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基于GoogLeNet与迁移学习的质子交换膜燃料电池集成系统故障诊断

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5147-5157,I0011页

作者：赵波刘相万章雷其陈哲张领先谢长君国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310014 武汉理工大学自动化学院湖北省武汉市430070

为准确判别质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统在动态阶跃工作电流下的故障类型,该文建立了PEMFC集成系统模型,提出一种基于GoogLeNet卷积神经网络与迁移学习的PEMFC故障诊断方法。首先,根据燃料电池运... 详细信息

为准确判别质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统在动态阶跃工作电流下的故障类型,该文建立了PEMFC集成系统模型,提出一种基于GoogLeNet卷积神经网络与迁移学习的PEMFC故障诊断方法。首先,根据燃料电池运行过程的电化学反应机理与经验公式建了PEMFC集成系统模型,辅机系统包括冷却系统、空气供给系统和供氢系统。然后,搭建燃料电池测试台架,利用实验数据验证搭建的PEMFC集成系统模型,并改变模型部件参数产生特征故障图像数据集。最后,采用迁移学习将预训练模型中的权重迁移到GoogLeNet模型中,以提高分类模型的收敛速度和泛化能力。2000组故障样本诊断结果表明,PEMFC集成系统在正常、冷却系统故障、氢气饥饿、空气饥饿和水淹故障共5种运行状态下的诊断精确率分别为99.30%、100%、99.10%、100%和99.10%,综合诊断准确率达99.50%,结果证明所提方法具有较高的分类精度和鲁棒性。

关键词：质子交换膜燃料电池集成系统 GoogLeNet卷积神经网络迁移学习故障诊断

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考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度

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中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3078-3092,I0012页

作者：侯慧甘铭吴细秀赵波章雷其王灼谢长君武汉理工大学自动化学院湖北省武汉市430070 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310014

为有效应对海上风电固有的间歇及波动性给港口多能微网带来的不确定性风险,提出一种考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度模型。首先,结合Wasserstein距离实现风电出力概率分布模糊集的精确刻画,并通过非参数核密度估... 详细信息

为有效应对海上风电固有的间歇及波动性给港口多能微网带来的不确定性风险,提出一种考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度模型。首先,结合Wasserstein距离实现风电出力概率分布模糊集的精确刻画,并通过非参数核密度估计拟合海上风电预测误差概率分布,获得不同置信水平下风电出力区间及场景。其次,分析氢能船舶、汽车等移动氢能存储资源对间歇性风电出力的能源存储潜力,并结合用能心理、交通属性差异,将两者分别建模为激励型、价格型需求响应,实现港口移动氢能存储灵活性资源的高效聚合。再次,针对含移动氢能存储的港口多能微网,构建基于概率分布模糊集的日前-日内两阶段分布鲁棒优化调度模型,并运用线性决策规则与强对偶理论将其转换为混合整数线性规划模型求解。最后,基于海上风电实测数据进行仿真验证。结果证明,移动氢能存储可显著提升港口多能微网的低碳灵活性,所提模型在兼顾港口多能微网经济性的同时,可进一步保证风电不确定性风险下的鲁棒性。

关键词：移动氢能存储港口多能微网风电不确定性 Wasserstein距离分布鲁棒优化

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储能用质子交换膜燃料电池长期老化预测

电池 2024年第2期54卷 160-164页

作者：柏帆王路达左红群谢长君宁海县雁苍山电力建设有限公司浙江宁波315600 武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的长期老化预测有助于缩短耐久性测试时间,降低成本,为维护策略提供依据。针对超参数问题,提出一种将优化算法和储备池计算相结合的数据驱动预测方法。基于耐久性测试数据集,以电堆输出电压为老化指标,利用麻... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的长期老化预测有助于缩短耐久性测试时间,降低成本,为维护策略提供依据。针对超参数问题,提出一种将优化算法和储备池计算相结合的数据驱动预测方法。基于耐久性测试数据集,以电堆输出电压为老化指标,利用麻雀搜索算法(SSA)优化回声状态网络(ESN)的储备池尺寸、泄漏率和正则化系数,以构建预测模型。分别利用原始数据的前30%、40%、50%和60%作为训练集训练模型,验证模型在各训练集比例下的长期老化预测性能。训练集比例为30%时,所提方法在静态工况下的长期预测均方根误差(RMSE)达到0.0083,准动态工况下可达到0.0359。

