基于貝葉斯方法的微電網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)與優(yōu)化控制研究.pdf

1、微電網(wǎng)技術(shù)是未來(lái)智能電網(wǎng)改革和轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐技術(shù)，是分布式清潔能源接入電力系統(tǒng)乃至整個(gè)能源系統(tǒng)的核心技術(shù)手段，也是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)安全、清潔、經(jīng)濟(jì)、高效、靈活以及可靠供電的重要保障。相對(duì)于傳統(tǒng)集中式電力系統(tǒng)，微電網(wǎng)系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如傳輸損耗低、發(fā)電與安裝靈活、供電可靠安全等。但是，由于微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)電和負(fù)載受環(huán)境因素影響，具有隨機(jī)性、波動(dòng)性以及間歇性等特點(diǎn)，如何在維持微電網(wǎng)能源和負(fù)荷不確定性平衡關(guān)系的基礎(chǔ)上，控制和優(yōu)化微電網(wǎng)內(nèi)部功率流是

2、保障微電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的核心問(wèn)題之一。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是在微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)使用儲(chǔ)能系統(tǒng)，這不僅可以有效緩解分布式能源發(fā)電與負(fù)載不平衡對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)面影響，還有助于微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量?jī)?yōu)化調(diào)度和提高系統(tǒng)供電可靠性。鋰離子電池相較于其他類(lèi)型的儲(chǔ)能形式，具有高能量密度和功率密度、低自放電率以及長(zhǎng)循環(huán)壽命的優(yōu)點(diǎn)，在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。然而，鋰離子電池具有強(qiáng)非線(xiàn)性、狀態(tài)耦合、環(huán)境敏感以及壽命衰減等復(fù)雜特性，且實(shí)際運(yùn)行工況中存在測(cè)量不精確等多種

3、干擾，如何在復(fù)雜運(yùn)行工況下，準(zhǔn)確描述儲(chǔ)能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和老化行為特征，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確及魯棒地監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電池運(yùn)行狀態(tài)和評(píng)估其老化程度，并在此基礎(chǔ)上對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)能量進(jìn)行優(yōu)化管理，對(duì)保障微電網(wǎng)系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠及持久運(yùn)行具有重要價(jià)值，并對(duì)微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和推廣具有積極的推進(jìn)作用。
　　為了提高微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)能信息獲取與運(yùn)行狀態(tài)感知的準(zhǔn)確性、魯棒性，必須針對(duì)包含強(qiáng)非線(xiàn)性、狀態(tài)耦合、環(huán)境敏感以及壽命衰減等復(fù)雜特性的非線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)，建立其動(dòng)態(tài)行

4、為描述機(jī)制以及模型參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)在線(xiàn)估計(jì)的方法基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)基于不確定信息與不確定優(yōu)化模型的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化控制，還必須依據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)負(fù)載能力的狀態(tài)評(píng)估和微電網(wǎng)系統(tǒng)約束，建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)不確定時(shí)，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的智能化能量?jī)?yōu)化策略。本文借鑒貝葉斯方法在非線(xiàn)性系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)與優(yōu)化方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)引入基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)過(guò)程建模的相關(guān)理論和方法，建立了儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)行為和老化行為的描述模型;結(jié)合貝葉斯估計(jì)方法，提出了儲(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)在線(xiàn)估計(jì)、模型參數(shù)

5、在線(xiàn)校正、健康評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)的方法?；趦?chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控與分布式微源和負(fù)荷發(fā)電預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合貝葉斯優(yōu)化方法，提出了微電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的能量?jī)?yōu)化策略。
　　本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1)針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)非線(xiàn)性參數(shù)估計(jì)問(wèn)題，利用分段線(xiàn)性化與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具處理了其非線(xiàn)性特性，建立了磁滯非線(xiàn)性的描述模型，提出了一種在線(xiàn)模型參數(shù)與系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的方法;針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為描述模型的階次確定問(wèn)題，結(jié)合子空間參數(shù)辨識(shí)方法與粒子濾

6、波算法，提出了一種模型階次在線(xiàn)自適應(yīng)確定的方法。針對(duì)包含狀態(tài)和參數(shù)約束的非線(xiàn)性慢時(shí)變系統(tǒng)在線(xiàn)模型參數(shù)辨識(shí)和狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題，基于貝葉斯估計(jì)方法，設(shè)計(jì)了約束對(duì)偶貝葉斯估計(jì)器，為復(fù)雜工況環(huán)境下儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)準(zhǔn)確監(jiān)控提供了理論基礎(chǔ)。
　　2)針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的瞬時(shí)功率準(zhǔn)確預(yù)測(cè)問(wèn)題，基于電池在線(xiàn)荷電狀態(tài)與參數(shù)估計(jì)結(jié)果，提出了基于荷電狀態(tài)約束、端電壓約束的瞬時(shí)功率預(yù)測(cè)方法，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了各類(lèi)約束的影響機(jī)制，為保護(hù)電池和微電網(wǎng)系

7、統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行控制提供了重要的參數(shù)依據(jù)。
　　3)針對(duì)儲(chǔ)能電池的老化行為描述問(wèn)題，建立了基于布朗運(yùn)動(dòng)的老化動(dòng)態(tài)行為描述模型，基于此模型構(gòu)造了健康狀態(tài)估計(jì)和剩余使用壽命預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)描述，并結(jié)合極大似然估計(jì)和粒子濾波算法，給出了模型參數(shù)辨識(shí)和狀態(tài)估計(jì)的方法，提出了估計(jì)值和預(yù)測(cè)值的不確定性量化評(píng)估方法。最后，利用不同電池老化測(cè)試集和老化閾值驗(yàn)證了模型和算法的準(zhǔn)確性與魯棒性。
　　4)針對(duì)串聯(lián)電池組內(nèi)單體不一致性對(duì)儲(chǔ)能電池組狀態(tài)估計(jì)的負(fù)

8、面影響，首先基于雙時(shí)間尺度對(duì)偶濾波器，設(shè)計(jì)了電池組內(nèi)最大最小荷電狀態(tài)監(jiān)控的方案，并基于電池組荷電狀態(tài)上下確界，給出了儲(chǔ)能電池組峰值功率的計(jì)算方法。為了緩解和消除串聯(lián)電池組內(nèi)單體不一致性，提出了一種基于雙層并行均衡拓?fù)浜烷_(kāi)路電壓估計(jì)的均衡控制方法。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，開(kāi)路電壓估計(jì)方法無(wú)需預(yù)知單體電池容量與內(nèi)阻，并且均衡控制方法可以有效緩解電池內(nèi)部的不一致性，提高充放電可用容量。
　　5)針對(duì)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)最大能量調(diào)度