发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种基于熵权法的储能设备运行状态多层级指标评估方法,能够实现对配电网终端的运储能设备健康状态估计、故障排查和高效运维。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的:
一种基于熵权法的储能设备运行状态多层级指标评估方法,包括以下步骤:
步骤1、构建配网终端在运储能电池综合评价指标体系;
步骤2、运用层次分析法和熵权法对步骤1的配电网终端在运储能电池运行状态指标进行综合评价,并通过权重值的计算对不同指标对配电网终端在运储能电池运行状态的影响进行识别。
而且,所述步骤1的配网终端在运储能电池综合评价指标体系包括:
(1)电池单体指标,包括:
1)电池单体比容量
2)电池单体比能量
3)电池单体比功率
4)电池单体容量密度
5)电池单体能量密度
6)电池单体功率密度
7)电池单体容量性价比
8)电池单体能量性价比
9)电池单体功率性价比
10)欧姆内阻
11)电池单体不一致性
电池单体不一致性评价主要包含内阻、容量和端电压三个方面的不一致性的计算:
其中,C
i—每个单体的容量(Ah);
—容量平均值(Ah);n—电池单体个数;ε
c—容量的均方差(Ah);R
i—每个单体欧姆内阻(Ω);
—欧姆平均值(Ω);n—电池单体个数;ε
R—欧姆内阻的均方差(Ω);U
i—每个单体欧姆内阻(V);
—欧姆平均值(V);n—电池单体个数;ε
U—端电压的均方差(V)。
(2)电池模块指标,包括:
1)电池模块比容量
2)电池模块比能量
3)电池模块比功率
4)电池模块容量密度
5)电池模块能量密度
6)电池模块功率密度
7)电池模块容量性价比
8)电池模块能量性价比
9)电池模块功率性价比
(3)电池组指标,包括:
1)电池组比容量
2)电池组比能量
3)电池组比功率
4)电池组容量密度
5)电池组能量密度
6)电池组功率密度
7)电池组容量性价比
8)电池组能量性价比
9)电池组功率性价比
10)电池组低温比容量
11)电池组低温比能量
12)电池组低温比功率
13)电池组低温容量密度
14)电池组低温能量密度
15)电池组低温功率密度
16)电池组低温容量性价比
17)电池组低温能量性价比
18)电池组低温功率性价比
(4)电池组低温保持率,包括:
1)电池组低温功率保持率
2)电池组低温容量保持率
3)电池组低温能量保持率
(5)电池模块和电池单体间保持率,包括:
1)容量保持率
2)能量保持率
3)功率保持率
(6)电池组和电池模块间保持率,包括:
1)容量保持率
2)能量保持率
3)功率保持率
而且,所述步骤2的具体步骤包括:
(1)对n个评价对象,以及m个评价指标,令xij为第i个评价对象的第j个评价指标的评价得分(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m);
(2)异质指标归一化处理:对正向指标和负向指标分别进行归一化处理,如公式(50)和公式(51)所示;
式中,式(50)和式(51)中的x’ij分别是正向正向指标和负向指标归一化处理后第i个评价对象的第j个评价指标的评价得分。
(3)计算各评价指标的熵值:第j个评价指标的熵值计算公式如(52)所示:
式中,ej表示第j个评价指标的熵值;其中k=1/ln(n),n为评价对象的总个数;pij是第i个评价对象在第j个指标上的得分相对于所有待评价对象在该指标上得分的占比,如公式(53)所示:
(4)计算各评价指标的熵权:第j个评价指标的熵权计算公式如(54)所示:
式中,ωj表示第j个评价指标的熵值;其中,1-ej为第j个评价指标的离散程度。由于当各评价对象在评价指标j上的值完全相同时,该评价指标的熵值ej达到最大值,但该评价指标未向决策者提供有价值的信息,即在该评价指标下,所有评价对象对决策者来说是无差异的,因此,此时该评价指标的熵权应为最小。
