一种可重构电池储能系统可靠性分析方法技术方案

本发明专利技术提供一种可重构电池储能系统可靠性分析方法，所述可重构电池储能系统由电池系统和PCS系统串联组成；其中所述电池系统由m行n列个电池单元组成，每个电池单元与相邻电池单元之间并联开关S；所述PCS系统由N台PCS并联组成；通过分别计算所述电池系统、PCS系统的可靠性，得到所述可重构电池储能系统的可靠性。得到所述可重构电池储能系统的可靠性。得到所述可重构电池储能系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构电池储能系统可靠性分析方法


[0001]本专利技术属于电池储能系统智能运维领域，具体涉及一种可重构电池储能系统可靠性分析方法。

技术介绍

[0002]随着风光等可再生能源的快速发展，储能作为主要的灵活性调节资源可以有效减小可再生能源出力的波动，提高其并网容量和可信度。传统固定式的电池储能系统拓扑结构中，当出现缺陷电池或SOH(健康状态)较低的电池时，电池之间的不一致性可能会导致过放电，甚至会造成永久性损伤，因此，其不能够很好的适应系统的动态变化和实时运行。
[0003]可重构电池储能系统能够对每一个电池进行管控，能够将任意电池和其他电池串联、并联或旁路，其基于电池单元的当前状态(荷电状态、健康状态等)，灵活切换电池之间的串并联方式，靶向切除过充/过放/过热/故障等电池，可以为系统提供所需的灵活性和可靠性，从而有效避免电池故障及其传播，特别适用于电池间特性差异较大的储能系统。
[0004]中国专利技术专利申请CN202010118784.3公开了一种改进的电池网络系统，由多个电池单元串并联组成，且每列相邻电池单元之间连接有并联开关，当某一个或者多个电池单元故障时，闭合与其相连行的所有开关。该专利只分析了改进电池网络系统所能承受的最大故障电池单元数，对电池系统的可靠性没有分析。
[0005]中国专利技术专利申请CN 202111075397.7公开了一种分散式储能变流器PCS拓扑结构分析方法，从一致性、效率和可靠性三方面分析了分散式PCS拓扑结构的特点。该专利只是对PCS拓扑结构方面进行了分析，而电池储能系统主要由电池系统和PCS系统组成，因此，分析整个电池储能系统的可靠性十分必要。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种可重构电池储能系统可靠性分析方法，将电池系统与PCS(储能变流器)系统相结合，构建可重构电池储能系统，进而提出其可靠性分析方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种可重构电池储能系统可靠性分析方法，所述可重构电池储能系统由电池系统和PCS系统串联组成；其中所述电池系统由m行n列个电池单元组成，每个电池单元与相邻电池单元之间并联开关S；所述PCS系统由N台PCS并联组成；通过分别计算所述电池系统、PCS系统的可靠性，得到所述可重构电池储能系统的可靠性。
[0009]进一步地，所述电池系统可靠性的分析包括：
[0010]假定电池的故障率为f
b
，维修更换率为λ
b
，则其可靠性p
b
为：
[0011][0012]假定开关的故障率为f
s
，维修更换率为λ
s
，则其可靠性p
s
为：
[0013][0014]当一列电池没有故障发生时，其可靠性p0为：
[0015][0016]当一列k个电池发生故障时，其可靠性p
k
为：
[0017][0018]其中，当某一个电池故障时，和其相连的两个开关会闭合，此时，其可靠性为：
[0019]因此，一列电池的可靠性p
c
为：
[0020][0021]进而多列并联的电池系统能够正常运行的可靠性p
bs
为：
[0022]p
bs
＝1
‑
(1
‑
p
c
)
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)。
[0023]进一步地，所述PCS系统可靠性的分析包括：
[0024]假定不同型号PCS的故障率和维修更换率相同，即故障率为f
p
，维修更换率为λ
p
，则其可靠性p
p
为：
[0025][0026]如果整个系统使用一台PCS时，其可靠性即为p
p
；
[0027]当采用多台功率较小的PCS并联时，多台小功率PCS的功率之和与一台大功率的PCS功率相等，那么PCS系统能够正常运行的可靠性p
