[发明专利]一种基于磁体状态预测的超导储能系统控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于磁体状态预测的超导储能系统控制方法及装置，属于超导储能控制技术领域。本发明首先获取多组不同初始电流、初始温度、充放电功率和充放电时间下超导磁体的温升数据，作为训练集和测试集；然后，利用机器学习训练超导磁体的温升预测模型；接着，基于训练好的温升预测模型预测超导磁体的末时温度；并且，当末时温度超过温度阈值时，将电网功率需求指令乘以安全系数后继续进行温度判断，直至末时温度不超过温度阈值，将此时的电网功率需求指令传递给超导储能系统进行响应。如此，超导储能系统在响应电网的功率需求时，超导磁体温度不会超出其临界运行温度，有利于储能系统的安全稳定运行。

技术领域

本发明属于超导储能控制技术领域，更具体地，涉及一种基于磁体状态预测的超导储能系统控制方法及装置。

背景技术

超导体的性能与温度密切相关，随着温度的升高其通流能力会急剧下降。超导储能磁体在充放电过程中不可避免的会产生交流损耗，损耗的存在会造成超导磁体温度升高，进而使磁体的临界电流下降，温升过高甚至可能损坏磁体。由此可见，超导磁体的温升是影响磁体安全稳定运行的关键参量。

目前国内外已完成或正在实施的超导磁储能项目，变流器的控制方法主要从电网侧对系统功率、能量需求出发，单向的对储能系统发出需求指令，并未考虑储能磁体在执行指令时的自身安全状态和可响应能力。同时温升的检测具有滞后性，如果采用直接测量温升的方法对磁体进行监控保护，磁体已经造成损伤。考虑到变流器在电网处于某些极端工况时可能对储能系统发出超过磁体承受能力的响应指令，同时温升检测又存在不及时的问题，这将给储能系统的核心部件超导磁体带来巨大的安全风险。为了避免运行过程中温升对磁体造成损坏，目前在超导磁体设计时会将磁体的工作电流取到临界电流的0.5～0.6倍，这造成了储能空间的极大浪费。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于磁体状态预测的超导储能系统控制方法及装置，使得储能系统在响应电网指令时，可以兼顾超导磁体的运行状态，从而提高超导储能系统的安全稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于磁体状态预测的超导储能系统控制方法，所述超导储能系统包括超导磁体，包括：

S1，获取多组不同初始电流、初始温度、充放电功率和充放电时间下超导磁体的温升数据；

S2，以所述初始电流、初始温度、充放电功率和充放电时间作为特征，以相应的温升数据作为标签，利用机器学习训练超导磁体的温升预测模型；

S3，基于训练好的温升预测模型预测所述超导磁体的末时温度；若所述末时温度超过温度阈值，则将电网功率需求指令乘以安全系数后继续进行温度判断；

S4，重复所述S3，直至所述末时温度不超过所述温度阈值；输出更新后的电网功率需求指令，使所述超导储能系统进行响应。

进一步地，所述S1包括：建立所述超导磁体的三维有限元分析模型，通过设置截面，将所述三维有限元分析模型等效为二维轴对称模型，所述二维轴对称模型用于计算超导磁体的交流损耗；基于所述交流损耗计算得到超导磁体的温升，从而获取多组不同初始电流、初始温度、充放电功率和充放电时间下超导磁体的温升数据。

进一步地，所述温升预测模型是基于随机森林RF进行训练的。

进一步地，所述安全系数介于0.8～0.9之间。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种基于磁体状态预测的超导储能系统控制装置，所述超导储能系统包括超导磁体，包括：

数据获取单元，用于获取多组不同初始电流、初始温度、充放电功率和充放电时间下超导磁体的温升数据；

模型训练单元，用于以所述初始电流、初始温度、充放电功率和充放电时间作为特征，以相应的温升数据作为标签，利用机器学习训练超导磁体的温升预测模型；