策略与传统的定供油压力控制策略相比,节约了46.73%的能量,与传统基于时间-能量的优化节能策略相比节约了8.62%的能量,从而验证了所提策略的有效性。

采用不同胺液从天然气中脱除酸性气体的能量优化

由于锅炉和电力用户使用化石燃料的能源供应成本较高,增加CO_(2)排放,从而导致全球变暖,需降低工业工厂的能耗。在过去10年中,尽管拥有大量天然气资源,伊朗一直在努力解决冬季国内和工业天然气供应不足的问题。通过改变现有溶剂进行工艺改造是降低烃加工厂能耗最经济的方法之一。

大庆油田集输系统能量优化技术探索研究与应用分析

大庆油田历经60余年的开发建设,建成了庞大的生产及耗能系统,随着开发时间的不断延长,运行成本持续增长,能耗管控压力较大。“十三五”期间,大庆油田参与研发了集输系统能量优化技术,通过仿真模拟和数据挖掘相结合的方式,探索能耗最低运行参数。“十四五”以来,大庆油田对集输系统能量优化技术进行了推广应用,通过进行采出液物性研究、完善优化软件功能、建立能量优化示范区,取得了良好的节能效果。集输系统能量优化技术在全油田不同区块具有较好的现场适应性,为提质增效工作提供技术支撑。

中继选择和队列稳定动态能量优化策略

中继辅助移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)是近年来兴起的一种很有前景的方式,它可以提高5G网络和物联网(Internet of Things,IoT)等低功耗网络的资源利用率和数据处理能力。然而,设计中继选择和计算卸载策略以提高队列稳定系统的能量效率仍然是一个挑战。为解决中继辅助移动边缘计算系统中的能耗优化问题,在任务缓冲队列稳定性约束下,建立混合整数非线性随机优化模型,最小化系统的长期平均能耗。该问题被分解为中继节点选择和中继卸载决策两个阶段进行求解。在中继选择阶段,通过设置权重参数V 1最小化传输能耗和缓冲队列长度的加权和来确定中继节点;在卸载决策阶段,应用李雅普诺夫方法将随机优化问题转化为确定性优化问题,在保持任务缓冲队列稳定的条件下,得到最优中继计算频率、最优中继传输功率,以及最优远程节点计算频率的理论表达式。仿真结果表明,该能量优化策略能够在缓冲队列稳定约束下有效降低系统的长期平均能耗,并收敛到穷举搜索的最优解,同时可通过调整算法中参数V 1和V 2的来取值改变能耗和等待时长的权重。

考虑路径损耗的热电联供型微网三层能量优化策略

为了降低微网对外部系统的依赖与微网自身的运行成本,针对热电联供型微网群,提出了一种三层能量优化策略。该策略不仅构建了以各微网运行成本最小为目标的下层优化运行模型、各主体间交互成本最小为目标的上层优化运行模型,还新构建了以能量传输路径损耗最小为目标的中间层优化运行模型。该中间层模型通过易货交易和买卖交易的方式提高微网间能量互济能力,并基于Floyd-Warshall算法为微网间能量交易搜索最优传输路径。算例结果显示,该三层优化策略具有良好的适用性,相比其他优化策略,能量传输过程损耗更低、微网间能量互济能力更强,各微网运行成本更小。

能量优化分配再入轨迹快速规划方法

针对升力式飞行器再入过程中面临未知干扰与拦截的问题,设计了一种再入飞行器的能量优化分配再入轨迹,并提出了该轨迹的快速规划方法。首先,将再入轨迹分为初始下降段、能量最优段和能量管理段,设计了能量最优段按照最省能量方式飞行,剩余能量集中在能量管理段消耗的飞行模式,推导了能量管理段在平衡滑翔条件下,完成能量管理所需最短轨迹长度的解析表达式。然后,设计了初始下降段和能量最优段规划方法,提出了能量管理段和能量最优段平滑过渡迭代算法,结合倾侧角翻转技术,通过规划两次倾侧角翻转消除横向射程误差与航向角误差,构建了能量管理段规划方法,形成了能量优化分配再入轨迹一体化生成技术。最后,对能量优化分配再入轨迹的性能和规划方法进行了仿真验证。结果表明,提出的能量优化分配再入轨迹能够有效增大飞行器应对干扰拦截的能量裕度,构建的快速规划方法能够快速完成轨迹规划,具有较强的工程应用价值。