Pèfòmans nan estrateji kontwòl entèlijan pou chajè batri ityòm nan efikasite enèji ak sekirite

Résumé

Batri ityòm ion yo enpòtan anpil nan domèn depo enèji modèn. Depi komèrsyalize yo nan ane 1990 yo, pwogrè nan syans materyèl ak jeni te amelyore kapasite yo, sekirite, ak lavi yo. Sepandan, karakteristik sa yo dinamik nan ityòm-ion pil yo konplèks epi yo mande pou avanse chaje ak kontwòl estrateji pou optimize pèfòmans, sekirite, ak lavi. Atik sa a pwopoze yon analiz konparatif twa metòd kontwòl avanse pou chaje batri ityòm-ion: aprantisaj ranfòsman, kontwòl lojik floue, ak kontwòl tradisyonèl pwopòsyonèl entegral dérivés (PID). Metòd chaje tradisyonèl yo difisil pou fè fas ak konpleksite dinamik batri a, sa ki lakòz move pèfòmans. Atik sa a itilize simulation MATLAB Simulink pou evalye estrateji kontwòl entèlijan sa yo pou amelyore efikasite chaj, vitès ak lavi batri a. Rezilta yo montre ke aprantisaj ranfòsman gen gwo adaptabilite, lojik flou ka efektivman jere pwoblèm ki pa lineyè, pèfòmans kontwòl PID se serye, ak kondisyon resous enfòmatik yo ba.

1. Entwodiksyon

Limit yo nan pil ityòm-ion konpare ak metòd tradisyonèl chaje:Batri ityòm ion gen avantaj ki genyen nan dansite enèji segondè, lavi sik long, ak pousantaj egzeyat pwòp tèt ou ki ba, konplètman chanje fason enèji yo estoke ak itilize, epi yo vin youn nan teknoloji fondamantal nan sosyete modèn. Sepandan, tradisyonèl konstan aktyèl ak vòltaj konstan (CC/CV) metòd chaje souvan pa fè fas ak konpleksite dinamik nan ityòm-ion pil, sa ki lakòz pòv pèfòmans chaje ak degradasyon posib nan pèfòmans batri sou tan.

Entwodiksyon nan estrateji kontwòl entelijan

Pou adrese defi yo, atik sa a konpare ak analize twa metòd prensipal kontwòl entelijan pou chaje batri ityòm-ion: aprantisaj ranfòsman (RL), kontwòl lojik flou (FL), ak tradisyonèl pwopòsyonèl entegral dérivés (PID).

Kontwolè RL a aprann estrateji kontwòl pi bon nan kominike avèk modèl batri a ak aparèy elektwonik pouvwa, lè l sèvi avèk yon modèl ti siyal pou senplifye aparèy elektwonik pouvwa yo ak amelyore pwosesis fòmasyon an. Fòmasyon yon rezo neral ki baze sou yon fonksyon rekonpans pou penalize aktyèl ak vòltaj Spikes pou yon pwosesis chaje ki pi estab, ak objektif pou kontwole vòltaj antre batri a. Lè yo evalye repons lan atravè plizyè entèraksyon ak maksimize valè rekonpans la, pandan y ap kontwole estati batri a, rekonpans oswa pinisyon yo ka bay ki baze sou valè aktyèl la ak aksyon kontwòl agresif. Li ka jwenn ke yon estrateji chaje ki minimize tan chaje, konsomasyon enèji, ak degradasyon batri pandan y ap asire operasyon an sekirite ka devlope.

Kontwolè FL a bay yon fason fleksib ak entwisyon pou entegre konesans ekspè ak règ euristik nan pwosesis chaj la lè li defini varyab lang tankou estati chaj, tanperati, ak pousantaj chaje, epi etabli règ enferans. De kontwolè FL yo te fèt, youn reglemante vòltaj pou kenbe estabilite anba diferan koub chaje, ak lòt reglemante aktyèl la pou fè pou evite twòp pwen epi kenbe valè ki estab, ki ka pi byen okipe nonlinearite a ak ensètitid nannan nan dinamik ityòm-ion pil, kidonk. amelyore pèfòmans chaje ak pwolonje lavi batri.

