考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配方法及系统。本发明专利技术的方法采用的技术方案为：实时采集能量管理系统的数据，建立考虑电池循环寿命的储能电站功率分配优化模型，通过动态控制策略修改功率分配优化模型的约束，求解所述储能电站功率分配优化模型从而得到单元功率分配指令，将单元功率分配指令下发给各个储能变流器。本发明专利技术在多个储能单元中通过合理分配储能功率指令，优化了储能电站运行状态并最大化储能系统的充放电能力；针对电化学储能电池循环寿命有限的特点，设计了基于剩余能量状态的充放电切换约束，降低了储能电池的充放电切换次数，延长储能电站的运行寿命。

【技术实现步骤摘要】
考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配方法及系统
本专利技术涉及储能系统控制方法，特别是一种考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配方法及系统。
技术介绍
由于电池自身的限制和功率变流器的额定容量限制，大型电池储能系统往往由许多并联的电池储能单元构成。储能单元中的功率变流器（PowerConverterSystem，PCS）和电池模块存在一定的差异性，即使给予相同的功率指令，在一定运行时间后也会出现能量状态的差异，容易出现某些储能单元过充或过放的情况，导致储能系统充放电能力降低。因此，需要根据储能系统内各个储能单元的运行状态和剩余能量状态，单独控制每一个储能单元的充放电指令。在满足上层控制指令要求的同时，优化储能单元运行状态，避免过充过放的发生。电池具有一定的循环寿命，频繁的充放电状态切换可能导致其容量的快速衰减，缩短储能单元的使用寿命，增加储能系统置换成本。电池储能系统需要降低自身充放电状态切换次数来延长循环寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配方法及系统，其通过将储能功率指令合理地分配给储能系统的多个单元，最大化储能系统的充放电能力，以延长电池的运行寿命。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配方法，其包括步骤：实时采集能量管理系统的数据；建立考虑电池循环寿命的储能电站内部功率分配优化模型；通过动态控制策略修改功率分配优化模型约束；求解储能电站内部功率分配优化模型，得到单元功率分配指令；将单元功率分配指令下发给各个储能变流器。进一步地，所述的能量管理系统的数据为各储能单元的剩余能量；所述的储能电站内部功率分配优化模型包括优化目标函数和相应的约束条件，所述优化目标为最小化储能单元剩余能量的方差，所述约束包括储能系统运行的基本技术特性约束和考虑储能循环寿命的充放电状态切换约束；所述的通过动态控制策略修改优化模型约束具体为：通过动态控制策略修改考虑储能循环寿命的充放电状态切换约束。更进一步地，所述最小化储能单元剩余能量的方差，表示如下：，式中，n是储能单元数量，表示储能单元i在时间t+1的剩余能量。再进一步地，所述储能单元i在时间t+1的剩余能量表示如下：，式中：为充放电循环效率，是功率指令的控制时间间隔，和分别是储能单元i在时间t的充电功率和放电功率。进一步地，所述储能系统运行的基本技术特性约束具体包括：总功率指令约束：，式中：和分别是储能单元i在时间t的充电功率和放电功率；为储能系统的总功率指令；单元功率约束：式中：，分别为储能单元最大、最小充放电功率；和分别为储能单元在时间的充放电状态标识，值为0或1；剩余能量约束：，式中：是功率指令的控制时间间隔；和分别表示储能单元的能量状态上、下限；充放电状态约束：，式中：和分别为储能单元i和储能单元j在时间的充放电状态标识。更进一步地，所述储能单元最大、最小充放电功率，表示如下：，，式中：Cbattery表示储能单元的额定容量；V为储能单元的直流端电压。进一步地，所述考虑储能循环寿命的充放电状态切换约束具体包括：基于剩余能量的充放电状态切换约束：，式中：为储能单元i在时间t从充电状态切换至放电状态的标志位；为储能单元i在时间t从放电状态切换至充电状态的标志位；是切换至放电状态所需的最低剩余能量状态；是切换至充电状态所需的最高剩余能量状态。进一步地，所述通过动态控制策略修改考虑储能循环寿命的充放电状态切换约束，具体为：所述的动态控制策略：在控制周期的起点，状态切换的能量状态阀值被初始化为和，当功率分配优化模型无法获得可行解时，每次递减10%，每次递增10%，直至功率分配优化模型可解。本专利技术采用的另一种技术方案为：考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配系统，其包括：数据采集单元：实时采集能量管理系统的数据；功率分配优化模型建立单元：建立考虑电池循环寿命的储能电站内部功率分配优化模型；功率分配优化模型约束修改单元：通过动态控制策略修改功率分配优化模型约束；单元功率分配指令获取单元：求解储能电站内部功率分配优化模型，得到单元功率分配指令；指令下发单元：将单元功率分配指令下发给各个储能变流器。进一步地，所述的能量管理系统的数据为各储能单元的剩余能量；所述的储能电站内部功率分配优化模型包括优化目标函数和相应的约束条件，所述优化目标为最小化储能单元剩余能量的方差，所述约束包括储能系统运行的基本技术特性约束和考虑储能循环寿命的充放电状态切换约束；所述的通过动态控制策略修改优化模型约束具体为：通过动态控制策略修改考虑储能循环寿命的充放电状态切换约束。本专利技术提供一种考虑电池运行寿命的储能系统内部功率优化分配方法，其有益效果在于：根据每个储能单元的能量状态，精确控制其实时交换功率，避免了平均分配策略下可能出现的过充、过放现象，提高了储能系统的充放电能力；提出了基于剩余容量的充放电状态切换约束，有效降低了电池的循环次数，从而延长了储能系统的运行寿命。附图说明图1为本专利技术实施例中的动态控制策略流程图；图2（a1）、图2（a2）分别为本专利技术应用例中储能系统的两个典型单元（单元12、17）在平均分配策略下的SOC曲线图；图2（b1）、图2（b2）分别为本专利技术应用例中储能系统的两个典型单元（单元12、17）在平均分配策略下的交换功率曲线图；图2（c1）、图2（c2）分别为本专利技术应用例中储能系统的两个典型单元（单元12、17）在平均分配策略下的充放电状态曲线图；图3（a1）、图3（a2）分别为本专利技术应用例中储能系统的两个典型单元（单元12、17）在基本约束优化模型下的SOC曲线图；图3（b1）、图3（b2）分别为本专利技术应用例中储能系统的两个典型单元（单元12、17）在基本约束优化模型下的交换功率曲线图；图3（c1）、图3（c2）分别为本专利技术应用例中储能系统的两个典型单元（单元12、17）在基本约束优化模型下的充放电状态曲线图；图4（a1）、图4（a2）分别为本专利技术应用例中储能系统的两个典型单元（单元12、17）在本专利技术的优化模型下的SOC曲线图；图4（b1）、图4（b2）分别为本专利技术应用例中储能系统的两个典型单元（单元12、17）在本专利技术的优化模型下的交换功率曲线图；图4（c1）、图4（c2）分别为本专利技术应用例中储能系统的两个典型单元（单元12、17）在本专利技术的优化模型下的充放电状态曲线图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。实施例1本实施例提供一种考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配方法，其包括步骤：实时采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配方法，其特征在于，包括步骤：/n实时采集能量管理系统的数据；/n建立考虑电池循环寿命的储能电站内部功率分配优化模型；/n通过动态控制策略修改功率分配优化模型约束；/n求解储能电站内部功率分配优化模型，得到单元功率分配指令；/n将单元功率分配指令下发给各个储能变流器。/n

