[發(fā)明專利]一種面向鉛酸蓄電池剩余容量預(yù)測(cè)的LIBSVM建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810433366.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108646189A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊傳凱;李文慧;劉洋;谷永剛;李鵬程;江濤;李旭;萬(wàn)康鴻;孫海濤;李珂;馬江濤;馬驍騰;張宜陽(yáng);周際城;陳凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院;國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司;國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司;國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司;武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/36
• 分類號(hào): G01R31/36
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發(fā)明涉及一種面向鉛酸蓄電池剩余容量預(yù)測(cè)的LIBSVM建模方法。鉛酸蓄電池的內(nèi)阻會(huì)隨其運(yùn)行時(shí)間增加而增大，從而使其容量下降并而導(dǎo)致循環(huán)使用壽命減小。因此，對(duì)其使用壽命的準(zhǔn)確評(píng)估將有助于提高變電站直流電源系統(tǒng)的持續(xù)供電能力和運(yùn)行可靠性。由此，本發(fā)明在研究支持向量機(jī)的基本原理基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了利用LIBSVM支持向量機(jī)基于蓄電池健康狀態(tài)、端電壓和電池剩余容量的樣本測(cè)量數(shù)據(jù)，建立反映電池剩余容量與健康狀態(tài)、端電壓兩個(gè)狀態(tài)變量的非線性映射建模方法。建模試驗(yàn)結(jié)果表明了該方法的可行性和預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)變電站站用電源系統(tǒng)的鉛酸蓄電池壽命的預(yù)測(cè)評(píng)估模型，尤其是涉及一種利用LIBSVM支持向量機(jī)基于蓄電池端電壓、描述其健康狀態(tài)的內(nèi)電阻和剩余容量的樣本測(cè)量數(shù)據(jù)，建立反映剩余容量與端電壓、健康狀態(tài)的非線性映射建模方法。

背景技術(shù)

變電站直流電源系統(tǒng)的鉛酸蓄電池與充電機(jī)并聯(lián)，共同為繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、自動(dòng)化設(shè)備、斷路器跳合閘等重要的直流負(fù)荷提供電源。隨著變電站自動(dòng)化、智能化程度的提高以及無(wú)人值守工作模式的逐漸推廣，提高變電站直流電源系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性對(duì)保證變電站在緊急事故情況下采取正確合理的操作具有重要意義。當(dāng)交流系統(tǒng)由于故障斷電時(shí)，充電機(jī)不能供應(yīng)直流電源，鉛酸蓄電池組作為變電站交流電源故障情況下的直流電源，將為站內(nèi)直流負(fù)荷供電。由于變電站直流電源系統(tǒng)的鉛酸蓄電池組隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，蓄電池組內(nèi)阻在增大的同時(shí)也會(huì)使電池容量減小，從而減少鉛酸蓄電池的循環(huán)使用壽命。因此，準(zhǔn)確評(píng)估鉛酸蓄電池的剩余壽命是變電站直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行迫切需要的保障技術(shù)之一。

核對(duì)性充放電實(shí)驗(yàn)是檢測(cè)鉛酸蓄電池剩余容量的常用方法，該方法就是定期利用較大電流對(duì)浮充電運(yùn)行的蓄電池極板物質(zhì)進(jìn)行充放電反應(yīng)，以檢查蓄電池容量、發(fā)現(xiàn)老化電池。但利用該方法進(jìn)行蓄電池重復(fù)充放電實(shí)驗(yàn)會(huì)加速電池老化，縮短電池循環(huán)使用壽命。考慮蓄電池的壽命與其端電壓和健康狀態(tài)等因素有關(guān)，因此，利用蓄電池的在線運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)其壽命成為基于非充放電預(yù)測(cè)電池壽命的研究方向。鉛酸蓄電池性能的降低會(huì)使其壽命減少，而其壽命通常包括存儲(chǔ)壽命(電池失效前在不工作狀態(tài)下的存儲(chǔ)時(shí)間)、使用壽命(電池失效前反復(fù)多次充放電所累積的總的可放電時(shí)間)和循環(huán)壽命(電池失效前可反復(fù)充放電的次數(shù)總和)。其中，使用最為廣泛的是循環(huán)壽命。其性能下降將體現(xiàn)在運(yùn)行參數(shù)的變化，例如內(nèi)阻值偏大、容量降低。因此目前除采用基于充放電實(shí)驗(yàn)檢測(cè)電池容量外，還發(fā)展了基于蓄電池內(nèi)部歐姆電阻檢測(cè)評(píng)估電池性能的方法。通常情況下，鉛酸蓄電池失效的主要原因是容量衰減，而鉛酸蓄電池的剩余容量達(dá)到失效值時(shí)所對(duì)應(yīng)的充放電次數(shù)即為蓄電池的循環(huán)壽命，因此可以認(rèn)為預(yù)測(cè)蓄電池壽命與預(yù)測(cè)蓄電池的剩余容量是等價(jià)的。雖然蓄電池剩余容量和蓄電池內(nèi)部的較多因素相關(guān)，但主要影響因素是鉛酸蓄電池的端電壓和健康狀態(tài)(State of Health，SOH)。其中，電池的SOH是指電池目前所能釋放的最大容量和電池全新時(shí)能釋放的最大容量的比值。由此，本發(fā)明提出基于鉛酸蓄電池的SOH和端電壓(U/V)為輸入量，電池剩余容量(q/Ah)為輸出量，基于支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)的回歸預(yù)測(cè)功能，建立蓄電池循環(huán)使用壽命的回歸預(yù)測(cè)模型。

近年來(lái)，SVM已經(jīng)成為解決回歸預(yù)測(cè)問(wèn)題的一個(gè)十分有效的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的支持向量回歸機(jī)采用了結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則來(lái)代替經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化，能較好地解決小樣本學(xué)習(xí)的問(wèn)題；同時(shí)還采用核函數(shù)思想，把非線性空間的問(wèn)題轉(zhuǎn)換到線性空間，降低了算法的復(fù)雜度，它既考慮了訓(xùn)練樣本的擬合性，又考慮了訓(xùn)練樣本的復(fù)雜性?；诖?，考慮電池本身物理化學(xué)過(guò)程描述的復(fù)雜性，很多關(guān)系規(guī)律很難直接通過(guò)機(jī)理研究獲得其描述。從利用測(cè)試樣本數(shù)據(jù)建立預(yù)測(cè)電池壽命模型出發(fā)，同時(shí)兼顧樣本數(shù)據(jù)有限的特點(diǎn)，本發(fā)明提出了利用LIBSVM支持向量機(jī)建立蓄電池壽命預(yù)測(cè)方法，該方法在通過(guò)交叉驗(yàn)證確定回歸機(jī)的最優(yōu)參數(shù)組合基礎(chǔ)上，基于對(duì)反映鉛酸蓄電池健康狀態(tài)的特征向量的學(xué)習(xí)訓(xùn)練建立蓄電池剩余容量的預(yù)測(cè)模型。建模試驗(yàn)算例研究表明所建立的模型具有預(yù)測(cè)精度高的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：