关键词：质子交换膜燃料电池(PEMFC) 回声状态网络(ESN) 麻雀搜索算法(SSA) 性能退化长期预测

基于TCN-GRU-A模型的PEMFC老化预测方法

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电源技术 2024年第9期48卷 1814-1819页

作者：李浩辰谢长君朱文超吴航宇武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070 材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430000 燃料电池湖北省重点实验室湖北武汉430000 武汉理工大学汽车工程学院湖北武汉430070

为实现对动态工况下质子交换膜燃料电池(PEMFC)的老化预测,并提升门控循环单元网络(GRU)的预测能力,提出了一种将时间卷积网络(TCN)、注意力机制(Attention)和GRU结合起来的TCN-GRU-A预测方法,通过引入TCN层提升GRU特征提取能力,并用注... 详细信息

为实现对动态工况下质子交换膜燃料电池(PEMFC)的老化预测,并提升门控循环单元网络(GRU)的预测能力,提出了一种将时间卷积网络(TCN)、注意力机制(Attention)和GRU结合起来的TCN-GRU-A预测方法,通过引入TCN层提升GRU特征提取能力,并用注意力机制对GRU输出特征进行加权以提升预测精度。采用PEMFC动态耐久实验数据集进行验证,通过与多种深度学习模型的预测结果对比表明:在对全电流负载数据和定电流负载数据进行的预测中,该预测方法均具有更小的预测误差和更好的拟合度。

关键词：质子交换膜燃料电池动态工况老化预测深度学习

Real-time Energy Management of Low-carbon Ship Microgrid Based on Data-driven Stochastic Model Predictive Control

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2023年第4期9卷 1482-1492页

作者： Hui Hou Ming Gan Xixiu Wu Kun xie Zeyang Fan changjun xie Ying Shi Liang Huang the School of Automation Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China the Shenzhen Research Institute Wuhan University of TechnologyShenzhen 518000China China Ship Development and Design Center Wuhan 430064China. Key Laboratory of Marine Intelligent Equipment and System Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China the China Ship Development and Design Center Wuhan 430064China.

With increasing restrictions on ship carbon emis-sions,it has become a trend for ships to use zero-carbon energy such as solar to replace traditional fossil ***,uncer-tainties of solar energy and load affect safe and stable operation of the ship *** order to deal with uncertainties and real-time requirements and promote application of ship zero-carbon energy,we propose a real-time energy management strategy based on data-driven stochastic model predictive ***,we establish a ship photovoltaic and load scenario set consid-ering time-sequential correlation of prediction error through three *** steps include probability prediction,equal probability inverse transformation scenario set generation,and simultaneous backward method scenario set ***,combined with scenario prediction information and rolling op-timization feedback correction,we propose a stochastic model predictive control energy management *** each scenario,the proposed strategy has the lowest expected operational cost of control ***,we train the random forest machine learn-ing regression algorithm to carry out multivariable regression on samples generated by running the stochastic model predictive ***,a low-carbon ship microgrid with photovoltaic is *** results demonstrate the proposed strategy can achieve both real-time application of the strategy,as well as operational cost and carbon emission optimization performance close to stochastic model predictive *** Terms-Data-driven stochastic model predictive control,low-carbon ship microgrid,machine learning,real-time energy management,time-sequential correlation.

关键词： Data-driven stochastic model predictive control low-carbon ship microgrid machine learning real-time energy management time-sequential correlation.

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质子交换膜电解制氢系统建模研究综述

电力建设 2024年第2期45卷 58-78页

作者：宋洁郜捷梁丹曦李根蒂邓占锋徐桂芝章雷其谢长君徐超华北电力大学能源动力与机械工程学院北京市102206 先进输电技术国家重点实验室(国网智能电网研究院有限公司) 北京市102209 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院杭州市310014 武汉理工大学人工智能与新能源汽车现代产业学院武汉市430010

质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解制氢技术因其快速响应、宽功率范围动态可调优势和良好的波动适应性,可作为灵活调节资源,支撑电网供需双侧动态匹配,提高新能源利用率。从单电解池/槽模型入手,涵盖配套辅机,基于水、热、... 详细信息