(5)计算各评价对象的综合得分:第i个评价对象的综合得分计算公式如(55)所示:
(6)基于以上权重计算步骤,按照配电网终端在运储能电池运行状态综合评价指标的层次化结构,从下往上逐层计算上层指标,进而对不同指标对配电网终端在运储能电池运行状态的影响进行识别。
本发明的优点和有益效果:
1、本发明提出一种综合性性、系统性、覆盖各个电池能级的电池评价方法,运用层次分析法和熵权法对配电网终端在运储能电池运行状态指标进行综合评价,并通过权重值的计算对不同指标对配电网终端在运储能电池运行状态的影响进行识别。本发明能够以及时了解蓄电池运行健康状态,进而及时对故障储能设备采取有效措施,避免因储能设备故障问题威胁电网运行安全。
2、本发明涉及一种基于熵权法的储能设备运行状态多层级指标评估方法,是一种在运储能设备指标体系构建及运行状态分析的综合评价的方法。本发明采用层次分析法和熵权法,通过多层级评价指标体系的构建,相应指标权重计算方法的设置,实现了对配电网终端在运储能设备运行状态的有效评价。设计合理有效,对配电网终端在运储能设备健康状态估计、故障排查及高效运维技术的发展具有重大意义。
3、由于本发明构建的配电网终端在运储能电池运行状态评价指标,涉及多个指标层次及多方评价维度,各指标的影响程度无法客观准确地表示。因此本发明采用熵权法,该熵权法依赖于数据本身的离散性,是一种客观赋权法,用于计算以上各个指标的权重。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述:
一种基于熵权法的储能设备运行状态多层级指标评估方法,如图1和图2所示,包括以下步骤:
步骤1、构建配网终端在运储能电池综合评价指标体系;
在本实施例中,本发明提出了配电网终端在运储能设备运行状态综合评价指标,其中,储能设备主要为蓄电池,此评价指标共分三个层级体系,其之间相互关联,共成体系。
此评价体系共包含电池单体指标、电池模块指标、电池组指标。
(1)电池单体指标
电池单体指标共包含七个指标,分别为容量参数、能量参数、功率特性、内阻和一致性。其中,容量评价参数为比容量、容量密度、容量性价比;能量评价参数为比能量、能量密度、能量性价比;功率评价参数为比功率、功率密度、功率性价比;此外还包括欧姆内阻和一致性评价。
(1)该电池单体评价指标的计算公式为:
1)电池单体比容量
2)电池单体比能量
3)电池单体比功率
4)电池单体容量密度
5)电池单体能量密度
6)电池单体功率密度
7)电池单体容量性价比
8)电池单体能量性价比
9)电池单体功率性价比
10)欧姆内阻
11)电池单体不一致性
电池单体不一致性评价主要包含内阻、容量和端电压三个方面的不一致性的计算。
其中,C
i—每个单体的容量(Ah);
—容量平均值(Ah);n—电池单体个数;ε
c—容量的均方差(Ah);R
i—每个单体欧姆内阻(Ω);
—欧姆平均值(Ω);n—电池单体个数;ε
R—欧姆内阻的均方差(Ω);U
i—每个单体欧姆内阻(V);
—欧姆平均值(V);n—电池单体个数;ε
U—端电压的均方差(V)。
(2)电池模块指标
电池模块在实际运行中需要评价的参数主要为容量参数、能量参数和功率参数,定义和计算方法同电池单体指标一致。
该电池模块评价指标的计算公式为:
1)电池模块比容量
2)电池模块比能量
3)电池模块比功率
4)电池模块容量密度
5)电池模块能量密度
6)电池模块功率密度
7)电池模块容量性价比
8)电池模块能量性价比
9)电池模块功率性价比
(3)电池组指标
电池组容量、能量、功率性能和低温特性是电池组评价的重要指标。该电池组评价指标的计算公式为:
1)电池组比容量
2)电池组比能量
3)电池组比功率
4)电池组容量密度
5)电池组能量密度
6)电池组功率密度
7)电池组容量性价比
8)电池组能量性价比
9)电池组功率性价比
10)电池组低温比容量
11)电池组低温比能量
12)电池组低温比功率
13)电池组低温容量密度
14)电池组低温能量密度
15)电池组低温功率密度
16)电池组低温容量性价比
