多种类电池储能系统的优化配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多种类电池储能系统的优化配置方法，以不同种类的电池组构成电池储能系统，并以该电池储能系统为研究对象，综合考虑不同种类电池组的容量衰退特性对电池储能系统的影响，构建多种类电池储能系统的优化配置数学模型，并通过求解该模型，获得电池储能系统中不同种类电池组的最优容量配置和最优操作方案，为多种类电池储能系统的优化设计和操作提供了可行的方法。

Optimum allocation method of various battery energy storage systems

The invention discloses an optimal allocation method for various battery energy storage systems. The battery energy storage system is composed of different types of battery packs. Taking the battery energy storage system as the research object, considering the influence of the capacity degradation characteristics of different types of battery packs on the battery energy storage system, an optimal allocation mathematical model for various battery energy storage systems is constructed, and the model is solved. The optimal capacity allocation and operation scheme of different types of battery packs in battery energy storage system are obtained, which provides a feasible method for the optimal design and operation of various types of battery energy storage system.

【技术实现步骤摘要】
多种类电池储能系统的优化配置方法
本专利技术涉及可再生能源发电的储能领域，具体涉及一种多种类电池储能系统的优化配置方法。
技术介绍
为了克服风力发电和光伏发电等可再生能源发电的间歇性和随机性，并解决可再生能源发电侧与电力用户负载侧在时间上的协调性问题，在供电系统中需要设置电池储能系统以提高供电系统的稳定性和可靠性。考虑到投资费用、运行维护费用和使用寿命等因素，目前多采用投资费用较低的单一种类电池构建储能系统。目前，电池储能系统多采用铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池等类型电池。电池类型不同，其投资费用、运维费用和使用寿命差异很大；另外，电池本身的循环寿命、日历寿命、充放电效率、自放电率等性能也各不相同。对于电池储能系统，可采用单一种类电池配置储能系统，实现电池储能系统的多场景应用。然而，从电池储能系统经济性角度考虑，采用单一种类电池构建储能系统并非最优方案。在储能系统设计中，需要考虑不同种类电池对不同应用场景、不同使用工况的适应性。采用多种类电池构建的储能系统，可以根据应用场景和储能目的，灵活地组合不同种类电池，由多种类电池构建电池储能系统，在技术性能和经济性上可相互取长补短，以达到电池储能系统在投资费用和运行维护费用最小化的目标。另一方面，不同种类电池的容量衰退特性存在显著差异。储能电池的容量衰退特性不仅影响电池储能系统的供电性能，还决定了储能供电系统的投资费用和操作费用以及储能系统的使用寿命。在构建电池储能系统时，需根据储能电池的种类进行分组，并将电池储能系统划分为不同模块，分别进行电力储能和供电出力操作。在特定的应用场景下，即确定的风力发电和光伏发电等供电特性和用户负荷特性条件下，通过对电池储能系统的电池配置进行优化设计，合理配置储能电池模块的电池类型和容量，在不同的储能电池模块间合理分配电力储能负荷和供电出力负荷，也可使电池储能系统投资费用和操作费用最小化，并延长电池储能系统的使用寿命。电池储能系统容量的合理配置是可再生能源发电系统经济可靠运行的重要保障。目前，针对电池储能系统的容量设计方法，主要包括图示法、数学规划法和工程经验设计方法等，但现有方法一般未考虑电池储能系统的多种类电池配置和电池容量衰退特性对电池储能系统经济性和使用寿命的影响。
