[发明专利]考虑功率变化率限制的混合储能系统能量管理优化方法

摘要

本发明涉及一种考虑功率变化率限制的混合储能系统能量管理优化方法，包括：根据电动汽车的行驶工况数据以及电动汽车的基本参数，确定电动汽车总需求功率；根据电动汽车的需求功率具有马尔可夫性，得到需求功率Pdem的状态转移概率矩阵，定义需求功率的状态转移概率Pdem，imj；根据锂电池和超级电容的工作特性以及实际的工况确定各参数的范围；建立系统的状态转移方程；求得状态转移概率矩阵，由需求功率Pdem和锂电池功率Pbat得到超级电容功率Puc，进而根据当前时刻的SOCuc得到下一时刻的SOCuc；以降低系统的能量损耗和维持超级电容SOC为目标，建立多目标的成本函数R；通过马尔可夫决策过程算法得到最优的策略；进一步限制锂电池功率变化率。

主权项

1.一种考虑功率变化率限制的混合储能系统能量管理优化方法，包括如下的步骤：(1)根据电动汽车的行驶工况数据以及电动汽车的基本参数，确定电动汽车总需求功率Pdem：Pdem＝Pf+Pa+Pi式中Pf是克服滚动阻力产生的功率、Pa是克服加速阻力产生的功率、Pi是克服空气阻力产生的功率、Pdem是电动汽车的需求功率；(2)根据电动汽车的需求功率具有马尔可夫性，得到需求功率Pdem的状态转移概率矩阵，定义需求功率的状态转移概率Pdem,imj为：式中，v为当前时刻电动汽车的速度，需求功率P_dem和电动汽车速度v被离散为有限值，即i,j＝1,2,…,N_p；m＝1,2,…,N_v，当电动汽车的速度v＝v_m时，汽车在t时刻的需求功率为的情况下，在t+1时刻的需求功率为的条件概率；(3)根据锂电池和超级电容的工作特性以及实际的工况确定各参数的范围，各参数值限定范围为：Pbat,min≤Pbat≤Pbat,maxPuc,min≤Puc≤Puc,maxSOCuc,min≤SOCuc≤SOCuc,max式中Pbat为锂电池的功率、Puc为超级电容的功率、SOCuc为超级电容的荷电状态；(4)已知当前时刻的状态St＝(v(t),Pdem(t),SOCuc(t))以及动作集a＝Pbat(t)，可以根据状态转移方程求出下一时刻的状态St+1＝(v(t+1),Pdem(t+1),SOCuc(t+1))，系统的状态转移方程为：Puc(t)＝Pdem(t)‑Pbat(t)式中Iuc为超级电容的电流、Vuc为超级电容的端电压、Quc为超级电容的容量、Δt为采样时间间隔；(5)根据需求功率的状态转移概率矩阵和系统的状态转移方程，可以求出状态S的转移概率矩阵Psoc,imj：Psoc,imj＝P[St+1＝SOCuc,j|St＝SOCuc,i,At＝a,v＝vm]公式的含义是当电动汽车的速度v＝vm、储能系统采取动作At＝a时，超级电容的SOC在t时刻的状态为SOCuc,i的情况下，在t+1时刻的状态为SOCuc,j的条件概率；由需求功率Pdem和锂电池功率Pbat得到超级电容功率Puc，进而根据当前时刻的SOCuc得到下一时刻的SOCuc；(6)以降低系统的能量损耗和维持超级电容SOC为目标，建立多目标的成本函数R，因为两个目标的优化相互矛盾，为实现均衡的优化目标，引入权重系数来实现多目标优化；(7)已知状态S的转移概率矩阵、目标函数R和折扣因子γ，通过马尔可夫决策过程算法得到最优的策略π*(a|S)；(8)在通过最优策略π*(a|S)确定下一时刻动作a＝Pbat(t+1)时，进一步限制锂电池功率变化率ΔPbat：当通过最优策略确定下一时刻锂电池功率时，需要与前一时刻的锂电池功率值进行比较，若功率变化率|ΔPbat|小于限定值a，则功率变化率ΔPbat无需受到限制，下一时刻锂电池功率Pbat(t+1)为有效的；若功率变化率|ΔPbat|大于限定值a，而此时SOCuc值在限定范围之内，即SOCuc,ref‑b≤SOCuc≤SOCuc,ref+c，则功率变化率ΔPbat需要受到限制，下一时刻锂电池功率Pbat(t+1)＝Pbat(t)±a；若功率变化率|ΔPbat|大于限定值a，且此时SOCuc值超出限定范围，即SOCuc≤SOCuc,ref‑b或SOCuc≥SOCuc,ref+c，则功率变化率ΔPbat受到的限制变小，下一时刻锂电池功率Pbat(t+1)＝Pbat(t)±a+0.2(ΔPbat±a)；其中a为功率值，b、c为SOCuc值，均为正数，ΔPbat＝Pbat(t+1)‑Pbat(t)。