本發(fā)明專利技術(shù)公開了屬于儲(chǔ)能系統(tǒng)故障預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域的一種基于數(shù)據(jù)?知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，本發(fā)明專利技術(shù)能夠預(yù)測(cè)電池、變流器中關(guān)鍵器件(功率器件、電容器)溫度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警。
1、隨著可再生能源的快速發(fā)展和儲(chǔ)能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。然而，儲(chǔ)能系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性使其在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)各種故障，影響其安全性和穩(wěn)定性。因此，建立有效的故障預(yù)警機(jī)制顯得尤為重要。
2、現(xiàn)有的故障預(yù)警方法多依賴于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn)性判斷，缺乏對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部知識(shí)的深度挖掘和整合。這種方法往往無(wú)法及時(shí)識(shí)別潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致設(shè)備損壞、能量損失以及安全隱患。因此，迫切需要一種新穎的故障預(yù)警方法，能夠融合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障的全面監(jiān)測(cè)和預(yù)警。
3、基于此，本專利提出了一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史知識(shí)的結(jié)合，構(gòu)建更加智能化和高效的故障預(yù)警機(jī)制。這一方法不僅提高了故障識(shí)別的準(zhǔn)確性，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，為儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有力保障。
1、本專利技術(shù)的目的是提出一種基于數(shù)據(jù)-知驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法。
>7、s5.提取鋰電池電流、電壓、電池表面溫度、電池環(huán)境溫度歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；8、s6.提取儲(chǔ)能變流器環(huán)境溫度、輸出功率歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；
9、s7.基于prophet算法對(duì)鋰電池電流、電壓、表面溫度、環(huán)境溫度、儲(chǔ)能變流器環(huán)境溫度、輸出功率分解；
10、s8.基于xgboost算法對(duì)prophet分解數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸；
11、s9.基于prophet-xgboost模型實(shí)現(xiàn)鋰電池電流、電壓、表面溫度、環(huán)境溫度；儲(chǔ)能變流器環(huán)境溫度、輸出功率預(yù)測(cè)；
12、s10.基于預(yù)測(cè)信息預(yù)測(cè)鋰電池、儲(chǔ)能變流器關(guān)鍵器件(功率器件、電容器)溫度；
13、s11.基于鋰電池、儲(chǔ)能變流器預(yù)測(cè)溫度實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警。
14、所述一種基于數(shù)據(jù)-知驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，建立鋰電池?zé)犭婑詈夏Ｐ停鐖D2所示，根據(jù)bernardi生熱模型，鋰離子動(dòng)力電池的生熱速率qre可分為不可逆熱、可逆熱、濃度梯度熱和相變反應(yīng)熱四部分，
15、
16、上式第一部分為電池的不可逆熱，表示電池的電勢(shì)偏離開路電壓所導(dǎo)致能量損耗產(chǎn)生的熱量；第二部分為電池產(chǎn)生的可逆熱，表示熵?zé)嵋鸬臒崃浚坏谌糠直硎倦姵禺a(chǎn)生的濃度梯度熱qmix，表示電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，活性物質(zhì)各部分反應(yīng)速率不同所引起濃度梯度形成和松弛所產(chǎn)生的熱量；第四部分是由電池相變反應(yīng)產(chǎn)生的熱速率qpc，表示動(dòng)力鋰電池內(nèi)發(fā)生的任何化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生或消耗的熱量；
17、在鋰離子動(dòng)力電池正常工作過(guò)程中，因可逆熱與不可逆熱具有同一數(shù)量級(jí)，且這兩部分產(chǎn)生的熱量之合占據(jù)總產(chǎn)熱量的絕大部分，因此將式(1)中的濃度梯度熱和相變反應(yīng)熱產(chǎn)生的熱量忽略不計(jì)。因此，生熱速率模型可以簡(jiǎn)化為：
18、
19、其中，i為電池充放電電流，v與ocv分別表示電池的端電壓與開路電壓，t為電池核心溫度，docv/dt為電池的溫熵系數(shù)；
20、建立鋰離子動(dòng)力電池的集總參數(shù)雙態(tài)熱模型
21、
22、令
23、tc-tf＝tcf(5)
24、ts-tf＝tsf(6)
25、因此
26、
27、對(duì)其進(jìn)行拉普拉斯變化，可得
28、
29、所述一種基于數(shù)據(jù)-知驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，建立儲(chǔ)能變流器中功率器件熱電耦合模型，如圖3所示，功率器件電損耗分為開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，其計(jì)算公式為
30、
31、式中，為功率器件導(dǎo)通損耗；δ(t)為占空比；ia為功率器件輸出電流；tj為功率器件結(jié)溫；vce_25℃為功率器件在25℃時(shí)的額定通態(tài)壓降；rce_25℃為功率器件在25℃時(shí)的額定通態(tài)電阻；kv_t為功率器件通態(tài)壓降的溫度影響系數(shù)；kr_t為功率器件通態(tài)電阻的溫度影響系數(shù)；fsw為功率器件模塊開通與關(guān)斷頻率；ksw為功率器件開關(guān)損耗的溫度影響系數(shù)；k1(vdc)為變流器直流側(cè)電壓影響功率器件開關(guān)功率損耗的電壓系數(shù)；k2(rg)為柵極電阻rg影響功率器件開關(guān)功率損耗的電阻系數(shù)；
32、利用foster模型和功率損耗模型進(jìn)行功率器件熱電轉(zhuǎn)換，將功率損耗剖面轉(zhuǎn)換為熱應(yīng)力剖面
33、
34、式中，tj為功率器件結(jié)溫；ta為環(huán)境溫度；為功率器件與反并聯(lián)二極管的電損耗；ztjh、zha為foster模型中熱阻抗參數(shù)。
35、所述一種基于數(shù)據(jù)-知驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，建立儲(chǔ)能變流器中電容器熱電耦合模型，如圖4所示，直流電容總的功率損耗可表示為
36、
37、式中，resr為直流母線電容的esr，ic為電容的電流諧波幅值，則直流電容的熱點(diǎn)溫度可表示為
38、th＝pc,lossrth+ta(16)
39、式中，th為電容器的熱點(diǎn)溫度；ta為環(huán)境溫度；rth為數(shù)據(jù)表中提供的電容器熱阻。
40、所述一種基于數(shù)據(jù)-知驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，設(shè)計(jì)儲(chǔ)能系統(tǒng)溫度預(yù)警層級(jí)，電池系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)在加速老化及電池組的熱失控，設(shè)置為存在嚴(yán)重故障、存在一般故障、不存在故障。
