人工智能在电力电子中的应用

人工智能在电力 NE电子中的应用 NANYANGTECHNOLOGICALUNIVERSITY SINGAPOREAALBORGUNIVERSITYDENMARK 人工智能在电力电子中的应用 报告专家：李欣泽，新加坡南洋理工大学 赵帅，丹麦奥尔堡大学 推荐专家：张欣，浙江大学 王怀，丹麦奥尔堡大学 （专家顺序不分先后） 汇报提纲 1电力电子中的人工智能算法 2电力电子生命周期中的人工智能应用：设计，控制，维护 3前沿与展望 ft EnergyApplications 呷达 + DIGITAL AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU),SHUAIZHAO(AAU)1/7/20232/61 1电力电子中的人工智能算法 口1.1概况 口1.2机器学习算法（MachineLearning,ML） 口1.3元启发式算法（Meta-heuristicAlgorithm，MHA） 口1.4模糊逻辑（FuzzyLogic,FL）和专家系统（ExpertSystemES） AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU),SHUAIZHAO(AAU 1.1电力电子中的人工智能算法：概论 人工智能在电力电子中的应用 ArtificialIntelligenceFunctionLayerPowerElectronicSystems ExpertSystemDesign Optimization (Sectionll-A)(SectionIIl) Designtimereduction Modelingandoptimization PIDparumetertuning Mamdani-typemethod FuzzyLogic Takagi-Sugeno-Kang(TSK)(SectionlI-B) -typemethod Classification Maximumpowerpointtracking Fluxestimation Control (SectionIV) Motorspeedestimation Trajectory-basedmethod Population-basedmethod MetaheuristicMethods (SectionI-C) Regression Fault-tolerantoperation Modulation Energymanagement Phases SupervisedleamingSystemparameterindentification Unsupervisedleaming MachineLearmingDatastructureMaintenanceDataprocessingandmining (SectionII-D)exploration(SectionV) Anomalydetectionandfaultdiagnosis ThreeLife-cycle Reinforcementlearning Remainingusefullifeprediction Source:Shuai.Zhao,FredeBlaabjerg,andHuaiWang,Anoverviewofartificialintelligenceapplicationsforpowerelectronics,IEEETransactionsonPowerElectronics,vol.36,no.4,pp.4633=4658,Apr.2021.(OpenaccessthroughIEEEXplore,literaturelistisalsoavailablein,xlsxfile) AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU),SHUAIZHAO(AAU)1/7/20234/61 1.1电力电子中的人工智能算法：概论 人工智能在电力电子中的应用已发表工作百分比% 专家系统 模糊逻辑 ExpertSystemDesign 9.8% Optimization 元启发算法 Metaheuristie methods Classification 77.8% Control 机器学习 Regression Datastructureexploration Maintenance,Faultdiagnosis 12.4% Source:ShuaiZhao,FredeBlaabjerg,andHuaiWang,“Anoverviewofartificialintelligenceapplicationsforpowerelectronics,"IEEETransactionsonPowerElectronics,vol.36, no.4,pp.4633-4658,Apr.2021.(OpenaccessthroughIEEEXplore,literaturelistisalsoavailablein.xlsxfile) AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU),SHUAIZHAO(AAU)1/7/20235/61 1.1电力电子中的人工智能算法：概论 人工智能在电力电子应用的技术路线图 FL(1965) O:MethodProposedFinstAppliedinPowerElectronics[:RelevantVariants&Applications 挑战性问题 GA(19G0)CO ct C3C4 DI-2D3 D4 CSC6 D6D7 口实际工程应用条件和挑战性问题 PSO(1995) NN(1943)BN(1985) E2 14 ESE6H7-8FH FI E9E10611E12-13E14-15 F2 缺乏严谨的考虑 口缺之数据驱区动方案的硬件实现 KM(1964)GOG02-104GSG O HO11I112 PCA(1930)1n电力电子应用需要智能、轻量 RL(198%)10112安全可靠的人工智能方案 . 