[發明專利]一種基于磁體狀態預測的超導儲能系統控制方法及裝置

有效

• 申請號: 202111287952.2
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114156916B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 郭樹強;任麗;徐穎;石晶;唐躍進;李敬東
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J15/00;H01F6/00;G06F30/23;G06F30/27;G06N20/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尹麗媛;李智

本發明公開了一種基于磁體狀態預測的超導儲能系統控制方法及裝置，屬于超導儲能控制技術領域。本發明首先獲取多組不同初始電流、初始溫度、充放電功率和充放電時間下超導磁體的溫升數據，作為訓練集和測試集；然后，利用機器學習訓練超導磁體的溫升預測模型；接著，基于訓練好的溫升預測模型預測超導磁體的末時溫度；并且，當末時溫度超過溫度閾值時，將電網功率需求指令乘以安全系數后繼續進行溫度判斷，直至末時溫度不超過溫度閾值，將此時的電網功率需求指令傳遞給超導儲能系統進行響應。如此，超導儲能系統在響應電網的功率需求時，超導磁體溫度不會超出其臨界運行溫度，有利于儲能系統的安全穩定運行。

技術領域

本發明屬于超導儲能控制技術領域，更具體地，涉及一種基于磁體狀態預測的超導儲能系統控制方法及裝置。

背景技術

超導體的性能與溫度密切相關，隨著溫度的升高其通流能力會急劇下降。超導儲能磁體在充放電過程中不可避免的會產生交流損耗，損耗的存在會造成超導磁體溫度升高，進而使磁體的臨界電流下降，溫升過高甚至可能損壞磁體。由此可見，超導磁體的溫升是影響磁體安全穩定運行的關鍵參量。

目前國內外已完成或正在實施的超導磁儲能項目，變流器的控制方法主要從電網側對系統功率、能量需求出發，單向的對儲能系統發出需求指令，并未考慮儲能磁體在執行指令時的自身安全狀態和可響應能力。同時溫升的檢測具有滯后性，如果采用直接測量溫升的方法對磁體進行監控保護，磁體已經造成損傷。考慮到變流器在電網處于某些極端工況時可能對儲能系統發出超過磁體承受能力的響應指令，同時溫升檢測又存在不及時的問題，這將給儲能系統的核心部件超導磁體帶來巨大的安全風險。為了避免運行過程中溫升對磁體造成損壞，目前在超導磁體設計時會將磁體的工作電流取到臨界電流的0.5～0.6倍，這造成了儲能空間的極大浪費。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種基于磁體狀態預測的超導儲能系統控制方法及裝置，使得儲能系統在響應電網指令時，可以兼顧超導磁體的運行狀態，從而提高超導儲能系統的安全穩定性。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于磁體狀態預測的超導儲能系統控制方法，所述超導儲能系統包括超導磁體，包括：

S1，獲取多組不同初始電流、初始溫度、充放電功率和充放電時間下超導磁體的溫升數據；

S2，以所述初始電流、初始溫度、充放電功率和充放電時間作為特征，以相應的溫升數據作為標簽，利用機器學習訓練超導磁體的溫升預測模型；

S3，基于訓練好的溫升預測模型預測所述超導磁體的末時溫度；若所述末時溫度超過溫度閾值，則將電網功率需求指令乘以安全系數后繼續進行溫度判斷；

S4，重復所述S3，直至所述末時溫度不超過所述溫度閾值；輸出更新后的電網功率需求指令，使所述超導儲能系統進行響應。

進一步地，所述S1包括：建立所述超導磁體的三維有限元分析模型，通過設置截面，將所述三維有限元分析模型等效為二維軸對稱模型，所述二維軸對稱模型用于計算超導磁體的交流損耗；基于所述交流損耗計算得到超導磁體的溫升，從而獲取多組不同初始電流、初始溫度、充放電功率和充放電時間下超導磁體的溫升數據。

進一步地，所述溫升預測模型是基于隨機森林RF進行訓練的。

進一步地，所述安全系數介于0.8～0.9之間。

按照本發明的另一個方面，還提供了一種基于磁體狀態預測的超導儲能系統控制裝置，所述超導儲能系統包括超導磁體，包括：

數據獲取單元，用于獲取多組不同初始電流、初始溫度、充放電功率和充放電時間下超導磁體的溫升數據；

模型訓練單元，用于以所述初始電流、初始溫度、充放電功率和充放電時間作為特征，以相應的溫升數據作為標簽，利用機器學習訓練超導磁體的溫升預測模型；