41、所述一種基于數(shù)據(jù)-知驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，提取鋰電池電流、電壓、電池表面溫度、電池環(huán)境溫度歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。
42、所述一種基于數(shù)據(jù)-知驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，提取儲(chǔ)能變流器環(huán)境溫度、輸出功率歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。
43、所述一種基于數(shù)據(jù)-知驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，基于prophet算法對(duì)鋰電池電流、電壓、表面溫度、環(huán)境溫度、儲(chǔ)能變流器環(huán)境溫度、輸出功率分解，如圖5所示，prophet作為一個(gè)基于時(shí)間序列趨勢(shì)和周期預(yù)測(cè)模型，其整體可以由趨勢(shì)項(xiàng)g(t)、季節(jié)項(xiàng)s(t)、節(jié)假日項(xiàng)h(t)3個(gè)部分組成，其組合公式為
44、p(t)＝g(t)+s(t)+h(t)+εt(17)
45、式中，et為誤差項(xiàng)，通常假設(shè)其服從均值為0的正態(tài)分布，用來(lái)反映未在模型中體現(xiàn)的異常變動(dòng)；趨勢(shì)項(xiàng)g(t)用于捕捉時(shí)間序列中的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，包括調(diào)節(jié)模型光滑度的參數(shù)和不同程度的假設(shè)，主要是對(duì)時(shí)間序列中的分段線性增長(zhǎng)等非周期性變化進(jìn)行建模，基本形式為
46、g(t)＝(k+α(t)tδ)t+(b+α(t)tγ)(18)
47、式中，k為增長(zhǎng)率；b為偏置參數(shù)；d為增長(zhǎng)率變化本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，該方法主要包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，建立鋰電池?zé)犭婑詈夏Ｐ停鶕?jù)Bernardi生熱模型，鋰離子動(dòng)力電池的生熱速率Qre可分為不可逆熱、可逆熱、濃度梯度熱和相變反應(yīng)熱四部分，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，所述建立儲(chǔ)能變流器中功率器件熱電耦合模型，功率器件電損耗分為開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，其計(jì)算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，建立儲(chǔ)能變流器中電容器熱電耦合模型，直流電容總的功率損耗可表示為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，設(shè)計(jì)儲(chǔ)能系統(tǒng)溫度預(yù)警層級(jí)，電池系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)在加速老化及電池組的熱失控，設(shè)置為存在嚴(yán)重故障、存在一般故障、不存在故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，提取鋰電池電流、電壓、電池表面溫度、電池環(huán)境溫度歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，提取儲(chǔ)能變流器環(huán)境溫度、輸出功率歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，基于Prophet算法對(duì)鋰電池電流、電壓、表面溫度、環(huán)境溫度、儲(chǔ)能變流器環(huán)境溫度、輸出功率分解，Prophet作為一個(gè)基于時(shí)間序列趨勢(shì)和周期預(yù)測(cè)模型，其整體可以由趨勢(shì)項(xiàng)g(t)、季節(jié)項(xiàng)s(t)、節(jié)假日項(xiàng)h(t)3個(gè)部分組成，其組合公式為
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，基于XGBoost算法對(duì)Prophet分解數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，XGBoost算法可理解為多棵決策樹的求和模型，假設(shè)模型有k個(gè)決策樹，即：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，基于Prophet-XGBoost模型實(shí)現(xiàn)鋰電池電流、電壓、表面溫度、環(huán)境溫度；儲(chǔ)能變流器環(huán)境溫度、輸出功率預(yù)測(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，基于預(yù)測(cè)信息預(yù)測(cè)鋰電池、儲(chǔ)能變流器關(guān)鍵器件(功率器件、電容器)溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，基于鋰電池、儲(chǔ)能變流器預(yù)測(cè)溫度實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，該方法主要包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，建立鋰電池?zé)犭婑詈夏Ｐ停鶕?jù)bernardi生熱模型，鋰離子動(dòng)力電池的生熱速率qre可分為不可逆熱、可逆熱、濃度梯度熱和相變反應(yīng)熱四部分，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，所述建立儲(chǔ)能變流器中功率器件熱電耦合模型，功率器件電損耗分為開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，其計(jì)算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，建立儲(chǔ)能變流器中電容器熱電耦合模型，直流電容總的功率損耗可表示為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，設(shè)計(jì)儲(chǔ)能系統(tǒng)溫度預(yù)警層級(jí)，電池系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)在加速老化及電池組的熱失控，設(shè)置為存在嚴(yán)重故障、存在一般故障、不存在故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征在于，提取鋰電池電流、電壓、電池表面溫度、電池環(huán)境溫度歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)-知識(shí)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)多層級(jí)故障預(yù)警方法，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：汪凡，郝二通，鄧曉宗，閆中杰，張文龍，張宇陽(yáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)船舶集團(tuán)風(fēng)電發(fā)展有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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