CN106936145B - 一种储能电站的寿命优化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种储能电站的寿命优化控制方法，通过对储能电站进行储能电池健康度评估与累计损伤计算；对储能电站进行中短期优化，得到储能充放电区间；对储能电站进行超短期优化，划分储能工作区间，得到基于实时SOC设置的储能充放电功率范围；对储能电站进行优化控制。本发明提出的一种储能电站的寿命优化控制方法，该方法可靠实现了对储能全寿命分段式控制及合理的维护储能运行，并有效延长储能电站替换周期，减少了运行折旧成本，提高储能电站运行的经济性及高效性；进而保证了储能电站运行的稳定性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及含储能优化管理技术领域，具体涉及一种储能电站的寿命优化控制方法。
背景技术
随着全球能源危机与环境问题的凸显，促使以新能源和可再生能源为主要发电形式的微电网系统得到了广泛关注。储能在微电网中的应用有明显优势，对风光等间歇性能源可平抑其出力，在并网条件下基于峰谷电价参与经济调度，在孤岛条件下可作为微电网电压、频率支撑，对储能的管理与优化有重要意义。
目前，对储能的运行管理多对荷电状态SOC上、下限值简单设置定值，频繁的深充深放严重影响储能的使用寿命，对此问题的研究尚未深入。此外，储能电站的损耗程度并未考虑。
针对当前储能成本普遍较高，希望更多的考虑储能的梯次利用，通过动力电池的回收应用以降低储能成本，急需解决回收电池对应的优化策略，对回收的电池进一步合理利用，形成电池使用的良性循环。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的一种储能电站的寿命优化控制方法，该方法可靠实现了对储能全寿命分段式控制及合理的维护储能运行，并有效延长储能电站替换周期，减少了运行折旧成本，提高储能电站运行的经济性及高效性；进而保证了储能电站运行的稳定性及可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种储能电站的寿命优化控制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1.对所述储能电站进行储能电池健康度评估与累计损伤计算；
步骤2.对所述储能电站进行中短期优化，得到储能充放电区间；
步骤3.对所述储能电站进行超短期优化，划分储能工作区间，得到基于实时SOC设置的储能充放电功率范围；
步骤4.对所述储能电站进行优化控制。
优选的，所述步骤1包括：
1-1.在评估周期内，以标准放电倍率，用负载对所述储能电站内的储能电池进行完全放电测试，得到所述储能电池健康度评估结果；其中，所述评估周期为3-6个月，放电测试时间不少于放电倍率的倒数；
1-2.计算所述储能电站的储能累计损伤指标。
优选的，所述1-2包括：
a.计算所述储能电站第i次的放电深度DODi：
式(1)中，
分别为第i次充放电过程中荷电状态的最大及最小值；
b.计算第i次放电深度下对应电池循环次数C(DODi)：
式(2)中，a1、a2、a3、a4及a5分别为根据充放电深度和循环次数拟合的参数值；e为自然常数；
c.根据C(DODi)，计算得到储能累计损伤指标Damage：
式(3)中，m为累计放电次数。
优选的，所述步骤2中的所述中短期为1天至3个月；所述步骤3中的所述超短期为1s至1h。
优选的，所述步骤2包括：
2-1.模糊控制所述储能电池健康度评估结果及储能累计损伤指标，优化控制所述储能电站中长期运行下不同状态的放电深度DOD：
DOD＝a+b·eSOH-Damage (4)
式(4)中，a、b均为拟合参数；SOH为所述储能电池健康度评估结果；
2-2.设置所述储能电站的充放电限上限值SOCmin及下限值SOCmax，得到储能充放电区间。
优选的，所述步骤3包括：
根据SOCmin、SOCmax及n个SOC特征量划分出n+1个储能工作区间，得到基于实时SOC设置的储能充放电功率范围Pbat(t)：
Pbat,lower(SOC)＜Pbat(t)＜Pbat,upper(SOC) (5)
式(5)中，Pbat,lower(SOC)为基于实时SOC设置的储能充放电功率下限值；
Pbat,upper(SOC)为基于实时SOC设置的储能充放电功率上限值；SOC为储能荷电状态。
优选的，所述步骤4包括：
根据所述储能充放电功率范围Pbat(t)，对所述储能电站进行优化控制，其中，Pdis,rated、Pc,rated分别为储能电站的额定放电及充电功率；Pdis,max、Pc,max为储能电站的最大放电及充电功率，且最大充放电功率大于额定充放电功率，即Pdis,max＞Pdis,rated，Pc,max＞Pc,rated，对所述储能电站进行优化控制包括：
1)SOC越下限区：SOC＜SOCmin时，储能电站中的储能电池限制放电，只允许充电，且充电功率限值范围在[Pc,rated,Pc,max]；