17)电池组低温能量性价比
18)电池组低温功率性价比
(4)电池组低温保持率
1)电池组低温功率保持率
2)电池组低温容量保持率
3)电池组低温能量保持率
(5)电池模块和电池单体间保持率
1)容量保持率
2)能量保持率
3)功率保持率
(6)电池组和电池模块间保持率
1)容量保持率
2)能量保持率
3)功率保持率
步骤2、运用层次分析法和熵权法对步骤1的配电网终端在运储能电池运行状态指标进行综合评价,并通过权重值的计算对不同指标对配电网终端在运储能电池运行状态的影响进行识别。
所述步骤2的具体步骤包括:
(1)对n个评价对象,以及m个评价指标,令xij为第i个评价对象的第j个评价指标的评价得分(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m);
(2)异质指标归一化处理:考虑到评价指标体系既包含正向指标,又包括负向指标(正向指标数值越高越好,负向指标数值越低越好),对正向指标和负向指标分别进行归一化处理,如公式(50)和公式(51)所示;
式中,式(50)和式(51)中的x’ij分别是正向正向指标和负向指标归一化处理后第i个评价对象的第j个评价指标的评价得分。
(3)计算各评价指标的熵值:第j个评价指标的熵值计算公式如(52)所示:
式中,ej表示第j个评价指标的熵值;其中k=1/ln(n),n为评价对象的总个数;pij是第i个评价对象在第j个指标上的得分相对于所有待评价对象在该指标上得分的占比,如公式(53)所示。
(4)计算各评价指标的熵权:第j个评价指标的熵权计算公式如(54)所示:
式中,ωj表示第j个评价指标的熵值;其中,1-ej为第j个评价指标的离散程度。由于当各评价对象在评价指标j上的值完全相同时,该评价指标的熵值ej达到最大值,但该评价指标未向决策者提供有价值的信息,即在该评价指标下,所有评价对象对决策者来说是无差异的,因此,此时该评价指标的熵权应为最小。
(5)计算各评价对象的综合得分:第i个评价对象的综合得分计算公式如(55)所示。
(6)基于以上权重计算步骤,按照配电网终端在运储能电池运行状态综合评价指标的层次化结构,从下往上逐层计算上层指标,进而对不同指标对配电网终端在运储能电池运行状态的影响进行识别。
其中,从下往上逐层计算上层指标的步骤如下:
1)从电池单体、电池模块、电池组三个指标层级开始,按照公式(1)-(49)计算各基础层级指标以及层级指标值;
2)按照公式(50)-(54)计算电池单体评价指标间的权重;
3)按照公式(55)计算电池单体评价指标的评价结果;
4)按照公式(50)-(54)计算电池模块评价指标间的权重;
5)按照公式(55)计算电池模块评价指标的评价结果;
6)按照公式(50)-(54)计算电池组评价指标间的权重;
7)按照公式(55)计算电池组评价指标的评价结果;
8)按照公式(50)-(54)计算电池单体与电池模块层间评价指标的权重;
9)按照公式(55)计算电池单体与电池模块层间评价指标间的评价结果;
10)按照公式(50)-(54)计算电池单模块与电池组层间评价指标的权重;
11)按照公式(55)计算电池模块与电池组层间评价指标间的评价结果;
12)按照公式(50)-(54)计算电池单体与电池模块层间评价指标和电池模块与电池组层间评价指标两个层间的权重;
13)按照公式(55)计算两个层间评价指标间的评价结果;
14)按照公式(50)-(54)计算综合评价指标与各个基础层级评价结果及层间评价结果之间的权重;
15)按照公式(55)计算综合评价指标的评价结果。
本发明构建的配电网终端在运储能电池运行状态评价指标,涉及多个指标层次及多方评价维度,各指标的影响程度无法客观准确地表示。熵权法依赖于数据本身的离散性,是一种客观赋权法,用于计算以上各个指标的权重。
需要强调的是,本发明所述实施例是说明性的,而不是限定性的,因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。