[發(fā)明專利]一種基于優(yōu)化多層殘差BP深度網(wǎng)絡(luò)的蓄電池壽命預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010320522.5
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111523226B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳光宇;王成;張仰飛;郝思鵬;陸牧君;呂干云
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/04;G06N3/08;G06F119/04;G06F111/10
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 上官鳳棲

1.一種基于優(yōu)化多層殘差BP深度網(wǎng)絡(luò)的蓄電池壽命預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：采集儲能電站中處于工作狀態(tài)的蓄電池實時數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，并構(gòu)建指標(biāo)體系；步驟S1中，構(gòu)建指標(biāo)體系過程具體如下：

S11：選取影響因子：根據(jù)影響蓄電池壽命的因素，選取5個指標(biāo)作為預(yù)測蓄電池壽命的影響因子，包括：環(huán)境溫度、健康狀態(tài)SOH、浮充電壓、投運時長、電池型號；

S12：對各影響因子進行指標(biāo)構(gòu)建：

環(huán)境溫度：蓄電池所處的環(huán)境溫度，是數(shù)值數(shù)據(jù)，環(huán)境溫度以攝氏度計算，范圍為12℃～30℃；

健康狀態(tài)SOH：蓄電池使用一段時間后性能參數(shù)與標(biāo)稱參數(shù)的比值，是數(shù)值數(shù)據(jù)，以百分比計算，范圍為5％～100％；

浮充電壓：由整流器供電，同時給蓄電池微小的補充電流以平衡電池自放電所造成的容量損耗的整流器輸出的電壓，是數(shù)值數(shù)據(jù)，浮充電壓以伏特計算，范圍為2.17V～2.25V；

投運時長：蓄電池的投運時長，是數(shù)值數(shù)據(jù)，投運時長以年份計算，范圍為1年～12年；

電池型號：蓄電池的型號，是分類數(shù)據(jù)，型號包括荷貝克、梅蘭日蘭、歐利特、圣陽；

S13：對剩余容量進行指標(biāo)構(gòu)建：蓄電池的剩余容量，是數(shù)值數(shù)據(jù)，剩余容量以變量q來表示，單位為A·h，范圍為0～x之間，其中x為電池額定容量；

S2：根據(jù)所建指標(biāo)體系對樣本數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并對多層殘差BP深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)進行初始化；

步驟S2中，根據(jù)所建指標(biāo)體系對樣本數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，具體如下：

對環(huán)境溫度進行預(yù)處理，溫度范圍設(shè)定為12℃～30℃，將屬于數(shù)值數(shù)據(jù)的環(huán)境溫度劃分成若干環(huán)境溫度范圍的分類數(shù)據(jù)：12℃～15℃為A類，15℃～18℃為B類，18℃～21℃為C類，21℃～24℃為D類，24℃～27℃為E類，27℃～30℃為F類；若所收集的數(shù)據(jù)中存在不屬于設(shè)定范圍的數(shù)據(jù)，則將其剔除；

對健康狀態(tài)SOH進行預(yù)處理，將健康狀態(tài)SOH的范圍設(shè)定為5％～100％，若所收集的數(shù)據(jù)中存在不屬于設(shè)定范圍的數(shù)據(jù)，則將其剔除；

對浮充電壓進行預(yù)處理，將浮充電壓的范圍設(shè)定為2.17V～2.25V，若所收集的數(shù)據(jù)中存在不屬于設(shè)定范圍的數(shù)據(jù)，則將其剔除；

對投運時長進行預(yù)處理，將投運時長的范圍設(shè)定為1年～12年，若所收集的數(shù)據(jù)中存在不屬于設(shè)定范圍的數(shù)據(jù)，則將其剔除；

對電池型號進行預(yù)處理，選取四個常用型號，設(shè)定荷貝克為A類，用[0,0,0,1]表示；梅蘭日蘭為B類，用[0,0,1,0]表示；歐利特為C類,用[0,1,0,0]表示；圣陽為D類，用[1,0,0,0]表示；若所收集的數(shù)據(jù)中存在不屬于設(shè)定范圍的數(shù)據(jù)，則將其剔除；

對剩余容量進行預(yù)處理，將其按一定范圍進行分類，分類如下：0～0.5x為A類，表示壽命小于1年，建議更換；0.5x～0.6x為B類，表示壽命為1年～2年；0.6x～0.7x為C類，表示壽命為2年～3年；0.7x～0.8x為D類，表示壽命為3年～4年；0.8x～0.9x為E類，表示壽命為4年～5年；0.9x～x為F類，表示壽命為5年～6年；

步驟S2中，對多層殘差BP深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)進行初始化，包括確定其激活函數(shù)及超參數(shù)和模型的初值，其步驟如下：

S21：首先根據(jù)數(shù)據(jù)機理確定激活函數(shù)的類型；

S22：判斷是否有訓(xùn)練該類型樣本數(shù)據(jù)的歷史經(jīng)驗，若沒有則轉(zhuǎn)入步驟S23，若有則轉(zhuǎn)入步驟S25；

S23：根據(jù)“寬泛策略”確定一個網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，確定多層殘差BP深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中隱含層的數(shù)目及每一層中包含的神經(jīng)元個數(shù)；

S24：在代價函數(shù)中先不考慮正則項對學(xué)習(xí)率進行迭代求解，確定初始范圍，再取閾值的一半并加入正則項對學(xué)習(xí)率進行調(diào)整；

S25：根據(jù)歷史經(jīng)驗，套用已有蓄電池壽命預(yù)測模型進行計算；

S26：根據(jù)訓(xùn)練樣本對超參數(shù)的取值做最終優(yōu)化訓(xùn)練；

S27：得到結(jié)果，確定超參數(shù)取值；

S28：利用生物地理學(xué)優(yōu)化算法確定網(wǎng)絡(luò)模型的初始權(quán)值w^[1]和閾值b^[1]；

S29：網(wǎng)絡(luò)初始化完成；

S3：將樣本數(shù)據(jù)分為樣本訓(xùn)練集和樣本測試集，輸入樣本訓(xùn)練集，并由多層殘差BP深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)正向傳播求解預(yù)測值；

S4：將所求的預(yù)測值數(shù)據(jù)集代入成本函數(shù)求解網(wǎng)絡(luò)誤差，成本函數(shù)為所有訓(xùn)練樣本損失函數(shù)和的平均值，并對網(wǎng)絡(luò)誤差進行判別，若滿足要求，則進行步驟S6，不滿足要求則進行步驟S5；

S5、確定誤差梯度并對權(quán)值學(xué)習(xí)進行調(diào)整，然后轉(zhuǎn)到步驟S3；

S6、完成網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，得到蓄電池壽命模型，轉(zhuǎn)到步驟S7；

S7、結(jié)束本次計算。