CN108132441B - 储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法及装置，包括：预设N组荷电状态范围，进行风光功率平滑模式下的N组荷电状态范围模拟运行试验，获得N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，将N个电池电压极差最大值、电池电压标准差系数最大值分别与预设的电池电压极差限值、电压标准差系数限值进行比较，获得第一比较结果和第二比较结果，根据第一比较结果和第二比较结果，确定属于正常运行范围的M组荷电状态范围，并从中确定风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。该方案对于确定风光功率平滑下储能电站模组SOC运行范围、明确储能电站可用充放电容量、实现风光功率平滑精确控制具有指导意义。

Description

储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法及装置
技术领域
本发明涉及电池储能电站分析技术领域，特别涉及一种储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法及装置。
背景技术
电池储能电站是由多个电池储能单元组成，电池储能单元是由大量电池模组串连组成，电池模组SOC(state of charge，电池的荷电状态，蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满)的运行范围决定了储能电站运行时的可用充放电容量。风光功率平滑是储能电站配合风电、光伏等新能源发电的重要运行方式，储能电站可用充放电容量越多，平滑效果越好。因此，确定储能电池模组SOC运行范围，对于明确储能电站可用充放电容量、实现储能电站风光功率平滑精确控制具有指导意义。但是现有技术中，技术人员一般根据经验来确定储能电池模组SOC运行范围，这样获得的数值不精确。
发明内容
本发明实施例提供了一种储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法，可以精确地确定储能电池模组荷电状态的运行范围。
该储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法包括：
预设N组荷电状态范围，其中，第N-i组荷电状态范围包含第N-i-1组荷电状态范围，或第N-i-1组荷电状态范围包含第N-i组荷电状态范围，N为整数，N大于等于3；i为整数，i大于等于0；
进行风光功率平滑模式下的N组荷电状态范围模拟运行试验，获得N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，一个电池电压极差和一个电池电压标准差系数对应一组荷电状态范围；
将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，获得第一比较结果，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，获得第二比较结果，根据第一比较结果和第二比较结果，确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围，其中，M为整数，M小于等于N；
从M组荷电状态范围中确定风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。
本发明实施例提供了一种储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置，可以精确地确定储能电池模组荷电状态的运行范围。
该储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置包括：
设置模块，用于预设N组荷电状态范围，其中，第N-i组荷电状态范围包含第N-i-1组荷电状态范围，或第N-i-1组荷电状态范围包含第N-i组荷电状态范围，N为整数，N大于等于3；i为整数，i大于等于0；
第一确定模块，用于进行风光功率平滑模式下的N组荷电状态范围模拟运行试验，获得N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，一个电池电压极差和一个电池电压标准差系数对应一组荷电状态范围；
比较模块，用于将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，获得第一比较结果，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，获得第二比较结果，根据第一比较结果和第二比较结果，确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围，其中，M为整数，M小于等于N；
第二确定模块，用于从M组荷电状态范围中确定风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。
在本发明实施例中，通过进行风光功率平滑模式下的N组荷电状态范围模拟运行试验，获得N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，根据N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，从N组荷电状态范围中确定风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。相对于现有技术中由技术人员一般根据经验来确定，本发明方案是通过计算来确定储能电池模组荷电状态的运行范围，这样会得到更为精确的储能电池模组荷电状态的运行范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法流程图；
图2是本发明实施例提供的风光功率平滑模式下电池模组模拟试验电流曲线图；
图3是本发明实施例提供的10％～90％SOC范围电池电压极差-SOC曲线图；
图4是本发明实施例提供的10％～90％SOC范围电池电压标准差系数-SOC曲线图；
图5是本发明实施例提供的5％～95％SOC范围电池电压极差-SOC曲线图；
图6是本发明实施例提供的5％～95％SOC范围电池电压标准差系数-SOC曲线图；
图7是本发明实施例提供的0％～100％SOC范围电池电压极差-SOC曲线图；