ps
为：
[0028]p
ps
＝1
‑
(1
‑
p
p
)
N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)。
[0029]进一步地，所述可重构电池储能系统的可靠性p
es
为：
[0030]p
es
＝p
bs
×
p
ps
＝[1
‑
(1
‑
p
c
)
n
]×
[1
‑
(1
‑
p
p
)
N
]ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)。
[0031]进一步地，将多个可重构电池储能系统并联，相邻的电池系统的直流侧增加并联开关S。
[0032]进一步地，当并联的多个可重构电池储能系统需要提供的功率较小时，闭合所有开关，然后启动一个或少量的PCS高效运行；随着需要提供的功率增加，即负载率的增加，逐渐启动更多的PCS；当满载时，启动所有PCS，从而保证PCS系统的运行效率最高；
[0033]所述PCS系统的最高效率η计算公式为：
[0034][0035]其中，η
i
为第i台PCS的转换效率；η
i
＝f(w
i
)，其中w
i
为第i台PCS的负载率，取值范围为0
‑
100％；其中P
i
为第i台PCS的实际功率，P
m
为第i台PCS的额定功率；多台PCS
的实际功率之和应满足系统实际功率P
d
的需求，即
[0036]有益效果：
[0037]本专利技术对改进电池系统的可靠性进行了分析，较常规拓扑结构可靠性得到了提升；分散式PCS拓扑结构较集中式拓扑结构可靠性也得到了提升；由两者构成的电池储能系统，进一步在电池系统直流侧增加并联开关，通过优化控制，使电池储能系统的可靠性得到了大幅度提升。
附图说明
[0038]图1为可重构电池储能系统示意图；
[0039]图2为多个电池储能系统并联示意图。
具体实施方式
[0040]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0041]本专利技术提出的可重构电池储能系统如图1所示，由电池系统和PCS系统串联组成。其中电池系统由m行n列个电池单元组成，每个电池单元与相邻电池单元之间并联开关S，当某一电池单元故障时，闭合与其相连行的所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重构电池储能系统可靠性分析方法，其特征在于：所述可重构电池储能系统由电池系统和PCS系统串联组成；其中所述电池系统由m行n列个电池单元组成，每个电池单元与相邻电池单元之间并联开关S；所述PCS系统由N台PCS并联组成；通过分别计算所述电池系统、PCS系统的可靠性，得到所述可重构电池储能系统的可靠性。2.根据权利要求1所述的一种可重构电池储能系统可靠性分析方法，其特征在于：所述电池系统可靠性的分析包括：假定电池的故障率为f
b
，维修更换率为λ
b
，则其可靠性p
b
为：假定开关的故障率为f
s
，维修更换率为λ
s
，则其可靠性p
s
为：当一列电池没有故障发生时，其可靠性p0为：当一列k个电池发生故障时，其可靠性p
k
为：其中，当某一个电池故障时，和其相连的两个开关会闭合，此时，其可靠性为：因此，一列电池的可靠性p
c
为：进而多列并联的电池系统能够正常运行的可靠性p
bs
为：p
bs
＝1
‑
(1
‑
p
c
)
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)。3.根据权利要求2所述的一种可重构电池储能系统可靠性分析方法，其特征在于：所述PCS系统可靠性的分析包括：假定不同型号PCS的故障率和维修更换率相同，即故障率为f
p
，维修更换率为λ
p
，则其可靠性p
p
为：如果整个系统使用一台PCS时，其可靠性即为p
p
；当采用多台功率较小的PCS并联时，多台小功率PCS的功率之和与一台大功率的PCS功率相等，那么PCS系统正常运行的可靠性p
ps
为：p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉树，裴玮，唐西胜，宋爽，赵宇鑫，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：