基于飞蛾扑火算法的储能系统参数辨识方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于飞蛾扑火算法的超导磁体储能系统参数辨识方法及系统，涉及储能系统控制领域。本发明专利技术包括以下步骤：构建储能系统的状态方程；测量状态方程中的电压值和电流值，并判断当前的工作状态；配置飞蛾扑火算法与对应工作状态下的系统状态空间方程结合，设计适应度函数，迭代直至适应度函数值达到预设值，输出最佳的系统参数估算值。本发明专利技术利用飞蛾扑火智能搜索算法，通过算法迭代，实时计算出当前系统的直流电容和超导磁体电感，既能免去每次储能系统投入运行前的参数测量过程，又避免了因测量不准确导致的系统性能恶化，而且在运行过程中也能随时在线估算参数，具有方便、低成本的特点，有极高的应用价值。有极高的应用价值。有极高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于飞蛾扑火算法的储能系统参数辨识方法及系统


[0001]本专利技术涉及储能系统控制领域，更具体的说是涉及一种基于飞蛾扑火算法的储能系统参数辨识方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，用电需求和新能源发电迅速增长。但由于风电以及光伏的不稳定性，产生了大量“弃电”，也给电网的电能质量带来不利影响。储能系统作为能量储存与释放单元，是稳定电能质量、提高能量利用率的一个重要解决方案。超导磁体储能相比于别的储能方式，优点在于损耗低(零电阻特性，可长时间无损耗储能)、功率密度大(可达MW级放电功率)、响应快(毫秒级响应)、使用寿命长(无充放电次数限制)和储能效率高(95％以上)，成为储能领域的研究热点。
[0003]超导磁体储能系统的基本拓扑如图1所示，通过控制其中两个开关器件，可以使线圈工作在充电、放电和恒流运行状态。比较适用于该系统的控制方法是模型预测控制方法，优点是响应快、控制灵活、可以实现多目标控制。但其需要建立系统的精确状态方程才能保证预测值较为准确。直流电容C
dc
和超导磁体电感L
SMES
是其中两个核心参数，若该参数不准确，会导致预测偏差而使开关误动作，使系统的性能出现恶化。而对超导磁体的电感进行测量，必须使其处在77K温度以下，既测量不便，又难以测量精确；对直流电容进行测量时，也需要考虑寄生电容。而且随着超导线圈长时间使用，其反复经历77K和300K的温度转变，容易导致电感参数发生改变，而每次系统投入运行时单独测量超导线圈电感值是极为不便的，迫切需要一种能实时、准确、方便测量系统的直流电容和超导电感的方法。
[0004]经过检索发现，目前没有应用于超导磁体储能系统的参数辨识方法的相关公开专利文件，但有专利涉及了超导线圈的电感测量技术或是在线参数辨识方法，其主要内容如下。
[0005]专利：信赢等人，一种超导线圈电感测量方法，申请公布号CN 112462149A，申请公布日2021.03.09。该专利专利技术一种结合测力计的超导线圈电感测量方法，无论线圈是否绝缘均能测量。但该方法既需要额外的测力计、电机等设备，同时要求将测力计置于中心轴线处，仍避免不了繁琐，还需要单独用别的装置测量直流电容。
[0006]专利：孙俊杰等人，一种风电机组参与一次调频参数辨识方法，申请公布号CN 114640114 A，申请公布日期2022.06.17。该专利利用飞蛾扑火算法对电网一次调频进行参数辨识，但其并未结合系统的状态方程计算，而是将仿真值和实际值的差值作为适应度函数计算。对于储能系统这样需要结合开关状态改变系统拓扑的电路，是不适用的。
[0007]综上所述，在超导磁体储能系统的运行中，需要用到直流电容和超导磁体电感这两个核心参数，若不能准确测量这两个参数，会导致系统性能恶化，反而降低了电网的电能质量。尤其是对于77K温度下超导磁体来说，测量电感所需要的仪器成本高昂且操作流程繁琐，而且只能在脱机状态下测量。因此，如何解决上述技术问题是本领域技术人员亟需研究的。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于飞蛾扑火算法的储能系统参数辨识方法及系统，旨在实现一种更加简便、准确的电容电感测量方式，既不需要使其处于脱机状态下，又不用引入额外的复杂装置，即可同时测量直流电容和超导磁体电感，对于超导磁体储能系统的运维和使用，将具有十分重大的意义。具体的，本专利技术利用飞蛾扑火智能搜索算法，无需额外的装置，仅需采集系统的电压电流值，通过算法迭代，实时计算出当前系统的直流电容和超导磁体电感，既能免去每次储能系统投入运行前的参数测量过程，又避免了因测量不准确导致的系统性能恶化，而且在运行过程中也能随时在线估算参数，具有方便、低成本的特点，有极高的应用价值。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于飞蛾扑火算法的超导磁体储能系统参数辨识方法，包括以下步骤：
