Investigación sobre la aplicación de materiales superconductores a temperatura ambiente en la transmisión de energías renovables
Requisitos del tema:
Supongamos que un país tiene múltiples sitios de generación de energía renovable distribuidos en diferentes ubicaciones geográficas. Cada sitio de generación de energía varía en la cantidad y el período de tiempo de energía que produce. Al mismo tiempo, se supone que se han desarrollado los materiales superconductores a temperatura ambiente LK-6 , LK-66 y LK-666 , que pueden lograr una transmisión de corriente sin resistencia a temperatura ambiente.
Se pide a los competidores que realicen modelos matemáticos y optimización basados en los siguientes escenarios:
1. Dadas las ubicaciones, curvas de generación de energía y distancias de transmisión de múltiples sitios de generación de energía renovable.
2. Dadas las características de transmisión de los materiales superconductores a temperatura ambiente, incluida la eficiencia de transmisión, la potencia máxima de transmisión, etc.
3. Considere el costo y la eficiencia de la transmisión de la red eléctrica, como la pérdida de transmisión, el costo del equipo y otros factores.
4. Meta: Optimizar el esquema de transmisión y almacenamiento de energía renovable para minimizar la pérdida general de energía y maximizar la eficiencia de transmisión.
Breve análisis de la pregunta: De los requisitos de la pregunta dada se puede ver que esta pregunta examina principalmente la optimización de las operaciones. Los factores involucrados son más complejos pero la cantidad de datos es pequeña y la dificultad es promedio .
Pida a los concursantes que diseñen un modelo matemático para responder las siguientes preguntas:
P1) ¿Cómo dividir razonablemente las rutas de transmisión de materiales superconductores a temperatura ambiente para minimizar la pérdida total de energía?
Breve análisis de ideas: Esta pregunta no necesita considerar factores como el costo, solo necesita establecer un modelo de programación de objetivos para obtener el valor óptimo.
Análisis: Primero, organice y analice los datos proporcionados.
Dibuje un diagrama esquemático de la relación de distancia entre los cinco sitios de A BCDE (las ubicaciones pueden no ser precisas y son solo como referencia)
Según el significado de la pregunta, la transmisión entre dos centrales eléctricas cualesquiera debe ser bidireccional, es decir, A puede transmitir energía a B y luego B también puede transmitir energía a A. A partir de esto, se puede establecer la matriz de relaciones de posición M_posición de cada sitio.
Posición_M=
código
import numpy as np
import pandas as pd
#创建5X5的0矩阵
M_position=np.zeros((5,5))
#赋值
M_position[0,1],M_position[1,0]=20,20
M_position[0,2],M_position[2,0]=25,25
M_position[1,2],M_position[2,1]=15,15
M_position[1,3],M_position[3,1]=30,30
M_position[2,3],M_position[3,2]=10,10
M_position[2,4],M_position[4,2]=25,25
M_position[3,4],M_position[4,3]=20,20
#输出M_position
M_positionA continuación se analiza la curva de producción de energía (en megavatios) de cada central. Según el significado de la pregunta, el proceso de transmisión de energía de cada central eléctrica incluye tres períodos de tiempo, correspondientes a tres valores diferentes de generación de energía, que pueden considerarse como una función por partes. Utilice A_egc,...,E_egc para registrar la curva de generación de energía de cada sitio y dibujar la imagen:
Es necesario considerar el problema Q1 para minimizar la pérdida total del proceso de transmisión. Por lo tanto, es necesario considerar todas las pérdidas en el proceso de transmisión, a saber: la pérdida de transmisión de materiales superconductores y la pérdida de distancia de transmisión de la red eléctrica.
La pregunta da un total de tres 
materiales con diferentes potencias máximas de transmisión y pérdidas de transmisión. Según el significado de la pregunta, se debe seleccionar el material superconductor con menor pérdida de transmisión. Al mismo tiempo, también es necesario considerar la potencia máxima de transmisión, y su valor debe satisfacer la curva de transmisión de energía de la central eléctrica.
Para reducir la pérdida de energía, es aconsejable elegir L K-6 como material para la transmisión de la central eléctrica .
Por otro lado, la pérdida de energía proviene de la distancia de transmisión de la red eléctrica, según los datos de la tabla se puede observar que: 0-10 kilómetros>20-30 kilómetros>10-20 kilómetros. Por lo tanto, en la planificación y selección de rutas, se deben seleccionar en la medida de lo posible distancias de transmisión entre 0 y 10 kilómetros y entre 20 y 30 kilómetros.
La ruta de transmisión final planificada debe ser un gráfico fuertemente conectado, es decir, cada central eléctrica puede transmitir energía a cualquier otra central eléctrica.
Código para determinar un gráfico fuertemente conectado (matriz de adyacencia de entrada)
from numpy import *
import os
print("图临接矩阵的行列数:")
n=int(input())#输入矩阵的行列数
print("请输入临接矩阵(行与行回车隔开 列与列空格隔开):")
a=[]
for i in range(0,n):#输入矩阵
s=input().split(' ')
s=[int(x) for x in s]
a.append(s)
a=mat(a)#转化为可计算的矩阵
b=mat(zeros((4,4)))#设置累加矩阵
for i in range(1,n+1):#累加过程
b+=a**n
if 0 in b:#判断是不是强连通
print("图不是强连通")
else:
print("图是强连通")
os.system("pause")A continuación, necesitamos construir un modelo para segmentar los caminos.
Dado que la pregunta solo da la distancia de transmisión entre siete pares de centrales eléctricas, la transmisión unidireccional entre dos nodos en la red de transmisión obviamente ahorra más pérdidas que la transmisión bidireccional. A partir de esto, sólo es necesario considerar si la transmisión se produce entre siete pares de centrales eléctricas y en qué dirección.
La cantidad de cálculo de los datos del modelo así obtenidos es muy pequeña. La solución óptima de planificación de ruta se puede obtener utilizando el método transversal de enumeración para calcular la pérdida de energía total de todas las situaciones posibles y compararla.
El modelo es el siguiente:
·Considere si la transmisión ocurre entre siete pares de centrales (AB, AC, BC, BD, CD, CE, DE). Si ocurre 1, no ocurre 0. Considerando las características de un gráfico fuertemente conectado, cada central está conectada a al menos otra central eléctrica (esto puede simplificar el modelo y reducir la cantidad de cálculos)
·Considere la dirección de transmisión del par de centrales eléctricas donde se produce la transmisión, como A→B o B→A.
·Enumere la matriz de adyacencia para cada situación posible, utilice el código de juicio del gráfico fuertemente conectado para hacer juicios y elimine situaciones que no se ajusten al gráfico fuertemente conectado.
·Para cada situación restante, enumere la matriz de peso (la distancia es el tamaño del peso) y calcule el consumo de energía, es decir, la suma de la energía total transmitida por cada central de transmisión * (eficiencia de transmisión de 1 material * distancia correspondiente eficiencia de transmisión de la red).
·Seleccione el camino con el mínimo consumo de energía.
Análisis completo y cómo obtener respuestas de código.
1. Sigue la cuenta oficial Digital Analog Lab para responder automáticamente al enlace
2. Enlace de adquisición del disco de red: https://pan.baidu.com/s/1PnU44kJMmofofgvDO17eWw
Código de extracción: xhdn