基于扩张状态卡尔曼滤波器的光伏/光热复合热泵系统经济模型预测控制研究

作     者：孙立 吴梦丹 郭萌萌 陈森 许文盈 虞文武 SUN Li;WU MengDan;GUO MengMeng;CHEN Sen;XU WenYin;YU WenWu

作者机构：大型发电装备安全运行与智能测控国家工程研究中心(东南大学)南京210096 陕西师范大学数学与统计学院西安710119 东南大学数学学院江苏省网络群体智能重点实验室南京210096 

基　　金：国家自然科学基金项目(批准号:51936003,U22B6001) 江苏省应用数学科学研究中心项目(编号:BK20233002)资助 

出 版 物：《中国科学:技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))

年 卷 期：2025年第55卷第2期

页      码：245-260页

摘      要：太阳能光伏/光热复合热泵(PV/T-HP)系统在绿色建筑及供热绿电替代方面具有广泛应用前景.然而,目前PV/T-HP系统设计往往基于稳态额定工况,未考虑运行过程中面临的源荷多源扰动、多变量耦合及动态能效衰减等问题.为此,本文提出了基于扩张状态卡尔曼滤波器(ESKF)的经济模型预测控制(EMPC)策略.首先,建立PV/T-HP系统的非线性机理模型,并基于部分工况下的线性化状态空间模型设计ESKF,实现系统状态与总扰动的联合实时估计.其次,基于ESKF扰动补偿,以系统能耗为优化目标设计了EMPC策略,并设定运行安全约束,实现控制量的滚动优化求解,证明了控制策略的可行性和最优性.最后,基于PV/T-HP系统实验平台验证了模型准确性,并对比了MPC和EMPC控制器的变负荷控制响应性能.实验测试结果显示,相比传统MPC,ESKF-EMPC方法可使系统耗电量降低8.1%,能效提升7.83%,验证了本文方案的有效性、鲁棒性与经济性.

主 题 词：光伏/光热复合热泵系统 经济模型预测控制 扩张状态卡尔曼滤波器 

学科分类：08[工学] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.1360/SST-2024-0019

馆 藏 号：203156606...