CN115566236B - 一种电池储能系统运行控制方法、装置、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池储能系统运行控制方法、装置、设备和介质，获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据，将目标运行数据与目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，确定目标调整数据，采用目标调整数据与目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率，采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值，将全钒液流电池储能系统内对应的流速与电流分别调整至目标流速实际值与目标电流实际值，解决现有的全钒液流电池系统运行的优化方法，会存在电池储能系统的控制效果不佳的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统储能技术领域，尤其涉及一种电池储能系统运行控制方法、装置、设备和介质。
背景技术
随着石油、煤炭等化石能源面临枯竭，工业污染、气候变暖等环境危机日益加剧，传统能源结构已无法满足可持续发展的需求。为了减少化石能源所带来的环境污染问题，应积极响应并使用可再生清洁能源。储能技术作为一种新兴的可调度能源，可快速切换充放电状态来实现电能的存储或释放。能够有效解决可再生能源发电存在的间歇性、波动性、随机性等问题，而灵活的电能存储有利于电网的功率平衡。因此，配置合适的储能系统，对于电网的安全高效运行具有十分重要的意义。
全钒液流电池（VRB）是目前备受关注的大容量储能技术，具有使用寿命长、安全性高、容量与功率可灵活配置、环境友好等优势，逐渐应用于电力系统调峰调频，平抑可再生能源并网波动等领域，是最适合风能发电平滑输出的储能设备，被视为新兴的、高效的且最具发展前景的兆瓦级大容量储能技术。然而，全钒液流电池储能系统运行效率并不高，近10%~20%的储存的电能将会以热能的形式耗散，因此，系统低能效是阻碍全钒液流电池发展的重要问题之一。
目前，现有的全钒液流电池系统运行的优化方法，通常是通过在电池的充放电过程中，构建最高的瞬时能量效率的代价函数来最小化能量损耗，求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率，以及对应的流速、温度和电压等运行参数，以此来提高电池性能。但是运用该优化方法，忽略了流速、温度和电压在时间尺度上的差异，会存在电池储能系统的控制效果不佳的问题。
发明内容
本发明提供了一种电池储能系统运行控制方法、装置、设备和介质，现有的全钒液流电池系统运行的优化方法，通常是通过在电池的充放电过程中，构建最高的瞬时能量效率的代价函数来最小化能量损耗，求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率，以及对应的流速、温度和电压等运行参数，以此来提高电池性能。但是运用该优化方法，忽略了流速、温度和电压在时间尺度上的差异，会存在电池储能系统的控制效果不佳的技术问题。
本发明第一方面提供的一种电池储能系统运行控制方法，包括：
获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据；
将所述目标运行数据与所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据；
采用所述目标调整数据与所述目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率；
采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值；
将所述全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至所述目标流速实际值与所述目标电流实际值。
可选地，所述获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据的步骤，包括：
获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，生成初始全钒液流电池模型；
对所述初始全钒液流电池模型进行参数辨识，得到多种类型的模型构建数据；
采用所述模型构建数据对初始全钒液流电池模型进行构建，生成目标全钒液流电池模型；
获取所述全钒液流电池储能系统当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据。
可选地，所述目标运行数据包括电堆输入功率、环境温度和初始流速值，所述目标调整数据包括电堆温度、目标流速值和目标电流值，所述将所述目标运行数据与所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据的步骤，包括：
采用所述电堆输入功率、所述环境温度和所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，得到所述电堆温度；
对所述初始流速值进行离散化，确定对应的所述目标流速值；
采用所述目标流速值、所述电堆温度和所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，结合预设非线性函数模型，得到所述目标电流值。
可选地，所述对所述初始流速值进行离散化，确定对应的所述目标流速值的步骤，包括：
