CN113917257B - 一种储能电站内阻动态跟踪监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能电站内阻动态跟踪监测方法及系统。其中，该方法包括如下步骤：根据用户选择确定待测电站内阻的求解方式，求解方式包括宽电压范围交流阻抗法或智能参数辨识法；接收用户选择的数据采集方式指令，数据采集方式包括电池单体内阻采集方式、电池簇内阻采集方式或电站整体采集方式；获取用户选择的数据采集方式采集得到的电站数据信息，每种求解方式对应唯一电站数据信息；利用求解方式对电站数据信息进行求解，并根据待测电站的结构计算得到整体内阻值。本发明为多通道、多电压等级储能电站内阻动态跟踪监测方法，其中多通道、多电压等级特征可根据电站实际情况进行相应选择，能实现对电站进行有效的动态监测。
Description
技术领域
本发明属于储能电站内阻监测技术领域，更具体地，涉及一种储能电站内阻动态跟踪监测方法及系统。
背景技术
面向双碳目标，发展以新能源为主的新型电力系统是我国能源结构转型的关键，目前鼓励新能源场站配置储能电站，满足新版电力系统稳定导则要求。电化学储能电站由电池直流系统、PCS、监控系统及配电系统组成。由于电池直流系统在应用中存在容量、内阻及电池健康状态（SOH）的明显指标量变过程，电化学储能电站动态演变特性与传统电气装备不同，需要进行动态跟踪监测其性能，进而确保电化学储能电站处于良好的运行及维护状态。其中内阻是电池直流系统材料、结构等内特性的主要表征参数，与电化学储能电站的寿命预测、热管理、运行参数设定值直接相关，是动态跟踪监测的主要指标。另外，电化学储能电站内阻与电网阻尼等参数相关，是抑制“双高”电力系统次同步振荡、谐波等电能质量问题的潜在方法。现有的电池管理系统主要输出参数是电池及模组的容量、电流、电压、温度、电池荷电状态（SOC）及电池健康状态（SOH）等，个别还包含CO、H2等消防参数，但未见电池内阻参数监测，严重影响电化学储能电站的可靠性运行。
目前，电池内阻测量方法包括交流阻抗法、静态直流电阻法等，主要用于高性能电池材料及单体的开发与评价。也有通过并联多个内阻测试仪，同时测量电池模组的单体内阻，用于评价整个电池模组的健康状态。而对于电化学储能电站的内阻未见有效的动态监测方法，特别是在电化学储能电池等效模型中影响电网参数，反映电池运行特性的欧姆电阻、极化电阻、极化电容等细化参数，需要基于电化学储能电站直流系统的电压电流特性，优化传统电化学阻抗测量方法，综合电网模型智能系统辨识方法，进行电化学储能电站的内阻动态监测。
因此，如何解决对储能电站内阻进行有效的动态监测是亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种储能电站内阻动态跟踪监测方法及系统，能实现对储能电站内阻进行有效的动态监测。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种储能电站内阻动态跟踪监测方法，包括如下步骤：
（1）根据用户选择确定待测电站内阻的求解方式，所述求解方式包括宽电压范围交流阻抗法或智能参数辨识法；
（2）接收用户选择的数据采集方式指令，所述数据采集方式包括电池单体内阻采集方式、电池簇内阻采集方式或电站整体采集方式；
（3）获取用户选择的数据采集方式采集得到的电站数据信息，每种求解方式对应唯一电站数据信息；
（4）利用所述求解方式对所述电站数据信息进行求解，并根据所述待测电站的结构计算得到整体内阻值。
本发明提供的储能电站内阻动态跟踪监测方法，包括多种数据采集方式，多种数据采集方式可根据待测电站的实际情况进行相应选择，能实现对电站进行有效的动态监测；同时还包括两种求解方式，可根据不同求解方式得到的结果判断当前测量结果的准确性，有效提高监测结果的可靠性。
在其中一个实施例中，步骤（3）中的数据采集方式根据所述待测电站中各电池单体的一致性进行选择，所述一致性通过随机测量得到的多个电池单体的内阻值进行比较判断。
在其中一个实施例中，所述求解方式还包括宽电压范围交流阻抗法和智能参数辨识法，两种求解方式得到的整体内阻值通过残差处理得到最终电站内阻值。