2)SOC低限值区：SOCmin≤SOC＜SOClow时，储能电站中的储能电池以少放电多充电为基本原则，减缓SOC的下降率，且充电功率限制范围在[Pc,rated,Pc,max]，放电功率限制范围在[0,Pdis,rated]；
3)SOC正常工作区：SOClow≤SOC＜SOChigh时，储能电站中的储能电池正常充放电，充放电功率在额定功率范围内[0,Pc,rated]，[0,Pdis,rated]；
4)SOC高限值区：SOChigh≤SOC＜SOCmax时，储能电站中的储能电池以少充电多放电为基本原则，减缓SOC的增加率，且充电功率限值范围在[0,Pc,rated]，放电功率限制范围在[Pdis,rated,Pdis,max]；
5)SOC越上限区：SOC≥SOCmax时，储能电站中的储能电池限制充电，只允许放电，且放电功率限制范围在[Pdis,rated,Pdis,max]；
其中，SOCmin与SOCmax为储能电池的荷电状态SOC的下限值与上限值；SOClow与SOChigh为储能电池的荷电状态SOC的下限值与上限值之间的值、且满足SOCmin＜SOClow＜SOChigh＜SOCmax。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种储能电站的寿命优化控制方法，通过对储能电站进行储能电池健康度评估与累计损伤计算；对储能电站进行中短期优化，得到储能充放电区间；对储能电站进行超短期优化，划分储能工作区间，得到基于实时SOC设置的储能充放电功率范围；对储能电站进行优化控制。本发明提出的一种储能电站的寿命优化控制方法，该方法可靠实现了对储能全寿命分段式控制及合理的维护储能运行，并有效延长储能电站替换周期，减少了运行折旧成本，提高储能电站运行的经济性及高效性；进而保证了储能电站运行的稳定性及可靠性。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1、本发明所提供的技术方案中，储能单元作为高成本的损耗设备，通过对其充放电特性及长期运行损耗进行分析研究，并提出针对储能全寿命分段式管理合理维护储能运行，延长其替换周期，从而减小运行折旧成本，提高储能运行的经济性。
2、本发明所提供的技术方案，在中短期优化策略中，考虑储能电池健康度SOH的评估周期较长，提出基于健康度SOH和累计损伤评价指标Damage共同优化储能性能。
3、本发明所提供的技术方案，在超短时优化策略中，基于储能的实时荷电状态，给出储能充放电优化限制，避免过充过放。对于多元储能，可以根据储能的各自状态制定不同的优化运行策略；提高储能电站运行的经济性及高效性；进而保证了储能电站运行的稳定性及可靠性。
4、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明的一种储能电站的寿命优化控制方法的流程图；
图2是本发明的方法中步骤1的流程示意图；
图3是本发明的方法中步骤2的流程示意图；
图4是本发明的一种储能电站的寿命优化控制方法的具体应用例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种储能电站的寿命优化控制方法，包括如下步骤：
步骤1.对储能电站进行储能电池健康度评估与累计损伤计算；
步骤2.对储能电站进行中短期优化，得到储能充放电区间；
步骤3.对储能电站进行超短期优化，划分储能工作区间，得到基于实时SOC设置的储能充放电功率范围；
步骤4.对储能电站进行优化控制。
如图2所示，步骤1包括：
1-1.在评估周期内，以标准放电倍率，用负载对储能电站内的储能电池进行完全放电测试，得到储能电池健康度评估结果；其中，评估周期为3-6个月，放电测试时间不少于放电倍率的倒数；
1-2.计算储能电站的储能累计损伤指标。
其中，1-2包括：
a.计算储能电站第i次的放电深度DODi：
式(1)中，
分别为第i次充放电过程中荷电状态的最大及最小值；
b.计算第i次放电深度下对应电池循环次数C(DODi)：
式(2)中，a1、a2、a3、a4及a5分别为根据充放电深度和循环次数拟合的参数值；e为自然常数；
c.根据C(DODi)，计算得到储能累计损伤指标Damage：
式(3)中，m为累计放电次数。
其中，步骤2中的所述中短期为1天至3个月；所述步骤3中的所述超短期为1s至1h。
如图3所示，步骤2包括：
2-1.模糊控制储能电池健康度评估结果及储能累计损伤指标，优化控制储能电站中长期运行下不同状态的放电深度DOD：
DOD＝a+b·eSOH-Damage (4)
式(4)中，a为拟合参数；b为拟合参数；SOH为储能电池健康度评估结果；
2-2.设置储能电站的充放电限上限值SOCmin及下限值SOCmax，得到储能充放电区间。
其中，步骤3包括：
根据SOCmin、SOCmax及n个SOC特征量划分出n+1个储能工作区间，得到基于实时SOC设置的储能充放电功率范围Pbat(t)：
Pbat,lower(SOC)＜Pbat(t)＜Pbat,upper(SOC) (5)
式(5)中，Pbat,lower(SOC)为基于实时SOC设置的储能充放电功率下限值；