对所述初始流速值进行离散化，生成多个离散流速值；
统计所述离散流速值的离散流速值总数；
计算所述离散流速值总数与预设第一阈值之间的第一差值；
从多个所述离散流速值中选取初始离散流速值并获取对应的最大初始离散流速值和最小初始离散流速值；
计算所述最大初始离散流速值与所述最小初始离散流速值之间的第二差值；
采用所述第一差值、所述第二差值、所述离散流速值总数和所述初始离散流速值，确定目标流速值。
可选地，所述采用所述第一差值、所述第二差值、所述离散流速值总数和所述初始离散流速值，确定目标流速值的步骤，包括：
计算所述第二差值与所述第一差值之间的比值，得到初始离散流速变化值；
计算所述离散流速值总数与所述初始离散流速变化值之间的第一乘值；
计算所述第一乘值与所述初始离散流速值之间的和值，得到目标流速值。
可选地，所述采用所述目标调整数据与所述目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率的步骤，包括：
采用所述目标流速值、所述目标电流值、所述电堆温度和所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，结合预设瞬时系统效率模型，得到多个初始瞬时系统效率；
从多个所述初始瞬时系统效率中选取最大值作为目标瞬时系统效率。
可选地，所述采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值的步骤，包括：
所述采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始流速参考值；
所述采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始电流参考值；
采用多个所述初始流速参考值与多个所述初始电流参考值构建参考值数据库；
根据所述目标荷电状态数据与所述电堆温度，生成对应的复合键；
采用所述复合键输入所述参考值数据库匹配所述目标瞬时系统效率对应的所述初始流速参考值作为目标流速参考值；
采用所述复合键输入所述参考值数据库匹配所述目标瞬时系统效率对应的所述初始电流参考值作为目标电流参考值；
采用所述目标流速参考值输入预设流速控制器，生成目标流速实际值；
采用所述目标流速实际值与所述目标电流参考值输入预设电流控制器，生成目标电流实际值。
本发明第二方面提供的一种电池储能系统运行控制装置，包括：
数据处理模块，用于获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据；
目标调整数据获取模块，用于将所述目标运行数据与所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据；
目标瞬时系统效率获取模块，用于采用所述目标调整数据与所述目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率；
检索模块，用于采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值；
调整模块，用于将所述全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至所述目标流速实际值与所述目标电流实际值。
本发明第三方面提供的一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一项所述的电池储能系统运行控制方法的步骤。
本发明第四方面提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项所述的电池储能系统运行控制方法。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明考虑了全钒液流电池电流、流速和温度三个关键运行参数时间尺度的不同，以瞬时系统效率作为优化目标，采用梯度下降法进行多参数离线优化；然后，根据电化学和传质过程的时间尺度，对电流、流速进行了双阶段实时控制，以解决全钒液流电池在风电平抑波动等实际工况下系统效率过低的状况。
本发明能够通过对电流、流速和温度三个关键运行参数进行离线优化和多时间尺度控制，以降低全钒液流电池的系统损耗，提高其运行时的系统效率，为全钒液流电池更加高效良好的运行提供帮助。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种电池储能系统运行控制方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例二提供的一种电池储能系统运行控制方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例二提供的等效电路模型图；
图4为本发明实施例二提供的一种电池储能系统运行控制方法的示意图；
图5为本发明实施例二提供的一种风电-全钒液流电池联合运行系统示意图；
图6为本发明实施例二提供的一种全钒液流电池用于平滑风电的功率曲线图；
图7为本发明实施例二提供的一种平抑风电功率波动场景下全钒液流电池的瞬时系统效率变化示意图；