质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解制氢技术因其快速响应、宽功率范围动态可调优势和良好的波动适应性,可作为灵活调节资源,支撑电网供需双侧动态匹配,提高新能源利用率。从单电解池/槽模型入手,涵盖配套辅机,基于水、热、电、气四个方面,总结分析了国内外电解制氢系统的建模方法及研究进展,阐述各模型的适用条件及参数的选取依据,并对PEM制氢系统的改进方向进行展望。通过建模仿真可以明晰电解制氢系统动静态性能规律与行为特性,有效地支撑系统的设计、运行及控制优化。所进行的研究综述对PEM电解制氢系统的模型建立、开发研究及仿真分析有一定的理论价值与指导意义。

关键词：质子交换膜电解制氢系统建模电解槽模型水-热-电-气

Drawing impedance spectroscopy for Fuel Cell by EIS

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Drawing impedance spectroscopy for Fuel Cell by EIS

2011 International Conference on Energy and Environment(ICEE 2011)

作者： xie changjun Quan shuhai College of Automation Wuhan University of Technology

EIS（Electrochemical impedance spectroscopy） is a powerful diagnostic testing method for fuel cells because it is non-destructive and provides some useful information about fuel cell performance. This paper will design fuel cells impedance on-line testing system by electrochemical impedance spectroscopy, and draw the complex impedance spectroscopy for Fuel Cell stack. Based on fuel cells impedance on-line testing system, complex impedance data in different frequency for Fuel Cell stack is sampled and saved, by automatic frequency scanning. Firstly, accomplishing curve fitting for fuel cells impedance data by nonlinear least square,secondly, accomplishing model parameter estimation, finally,the complex impedance spectroscopy for Fuel Cell stack will be drawn. The spectroscopy can reflect fuel cells impedance variation, and lay a foundation for monitoring the health status of fuel cells and improving the working efficiency of fuel cell stacks.

关键词： component: EIS complex impedance spectroscopy nonlinear least square curve fitting

来源： cnki会议评论

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燃料电池中巴车电电混合动力控制系统

机械工程学报 2009年第6期45卷 188-192页

作者：谢长君杜传进全书海武汉理工大学自动化学院武汉430070

针对燃料电池电压电流输出特性及动态响应滞后的特点,提出燃料电池加辅助电源的中巴车电电混合动力系统方案。采用燃料电池加镍氢电池加超级电容的三能源结构作为整车的驱动电源,设计了整个动力系统的基本结构。通过分析动力系统的驱动... 详细信息

针对燃料电池电压电流输出特性及动态响应滞后的特点,提出燃料电池加辅助电源的中巴车电电混合动力系统方案。采用燃料电池加镍氢电池加超级电容的三能源结构作为整车的驱动电源,设计了整个动力系统的基本结构。通过分析动力系统的驱动模式,引入智能协调和预测控制思想,设计了燃料电池中巴车混合动力协调控制系统。采用三层前馈神经网络建立系统的非线性预测模型,对燃料电池发动机功率预测控制系统进行了研究和优化,给出了具体的预测控制算法步骤。仿真实验结果表明该控制策略具有良好的控制效果,减少了燃料电池发动机输出功率的频繁波动,整车动力性及经济性都得到了加强。

关键词：燃料电池中巴车电电混合动力系统协调和预测控制功率预测控制系统

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基于多模糊控制的电电混合汽车能量管理策略

汽车工程 2019年第6期41卷 615-624,640页

作者：姚堤照谢长君曾甜黄亮武汉理工大学自动化学院

针对目前锂电池-超级电容复合能源电动汽车在单一模糊控制策略上的不足,提出并设计了多模糊联合控制的能量管理策略。结合实验台架实际参数,在MATLAB环境下搭建整车模型,通过ECE和UDDS工况对模糊方波调节控制策略、功率分配因子模糊控... 详细信息

针对目前锂电池-超级电容复合能源电动汽车在单一模糊控制策略上的不足,提出并设计了多模糊联合控制的能量管理策略。结合实验台架实际参数,在MATLAB环境下搭建整车模型,通过ECE和UDDS工况对模糊方波调节控制策略、功率分配因子模糊控制策略和改进的基于模糊方波调节的联合控制策略对比分析,最后选择效果最优的基于模糊方波调节的联合控制策略嵌入实验台架进行验证。实验结果表明,本文中提出的控制策略在两种测试工况下均可实现锂电池在不同SOC下充放电电流平滑控制在1C以内,有利于锂电池组安全运行并有效降低整车行驶成本。

关键词：电电混合电动汽车能量管理策略多模糊控制基于模糊方波调节的联合控制