[0011]构建储能系统的状态方程；
[0012]测量状态方程中的电压值和电流值，并判断当前的工作状态；
[0013]配置飞蛾扑火算法参数，根据对应工作状态下的系统状态空间方程，设计当前状态下的适应度函数，迭代直至适应度函数值达到预设值，输出最佳的系统参数估算值。
[0014]可选的，构建储能系统的状态方程，具体为：根据超导磁体储能系统基本拓扑，构建系统在充电、放电、恒流运行三种工作模式下的状态空间方程组并离散化处理。
[0015]可选的，配置飞蛾扑火算法的具体如下：
[0016]利用随机数生成每只飞蛾的初始位置：
[0017]P
moth
＝rand(n,1)
·
(ul
‑
ll)+ll
[0018]其中，搜索空间的上限为ul，下限为ll，函数rand(n,1)为生成一个n
×
1，元素为(0,1)范围随机数的数组；
[0019]飞蛾的飞行路径为：S(M
i
,F
j
)＝D
i
·
e
bt
·
cos(2πt)+F
j
，其中M
i
是第i只飞蛾，F
j
是第j个火焰，D
ij
是两者之间的距离，D
ij
＝|M
i
‑
F
i
|，b是飞蛾螺旋接近火焰的轨迹形状参数，t的取值范围为[
‑
2,1]；
[0020]火焰的更新公式为：
[0021][0022]其中，k是当前迭代次数，round是四舍五入函数，N是最大火焰数量，T是最大迭代次数。
[0023]可选的，测量状态方程中的电压值和电流值，并判断当前的工作状态，具体为：当测量的直流电压高于正常区间时，系统进入充电状态；当直流电压低于正常区间时，系统进入放电状态；当直流电压处于正常区间时，系统处于恒流运行状态。
[0024]可选的，所述适应度函数的具体公式如下：
[0025][0026]其中，x(k+1)为k+1时刻测量得到的实际状态变量；为k+1时刻根据估算的电感和电容值计算得到的状态变量。
[0027]一种基于飞蛾扑火算法的超导磁体储能系统参数辨识系统，包括：
[0028]状态方程构建模块：用于构建储能系统的状态方程；
[0029]工作状态判断模块：用于测量状态方程中的电压值和电流值，并判断当前的工作状态；
[0030]系统参数估算值获取模块：用于配置飞蛾扑火算法，根据对应工作状态下的系统状态空间方程计算出适应度函数值，迭代直至适应度函数值达到预设值，输出最佳的系统参数估算值。
[0031]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于飞蛾扑火算法的储能系统参数辨识方法及系统，具有以下有益效果：
[0032]1、本专利技术采用了飞蛾扑火智能搜索算法，具有收敛快、精度高的特点，能在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于飞蛾扑火算法的超导磁体储能系统参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：构建储能系统的状态方程；测量状态方程中的电压值和电流值，并判断当前的工作状态；根据对应工作状态下的系统状态空间方程，设计飞蛾扑火算法的适应度函数，迭代直至适应度函数值达到预设值，输出最佳的系统参数估算值。2.根据权利要求1所述的一种基于飞蛾扑火算法的超导磁体储能系统参数辨识方法，其特征在于，构建储能系统的状态方程，具体为：根据超导磁体储能系统基本拓扑，构建系统在充电、放电、恒流运行三种工作模式下的状态空间方程组并离散化处理。3.根据权利要求1所述的一种基于飞蛾扑火算法的超导磁体储能系统参数辨识方法，其特征在于，配置飞蛾扑火算法的具体如下：利用随机数生成每只飞蛾的初始位置：P
moth
＝rand(n,1).(uI
‑
II)+II其中，搜索空间的上限为ul，下限为ll，函数rand(n,1)为生成一个n
×
1，元素为(0,1)范围随机数的数组；飞蛾的飞行路径为：S(M
i
,F
j
)＝D
i
.e
bt
.cos(2πt)+F
j
,其中M
i
是第i只飞蛾，F
j
是第j个火焰，D
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晨博，汪鲁，吴赫君，陈翰，张凯，张益群，盛杰，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：