图8为本发明实施例三提供的一种电池储能系统运行控制装置的结构框图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种电池储能系统运行控制方法、装置、设备和介质，用于解决现有的全钒液流电池系统运行的优化方法，通常是通过在电池的充放电过程中，构建最高的瞬时能量效率的代价函数来最小化能量损耗，求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率，以及对应的流速、温度和电压等运行参数，以此来提高电池性能。但是运用该优化方法，忽略了流速、温度和电压在时间尺度上的差异，会存在电池储能系统的控制效果不佳的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例一提供的一种电池储能系统运行控制方法的步骤流程图。
本发明提供的一种电池储能系统运行控制方法，包括：
步骤101、获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据。
等效电路模型，指的是用于构建目标全钒液流电池模型的电路模型。
目标运行数据，指的是获取全钒液流电池储能系统对应的多种类型的运行数据，用于输入到目标全钒液流电池模型中，确定多种类型的目标调整数据。
目标荷电状态数据，指的是获取全钒液流电池储能系统对应的电池的荷电状态数据，用于输入到目标全钒液流电池模型中，确定多种类型的目标调整数据。
目标全钒液流电池模型，指的是基于全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型构建的数学模型。
在本发明实施例中，获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，建立起包括流速、温度和电流的目标全钒液流电池模型，并获取全钒液流电池储能系统当前时刻的目标运行数据与目标荷电状态数据。
步骤102、将目标运行数据与目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据。
目标调整数据，指的是目标全钒液流电池模型输出的调整数据，用于计算目标瞬时系统效率的参数。
在本发明实施例中，将获取到的目标运行数据与目标荷电状态数据输入到目标全钒液流电池模型中，确定多种类型的目标调整数据。
步骤103、采用目标调整数据与目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率。
目标瞬时系统效率，指的是瞬时系统效率中的最大值，用于确定目标流速实际值与目标电流实际值的参数。
在本发明实施例中，根据目标调整数据与目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率。
步骤104、采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值。
调整数据键值对数据库，指的是根据标准调整数据建立的数据库。
目标流速实际值，指的是用于调整全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速的校准参数。
目标电流实际值，指的是用于调整全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的电流的校准参数。
在本发明实施例中，采用目标瞬时系统效率检索调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值。
步骤105、将全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至目标流速实际值与目标电流实际值。
在本发明实施例中，根据匹配到的目标流速实际值与目标电流实际值校准当前时刻全钒液流电池储能系统内的流速与电流。
在发明实施例中，获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据，将目标运行数据与目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据，采用目标调整数据与目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率，采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值，将全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至目标流速实际值与目标电流实际值；解决现有的全钒液流电池系统运行的优化方法，通常是通过在电池的充放电过程中，构建最高的瞬时能量效率的代价函数来最小化能量损耗，求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率，以及对应的流速、温度和电压等运行参数，以此来提高电池性能。但是运用该优化方法，忽略了流速、温度和电压在时间尺度上的差异，会存在电池储能系统的控制效果不佳的技术问题；实现了根据电化学和传质过程的时间尺度，在平抑风电功率波动场景下，对电流、流速进行了双阶段实时控制，以降低系统损耗为目标，实现整个系统运行效率的提高。
请参阅图2，图2为本发明实施例二提供的一种电池储能系统运行控制方法的步骤流程图。
具体实例中以5kW/3kWh的全钒液流电池接入风电平抑波动场景为例进行描述，全钒液流电池的参数如表1所示。
表1全钒液流电池的技术参数
本发明提供的一种电池储能系统运行控制方法，包括：
步骤201、获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，生成初始全钒液流电池模型。
如图3所示，图3为等效电路模型。
在本发明实施例中，步骤201的具体实施过程与步骤101类似，在此不再赘述。
步骤202、对初始全钒液流电池模型进行参数辨识，得到多种类型的模型构建数据。
