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光伏发电技术 储能系统 ★ 5.0

基于稀疏回归无迹卡尔曼滤波的光伏系统数据驱动动态状态估计

Data-Driven Dynamic State Estimation of Photovoltaic Systems via Sparse Regression Unscented Kalman Filter

作者 Elham Jamalinia · Zhongtian Zhang · Javad Khazaei · Rick S. Blum
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2024年12月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 光伏能源转换系统 数据驱动动态状态估计 非线性稀疏回归 无迹卡尔曼滤波器 状态估计
语言:

中文摘要

本文提出了一种数据驱动的动态状态估计(DSE)方法,该方法专为受过程噪声和测量噪声影响的光伏(PV)能量转换系统(单级和两级)而设计。所提出的框架采用两阶段方法,包括“数据驱动的模型识别”和“状态估计”。在初始的模型识别阶段,利用非线性稀疏回归技术收集状态反馈,以阐明光伏系统的动态特性。在识别出光伏系统的动态特性后,将使用非线性数据驱动模型来估计光伏系统的动态,以用于监测和保护目的。为了应对不完整的测量、内在的不确定性和噪声,我们采用了“无迹卡尔曼滤波器”,该滤波器通过处理含噪输出数据来实现状态估计。最后,本文通过仿真结果验证了所提出的基于稀疏回归的无迹卡尔曼滤波器的有效性,并与基于物理模型的动态状态估计方法进行了对比分析。

English Abstract

This article proposes a data-driven dynamic state-estimation (DSE) approach designed for photovoltaic (PV) energy conversion systems (single stage and two stage) that are subjected to both process and measurement noise. The proposed framework follows a two-phase methodology encompassing “data-driven model identification” and “state-estimation.” In the initial model identification phase, state feedback is gathered to elucidate the dynamics of the PV systems using a nonlinear sparse regression technique. Following the identification of the PV dynamics, the nonlinear data-driven model will be utilized to estimate the dynamics of the PV system for monitoring and protection purposes. To account for incomplete measurements, inherent uncertainties, and noise, we employ an “unscented Kalman filter,” which facilitates the state estimation by processing the noisy output data. Ultimately, this article substantiates the efficacy of the proposed sparse regression-based unscented Kalman filter through simulation results, providing a comparative analysis with a physics-based DSE.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于数据驱动的光伏系统动态状态估计技术具有重要的应用价值。该技术通过稀疏回归与无迹卡尔曼滤波器的结合,为光伏发电系统的实时监测和故障保护提供了新的解决方案,这与我们在逆变器智能化和系统可靠性提升方面的战略方向高度契合。

对于阳光电源的核心产品线,该技术的价值主要体现在三个层面:首先,在光伏逆变器领域,数据驱动的状态估计可以摆脱传统物理建模对精确参数的依赖,更好地适应不同工况和老化状态下的系统特性变化,提升MPPT算法的精度和响应速度;其次,在光储融合系统中,准确的状态估计对于功率调度、电网支撑和能量管理至关重要,该方法能够在测量不完整和噪声干扰条件下实现鲁棒估计;第三,对于大型电站的智慧运维平台,这种技术可增强故障预警能力,降低运维成本。

从技术成熟度评估,该方法仍处于学术验证阶段,工程化应用面临几个关键挑战:数据驱动模型需要大量高质量训练数据,这要求建立完善的数据采集和标注体系;稀疏回归的计算复杂度需要在边缘计算设备上优化;模型的泛化能力和长期稳定性需要在不同气候区域和应用场景下验证。

建议阳光电源可将此技术纳入研发路线图,结合公司在全球积累的海量运行数据优势,开展小规模试点验证,重点探索在高价值场景如工商业储能系统和虚拟电厂应用中的落地可行性,逐步构建差异化的智能监测技术壁垒。