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氢能与燃料电池 微电网 可靠性分析 ★ 4.0

一种基于在线学习的最优控制算法以提升孤岛直流微电网中固体氧化物燃料电池的性能

A Novel Online Learning-Based Optimal Control Algorithm for Enhancing Solid Oxide Fuel Cells Performance in Islanded DC Microgrids

作者 Yulin Liu · Tianhao Qie · Ujjal Manandhar · Xinan Zhang · Herbert H. C. Iu · Tyrone Fernando
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2024年12月
技术分类 氢能与燃料电池
技术标签 微电网 可靠性分析
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 固体氧化物燃料电池 微电网供电 神经网络 最优控制策略 硬件在环测试
语言:

中文摘要

随着可再生能源渗透率的不断提高,固体氧化物燃料电池(SOFC)为提高微电网供电的可靠性和可持续性提供了一种有前景的解决方案。所提出的方法解决了现有SOFC控制方法中的关键挑战,包括模型依赖、使用非最优控制策略、依赖离线训练的神经网络(NN)以及设计复杂等问题。与基于模型的方法相比,该方法利用神经网络和策略迭代技术来学习系统动态并逼近最优控制策略,从而消除了对模型的依赖。与基于离线学习的方法相比,该方法实现了在线策略评估和神经网络更新,省去了繁琐的离线训练和数据采集过程。与基于在线学习的SOFC控制方法相比,该方法采用固定权重的递归神经网络,避免了基于递归最小二乘法的神经网络权重更新过程导致的收敛缓慢甚至不收敛的问题,在不牺牲控制性能的前提下降低了设计复杂度。通过硬件在环测试验证了所提出方法的优越性。

English Abstract

Solid oxide fuel cells (SOFCs) offer a promising solution for enhancing reliability and sustainability in microgrid power supply with the growing penetration of renewable energy sources. The proposed method addresses key challenges in existing SOFC control approaches, including model dependence, usage of nonoptimal control policy, reliance on an offline-trained neural network (NN), and complex design. Compared with model-based methods, this method uses NN and policy iteration technology to learn system dynamics and approximate optimal control policy, thereby eliminating model dependence. Compared with offline learning-based methods, this method achieves online policy evaluation and NN updating to eliminate tedious offline training and data acquisition processes. Compared with the online learning-based SOFC control approaches, this method employs a fixed-weight recurrent NN to avoid slow or even no convergence caused by recursive least squares-based NN weights updating process, reducing design complexity without sacrificing control performance. The superiority of the proposed method is validated through hardware-in-the-loop tests.
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SunView 深度解读

从阳光电源在新能源综合解决方案领域的战略布局来看,这项基于在线学习的固体氧化物燃料电池(SOFC)优化控制技术具有显著的战略参考价值。该技术通过神经网络和策略迭代实现系统动态学习与最优控制策略逼近,有效解决了传统方法对精确模型的依赖问题,这与阳光电源在多能互补微网系统中面临的控制复杂性挑战高度契合。

从技术创新角度,该方法的在线学习机制消除了离线训练的繁琐过程,采用固定权重递归神经网络避免了传统最小二乘法更新带来的收敛性问题,这种设计简化思路对阳光电源智能储能系统的控制算法优化具有借鉴意义。特别是在孤岛微网场景下,SOFC作为可靠备用电源与光伏、储能系统的协同控制,可增强系统整体可靠性和供电连续性,这与阳光电源"光储氢"一体化解决方案的发展方向高度吻合。

从应用前景评估,该技术已通过硬件在环测试验证,显示出较高的技术成熟度。然而,SOFC在成本、耐久性和响应速度方面仍存在工程化挑战。对阳光电源而言,短期内可将该控制思想迁移应用于现有储能变流器和微网控制器产品,提升多能源协调能力;中长期则可结合公司在氢能领域的布局,探索燃料电池与可再生能源深度融合的技术路径。

建议重点关注该方法在实际工况下的鲁棒性表现,以及与阳光电源现有EMS能量管理系统的集成可行性,这将是技术转化的关键突破点。