在其中一个实施例中，所述宽电压范围交流阻抗法采用高耐压等级的交流阻抗测量设备向所述待测电站的测量处发送不同频域的正弦波信号，将所述测量处反馈的不同频域下的电流信息为所述宽电压范围交流阻抗法求解方式对应的电站数据信息；所述智能参数辨识法求解方式对应的电站数据信息为在所述待测电站的测量处实时采集到的工作电压、开路电压及工作电流信息；
其中，所述待测电站的测量处根据所述用户选择的数据采集方式进行相应选择，所述待测电站的测量处包括所述待测电站其中一电池单体测量处、所述待测电站其中一电池簇测量处及所述待测电站并网点测量处。
在其中一个实施例中，所述智能参数辨识法采用最小二乘法、卡尔曼滤波算法或机器学习算法对电站数据信息进行求解。
在其中一个实施例中，还包括：
（5）检测用户输入的修正操作指令；
（6）采用不同于步骤（2）中的数据采集方式，重复步骤（3）和步骤（4），得到修正内阻值；
（7）将所述修正内阻值与所述整体内阻值进行相应处理，得到最终电站内阻值。
在其中一个实施例中，步骤（2）中的数据采集方式优先选择电站整体采集方式；步骤（6）中采用的数据采集方式根据所述待测电站的实际情况选取电池簇内阻采集方式和电池单体内阻采集方式中的一种作为结果对照及修正。
在其中一个实施例中，步骤（7）包括：
将所述修正内阻值与所述整体内阻值通过加权平均处理，得到最终电站内阻值。
第二方面，本发明提供了一种储能电站内阻动态跟踪监测系统，包括：
求解方式确定模块，用于执行步骤（1）：根据用户选择确定待测电站内阻的求解方式，所述求解方式包括宽电压范围交流阻抗法或智能参数辨识法；
数据采集方式接收模块，用于执行步骤（2）：接收用户选择的数据采集方式指令，所述数据采集方式包括电池单体内阻采集方式、电池簇内阻采集方式或电站整体采集方式；
电站数据信息获取模块，用于执行步骤（3）：获取所述数据采集方式采集得到的电站数据信息，每种求解方式对应唯一电站数据信息；
整体内阻值计算模块，用于执行步骤（4）：利用所述求解方式对所述电站数据信息进行求解，并根据所述待测电站的结构计算得到整体内阻值。
本发明提供的储能电站内阻动态跟踪监测系统，包括多种数据采集方式，多种数据采集方式可根据待测电站的实际情况进行相应选择，能实现对电站进行有效的动态监测；同时还包括两种求解方式，可根据不同求解方式得到的结果判断当前测量结果的准确性，有效提高监测结果的可靠性。
在其中一个实施例中，还包括：
检测模块，用于执行步骤（5）：检测用户输入的修正操作指令；
修正内阻值计算模块，用于执行步骤（6）：采用不同于步骤（2）中的数据采集方式，重复步骤（3）和步骤（4），得到修正内阻值；
最终电阻值计算模块，用于执行步骤（7）：将所述修正内阻值与所述整体内阻值进行相应处理，得到最终电站内阻值。
附图说明
图1是一实施例中储能电站内阻动态跟踪监测方法的流程示意图；
图2是一实施例中待测电站内阻测量结构示意图；
图3是另一实施例中储能电站内阻动态跟踪监测方法的流程示意图；
图4是一实施例中锂离子电池储能电站电池模块结构示意图；
图5是一实施例中储能电站内阻动态跟踪监测系统的模块示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为实现对储能电站进行有效的动态监测，本发明提供了一种储能电站内阻动态跟踪监测方法，请先查阅图1，图1是本发明一实施例提供的储能电站内阻动态跟踪监测方法的流程示意图，由图1可知，该方法具体包括步骤S10～S40，详述如下：
S10，根据用户选择确定待测电站内阻的求解方式，求解方式包括宽电压范围交流阻抗法或智能参数辨识法。
S20，接收用户选择的数据采集方式指令，数据采集方式包括电池单体内阻采集方式、电池簇内阻采集方式或电站整体采集方式。
S30，获取用户选择的数据采集方式采集得到的电站数据信息，每种求解方式对应唯一电站数据信息，即选择的求解方式不同需采集的电站数据信息不同。
S40，利用求解方式对电站数据信息进行求解，并根据待测电站的结构计算得到整体内阻值。