Pbat,upper(SOC)为基于实时SOC设置的储能充放电功率上限值；SOC为储能荷电状态。
其中，模糊控制为利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的， 但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。因此便尝试着以模糊数学来处理这些控制问题；优化控制是指在给定的约束条件下，寻求一个控制系统，使给定的被控系统性能指标取得最大或最小值的控制。
其中，步骤4包括：
根据储能充放电功率范围Pbat(t)，对储能电站进行优化控制，其中，Pdis,rated、Pc,rated分别为储能电站的额定放电及充电功率；Pdis,max、Pc,max为储能电站的最大放电及充电功率，且最大充放电功率大于额定充放电功率，即Pdis,max＞Pdis,rated，Pc,max＞Pc,rated，对储能电站进行优化控制包括：
1)SOC越下限区：SOC＜SOCmin时，储能电站中的储能电池限制放电，只允许充电，且充电功率限值范围在[Pc,rated,Pc,max]；
2)SOC低限值区：SOCmin≤SOC＜SOClow时，储能电站中的储能电池以少放电多充电为基本原则，减缓SOC的下降率，且充电功率限制范围在[Pc,rated,Pc,max]，放电功率限制范围在[0,Pdis,rated]；
3)SOC正常工作区：SOClow≤SOC＜SOChigh时，储能电站中的储能电池正常充放电，充放电功率在额定功率范围内[0,Pc,rated]，[0,Pdis,rated]；
4)SOC高限值区：SOChigh≤SOC＜SOCmax时，储能电站中的储能电池以少充电多放电为基本原则，减缓SOC的增加率，且充电功率限值范围在[0,Pc,rated]，放电功率限制范围在[Pdis,rated,Pdis,max]；
5)SOC越上限区：SOC≥SOCmax时，储能电站中的储能电池限制充电，只允许放电，且放电功率限制范围在[Pdis,rated,Pdis,max]；
其中，SOCmin与SOCmax为储能电池的荷电状态SOC的下限值与上限值；SOClow与SOChigh为储能电池的荷电状态SOC的下限值与上限值之间的值、且满足SOCmin＜SOClow＜SOChigh＜SOCmax。
如图4所示，本发明提供一种储能电站的寿命优化控制方法的具体应用例，该应用例中利用4个SOC特征量划分出5个工作区域，如下：
1.储能寿命评价：
对储能进行寿命评价纳入了电池健康度和累计损失两个指标，流程图如图4所示。
健康度SOH平均每三个月进行评估分析，用负载对电池进行完全放电测试对储能电池SOH进行评估。
累计损伤Damage的计算公式如下：
式中，Damage为电池累计损伤指标，DODi为第i次放电深度，m为累计放电次数，
分别为第i次充放电过程中荷电状态的最大及最小值；C(DODi)为该放电深度下对应电池循环次数，可通过电池厂商提供的充放电次数曲线拟合公式。
2储能中短期优化管理：
中短期优化策略基于储能寿命评价模型优化储能的充放电深度，超短时优化策略基于储能电站实时SOC优化充放电功率。
基于电池健康度SOH和累计损伤Damage模糊控制，优化控制电池长期运行下不同状态的放电深度DOD，并设置储能的充放电限值SOCmin、SOCmax。
基于SOH分析及优化管理计算累计损伤Dam，对储能的放电深度DOD进行优化，可建立如下公式。
DOD＝a+b·eSOH-Dam
3储能超短时优化管理：
基于中短期优化策略得到的储能充放电限值SOCmin、SOCmax，利用4个SOC特征量划分出5个工作区域，给出不同SOC下的充放电功率范围Pbat,lower(SOC)＜Pbat(t)＜Pbat,upper(SOC)，Pdis,rated、Pc,rated、Pdis,max、Pc,max分别为储能的充放电额定功率和最大功率，控制原则如下：
1)SOC越下限区：SOC＜SOCmin时，储能电池限制放电，只允许充电，充电功率限值范围在[Pc,rated,Pc,max]。
2)SOC低限值区：SOCmin≤SOC＜SOClow时，储能电池以少放电多充电为基本原则，尽量减缓SOC的下降率，充电功率限制范围在[Pc,rated,Pc,max]，放电功率限制范围在[0,Pdis,rated]。
3)SOC正常工作区：SOClow≤SOC＜SOChigh时，储能电站中的储能电池正常充放电，充放电功率在额定功率范围内[0,Pc,rated]，[0,Pdis,rated]
4)SOC高限值区：SOChigh≤SOC＜SOCmax时，储能电站中的储能电池以少充电多放电为基本原则，减缓SOC的增加率，且充电功率限值范围在[0,Pc,rated]，放电功率限制范围在[Pdis,rated,Pdis,max]；