图8是本发明实施例提供的0％～100％SOC范围电池电压标准差系数-SOC曲线图；
图9是本发明实施例提供的储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置的一种结构框图。
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
在本发明实施例中，提供了一种储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101：预设N组荷电状态范围，其中，第N-i组荷电状态范围包含第N-i-1组荷电状态范围，或第N-i-1组荷电状态范围包含第N-i组荷电状态范围，N为整数，N大于等于3；i为整数，i大于等于0；
步骤102：进行风光功率平滑模式下的N组荷电状态范围模拟运行试验，获得N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，一个电池电压极差和一个电池电压标准差系数对应一组荷电状态范围；
步骤103：将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，获得第一比较结果，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，获得第二比较结果，根据第一比较结果和第二比较结果，确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围，其中，M为整数，M小于等于N；
步骤104：从M组荷电状态范围中确定风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。
具体实施时，首先，预设N组荷电状态范围，比如SOC1～SOC2、SOC3～SOC4、SOC5～SOC6等不同范围，其中SOC3～SOC4的范围应包含SOC1～SOC2，SOC5～SOC6的范围应包含SOC3～SOC4，例如SOC1～SOC2为15％～85％，SOC3～SOC4为10％～90％，SOC5～SOC6为5％～95％。
然后，利用给定的预设时间内的风光功率平滑模式下电池模组模拟电流，进行N组荷电状态范围模拟运行试验，每组荷电状态范围下获得多个电池电压极差和多个电池电压标准差系数；
具体的，电池电压极差计算如公式1，电池电压标准差系数计算如公式2。
Ur＝Umax-Umin (公式1)
其中，Ur为电池电压极差；Umax为最大电池电压；Umin为最小电池电压；
Figure BDA0001503915660000041
其中，uδ为电池电压标准差系数；δu为电池电压标准差；
Figure BDA0001503915660000042
为电池电压平均值；uj为储能电池模组中的第j只电池电压；n为储能电池模组中的电池只数。
然后，从每组荷电状态范围下的多个电池电压极差Ur中确定一个电池电压极差最大值Urmax，从每组荷电状态范围下的多个电池电压标准差系数uδ中确定一个电池电压标准差系数最大值uδmax，从而，获得N组荷电状态范围下的N个电池电压极差最大值Urmax和N个电池电压标准差系数最大值uδmax。
再者，将N个电池电压极差最大值Urmax和N个电池电压标准差系数最大值uδmax，分别与预设的电池电压极差限值Urlim和预设的电池电压标准差系数限值uδlim相应的进行比较，当Urmax<Urlim且uδmax<uδlim时，相对应的SOC范围为正常运行范围，当Urmax>Urlim或uδmax>uδlim时，相对应的SOC范围为异常运行范围，从而确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围。
最后，从M组SOC范围中找到范围最大的一组SOC范围，该组SOC范围为风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。
实施例
某储能电池模组由36只电池串并联组成，风光功率平滑模式下的电流模拟试验曲线如图2，下面对储能电池模组的SOC运行范围进行测试：
(1)进行10％～90％SOC范围模拟试验：
储能电池模组进行风光功率平滑模式下10％～90％SOC范围模拟试验时，电池电压极差-SOC曲线如图3，电池电压标准差系数-SOC曲线如图4。试验过程中电池电压极差最大值Urmax为23mV，如图3中的A位置，电池电压标准差系数最大值uδmax为0.19％，如图4中的B位置。当确定电池电压极差限值Urlim为30mV，电池电压标准差系数限值uδlim为0.3％时，由于Urmax<30mV，且uδmax<0.3％，10％～90％为储能电池模组SOC正常运行范围。
(2)进行5％～95％SOC范围模拟试验：
储能电池模组进行风光功率平滑模式下5％～95％SOC范围模拟试验时，电池电压极差-SOC曲线如图5，电池电压标准差系数-SOC曲线如图6。试验过程中电池电压极差最大值Urmax为22mV，如图5中的C位置，电池电压标准差系数最大值uδmax为0.19％，如图6中的D位置。由于Urmax<30mV，且uδmax<0.3％，5％～95％为储能电池模组SOC正常运行范围。
(3)进行0％～100％SOC范围模拟试验：
储能电池模组进行风光功率平滑模式下0％～100％SOC范围模拟试验时，电池电压极差-SOC曲线如图7，电池电压标准差系数-SOC曲线如图8。试验过程中电池电压极差最大值Urmax为39mV，如图7中的E位置，电池电压标准差系数最大值uδmax为0.36％，如图8中的F位置，由于Urmax>30mV，uδmax>0.3％，0％～100％为储能电池模组SOC异常运行范围。
(4)确定储能电池模组风光功率平滑模式下SOC运行范围：
风光功率平滑模式下储能电池模组SOC范围测试数据如表1。从表1可以看出，当储能电池模组运行在5％～95％SOC范围以内时，电池电压极差最大值Urmax和电池电压标准差系数最大值uδmax都小于规定限值，而当储能电池模组运行在0％～100％SOC范围时，电池电压极差最大值Urmax和电池电压标准差系数最大值uδmax都超出了规定限值。因此，5％～95％是储能电池模组在风光功率平滑模式下的SOC运行范围。
表1风光功率平滑模式下储能电池模组SOC范围测试数据
SOC范围(％) 10～90 5～95 0～100 限值
电压极差最大值(mV) 23 22 39 30
电池电压标准差系数最大值(％) 0.19 0.19 0.36 0.3