技术实现思路
本专利技术主要目的在于，提供一种多种类电池储能系统的优化配置方法，以解决现有电池储能系统在设计上未考虑多种类电池的模块化配置方案和电池容量衰退特性对电池储能系统经济性和使用寿命的影响的问题。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种多种类电池储能系统的优化配置方法，所述电池储能系统应用于供电系统中，所述供电系统包括电池储能系统、可再生能源发电系统、外部电网和母线，所述电池储能系统包括若干不同种类的电池组，所述电池组与所述母线连接，所述母线与用户负载连接，所述电池储能系统中的各电池组能够通过所述母线为所述用户负载供电，所述母线还与所述可再生能源发电系统连接，所述可再生能源发电系统能够通过所述母线对各电池组充电，所述母线还与所述外部电网连接，所述外部电网能够通过所述母线为所述用户负载供电，所述方法包括如下步骤：提取所述可再生能源发电系统的发电数据、所述用户负载的用电负荷数据，以及所述外部电网的电价信息；基于不同种类电池组的容量衰退特性，构建所述电池储能系统的优化配置数学模型；求解所述电池储能系统的优化配置数学模型；根据解出的优化配置数学模型确定所述电池储能系统中不同种类电池组的最优容量配置和最优操作方案。进一步地，所述发电数据和用电负荷数据为设定周期内所述可再生能源发电系统的发电数据和所述用户负载的用电负荷数据，所述外部电网的电价信息为所述设定周期内所述外部电网的电价随时间的变化数据。进一步地，基于不同种类电池组的容量衰退特性，构建所述电池储能系统的优化配置数学模型的方法包括：确定优化目标；确定约束条件；计算所述电池储能系统中各电池组的容量衰退总量；基于所述优化目标、约束条件和所述电池储能系统中各电池组的容量衰退总量构建所述电池储能系统的优化配置数学模型。进一步地，所述优化目标包括如下任一种：可再生能源发电系统的弃电率最小化；整个供电系统的年度化费用最小化；所述电池储能系统使用寿命或使用年限最大化；所述电池储能系统容量配置最小化。进一步地，将所述设定周期划分为K段，设所述电池组的种类数为n，则满足以下约束条件：1)对任一时间段k，其中，和分别表示在时间段k上所述可再生能源发电系统的发电功率和所述用户负载的用电功率，和分别表示第n种类电池组在时间段k上的充电功率和放电功率，和分别为所述供电系统在时间段k上的外购电量和废弃电量，tk为时间段k的时间长度，N表示所有电池组种类的集合；2)对任一种类电池组n，其中Bk,n为电池组n在时间段k之后的电量，和分别为电池组n的充电效率和放电效率；3)任一种类电池组n在任意时间段k的荷电状态可表示为其中SOCk,n表示电池组n经过时间段k后的荷电状态；为电池组n经过时间段k后的电池剩余容量；任一种类电池组n经过任意时间段k后的电池剩余容量可表示为其中β为电池组n报废时的健康状态值；αk,n为电池组n经过k个时间段后的累积容量衰退量，表示电池组n的额定电池容量；任一种类电池组n在任一时间段k的荷电状态上下限约束可表示为其中表示电池组n的最大荷电状态，表示电池组n的最小荷电状态；4)任一种类电池组n在任一时间段k上的充放电功率可表示为其中为二元变量，用于判断电池组n在时间段k上是否为充电状态，当时，电池组n在时间段k上为充电状态，为二元变量，用于判断电池组n在时间段k上是否为放电状态，当时，电池组n在时间段k上为放电状态，Γmax>Γmin>0；5)任一电池组在同一时段内不同时充电和放电，并且，在同一时段内，不同电池组的充放电状态相同；6)任一种类电池组n的额定功率与其容量满足如下关系：其中表示电池n的额定功率。进一步地，计算电池组的容量衰退总量的方法包括：基于二元变量判定电池组在每个循环周期内是否有电流流过；对于任一时间段k，如果电池组有电流通过，则计算电池组在该时间段k的循环衰退量和日历衰退量，如果电池组无电流通过，则仅以固定的日历衰退速率计算电池组在该时间段k的日历衰退量；将电池组各时间段k的循环衰退量累加得到电池组的循环衰退总量，将电池组各时间段k的日历衰退量累加得到电池组的日历衰退总量；将电池组的循环衰退总量和日历衰退总量相加，得到电池组的容量衰退总量。