5)SOC越上限区：SOC≥SOCmax时，储能电池限制充电，只允许放电，放电功率限制范围在[Pdis,rated,Pdis,max]。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本 发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种储能电站的寿命优化控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1.对所述储能电站进行储能电池健康度评估与累计损伤计算；
步骤2.对所述储能电站进行中短期优化，得到储能充放电区间；
步骤3.对所述储能电站进行超短期优化，划分储能工作区间，得到基于实时SOC设置的储能充放电功率范围；
步骤4.对所述储能电站进行优化控制；
所述步骤1包括：
1-1.在评估周期内，以标准放电倍率，用负载对所述储能电站内的储能电池进行完全放电测试，得到所述储能电池健康度评估结果；其中，所述评估周期为3-6个月，放电测试时间不少于放电倍率的倒数；
1-2.计算所述储能电站的储能累计损伤指标；
所述1-2包括：
a.计算所述储能电站第i次的放电深度DODi：
式(1)中，SOCi max，SOCi min分别为第i次充放电过程中荷电状态的最大及最小值；
b.计算第i次放电深度下对应电池循环次数C(DODi)：
式(2)中，a1、a2、a3、a4及a5分别为根据充放电深度和循环次数拟合的参数值；e为自然常数；
c.根据C(DODi)，计算得到储能累计损伤指标Damage：
式(3)中，m为累计放电次数；
所述步骤2包括：
2-1.模糊控制所述储能电池健康度评估结果及储能累计损伤指标，优化控制所述储能电站中长期运行下不同状态的放电深度DOD：
DOD＝a+b·eSOH-Damage (4)
式(4)中，a、b均为拟合参数；SOH为所述储能电池健康度评估结果；
2-2.设置所述储能电站的充放电限上限值SOCmin及下限值SOCmax，得到储能充放电区间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的所述中短期为1天至3个月；所述步骤3中的所述超短期为1s至1h。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
根据SOCmin、SOCmax及n个SOC特征量划分出n+1个储能工作区间，得到基于实时SOC设置的储能充放电功率范围Pbat(t)：
Pbat,lower(SOC)＜Pbat(t)＜Pbat,upper(SOC) (5)
式(5)中，Pbat,lower(SOC)为基于实时SOC设置的储能充放电功率下限值；Pbat,upper(SOC)为基于实时SOC设置的储能充放电功率上限值；SOC为储能荷电状态。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：
根据所述储能充放电功率范围Pbat(t)，对所述储能电站进行优化控制，其中，Pdis,rated、Pc,rated分别为储能电站的额定放电及充电功率；Pdis,max、Pc,max为储能电站的最大放电及充电功率，且最大充放电功率大于额定充放电功率，即Pdis,max＞Pdis,rated，Pc,max＞Pc,rated，对所述储能电站进行优化控制包括：
1)SOC越下限区：SOC＜SOCmin时，储能电站中的储能电池限制放电，只允许充电，且充电功率限值范围在[Pc,rated,Pc,max]；
2)SOC低限值区：SOCmin≤SOC＜SOClow时，储能电站中的储能电池以少放电多充电为基本原则，减缓SOC的下降率，且充电功率限制范围在[Pc,rated,Pc,max]，放电功率限制范围在[0,Pdis,rated]；
3)SOC正常工作区：SOClow≤SOC＜SOChigh时，储能电站中的储能电池正常充放电，充放电功率在额定功率范围内[0,Pc,rated]，[0,Pdis,rated]；
4)SOC高限值区：SOChigh≤SOC＜SOCmax时，储能电站中的储能电池以少充电多放电为基本原则，减缓SOC的增加率，且充电功率限值范围在[0,Pc,rated]，放电功率限制范围在[Pdis,rated,Pdis,max]；
5)SOC越上限区：SOC≥SOCmax时，储能电站中的储能电池限制充电，只允许放电，且放电功率限制范围在[Pdis,rated,Pdis,max]；
其中，SOCmin与SOCmax为储能电池的荷电状态SOC的下限值与上限值；SOClow与SOChigh为储能电池的荷电状态SOC的下限值与上限值之间的值、且满足SOCmin＜SOClow＜SOChigh＜SOCmax。
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2015
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 动力锂电池的寿命研究综述;李广地等;《电源技术》;20060630;第40卷(第6期);第1312-1314页 * |
Also Published As
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