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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

一种基于决策导向学习的神经优化器用于最优储能运行

A Neural Optimizer With Decision-Focused Learning for Optimal Energy Storage Operation

作者 Hyeonjin Kim · Avijit Das · Di Wu
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2025年8月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电池储能系统 决策聚焦学习 峰值负荷预测 神经优化器框架 性能优化
语言:

中文摘要

本文介绍了一个基于神经优化器的框架,用于优化电池储能系统(BESS)为电网服务的控制策略,包括降低需求费用和能源成本。通过利用以决策为中心的学习(DFL)方法,所提出的框架确保了无缝集成与自适应能力,显著提升了控制性能。该框架采用了一种补丁时间序列变压器进行峰值负荷预测,并结合了偶然不确定性量化,以在决策过程中考虑预测的不确定性。框架运用一种“求解器在环”的方法来生成电池储能系统的最优动作,然后利用这些动作来训练基于神经优化器的智能体。通过在神经网络中共同优化电池储能系统的运行模式和输出功率,该系统实现了性能和鲁棒性的提升。在初始训练之后,对预测模型和控制模型进行联合微调,以处理预测误差,并通过以决策为中心的学习进一步提高决策的精度和效率。利用多个实际数据集进行了案例研究,以验证该框架的性能。研究表明,与现有最先进的模型相比,该框架在月度峰值负荷预测方面表现更优。此外,还将研究结果与现有的决策方法进行了对比。结果显示,在各种性能指标下,月度峰值预测误差降低了约15%,并且电池储能系统运行的优化差距比现有方法缩小了约三分之二。

English Abstract

This article introduces a neural optimizer-based framework for optimizing battery energy storage system (BESS) control for grid services, including demand charge and energy cost reduction. By leveraging decision-focused learning (DFL), the proposed framework ensures seamless integration and adaptation, significantly enhancing control performance. A patch time-series transformer is employed for peak load forecasting, incorporating aleatoric uncertainty quantification to account for forecasting uncertainties within the decision-making process. The framework utilizes a solver-in-the-loop approach to generate optimal BESS actions, which are then used to train the neural optimizer-based agent. By co-optimizing both BESS operational modes and output power within the NN, the system achieves improved performance and robustness. After initial training, the forecasting and control models are jointly fine-tuned to account for forecasting errors, further improving decision precision and efficiency through DFL. Case studies are performed to validate the performance of the framework using multiple real-world datasets, demonstrating superior performance in monthly peak load forecasting compared to state-of-the-art models. In addition, the results are compared against existing decision-making approaches. The results demonstrate a reduction in monthly peak forecasting error by approximately 15% across various performance measures and achieve an optimization gap for BESS operation that is about three times smaller compared to existing methods.
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SunView 深度解读

从阳光电源储能系统业务视角看,这项基于神经优化器和决策聚焦学习的储能控制技术具有显著的商业应用价值。该技术针对电池储能系统(BESS)在需量电费管理和能源成本削减等电网服务场景的优化控制,与阳光电源PowerStack、PowerTitan等储能产品的核心应用场景高度契合。

技术创新点在于通过决策聚焦学习实现了预测与控制的端到端优化。传统储能控制策略往往将负荷预测和调度决策分离,导致预测误差向决策层传递时产生累积效应。该框架采用Patch时序Transformer进行峰值负荷预测,并将不确定性量化纳入决策过程,通过"求解器在环"方法训练神经优化器,实现运行模式和输出功率的联合优化。实测数据显示,该方法使月度峰值预测误差降低约15%,储能运行优化间隙缩小至现有方法的三分之一,这意味着可直接提升阳光电源储能系统的经济收益和客户满意度。

从技术成熟度评估,该方法已通过多个真实数据集验证,具备工程化应用基础。对阳光电源而言,核心机遇在于将其集成到iSolarCloud智慧能源管理平台,增强储能系统的智能调度能力,特别是在工商业削峰填谷和辅助服务市场中形成差异化竞争优势。

潜在挑战包括:神经网络模型的可解释性和电网安全认证要求的适配;不同地区电价机制和负荷特性差异下的模型泛化能力;以及实时控制场景中的计算资源需求。建议阳光电源与研究团队开展深度合作,在现有储能项目中进行试点验证,逐步将该技术整合到下一代储能控制器产品线中。