Optimal Control of Lossy Energy Storage Systems With Nonlinear Efficiency Based on Dynamic Programming and Pontryagin's Minimum Principle

Chowdhury Nilanjan Roy; Ofir Ron; Zargari Noa; Baimel Dmitry; Belikov Juri; Levron Yoash

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Optimal Control of Lossy Energy Storage Systems With Nonlinear Efficiency Based on Dynamic Programming and Pontryagin's Minimum Principle

机译：基于动态规划和Pontryagin的最小原理，具有非线性效率的有损储能系统的最优控制

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We consider energy storage systems having nonlinear efficiency functions, which are becoming increasingly important as shown in several recent works, and propose an optimal solution based on Pontryagin's minimum principle. A central challenge in such problems is the hard limits on the state variable, which restrict the use of the minimum principle. To address this challenge, we propose to include the capacity constraints in the objective function with a proper weighting constant. We show that this approach allows formulation of the problem based on the classical minimum principle, and eventually leads to an efficient optimal control strategy. The proposed solution is compared to a dynamic programming algorithm. Numeric experiments reveal that for lossless storage devices dynamic programming is beneficial, since it enables fast and accurate solutions when a low number of samples is used. However, for lossy storage devices the situation is the opposite, and the minimum principle provides faster and more accurate solutions, since its computational complexity is almost unaffected by changes in the system parameters.

机译：我们考虑具有非线性效率功能的能量存储系统，这些功能变得越来越重要，如最近的几项工作所示，并提出了一种基于Pontryagin最低原理的最佳解决方案。这些问题的中央挑战是状态变量的硬限制，限制了最低原则的使用。为了解决这一挑战，我们建议将客观函数中的容量约束包含适当的加权常数。我们表明这种方法允许基于经典的最低原理来制定问题，最终导致有效的最佳控制策略。将所提出的解决方案与动态编程算法进行比较。数字实验表明，对于无损存储设备动态编程是有益的，因为当使用少量样品时，它可以实现快速准确的解决方案。但是，对于有损存储设备，情况相反，最低原理提供更快，更准确的解决方案，因为其计算复杂性几乎不受系统参数的变化影响。

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来源
《IEEE Transactions on Energy Conversion》 |2021年第1期|524-533|共10页
作者
Chowdhury Nilanjan Roy; Ofir Ron; Zargari Noa; Baimel Dmitry; Belikov Juri; Levron Yoash;
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作者单位

Shamoon Coll Engn IL-84100 Beer Sheva Israel;

Technion Israel Inst Technol Andrew & Erna Viterbi Fac Elect Engn IL-3200003 Haifa Israel;

Technion Israel Inst Technol Andrew & Erna Viterbi Fac Elect Engn IL-3200003 Haifa Israel;

Shamoon Coll Engn IL-84100 Beer Sheva Israel;

Tallinn Univ Technol Dept Software Sci EE-12618 Tallinn Estonia;

Technion Israel Inst Technol Andrew & Erna Viterbi Fac Elect Engn IL-3200003 Haifa Israel;

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收录信息美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Optimal control; Dynamic programming; Fuels; Batteries; Heuristic algorithms; Complexity theory; Dynamic programming; energy storage device; Pontryaginapos; s minimum principle;

机译：最优控制;动态规划;燃料;电池;启发式算法;复杂性理论;动态规划;能量存储装置;髓晶素的最低原则;

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