在本发明实施例中，对初始全钒液流电池模型进行参数辨识，得到标准电极电势
、欧姆等效电阻
、开路电压修正系数k 1和k 2、浓差修正系数k 3、电极表面积
、通道截面积
的值，其余参数可在具有相似设计的全钒液流电池文献中获得。
表2辨识得到的参数值与模型误差
步骤203、采用模型构建数据对初始全钒液流电池模型进行构建，生成目标全钒液流电池模型。
在本发明实施例中，采用模型构建数据对初始全钒液流电池模型进行构建，得到包含流速、温度和电流的目标全钒液流电池模型。
其中，目标全钒液流电池模型如下表达式（1）-（7）所示：
式（1）为：
式中，
为电池开路电压；
表示标准电极电位；
为目标荷电状态数据；
表示摩尔气体常数；
表示电堆温度；z表示反应中电子转移数；F表示法拉第常数；k 1、k 2表示为修正系数；I表示电池当前时刻的电流；
表示电池当前时刻的流速；
表示钒离子的体积浓度。
值得一提的是，
表示全钒液流电池电堆在不同SOC下的电动势，由能斯特方程导出；SOC为电池的目标荷电状态数据，电池处于充电状态时，式（1）右边两项中间符号为“+”，放电时符号为“-”；k 1、k 2表示为修正SOC不准确而添加的修正系数。
式（2）为：
式中，
表示标准状态下的温度；
表示在温度为
时的标准电极电势；
为标准电极电势的温度修正系数。
式（3）为：
式中，
为活化过电势；N为单电池的个数；
表示外加电流密度；
表示交换电流密度。
值得一提的是，
为活化过电势，代表电极上的电化学反应延迟而引起其电位偏离平衡电位的差值；
式（4）为：
式中，
为浓差过电势；
为浓差修正系数；
、
为由单体电池的拓扑结构决定的经验常数；
是电堆通道截面的整体面积；
为电极表面积；
表示电解质溶液中的反应物浓度。
值得一提的是，
为浓差过电势，代表电极表面与电解质溶液之间梯度差引起的电位偏移。
式（5）为：
式中，
代表旁路电流与自放电电流等效电阻；
为电解质的电导；
为电极长度。
值得一提的是，
代表旁路电流与自放电电流等效电阻，由电解液的导电性与钒电池的流体管道设计决定。
式（6）为：
式中，
为电动泵的功率；
代表电解液的粘度；
表示分布流道的长度；K表示阻力系数；
表示流道电极的特征面积；
代表泵的效率。
式（7）为：
式中，
为电堆内部发生氧化还原反应产生的热量；
为各离子在标准状态下反应的摩尔反应熵。
如图4所示，采用一种多时间尺度的运行控制方法对全钒液流电池运行时的系统效率进行优化计算，由两部分组成：多参数优化和双阶段控制。多参数优化是控制方法的第一步：通过算法得到最优的电流、流速组合，将其作为查表的参考值用于接下来的双阶段控制。
步骤204、获取全钒液流电池储能系统当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据。
在本发明实施例中，获取全钒液流电池储能系统当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据。
步骤205、将目标运行数据与目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据。
进一步地，目标运行数据包括电堆输入功率、环境温度和初始流速值，目标调整数据包括电堆温度、目标流速值和目标电流值，步骤205包括以下子步骤：
S11、采用电堆输入功率、环境温度和目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，得到电堆温度。
电堆输入功率，指的是电堆终端输入或输出功率，用于输入目标全钒液流电池模型。
环境温度，指的是系统的环境温度参数，用于输入目标全钒液流电池模型。
在本发明实施例中，在此步骤中，该步骤为优化准备，给定电堆终端电堆输入功率、环境温度和目标荷电状态数据经过运行限制的约束后，作为变量输入给目标全钒液流电池模型，根据目标全钒液流电池模型中的式（1）-式（4），得到模型输出电堆温度和预设非线性函数模型，其中，如图6所示，以电堆终端电堆输入功率
=4000w为例，电池当前SOC=0.5。
S12、对初始流速值进行离散化，确定对应的目标流速值。
进一步地，S12包括以下子步骤：
S121、对初始流速值进行离散化，生成多个离散流速值。
S122、统计离散流速值的离散流速值总数。
S123、计算离散流速值总数与预设第一阈值之间的第一差值。
值得一提的是，第一阈值为1。
S124、从多个离散流速值中选取初始离散流速值并获取对应的最大初始离散流速值和最小初始离散流速值。
S125、计算最大初始离散流速值与最小初始离散流速值之间的第二差值。
S126、采用第一差值、第二差值、离散流速值总数和初始离散流速值，确定目标流速值。
进一步地，S126包括以下子步骤：
S1261、计算第二差值与第一差值之间的比值，得到初始离散流速变化值。
S1262、计算离散流速值总数与初始离散流速变化值之间的第一乘值。
S1263、计算第一乘值与初始离散流速值之间的和值，得到目标流速值。
在具体实现中，为方便方法的实现，可以通过将上述过程转换为公式封装的形式，其中，目标流速值的计算方式可以如下：
式（12）为：
式中，
表示为目标流速值，
表示为第一差值，
表示为最大初始离散流速值，
表示为最小初始离散流速值，
表示为初始离散流速变化值，
表示为离散流速值总数，
表示为初始离散流速值。
值得一提的是，经过离散后的流速值，以
为第一个离散流速值开始，那么也就是说，
为第n个离散流速值，而n=k-1。
值得一提的是，上述步骤中为初始化流速，根据式（12），将初始流速值离散为
， k = 0, 1, 2,…,n，其中，