【技术特征摘要】
1.考虑电池剩余寿命的储能电站功率优化分配方法，其特征在于，包括步骤：
实时采集能量管理系统的数据；
建立考虑电池循环寿命的储能电站内部功率分配优化模型；
通过动态控制策略修改功率分配优化模型约束；
求解储能电站内部功率分配优化模型，得到单元功率分配指令；
将单元功率分配指令下发给各个储能变流器。


2.根据权利要求1所述的储能电站功率优化分配方法，其特征在于，所述的能量管理系统的数据为各储能单元的剩余能量；所述的储能电站内部功率分配优化模型包括优化目标函数和相应的约束条件，所述优化目标为最小化储能单元剩余能量的方差，所述约束包括储能系统运行的基本技术特性约束和考虑储能循环寿命的充放电状态切换约束；所述的通过动态控制策略修改优化模型约束具体为：通过动态控制策略修改考虑储能循环寿命的充放电状态切换约束。


3.根据权利要求2所述的储能电站功率优化分配方法，其特征在于，所述最小化储能单元剩余能量的方差，表示如下：

，
式中，n是储能单元数量，表示储能单元i在时间t+1的剩余能量。


4.根据权利要求3所述的储能电站功率优化分配方法，其特征在于，所述储能单元i在时间t+1的剩余能量表示如下：

，
式中：为充放电循环效率，是功率指令的控制时间间隔，和分别是储能单元i在时间t的充电功率和放电功率。


5.根据权利要求2所述的储能电站功率优化分配方法，其特征在于，所述储能系统运行的基本技术特性约束具体包括：
总功率指令约束：

，
式中：和分别是储能单元i在时间t的充电功率和放电功率；为储能系统的总功率指令；
单元功率约束：



式中：，分别为储能单元最大、最小充放电功率；和分别为储能单元在时间的充放电状态标识，值为0或1；
剩余能量约束：

，
式中：是功率指令的控制时间间隔；和分别表示储能单元的能量状态上、下限；
充放电状态约束：

，
式中：和分别为储能单元i和储能单元j在时间的充放电状态标识...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣晓华，马骏超，黄弘扬，彭琰，黄晓明，陆承宇，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33