Kontwolè PID la ka balanse faktè tankou tan chaje, efikasite enèji, ak pwoteksyon sante batri pa ajiste ak optimize koub chaje a.

2. Rechèch metòd pou chaje estrateji kontwòl pil ityòm-ion

Avantaj ak karakteristik batri nan platfòm simulation MATLAB Simulink:MATLAB Simulink bay yon platfòm pwisan pou analize ak optimize sistèm chaje batri ityòm-ion. Batri ityòm ion yo te vin chwa pi pito pou aplikasyon pou divès kalite akòz dansite enèji segondè yo (asire yon gwo enèji ak rapò pwa, apwopriye pou aparèy elektwonik pòtab ak machin elektrik ki gen espas limite ak pwa), to ba pwòp tèt ou egzeyat (apwopriye pou lontan-). tèm depo enèji), teknoloji resiklaj avanse, ak enpak anviwònman ki ba (plis dirab ak zanmitay anviwònman an).

Modélisation nan mwayèn konvètisè ti siyal:Konsepsyon efikas obligatwa pou sistèm transfè enèji batri ityòm-ion. Nan etid sa a, yo itilize yon sikwi izole konvètisè DC/DC (konvètisè pi devan an sanble ak yon topoloji konvètisè DC/DC Buck epi li gen ladann yon transfòmatè pou bay izòlman elektrik ak amelyore sekirite batri). Konpòtman kous la karakterize kòm yon fonksyon transfè dezyèm lòd lè l sèvi avèk kritè modèl ti siyal la, epi yo itilize apwoksimasyon siyal ki ba (ba Q) pou senplifye analiz la, sa ki lakòz yon fonksyon transfè modèl konvètisè ki gen ladan operasyon ak rapò konvèsyon. Konvètisè a simule itilizasyon konpozan ideyal pou amelyore efikasite, epi analize de senaryo: san chaj ak chaj batri ityòm-ion. Anba kondisyon ki pa gen chaj, fonksyon transfè a ak vòltaj konvètisè ak tandans aktyèl yo sanble, men pwodiksyon konvètisè a osile. Anba kondisyon chaj, diferans prensipal la chita nan tan estabilizasyon an. Idealizasyon fonksyon transfè a fè sistèm lan reponn pi vit men valè pwodiksyon final la konsistan, epi lè l sèvi avèk fonksyon transfè a ka siyifikativman diminye tan simulation.

Kontwòl achitekti deskripsyon:Estrateji kontwòl la baze sou modèl batri ityòm-ion nan MATLAB Simulink, ki bay paramèt teknik detaye pou simulation egzat ak analiz pèfòmans batri a. Pwosesis chaje CC/CV gen ladann yon etap kontwòl aktyèl (kote aktyèl la mete nan yon nivo ki an sekirite ak vòltaj batri a ogmante ak chaje, rive nan yon papòt anvan ou antre nan etap kontwòl vòltaj la) ak yon etap kontwòl vòltaj (kote vòltaj la rete estab. ak aktyèl la piti piti diminye jiskaske batri a konplètman chaje), sa ki ka anpeche surcharge, diminye presyon batri, diminye risk pou yo surchof, ak pwolonje lavi batri. Estrateji kontwòl yo evalye yo rezime nan Tablo 1 epi yo pral prezante an detay pita.