在步骤S10中，本实施例提供的宽电压范围交流阻抗法为改进后的交流阻抗测量法，其中，交流阻抗测量法为本领域常用的电池内阻测量方法，其原理是利用本领域常用的交流阻抗测量设备向待测电池施加一系列频率的正弦波信号，从而产生一个相应的电流（电压）响应信号，根据该响应信号即可求解得出电池的阻抗（内阻）。然而，该交流阻抗测量设备内的各元件（电容、电感和电阻等）耐受电压等级较低，仅适用于对低电压电池系统进行测量，局限性较大。
本实施例提供的宽电压范围交流阻抗法则是通过提升该交流阻抗测量设备内部的电容、电感、电阻等元件的耐受电压等级，使交流阻抗测量设备不仅能直接连接在电站中的电池单体测量处，还能直接连接在储能电站某一电池簇测量处或储能电站并网点测量处，通用性更高。
在步骤S20中，数据采集方式包括电池单体内阻采集方式、电池簇内阻采集方式或电站整体采集方式。其中，电池单体内阻采集方式则是测量待测电站一电池单体测量处的电站数据信息，电池簇内阻采集方式则是测量待测电站一电池簇测量处的电站数据信息，电站整体采集方式则是测量待测电站并网点测量处的电站数据信息。按照各测量处的电压等级划分，电池单体内阻采集方式为低压多通道间接测量通道，电池簇内阻采集方式为中压多通道间接测量通道，电站整体采集方式为高压单通道直接测量通道。
为提高测量的准确性，步骤S20中提到的数据采集方法可根据待测电站中各电池单体的一致性进行选择（其一致性判断可随机测量多个电池单体，比较测量结果进行判断），若多个电池单体的内阻值偏差较大，则可采用电站整体采集方式；若多个电池单体的内阻值偏差较小，则可采用电池簇内阻采集方式；若多个电池单体的内阻值偏差很小，则认为一致性较好，则可采用电池单体内阻采集方式。
在步骤S30和S40中，由上述步骤S10对宽电压范围交流阻抗法的介绍可知，本实施例提供的宽电压范围交流阻抗法为采用高耐压等级的交流阻抗测量设备向待测电站的测量处发送不同频域的正弦波信号，将测量处反馈的不同频域下的电流信息作为宽电压范围交流阻抗法求解方式对应的电站数据信息，根据该电流信息即可求解得到电站中对应测量处的内阻值，然后再根据电站结构的特点，计算得到电站整体内阻值。
其中，待测电站的测量处根据用户选择的数据采集方式进行相应选择。具体地，可参见图2，当用户选择的数据采集方式为电池单体内阻采集方式时，待测电站的测量处为待测电站其中一电池单体测量处；当用户选择的数据采集方式为电池簇内阻采集方式时，待测电站的测量处为待测电站其中一电池簇测量处；当用户选择的数据采集方式为电站整体采集方式时，待测电站的测量处为待测电站并网点测量处。
例如，当用户选择求解方式为宽电压交流阻抗法，且用户选择的数据采集方式是电池单体内阻采集方式，则步骤S30中获取到的电站数据信息即为该电站中一电池单体反馈的电流信息，根据该电流信息即可求解得到该电池单体的内阻值，然后再根据当前电站的结构进行串并联组合计算，即可得到电站的整体内阻值。需要说明的是，当用户选择的数据采集方式为电站整体采集方式时，通过宽电压交流阻抗法求解得到的内阻值，即为电站整体内阻值。当用户选择的数据采集方式为电池簇内阻测量方式或电池单体内阻测量方式，通过宽电压交流阻抗法求解得到的内阻值，均需要根据当前待测电站的结构特点，通过转换计算得到电站整体内阻值。
本实施例提供的智能参数辨识法求解方式对应的电站数据信息为待测电站的测量处实时采集到的工作电压、开路电压及工作电流信息。具体地，本实施例提供的智能参数辨识法可采用最小二乘法、卡尔曼滤波算法及机器学习算法等，可在输入信息易获取的情况下通过模型中各参数间的关系建立状态方程，进而求解得到所需内阻参数，内阻参数所组成的模型可用大电网、复杂电力系统仿真，此模型更贴切实际电站的运行时的性质，有利于深入研究电化学储能电站用于电力系统的不同场景。
例如，当用户选择求解方式为智能参数辨识法求解方式，且用户选择的数据采集方式是电池单体内阻采集方式，则步骤S30中获取到的电站数据信息即为在该电站中一电池单体测量处实时采集到的工作电压、开路电压及工作电流信息，根据该信息通过上述算法即可求解得到该电池单体的内阻值，然后再根据当前电站的结构进行串并联组合计算，即可得到电站的整体内阻值。需要说明的是，当用户选择的数据采集方式为电站整体采集方式时，通过智能参数辨识法求解方式求解得到的内阻值，即为电站整体内阻值。当用户选择的数据采集方式为电池簇内阻测量方式或电池单体内阻测量方式，通过智能参数辨识法求解方式求解得到的内阻值，均需要根据当前待测电站的结构特点，通过转换计算得到电站整体内阻值。