。
S13、采用目标流速值、电堆温度和目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，结合预设非线性函数模型，得到目标电流值。
在本发明实施例中，该步骤为求解
对应的
。将目标流速值、电堆温度和目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型中的式（1）-式（4），再将式（1）-式（4）带入到非线性函数模型得到
，利用梯度下降法求解
，得到目标电流值，此时的
即为
对应的
。
其中，非线性函数模型转换为公式封装的形式：
式（11）为：
式中，
表示为电堆输入功率，
表示为电堆两端电压。
步骤206、采用目标调整数据与目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率。
进一步地，步骤206包括以下子步骤：
S21、采用目标流速值、目标电流值、电堆温度和目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，结合预设瞬时系统效率模型，得到多个初始瞬时系统效率。
在具体实现中，为方便方法的实现，可以通过将上述过程转换为公式封装的形式，其中，初始瞬时系统效率模型以如下：
式（8）为：
式中，
表示为初始瞬时系统效率，
表示为电池电压源输入功率，
表示为总损耗功率。
值得一提的是，电池处于不同状态时，上式中的变量指代的含义并不相同。充电过程中，
为电池系统消耗的总能量，
为电堆终端实际输入的能量；放电过程中，
为电池系统释放的总能量，
为电堆终端实际输出的能量。
式（9）为：
式中，
表示为电池内部的损耗过电势，
表示为泵损耗功率，
表示为自放电损耗功率，
表示为欧姆电阻。
值得一提的是，
为欧姆电阻，可以理解为由于电极材料、电解液、活性物质与导电材料的接触等造成的电压降，其规律符合欧姆定律。
S22、从多个初始瞬时系统效率中选取最大值作为目标瞬时系统效率。
在具体实现中，为方便方法的实现，可以通过将上述过程转换为公式封装的形式，其中，目标瞬时系统效率的计算方式可以如下：
式（10）为：
式中，
表示为目标瞬时系统效率。
在本发明实施例中，为获得最高的瞬时系统效率ISE，通过最小化系统功率损耗来间接计算瞬时系统效率ISE的最大值，目标瞬时系统效率如式（10）所示，考虑到电池实际运行的条件限制，目标瞬时系统效率的相关约束如表3所示。
在本发明实施例中，求瞬时系统效率ISE。首先将I k 、Q k 、
、SOC代入式（1）-式（7），再将式（1）-式（7）代入式（9），再将式（9）代入式（8）求得该参数组合下的目标瞬时系统效率。
值得一提的是，本实施例应用于模拟风电与全钒液流电池联合运行的电力系统，以分析其实际效果。风力发电厂和全钒液流电池通过AC/DC双向换流器，连接到电网，示意图如图5所示。为了符合电网运行的规则要求，场景限制了风电-全钒液流电池系统向电网吸收/输送功率的斜坡率。因此，本文使用低通滤波算法对风电功率的波动进行平滑处理，产生的高频成分由全钒液流电池处理，如图6所示。
表3目标函数的相关约束
步骤207、采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值。
进一步地，步骤207包括以下子步骤：
S31、采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始流速参考值。
在本发明实施例中，采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始流速参考值。
S32、采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始电流参考值。
在本发明实施例中，采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始电流参考值，
S33、采用多个初始流速参考值与多个初始电流参考值构建参考值数据库。
参考值数据库，指的是根据不同荷电状态下的目标瞬时系统效率对应的初始流速参考值与初始电流参考值组合所构建的表格数据库，
在本发明实施例中，根据目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始流速参考值与多个初始电流参考值组合所构建的参考值数据库。
S34、根据目标荷电状态数据与电堆温度，生成对应的复合键。
复合键，是指由输入至参考值数据库的数据所组成的键。其中可以包括目标荷电状态数据和电堆温度，所组成的键用于构建复合的筛选条件。
在本发明实施例中，根据目标荷电状态数据与电堆温度，生成对应的复合键。
S35、采用复合键输入参考值数据库匹配目标瞬时系统效率对应的初始流速参考值作为目标流速参考值。
在本发明实施例中，采用复合键输入参考值数据库匹配目标瞬时系统效率对应的初始流速参考值作为目标流速参考值。
S36、采用复合键输入参考值数据库匹配目标瞬时系统效率对应的初始电流参考值作为目标电流参考值。
在本发明实施例中，采用复合键输入参考值数据库匹配目标瞬时系统效率对应的初始电流参考值作为目标电流参考值。
值得一提的是，上述S31-S36为求最优组合，寻找使瞬时系统效率ISE最高的
与
组合，此时的
与
组合即为电池在输入或输出功率为
，状态为SOC时的参数参考值。此时，
为72.74A，
为75cm3/s, ISE=93.27%。
S37、采用目标流速参考值输入预设流速控制器，生成目标流速实际值。
S38、采用目标流速实际值与目标电流参考值输入预设电流控制器，生成目标电流实际值。