Achitekti aprantisaj ranfòsman:Kontwolè aprantisaj ranfòsman an aprann estrateji pi bon nan entèraksyon ak sistèm nan pou jere dinamik konplèks ki pa lineyè. Adopte yon konplo kritik aktè, rezo aktè chwazi aksyon ak rezo kritik la evalye aksyon yo pou bay fidbak. Yo itilize Rezo aktè Gaussian kontinyèl (CGAN) pou trete espas aksyon kontinyèl, epi yo eksplore estrateji optimal la lè yo bay paramèt distribisyon Gaussian yo. Achitekti li yo gen ladan plizyè kouch konplètman konekte, ak fonksyon aktivasyon an se sitou yon Fonksyon Inite Lineyè Modifye (RELU). Baze sou fòmasyon bwat zouti aprantisaj ranfòsman MATLAB, fonksyon rekonpans la kalkile baze sou erè vòltaj, aksyon kontwòl, ak obsèvasyon vòltaj pou ankouraje kenbe vòltaj nan seri a espere epi penalize devyasyon. Lè yo mete konstan, yo asire efè aprantisaj maksimòm, epi yo rive jwenn rekonpans maksimòm mwayèn apre 200 jij fòmasyon. Sepandan, repons batri dousman fè akor paramèt difisil.

Achitekti flou:Kontwolè flou pwopòsyonèl dérivés (PD) yo pi efikas nan manyen sistèm nonlinearity ak ensètitid pase kontwolè PD tradisyonèl yo, adapte yo ak chanjman nan karakteristik batri asire kontwòl vòltaj ki estab ak egzat. Yon sistèm enferans flou konstwi lè l sèvi avèk konplo Sugeno a, ak vòltaj kontwole pa PD flou ak aktyèl kontwole pa PD flou + I. Yo trete opinyon an lè l sèvi avèk fonksyon nòmal manm triyangilè pou okipe erè ak dérivés yo, epi pwodiksyon an trete lè l sèvi avèk twa fonksyon nòmalizasyon Sugeno pou okipe eta yo. Ranje D' a contrainte pou evite saturation, Et D' Et sortie gammes sont modifye pa konstan enpòtan.

Achitekti PID klasik:Kontwolè klasik pwopòsyonèl entegral derive (PID) se lajman ki itilize nan chaje batri akòz senplisite li yo, efikasite, ak pèfòmans serye. Li fasil pou aplike ak melodi, epi li ka ajiste ak optimize kondisyon chaje an tan reyèl. Li konbine aksyon pwopòsyonèl, entegral ak dérivés pou kontwole avèk presizyon vòltaj ak aktyèl. Li gen inivèsalite fò epi li apwopriye pou plizyè senaryo batri ak chaje. Li gen pri ki ba ak kondisyon resous enfòmatik ki ba, epi li apwopriye pou sistèm entegre ak aplikasyon pyès ki nan konpitè a pri ki ba. Achitekti li yo sèlman itilize de kontwolè klasik pou kontwole vòltaj ak aktyèl respektivman (estrikti entèn la pa detaye akòz limit espas).

3. Evalyasyon pèfòmans nan estrateji kontwòl ityòm-ion batri chaje

Akor paramèt kontwolè:Fonksyon rekonpans aprantisaj ranfòsman detèmine atravè metòd euristik, epi yo ajiste konstan yo atravè eksperyans repete pou jwenn (r1=200), (r2=-25), (p1=-10), ak ( p2=180). Kontwolè flou (PD+I) ajiste paramèt manyèlman atravè esè ak erè, ak paramèt kontwòl aktyèl la nan (P=20), (D=0. 00000 1), (I{{8}). }}), ak (K_D=0.297), ak paramèt kontwòl vòltaj nan (P=15), (D=0.0001), ak (K_D=0.315). Kontwolè PID la itilize zouti MATLAB PID Tuner ak rezo neral pou jwenn paramèt pi bon yo, tankou kontwòl aktyèl (P=15), (I {PID}=5), kontwòl vòltaj (P=22 .5), (I=4.9), ak (D {PID}=0.03).

Analiz pèfòmans kontwolè

Aspè evalyasyon:Evalye pèfòmans kontwolè a an tèm de vòltaj ak presizyon règleman aktyèl, tan repons, estabilite, ak anti-entèferans.