进一步地，基于二元变量判定电池组在每个循环周期内是否有电流流过的方法包括：对于任一种类电池组n,当时，判定该种类电池组n无电流通过，当或时，判定该种类电池组n有电流通过。进一步地，所述优化配置数学模型为混合整数非线性规划模型，通过MINLP求解器求解。进一步地，所述可再生能源发电系统为光伏发电系统或风能发电系统，或光伏发电系统与风能发电系统的组合。进一步地，所述电池组的容量应大于或等于其额定容量的预设比例。与现有技术相比，本专利技术提供的多种类电池储能系统的优化配置方法，以不同种类的电池组构成电池储能系统，并以该电池储能系统为研究对象，综合考虑不同种类电池组的容量衰退特性对电池储能系统的影响，构建多种类电池储能系统的优化配置数学模型，并通过求解该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多种类电池储能系统的优化配置方法，所述电池储能系统应用于供电系统中，所述供电系统包括电池储能系统、可再生能源发电系统、外部电网和母线，所述电池储能系统包括若干不同种类的电池组，所述电池组与所述母线连接，所述母线与用户负载连接，所述电池储能系统中的各电池组能够通过所述母线为所述用户负载供电，所述母线还与所述可再生能源发电系统连接，所述可再生能源发电系统能够通过所述母线对各电池组充电，所述母线还与所述外部电网连接，所述外部电网能够通过所述母线为所述用户负载供电，其特征在于，所述方法包括如下步骤：提取所述可再生能源发电系统的发电数据、所述用户负载的用电负荷数据，以及所述外部电网的电价信息；基于不同种类电池组的容量衰退特性，构建所述电池储能系统的优化配置数学模型；求解所述电池储能系统的优化配置数学模型；根据解出的优化配置数学模型确定所述电池储能系统中不同种类电池组的最优容量配置和最优操作方案。

【技术特征摘要】
1.一种多种类电池储能系统的优化配置方法，所述电池储能系统应用于供电系统中，所述供电系统包括电池储能系统、可再生能源发电系统、外部电网和母线，所述电池储能系统包括若干不同种类的电池组，所述电池组与所述母线连接，所述母线与用户负载连接，所述电池储能系统中的各电池组能够通过所述母线为所述用户负载供电，所述母线还与所述可再生能源发电系统连接，所述可再生能源发电系统能够通过所述母线对各电池组充电，所述母线还与所述外部电网连接，所述外部电网能够通过所述母线为所述用户负载供电，其特征在于，所述方法包括如下步骤：提取所述可再生能源发电系统的发电数据、所述用户负载的用电负荷数据，以及所述外部电网的电价信息；基于不同种类电池组的容量衰退特性，构建所述电池储能系统的优化配置数学模型；求解所述电池储能系统的优化配置数学模型；根据解出的优化配置数学模型确定所述电池储能系统中不同种类电池组的最优容量配置和最优操作方案。2.如权利要求1所述的优化配置方法，其特征在于，所述发电数据和用电负荷数据为设定周期内所述可再生能源发电系统的发电数据和所述用户负载的用电负荷数据，所述外部电网的电价信息为所述设定周期内所述外部电网的电价随时间的变化数据。3.如权利要求2所述的优化配置方法，其特征在于，基于不同种类电池组的容量衰退特性，构建所述电池储能系统的优化配置数学模型的方法包括：确定优化目标；确定约束条件；计算所述电池储能系统中各电池组的容量衰退总量；基于所述优化目标、约束条件和所述电池储能系统中各电池组的容量衰退总量构建所述电池储能系统的优化配置数学模型。4.如权利要求3所述的优化配置方法，其特征在于，所述优化目标包括如下任一种：可再生能源发电系统的弃电率最小化；整个供电系统的年度化费用最小化；所述电池储能系统使用寿命或使用年限最大化；所述电池储能系统的容量配置最小化。5.如权利要求3所述的优化配置方法，其特征在于，将所述设定周期划分为K段，设所述电池组的种类数为n，则满足以下约束条件：1)对任一时间段k，其中，和分别表示在时间段k上所述可再生能源发电系统的发电功率和所述用户负载的用电功率，和分别表示第n种类电池组在时间段k上的充电功率和放电功率，和分别为所述供电系统在时间段k上的外购电量和废弃电量，tk为时间段k的时间长度，N表示所有电池组种类的集合；2)对任一种类电池组n，其中Bk,n为电池组n在时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永忠，康丽霞，蒋迎花，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61