值得一提的是，上述S37-S38中，首先根据电池当前状态(SOC、
)，查表获得此时电池对应的目标流速参考值输入流速控制器，得到目标流速实际值。接着，目标流速实际值和目标电流参考值输入电流控制器，得到目标电流实际值。电流和流速分别由两个PI控制器调节。因此，电流与流速的控制律有以下形式：
式（13）为：
式中，I(t)为电流，Q(t)为流速，e(t)、
为实际电流或流速与期望值的偏差，上述参数均随时间变化。
式（14）为：
式中，
为当前时刻目标电流参考值，
为当前时刻目标流速参考值，k p,I 、k p,Q 为电流和流速控制器的比例系数，k i,I 、k i,Q 分别为电流和流速控制器的积分系数，常通过经验法确定其值。
四个系数的值如表4所示：
表4 PI控制器中k p,I 、k p,Q 、k i,I 、k i,Q 的值
步骤208、将全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至目标流速实际值与目标电流实际值。
在本发明实施例中，将全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至目标流速实际值与目标电流实际值。
在该控制方法下，平抑风电功率波动场景下全钒液流电池的瞬时系统效率变化如图7所示。
在发明实施例中，获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据，将目标运行数据与目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据，采用目标调整数据与目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率，采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值，将全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至目标流速实际值与目标电流实际值；解决现有的全钒液流电池系统运行的优化方法，通常是通过在电池的充放电过程中，构建最高的瞬时能量效率的代价函数来最小化能量损耗，求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率，以及对应的流速、温度和电压等运行参数，以此来提高电池性能。但是运用该优化方法，忽略了流速、温度和电压在时间尺度上的差异，会存在电池储能系统的控制效果不佳的技术问题；实现了根据电化学和传质过程的时间尺度，在平抑风电功率波动场景下，对电流、流速进行了双阶段实时控制，以降低系统损耗为目标，实现整个系统运行效率的提高。
请参阅图8，图8为本发明实施例三提供的一种电池储能系统运行控制装置的结构框图。
本发明实施例提供了一种电池储能系统运行控制装置，包括：
数据处理模块301，用于获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据。
目标调整数据获取模块302，用于将目标运行数据与目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据。
目标瞬时系统效率获取模块303，用于采用目标调整数据与目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率。
检索模块304，用于采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值。
调整模块305，用于将全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至目标流速实际值与目标电流实际值。
进一步地，数据处理模块301包括：
初始全钒液流电池模型生成子模块，用于获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，生成初始全钒液流电池模型。
模型构建数据获取子模块，用于对初始全钒液流电池模型进行参数辨识，得到多种类型的模型构建数据。
目标全钒液流电池模型生成子模块，用于采用模型构建数据对初始全钒液流电池模型进行构建，生成目标全钒液流电池模型。
运行数据与荷电状态数据获取子模块，用于获取全钒液流电池储能系统当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据。
进一步地，目标运行数据包括电堆输入功率、环境温度和初始流速值，目标调整数据包括电堆温度、目标流速值和目标电流值，目标调整数据获取模块302包括：
电堆温度获取子模块，用于采用电堆输入功率、环境温度和目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，得到电堆温度。
目标流速值获取子模块，用于对初始流速值进行离散化，确定对应的目标流速值。
目标电流值获取子模块，用于采用目标流速值、电堆温度和目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，结合预设非线性函数模型，得到目标电流值。
进一步地，目标流速值获取子模块包括：
离散流速值生成单元，用于对初始流速值进行离散化，生成多个离散流速值。
离散流速值总数获取单元，用于统计离散流速值的离散流速值总数。
第一差值获取单元，用于计算离散流速值总数与预设第一阈值之间的第一差值。
最大初始离散流速值和最小初始离散流速值获取单元，用于从多个离散流速值中选取初始离散流速值并获取对应的最大初始离散流速值和最小初始离散流速值。