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置，如下面的实施例所述。由于储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置解决问题的原理与储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法相似，因此储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置的实施可以参见储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图9是本发明实施例的储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置的一种结构框图，如图9所示，包括：
设置模块901，用于预设N组荷电状态范围，其中，第N-i组荷电状态范围包含第N-i-1组荷电状态范围，或第N-i-1组荷电状态范围包含第N-i组荷电状态范围，N为整数，N大于等于3；i为整数，i大于等于0；
第一确定模块902，用于进行风光功率平滑模式下的N组荷电状态范围模拟运行试验，获得N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，一个电池电压极差最大值和一个电池电压标准差系数最大值对应一组荷电状态范围；
比较模块903，用于将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，获得第一比较结果，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，获得第二比较结果，根据第一比较结果和第二比较结果，确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围，其中，M为整数，M小于等于N；
第二确定模块904，用于从M组荷电状态范围中确定风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。
下面对该结构进行说明。
具体实施时，所述第一确定模块902具体用于：
利用给定的预设时间内的风光功率平滑模式下电池模组模拟电流，进行N组荷电状态范围模拟运行试验，每组荷电状态范围下获得多个电池电压极差和多个电池电压标准差系数；
从每组荷电状态范围下的多个电池电压极差中确定一个电池电压极差最大值，从每组荷电状态范围下的多个电池电压标准差系数中确定一个电池电压标准差系数最大值，获得N组荷电状态范围下的N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值。
具体实施时，所述第一确定模块902具体用于：
按照如下公式确定电池电压极差：
Ur＝Umax-Umin；
其中，Ur为电池电压极差；Umax为最大电池电压；Umin为最小电池电压；
按照如下公式确定电池电压标准差系数；
Figure BDA0001503915660000071
其中，uδ为电池电压标准差系数；δu为电池电压标准差；
Figure BDA0001503915660000072
为电池电压平均值；uj为储能电池模组中的第j只电池电压；n为储能电池模组中的电池只数。
具体实施时，所述比较模块903具体用于：
将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，当一个电池电压极差最大值小于预设的电池电压极差限值，且相对应的一个电池电压标准差系数最大值小于预设的电池电压标准差系数限值时，相对应的一组荷电状态范围属于正常运行范围；当一个电池电压极差最大值大于预设的电池电压极差限值或相对应的一个电池电压标准差系数最大值大于预设的电池电压标准差系数限值时，相对应的一组荷电状态范围属于异常运行范围，从而确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围。
具体实施时，所述第二确定模块904具体用于：
从M组荷电状态范围中找到范围最大的一组荷电状态范围，该组荷电状态范围为风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。
综上所述，本发明提出的储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法装置对于确定风光功率平滑下储能电站模组SOC运行范围、明确储能电站可用充放电容量、实现风光功率平滑精确控制具有指导意义。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法，其特征在于，包括：
预设N组荷电状态范围，其中，第N-i组荷电状态范围包含第N-i-1组荷电状态范围，或第N-i-1组荷电状态范围包含第N-i组荷电状态范围，N为整数，N大于等于3；i为整数，i大于等于0；
进行风光功率平滑模式下的N组荷电状态范围模拟运行试验，获得N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，一个电池电压极差最大值和一个电池电压标准差系数最大值对应一组荷电状态范围；
将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，获得第一比较结果，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，获得第二比较结果，根据第一比较结果和第二比较结果，确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围，其中，M为整数，M小于等于N；
从M组荷电状态范围中确定风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围；
进行风光功率平滑模式下的N组荷电状态范围模拟运行试验，获得N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，包括：
利用给定的预设时间内的风光功率平滑模式下电池模组模拟电流，进行N组荷电状态范围模拟运行试验，每组荷电状态范围下获得多个电池电压极差和多个电池电压标准差系数；
从每组荷电状态范围下的多个电池电压极差中确定一个电池电压极差最大值，从每组荷电状态范围下的多个电池电压标准差系数中确定一个电池电压标准差系数最大值，获得N组荷电状态范围下的N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值。