19952000200520102020 Source:ShuaiZhao,FredeBlaabjerg,andHuaiWang,“Anoverviewofartificialintelligenceapplicationsforpowerelectronics,"IEEETransactionsonPowerElectronics,vol.36,no,4,pp.46334658,Apr.2021.(OpenaccessthroughIEEEXplore,literaturelistisalsoavailablein.xlsxfile) AIINPOWERELECTRONICS,XINZEUI(NTU),SHUAIZHAO(AAU)1/7/20236/61 1.2电力电子中的人工智能算法：机器学习 应用于电力电子的机器学习算法分类 监督学习方法1： 神经网络 输入#输出y 监督学习 神经网络NN传统ML算法 聚类监督学习方法2： 特征提取特征提取 机器学习非监督学习数据降维 集成学习 概率分布估计输入#输出y 强化学习数据驱动地学习 输入输出表达式 y=fML(a) AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU),SHUAIZHAO(AAU)1/7/20237/61 1.2电力电子中的人工智能算法：机器学习 应用于电力电子的机器学习算法分类 神经网络NN 监督学习 传统ML算法 3维 基于距离 2维 机器学习 聚类 非监督学习1：非监督学习2： 非监督学习数据降维聚类数据降维 强化学习 概率分布估计 行动者 状态反馈 &奖励 外界环境 行动 强化学习 AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU),SHUAIZHAO(AAU)1/7/20238/61 1.3电力电子中的人工智能算法：元启发式算法 开始元启发式算法的 应用于电力电子的元启发式算法分类 基于轨迹的 元启发 算法初始化 适应度函数或目标函数评估 -一般流程图 式算法元启发式生成新解 集群智能 基于种群的 可用于解决连续，离散，混合 优化问题（能较可靠地解不超 进化算法对比选择并更新候选解 是否收敛或达到设 定循环次数？ 过1000维的问题）输出最优解 AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU),SHUAIZHAO(AAU)1/7/20239/61 1.4电力电子中的人工智能算法：模糊逻辑和专家系统 应用于电力电子的模糊逻辑算法分类Mamdani和TSK模糊逻辑 模糊推理 Mamdani去模糊化 模糊集合yuydy 模糊逻辑uvdy TSK 应用于电力电子的专家系统 隶属度函数 输入模糊化Mamdani 模糊推理 f-as+br+e 推断输出 预测2f=a,x+b,r+c, 0+0+0 嵌入的知识和数据库智能推理引擎 f,=an+br,+cy 操作 执行输入X输入X2TSK AIINPOWERELECTRONICS,XINZEU(NTU),SHUAIZHAO(AAU)1/7/202310/61 2电力电子系统生命周期中的人工智能应用：设 计，控制，维护 口2.1设计与控制的概况 口2.2变换器设计（ConverterDesign）2.3控制调制（ControlandModulation） 口2.4维护的概况 口2.5状态监测与预测（ConditionMonitoring&Prognosis AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU),SHUAIZHAO(AAU 2功率变换器生命周期中的人工智能应用 状态监测 高精度建模 剩余寿命估计 梦数设计 预测维护 性能优化 异常检测 流程自动化 设计 维护 故障诊断 功率变换器的生命周期与人工智能的应用 系统参数识别 可靠性优化 功率变换器 的生命周期控制 调制优化先进控制 能源管理 PID优化 容错操作 AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU),SHUAIZHAO(AAU)1/7/202312/61 2.1功率变换器生命周期中的人工智能应用：设计与控制的概况 概况：功率变换器从设计到控制的流程图 Trainedcontrofmodeis 1.CircuitParameterDesign2.Controllmplementation Preliminary:OfflineModelBuildingforCircuitorController SimulationExpertKnowedge OfflineSurrogateModels Trained IdentifyDesignParametersBuildControl andObjectivesModels Datacircuit modeis Preprocessing BuildCircuitControllerOptimization HybridData-driven andKnowledge-based FeatureExtractionModelsandDesign Performance AnalysisCircuitPhysics Data-drivenModeling Fitness/ObjectivefunctionsOptimize ConverterDesigns OnlineImplementation UpdateModelsif Evaluatethe Collect Outdated ExistingModels OperationData 3.FeedbackExperimentalDatatoUpdateBuiltModels Tofine-tuneorretrainmodels AIINPOWERELECTRONICS,XINZELI(NTU)SHUAIZHAO(AAU)1/7/202313/61 2.2功率变换器生命周期中的人工智能应用：变换器设计 设计案