为进一步提高电站整体内阻值动态监测准确性，步骤S10中的求解方法还可同时包括宽电压范围交流阻抗法和智能参数辨识法，将这两种求解方式下分别计算得到的整体内阻值进行残差处理得到最终电站内阻值。
本发明提供的储能电站内阻动态跟踪监测方法，包括多种数据采集方式，多种数据采集方式可根据待测电站的实际情况进行相应选择，能实现对电站进行有效的动态监测；同时还包括两种求解方式，可根据不同求解方式得到的结果判断当前测量结果的准确性，有效提高监测结果的可靠性。
在一个实施例中，可参阅图3，本发明提供的储能电站内阻动态跟踪监测方法还可包括步骤S50～S70，详述如下：
S50，检测用户输入的修正操作指令。
S60，采用不同于步骤S20中的数据采集方式，重复步骤S30和步骤S40，得到修正内阻值。
S70，将修正内阻值与步骤S40得到的整体内阻值进行相应处理，得到最终电站内阻值。具体地，可将修正内阻值与整体内阻值通过加权平均处理，得到最终电站内阻值，当然也可采用其他处理方式，本实施例不作限制。
在本实施例中，当选用双数据采集方式通过修正来提高测量准确性时，步骤S20中采用的数据采集方式可优先选择直接测量通道，即电站整体采集方式；步骤S60中的数据采集方式根据电站情况可选取间接测量通道（即电池簇内阻采集方式和电池单体内阻采集方式）之一作为结果对照及修正，进而提高测量结果准确性。
为更清楚地说明本发明提供的储能电站内阻动态跟踪监测方法，以下举例说明：
如某锂离子电池储能电站电池模块结构示意图如图4，需要测量电站整体内阻，该用户选择采用宽电压范围交流阻抗法、及单数据采集方式：间接测量通道（电池簇内阻采集方式）。测量得到的电站数据信息通过宽电压范围交流阻抗法即可求解得到单电池簇内阻值r0，将该值结合电站结构进行串并联组合计算，最终得到整体内阻值R0，如图4结构所示，该电站包括4个并联的电池簇，则整体内阻值R0=r0/4。
如某锂离子电池储能电站电池模块结构示意图如图4，需要测量电站整体内阻，该用户选择采用智能参数辨识、及双数据采集方式：直接测量通道（电站整体采集方式）+间接测量通道（电池单体内阻采集方式）。其中，直接测量通道（电站整体采集方式）得到的电站数据信息通过参数智能辨识得到电站整体内阻值R0’。间接测量通道（电池单体内阻采集方式）得到的电站数据信息通过参数智能辨识单体电池内阻值r0，将该值结合电站结构进行串并联组合计算，最终得到整体内阻值R0’’，如图4结构所示，该电站由m个电池簇并联，每个电池簇n个串联的电池单体并联后组成，则整体内阻值R0’’=n* r0/（4*m）。最终内阻值R0通过加权平均后其值可表达为R0=(a*R0’+b* R0’’)/(a+b)，式中a、b代表两通道所取权重值。
基于同样的发明构思，参见图5，本发明还提供了一种储能电站内阻动态跟踪监测系统，包括求解方式确定模块、数据采集方式接收模块、电站数据信息获取模块和整体内阻值计算模块。
其中，求解方式确定模块100，用于执行步骤S10：根据用户选择确定待测电站内阻的求解方式，求解方式包括宽电压范围交流阻抗法或智能参数辨识法。
数据采集方式接收模块200，用于执行步骤S20：接收用户选择的数据采集方式指令，数据采集方式包括电池单体内阻采集方式、电池簇内阻采集方式或电站整体采集方式。
电站数据信息获取模块300，用于执行步骤S30：获取数据采集方式采集得到的电站数据信息，每种求解方式对应唯一电站数据信息。
整体内阻值计算模块400，用于执行步骤S40：利用求解方式对电站数据信息进行求解，并根据待测电站的结构计算得到整体内阻值。
为进一步提高内阻测量的准确性，本实施例提供的储能电站内阻动态跟踪监测系统还可包括检测模块、修正内阻值计算模块和最终电阻值计算模块。
其中，检测模块，用于执行步骤S50：检测用户输入的修正操作指令；
修正内阻值计算模块，用于执行步骤S60：采用不同于步骤S20中的数据采集方式，重复步骤S30和步骤S40，得到修正内阻值；