Kontwolè aprantisaj ranfòsman:Yon kontwolè aprantisaj ranfòsman ki baze sou rezo neral ka reyalize vòltaj nominal ki estab san depase lè aktyèl la se zewo (jan yo montre nan Figi 5b). Sepandan, lè w ap aplike kontwòl CC / CV, fluctuations vòltaj rive akòz yon mank de konpreyansyon sou aktyèl la ki deja egziste, sa ki lakòz aktyèl enstab ak diminye pandan chaje batri. Vitès chaj la se pi rapid la, men gen fenomèn k ap sonnen, ki ka domaje eleman elektwonik ak diminye lavi batri a. Nan aplikasyon pratik, li nesesè pou konsidere sikile kouran pou amelyore pèfòmans.

Kontwolè flou:ki fèt pou kenbe chaje ki estab, ak tan pi long chaje ak estabilizasyon, men pa gen okenn pwent nan konvèsyon kontwòl aktyèl ak vòltaj (jan yo montre nan Figi 5c). Malgre ke pi an sekirite, li pi dousman epi yo ka optimize pa ajiste règ enferans.

Kontwolè PID:Li reponn byen vit nan erè, men li gen entèferans enpòtan ak fenomèn surkouran pandan vòltaj nan tranzisyon aktyèl (jan yo montre nan Figi 5b). Pèfòmans li se modere epi li pa konte sou eksperyans operatè.

Analiz endikatè pèfòmans:Analize aksyon kontwòl vòltaj konvètisè DC/DC antre, kalkile valè kare mwayen (RMS) rasin, epi jwenn valè RMS kontwolè aprantisaj ranfòsman an yon ti kras pi wo, sa ki endike aksyon kontwòl li yo chanje pi plis e li sansib a. ti chanjman. Evalyasyon valè RMS aktyèl batri a pou tout kontwolè te lakòz yon valè konstan 0.3A, ki endike ke malgre diferans ki genyen nan estrateji kontwòl ak aksyon, tout kontwolè yo te kapab kenbe aktyèl pwodiksyon an nan seri a te espere. . Sa vle di ke byenke aksyon kontwòl vòltaj nan kontwolè aprantisaj ranfòsman varye anpil, li pa afekte estabilite ak konsistans aktyèl pwodiksyon an, ki enpòtan anpil pou operasyon an san danje epi efikas nan sistèm nan.

4. Diskisyon sou rezilta ityòm-ion batri chaje kontwòl estrateji

Tan ekzekisyon simulation kontwolè ak varyasyon pwodiksyon:Rezilta yo nan Tablo 2 yo te jwenn nan simulation kote chak kontwolè te configuré pou 6 segonn, ak kontwolè aprantisaj ranfòsman (RL) la ki gen tan an ekzekisyon ki pi long nan 21046 segonn. Konpare ak lòt kontwolè yo itilize pou kontwole vòltaj ak aktyèl pil ityòm-ion, kontwolè RL a gen yon pi gwo varyasyon pwodiksyon, e menm nan fè fas a ti twoub, fenomèn k ap sonnen (aksyon kontwòl osilasyon wo-frekans) ka rive. Lè yo aplike nan aparèy elektwonik pouvwa aktyèl, li ka lakòz surchof nan batri ak konvètisè konpozan, bri Capteur, ak lavi batri pi kout, ak yon varyasyon vòltaj nan 0.02V. Pou amelyore kontwolè a epi redwi Vibration, yo ka ajoute yon filtè ki ba nan pwodiksyon kontwolè a, yo ka modifye achitekti rezo neral la, oswa yon metòd kontwòl ibrid (tankou PID oswa kontwolè flou pou ajiste pwodiksyon rezo neral la) ka. itilize.