2.如权利要求1所述的储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法，其特征在于，按照如下公式确定电池电压极差：
Ur＝Umax-Umin；
其中，Ur为电池电压极差；Umax为最大电池电压；Umin为最小电池电压；
按照如下公式确定电池电压标准差系数；
Figure FDA0002381535300000021
其中，uδ为电池电压标准差系数；δu为电池电压标准差；
Figure FDA0002381535300000022
为电池电压平均值；uj为储能电池模组中的第j只电池电压；n为储能电池模组中的电池只数。
3.如权利要求1所述的储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法，其特征在于，将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，获得第一比较结果，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，获得第二比较结果，根据第一比较结果和第二比较结果，确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围，包括：
将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，当一个电池电压极差最大值小于预设的电池电压极差限值，且相对应的一个电池电压标准差系数最大值小于预设的电池电压标准差系数限值时，相对应的一组荷电状态范围属于正常运行范围；当一个电池电压极差最大值大于预设的电池电压极差限值或相对应的一个电池电压标准差系数最大值大于预设的电池电压标准差系数限值时，相对应的一组荷电状态范围属于异常运行范围，从而确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围。
4.如权利要求3所述的储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法，其特征在于，从M组荷电状态范围中确定风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围，包括：
从M组荷电状态范围中找到范围最大的一组荷电状态范围，该组荷电状态范围为风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。
5.一种储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置，其特征在于，包括：
设置模块，用于预设N组荷电状态范围，其中，第N-i组荷电状态范围包含第N-i-1组荷电状态范围，或第N-i-1组荷电状态范围包含第N-i组荷电状态范围，N为整数，N大于等于3；i为整数，i大于等于0；
第一确定模块，用于进行风光功率平滑模式下的N组荷电状态范围模拟运行试验，获得N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值，一个电池电压极差最大值和一个电池电压标准差系数最大值对应一组荷电状态范围；
比较模块，用于将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，获得第一比较结果，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，获得第二比较结果，根据第一比较结果和第二比较结果，确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围，其中，M为整数，M小于等于N；
第二确定模块，用于从M组荷电状态范围中确定风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围；
所述第一确定模块具体用于：
利用给定的预设时间内的风光功率平滑模式下电池模组模拟电流，进行N组荷电状态范围模拟运行试验，每组荷电状态范围下获得多个电池电压极差和多个电池电压标准差系数；
从每组荷电状态范围下的多个电池电压极差中确定一个电池电压极差最大值，从每组荷电状态范围下的多个电池电压标准差系数中确定一个电池电压标准差系数最大值，获得N组荷电状态范围下的N个电池电压极差最大值和N个电池电压标准差系数最大值。
6.如权利要求5所述的储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置，其特征在于，所述第一确定模块具体用于：
按照如下公式确定电池电压极差：
Ur＝Umax-Umin；
其中，Ur为电池电压极差；Umax为最大电池电压；Umin为最小电池电压；
按照如下公式确定电池电压标准差系数；
Figure FDA0002381535300000031
其中，uδ为电池电压标准差系数；δu为电池电压标准差；
Figure FDA0002381535300000032
为电池电压平均值；uj为储能电池模组中的第j只电池电压；n为储能电池模组中的电池只数。
7.如权利要求5所述的储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置，其特征在于，所述比较模块具体用于：
将N个电池电压极差最大值与预设的电池电压极差限值进行比较，将N个电池电压标准差系数最大值与预设的电压标准差系数限值进行比较，当一个电池电压极差最大值小于预设的电池电压极差限值，且相对应的一个电池电压标准差系数最大值小于预设的电池电压标准差系数限值时，相对应的一组荷电状态范围属于正常运行范围；当一个电池电压极差最大值大于预设的电池电压极差限值或相对应的一个电池电压标准差系数最大值大于预设的电池电压标准差系数限值时，相对应的一组荷电状态范围属于异常运行范围，从而确定N组荷电状态范围中属于正常运行范围的M组荷电状态范围。
8.如权利要求7所述的储能电池模组荷电状态的运行范围确定装置，其特征在于，所述第二确定模块具体用于：
从M组荷电状态范围中找到范围最大的一组荷电状态范围，该组荷电状态范围为风光功率平滑模式下储能电池模组荷电状态的运行范围。
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