第二差值获取单元，用于计算最大初始离散流速值与最小初始离散流速值之间的第二差值。
目标流速值确定单元，用于采用第一差值、第二差值、离散流速值总数和初始离散流速值，确定目标流速值。
进一步地，目标流速值确定单元包括：
初始离散流速变化值获取子单元，用于计算第二差值与第一差值之间的比值，得到初始离散流速变化值。
第一乘值获取子单元，用于计算离散流速值总数与初始离散流速变化值之间的第一乘值。
目标流速值获取子单元，用于计算第一乘值与初始离散流速值之间的和值，得到目标流速值。
进一步地，目标瞬时系统效率获取模块303包括：
初始瞬时系统效率获取子模块，用于采用目标流速值、目标电流值、电堆温度和目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，结合预设瞬时系统效率模型，得到多个初始瞬时系统效率。
目标瞬时系统效率获取子模块，用于从多个初始瞬时系统效率中选取最大值作为目标瞬时系统效率。
进一步地，检索模块304包括：
初始流速参考值获取子模块，用于采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始流速参考值。
初始电流参考值获取子模块，用于采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始电流参考值。
参考值数据库构建子模块，用于采用多个初始流速参考值与多个初始电流参考值构建参考值数据库。
复合键生成子模块，用于根据目标荷电状态数据与电堆温度，生成对应的复合键。
目标流速参考值获取子模块，用于采用复合键输入参考值数据库匹配目标瞬时系统效率对应的初始流速参考值作为目标流速参考值。
目标电流参考值获取子模块，用于采用复合键输入参考值数据库匹配目标瞬时系统效率对应的初始电流参考值作为目标电流参考值。
目标流速实际值获取子模块，用于采用目标流速参考值输入预设流速控制器，生成目标流速实际值。
目标电流实际值获取子模块，用于采用目标流速实际值与目标电流参考值输入预设电流控制器，生成目标电流实际值。
在发明实施例中，获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据，将目标运行数据与目标荷电状态数据输入目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据，采用目标调整数据与目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率，采用目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值，将全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至目标流速实际值与目标电流实际值；解决现有的全钒液流电池系统运行的优化方法，通常是通过在电池的充放电过程中，构建最高的瞬时能量效率的代价函数来最小化能量损耗，求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率，以及对应的流速、温度和电压等运行参数，以此来提高电池性能。但是运用该优化方法，忽略了流速、温度和电压在时间尺度上的差异，会存在电池储能系统的控制效果不佳的技术问题；实现了根据电化学和传质过程的时间尺度，在平抑风电功率波动场景下，对电流、流速进行了双阶段实时控制，以降低系统损耗为目标，实现整个系统运行效率的提高。
本发明实施例的一种电子设备，电子设备包括：存储器及处理器，存储器中储存有计算机程序；计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如上述任一实施例的电池储能系统运行控制方法。
存储器可以是诸如闪存、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器具有用于执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。例如，用于程序代码的存储空间可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘（CD）、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。这些代码当由计算处理设备运行时，导致该计算处理设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被执行时实现如本发明任一实施例的电池储能系统运行控制方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种电池储能系统运行控制方法，其特征在于，包括：
获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据；
将所述目标运行数据与所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据；
采用所述目标调整数据与所述目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率；
采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值；
将所述全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至所述目标流速实际值与所述目标电流实际值。
