1、能源系统中非线性观测器设计与应用的探索

能源系统中非线性观测器设计与应用的探索

能源系统发展与观测器需求

随着能源需求的不断增长、科学创新的持续推进以及环境问题的日益凸显，能源行业正经历着巨大的变革。从能源的生产、存储、传输、分配到消费的各个环节，都在朝着更高效、更具弹性、响应更迅速且更环保的架构发展。社会正逐步迈向全电气化的未来，例如电动汽车的快速发展可能使交通领域的电力消耗翻倍，同时，家庭和电网中引入电化学设备也为能源的存储和销售提供了新途径。

在这样的背景下，能源系统需要不断调整其设定点和控制输入，以应对不断变化的能源需求和减少干扰的影响。然而，由于物理、技术和经济等方面的限制，系统中能够安装的传感器数量有限。这就导致在系统运行过程中，多维的未测量内部变量会出现显著波动。为了保证系统中各个元件的正常运行和使用寿命，必须对这些内部变量进行有效的监测和控制。在自动控制领域，观测器成为了解决这一问题的一种计算高效的方法。

观测器理论与实践的差距

尽管观测器的概念可以追溯到50多年前，并且相关理论也在不断完善，但在能源领域，理论与实践之间仍存在较大差距。一方面，能源系统中引入的新的能源生产、分配和存储方式大大增加了系统的复杂性，出现了强烈的非线性特性。这使得传统的线性控制算法变得不可靠，且理论保障有限。同时，系统的大规模特性也要求解决方案具有计算高效性和分布式特点。因此，需要将更先进的非线性观测器理论引入能源领域。另一方面，观测器理论通常基于一些在实际能源系统中难以满足的假设，如精确的系统模型和理想的传感器。所以，在设计观测器时，必须考虑未建模因素的影响。

此外，大多数非线性观测器设计的理论结果主要关注架构的稳定性，即估计误差信号收敛到零或有界值。但这些结果对于如何调整观测器参