最终电阻值计算模块，用于执行步骤S70：将所述修正内阻值与所述整体内阻值进行相应处理，得到最终电站内阻值。
需要说明的是，本实施例提供的储能电站内阻动态跟踪监测系统中各模块功能可参见前述方法实施例中的详细介绍，本实施例不再赘述。
本发明提供的储能电站内阻动态跟踪监测系统，包括多种数据采集方式，多种数据采集方式可根据待测电站的实际情况进行相应选择，能实现对电站进行有效的动态监测；同时还包括两种求解方式，可根据不同求解方式得到的结果判断当前测量结果的准确性，有效提高监测结果的可靠性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种储能电站内阻动态跟踪监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）根据用户选择确定待测电站内阻的求解方式，所述求解方式包括宽电压范围交流阻抗法或智能参数辨识法；
其中，所述宽电压范围交流阻抗法采用高耐压等级的交流阻抗测量设备向所述待测电站的测量处发送不同频域的正弦波信号，将所述测量处反馈的不同频域下的电流信息为所述宽电压范围交流阻抗法求解方式对应的电站数据信息；所述智能参数辨识法求解方式对应的电站数据信息为在所述待测电站的测量处实时采集到的工作电压、开路电压及工作电流信息；所述待测电站的测量处根据所述用户选择的数据采集方式进行相应选择，所述待测电站的测量处包括所述待测电站其中一电池单体测量处、所述待测电站其中一电池簇测量处及所述待测电站并网点测量处；
（2）接收用户选择的数据采集方式指令，所述数据采集方式包括电池单体内阻采集方式、电池簇内阻采集方式或电站整体采集方式，且所述数据采集方式根据所述待测电站中各电池单体的一致性进行选择，所述一致性通过随机测量得到的多个电池单体的内阻值进行比较判断；
（3）获取用户选择的数据采集方式采集得到的电站数据信息，每种求解方式对应唯一电站数据信息；
（4）利用所述求解方式对所述电站数据信息进行求解，并根据所述待测电站的结构计算得到整体内阻值；
（5）检测用户输入的修正操作指令；
（6）采用不同于步骤（2）中的数据采集方式，重复步骤（3）和步骤（4），得到修正内阻值；
（7）将所述修正内阻值与所述整体内阻值进行相应处理，得到最终电站内阻值。
2.根据权利要求1所述的储能电站内阻动态跟踪监测方法，其特征在于，所述求解方式还包括宽电压范围交流阻抗法和智能参数辨识法，两种求解方式得到的整体内阻值通过残差处理得到最终电站内阻值。
3.根据权利要求1所述的储能电站内阻动态跟踪监测方法，其特征在于，所述智能参数辨识法采用最小二乘法、卡尔曼滤波算法或机器学习算法对电站数据信息进行求解。
4.根据权利要求1所述的储能电站内阻动态跟踪监测方法，其特征在于，步骤（7）包括：
将所述修正内阻值与所述整体内阻值通过加权平均处理，得到最终电站内阻值。
5.一种储能电站内阻动态跟踪监测系统，其特征在于，包括：
求解方式确定模块，用于执行步骤（1）：根据用户选择确定待测电站内阻的求解方式，所述求解方式包括宽电压范围交流阻抗法或智能参数辨识法；
数据采集方式接收模块，用于执行步骤（2）：接收用户选择的数据采集方式指令，所述数据采集方式包括电池单体内阻采集方式、电池簇内阻采集方式或电站整体采集方式，且所述数据采集方式根据所述待测电站中各电池单体的一致性进行选择，所述一致性通过随机测量得到的多个电池单体的内阻值进行比较判断；
电站数据信息获取模块，用于执行步骤（3）：获取所述数据采集方式采集得到的电站数据信息，每种求解方式对应唯一电站数据信息；
整体内阻值计算模块，用于执行步骤（4）：利用所述求解方式对所述电站数据信息进行求解，并根据所述待测电站的结构计算得到整体内阻值；
检测指令模块，用于执行步骤（5）：检测用户输入的修正操作指令；
内阻修正模块，用于执行步骤（6）：采用不同于步骤（2）中的数据采集方式，重复步骤（3）和步骤（4），得到修正内阻值；
处理模块，用于执行步骤（7）：将所述修正内阻值与所述整体内阻值进行相应处理，得到最终电站内阻值。
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