2.根据权利要求1所述的电池储能系统运行控制方法，其特征在于，所述获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据的步骤，包括：
获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，生成初始全钒液流电池模型；
对所述初始全钒液流电池模型进行参数辨识，得到多种类型的模型构建数据；
采用所述模型构建数据对初始全钒液流电池模型进行构建，生成目标全钒液流电池模型；
获取所述全钒液流电池储能系统当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据。
3.根据权利要求1所述的电池储能系统运行控制方法，其特征在于，所述目标运行数据包括电堆输入功率、环境温度和初始流速值，所述目标调整数据包括电堆温度、目标流速值和目标电流值，所述将所述目标运行数据与所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据的步骤，包括：
采用所述电堆输入功率、所述环境温度和所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，得到所述电堆温度；
对所述初始流速值进行离散化，确定对应的所述目标流速值；
采用所述目标流速值、所述电堆温度和所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，结合预设非线性函数模型，得到所述目标电流值。
4.根据权利要求3所述的电池储能系统运行控制方法，其特征在于，所述对所述初始流速值进行离散化，确定对应的所述目标流速值的步骤，包括：
对所述初始流速值进行离散化，生成多个离散流速值；
统计所述离散流速值的离散流速值总数；
计算所述离散流速值总数与预设第一阈值之间的第一差值；
从多个所述离散流速值中选取初始离散流速值并获取对应的最大初始离散流速值和最小初始离散流速值；
计算所述最大初始离散流速值与所述最小初始离散流速值之间的第二差值；
采用所述第一差值、所述第二差值、所述离散流速值总数和所述初始离散流速值，确定目标流速值。
5.根据权利要求4所述的电池储能系统运行控制方法，其特征在于，所述采用所述第一差值、所述第二差值、所述离散流速值总数和所述初始离散流速值，确定目标流速值的步骤，包括：
计算所述第二差值与所述第一差值之间的比值，得到初始离散流速变化值；
计算所述离散流速值总数与所述初始离散流速变化值之间的第一乘值；
计算所述第一乘值与所述初始离散流速值之间的和值，得到目标流速值。
6.根据权利要求3所述的电池储能系统运行控制方法，其特征在于，所述采用所述目标调整数据与所述目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率的步骤，包括：
采用所述目标流速值、所述目标电流值、所述电堆温度和所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，结合预设瞬时系统效率模型，得到多个初始瞬时系统效率；
从多个所述初始瞬时系统效率中选取最大值作为目标瞬时系统效率。
7.根据权利要求6所述的电池储能系统运行控制方法，其特征在于，所述采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值的步骤，包括：
所述采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始流速参考值；
所述采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率在不同荷电状态下的多个初始电流参考值；
采用多个所述初始流速参考值与多个所述初始电流参考值构建参考值数据库；
根据所述目标荷电状态数据与所述电堆温度，生成对应的复合键；
采用所述复合键输入所述参考值数据库匹配所述目标瞬时系统效率对应的所述初始流速参考值作为目标流速参考值；
采用所述复合键输入所述参考值数据库匹配所述目标瞬时系统效率对应的所述初始电流参考值作为目标电流参考值；
采用所述目标流速参考值输入预设流速控制器，生成目标流速实际值；
采用所述目标流速实际值与所述目标电流参考值输入预设电流控制器，生成目标电流实际值。
8.一种电池储能系统运行控制装置，其特征在于，包括：
数据处理模块，用于获取全钒液流电池储能系统对应的等效电路模型并解析，构建目标全钒液流电池模型并获取当前时刻对应的目标运行数据与目标荷电状态数据；
目标调整数据获取模块，用于将所述目标运行数据与所述目标荷电状态数据输入所述目标全钒液流电池模型，确定多种类型目标调整数据；
目标瞬时系统效率获取模块，用于采用所述目标调整数据与所述目标荷电状态数据，确定目标瞬时系统效率；
检索模块，用于采用所述目标瞬时系统效率检索预设的调整数据键值对数据库，匹配所述目标瞬时系统效率对应的目标流速实际值与目标电流实际值；
调整模块，用于将所述全钒液流电池储能系统内当前时刻对应的流速与电流分别调整至所述目标流速实际值与所述目标电流实际值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7任一项所述的电池储能系统运行控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-7任一项所述的电池储能系统运行控制方法。
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