Adaptabilite kontwolè ak karakteristik pèfòmans:Kontwolè RL gen gwo adaptabilite nan diferan sitiyasyon, paske yo pi sansib a entèferans. Sepandan, chanjman pwodiksyon yo endike nesesite pou enkòpore plis paramèt nan fòmasyon ajan yo pou amelyore kapasite yo pou adapte yo ak plis senaryo, ogmante efikasite chaj, epi evite posib enstabilite. Kontwolè flou vize pou evite gwo pik aktyèl yo ak vitès chaje dousman akòz règ enferans yo; Kontwolè PID la reponn a erè lè li modifye siyal pwodiksyon an epi li ka adapte yo ak chanjman dinamik.

Evalyasyon pèfòmans pwodiksyon kontwolè:Valè kare mwayen rasin (RMS) yo te itilize pou evalye pèfòmans pwodiksyon twa kontwolè, e rezilta yo te montre ke vòltaj mwayèn tout kontwolè yo te kenbe te sanble ak vòltaj nominal batri a, ki enpòtan anpil pou anpeche surcharge ak evite batri. surchof. An tèm de kontwòl aktyèl, tout contrôleur ka rive jwenn valè referans nan yon tan repons trè kout san depase, epi yo gen bon tolerans nan entèferans ekstèn. An tèm de kontwòl vòltaj, kontwolè a ka kontinyèlman rive nan valè referans la, piti piti diminye aktyèl la jiskaske li rive nan zewo pou konplete sik la chaje. Sepandan, li ta dwe remake ke kontwolè ki baze sou RL ka fè eksperyans osilasyon ti tay nan aktyèl la pandan etap final la nan chaje, fluktue ant valè aktyèl la ak zewo, epi yo ka mande pou ajisteman adisyonèl pou amelyore estabilite.

5. Rezime

Kontwolè PID

Avantaj:Li te ye pou senplisite li yo ak efikasite, li fè byen nan reglemante vòltaj ak aktyèl, epi li ka bay repons rapid ak ki estab nan anpil aplikasyon.

Dezavantaj:Adaptabilite relativman fèb nan fè fas ak karakteristik dinamik batri konplèks, ki fè li difisil reyalize optimize trè dinamik.

Kontwolè flou

Avantaj:Lè yo defini varyab lang ak règ enferans, eksperyans yo entegre nan pwosesis kontwòl la, ki ka pi byen jere batri nonlinearite ak ensètitid, sa ki pèmèt sistèm nan adapte yo ak sitiyasyon espesifik ak fè estab nan diferan kondisyon fonksyònman. Ajiste règ yo enferans selon kondisyon aplikasyon yo ka optimize pèfòmans chaje nan yon sèten limit.

Dezavantaj:Konsepsyon an depann anpil sou règ ak eksperyans, devlopman an konplèks, ak vitès chaje a relativman dousman, ki ka pa satisfè kondisyon ki wo pou chaje rapid nan senaryo aplikasyon an.

Kontwolè ki baze sou aprantisaj ranfòsman

Avantaj:Li ka aprann estrateji ki pi bon nan entèraksyon ak sistèm nan, li gen gwo kapasite pwosesis pou ti latwoublay, ka dinamik adapte yo a chanje kondisyon yo, kontinyèlman optimize pèfòmans, e li gen gwo adaptabilite nan kondisyon chaj diferan. Nan senaryo chaje batri konplèks ak ki toujou ap chanje, li ka efektivman amelyore presizyon chaj ak efikasite, espesyalman apwopriye pou aplikasyon ki mande pou fleksibilite chaj segondè ak adaptabilite.

Dezavantaj:Mande pou yon gwo kantite resous informatique, tan fòmasyon long, tankou tan an ekzekisyon ki pi long nan etid sa a. Pwosesis fòmasyon an se konplèks epi li mande pou konsepsyon atansyon nan fonksyon rekonpans ak ajisteman nan achitekti rezo neral, otreman fenomèn enstab tankou pwoblèm k ap sonnen ka rive. Pou amelyore presizyon, yo mande yon achitekti rezo neral ki pi konplèks, ki plis ogmante fado enfòmatik la ak tan simulation.