一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法技术

本发明专利技术属于电力系统储能规划技术领域，公开了一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法，包括以下步骤：基于液流电池的健康状态和荷电状态，确定实际出力的储能单元的数量；以储能单元的荷电状态偏差最小和储能变流器效率最优为分配目标，将调频指令功率先后分配到储能单元和储能单元的各个电池组中；基于电池组分配到的调频功率采集电池组内部能量损耗、储能变流器能量损耗、变压器能量损耗和温度管控系统能量损耗，并基于采集的各个能量损耗计算储能电站能量损耗；对储能电站能量损耗归一化处理以获得能量损耗评判系数，基于能量损耗评判系数计算储能电站的实时能量损耗。本发明专利技术能获得非额定功率下储能电站的精确能耗。发明专利技术能获得非额定功率下储能电站的精确能耗。发明专利技术能获得非额定功率下储能电站的精确能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法


[0001]本专利技术属于电力系统储能规划
，更具体地，涉及一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法。

技术介绍

[0002]电化学储能凭借响应速度快、不受地理条件限制等优点，在新型电力系统中扮演重要角色。电化学储能电站可促进新能源并网，承担平滑出力和调峰调频等功能。全钒液流电池具有寿命长、安全性好和便于扩展等优点。由于液流电池电解液管道外置，在调频工况下电池产生的热可通过管道被冷却系统快速吸收，使得液流电池较为安全。全钒液流电池通过循环泵控制电解液流通，循环泵和温度管控系统等所需能量由用电站提供。当液流电池储能电站工作在不同工况时，储能电站的能量损耗会有所不同，且液流电池储能电站能量损失严重，在并网点处的能量效率较低。因此需要对液流电池储能电站非额定功率下的实时能耗进行计算，为提高储能电站能量效率提供参考价值。
[0003]目前，全钒液流电池储能电站主要用于长时调峰工况，目前还未有任何其在调频工况下的能耗情况精确计算方法，因此，急需一种对储能电站调频工况下实时能耗的精确计算策略，用来针对性地提高储能电站的能量效率。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法，用于解决非额定功率下储能电站的实时能量损耗难以精确计算的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法，所述电站能耗评估方法包括以下步骤：
[0006]S1、基于液流电池的健康状态和荷电状态，确定实际出力的储能单元的数量m；
[0007]S2、以所述储能单元的SOC偏差最小和储能变流器效率最优为分配目标，将调频指令功率P先分配到m个所述储能单元中，且各储能单元中分配到的调频功率位于其最大输出功率和最小输出功率之间；再基于预设的功率分配系数将所述储能单元分配到的调频功率再次分配给其包含的各个电池组；
[0008]S3、基于步骤S2中所述电池组分配到的调频功率采集电池组内部能量损耗E1，同时采集储能变流器能量损耗E2、变压器能量损耗E3和温度管控系统能量损耗E4；
[0009]S4、将步骤S3中采集的电池组内部能量损耗E1、储能变流器的能量损耗E2、变压器能量损耗E3和温度管控系统能量损耗E4输入预先构建的储能电站能量损耗模型计算储能电站能量损耗；
[0010]S5、对所述储能电站能量损耗归一化处理，以获得能量损耗评判系数，基于所述能量损耗评判系数评估所述储能电站非额定功率下的实时能量损耗是否合格。
[0011]进一步的，步骤S1中，确定出力的储能单元的具体步骤包括：
[0012]S101、预先基于电池健康状态和所述调频指令功率P计算所需出力的储能单元的
目标数目j；
[0013]S102、将液流电池的荷电状态表示为以下三个阶段：
[0014][0015]其中，SOC
x
为健康电池组中第x个储能单元的荷电状态；
[0016]当所述调频功率指令为向上调频时，优先选择序号3中的储能单元参与调频，并判断序号3中的能出力的储能单元数是否大于等于j，若大于等于，则序号3中能出力的储能单元数为实际出力储能单元数；若小于，则再从序号2中选择出力储能单元，使得实际出力的储能单元数大于等于j；
[0017]当所述调频功率指令为向下调频时，优先选择序号1中的储能单元参与调频，并判断序号1中的能出力的储能单元数是否大于等于j，若大于等于，则序号1中能出力的储能单元数为实际出力储能单元数；若小于，则再从序号2中选择出力储能单元，使得实际出力的储能单元数大于等于j；
[0018]优选的，所述目标数目j的计算方式如下所示：
[0019][0020]其中，[j]为取整函数，P
N
为全钒液流电池储能电站的额定功率，X为满足健康状态要求的储能单元数目。
[0021]进一步的，步骤S2中，所述功率分配系数的确定方法为：
[0022]当所述储能单元分配到的调频功率大于0时，所述功率分配系数为：
[0023][0024]其中，b
y
为储能单元中第y个电池组的功率分配系数，n为第x个储能单元中的电池组总数，SOC
x
‑
y
为第x个储能单元中的第y个电池组的荷电状态，SOC
x
为第x个储能单元的荷电状态，且b1+b2+
…
+b
n
＝1；
[0025]当所述储能单元分配到的调频功率小于0时，所述功率分配系数为：
[0026][0027]当所述储能单元分配到的调频功率等于0时，则不需要为所述电池组再次分配调频功率。
[0028]进一步的，步骤S2中，各电池组分配到的功率分配值满足以下约束条件：
[0029][0030]P
b.min
＜P
x
‑
y
＜P
b.max
，
[0031]其中，P
x
为第x个储能单元分配到的功率值，P
x
‑
y
为储能单元x中第y个电池组的功率分配值，n为第x个储能单元中的电池组总数，P
b.min
、P
b.max
分别为电池组输出功率的最小值和最大值。
[0032]进一步的，步骤S3中，采集所述电池组内部能量损耗的具体步骤包括：
[0033]分别计算所述电池组的等效电路中反应内阻和欧姆内阻产生的损耗P
loss
、寄生电阻的损耗P
fixd
和液流电池循环泵产生的泵损P
pump
；
[0034]基于损耗P
loss
、损耗P
fixd
和泵损P
pump
构建所述电池组内部能量损耗模型；优选的，所述电池组内部能量损耗模型为：
[0035][0036]其中，t为特定时间段，m为出力的储能单元数目，n为第x个储能单元中的电池组总数，y表示储能单元x中的第y个电池组。
[0037]进一步的，步骤S3中，采集所述储能变流器能量损耗的具体步骤包括：
[0038]计算DC/DC变换器的能量损耗，计算公式表示为：
[0039][0040]其中，E
′2为DC/DC变换器的能量损耗，t为特定时间段，m为出力的储能单元数目，x表示第x个出力的储能单元，n为储能单元中的电池组总数，y表示储能单元中的第y个电池组，P
DC/DC，loss
为DC/DC变换器的功率损耗；
[0041]计算DC/AC变换器的能量损耗，计算公式为：
[0042][0043]P
DC/AC，loss
＝ε
DC/AC(t)
|P
x
|，
[0044]其中，E
″本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法，其特征在于，所述电站能耗评估方法包括以下步骤：S1、基于液流电池的健康状态和荷电状态，确定实际出力的储能单元的数量m；S2、以所述储能单元的SOC偏差最小和储能变流器效率最优为分配目标，将调频指令功率P先分配到m个所述储能单元中，且各储能单元中分配到的调频功率位于其最大输出功率和最小输出功率之间；再基于预设的功率分配系数将所述储能单元分配到的调频功率再次分配给所述储能单元包含的各个电池组；S3、基于步骤S2中所述电池组分配到的调频功率采集电池组内部能量损耗E1，同时采集储能变流器能量损耗E2、变压器能量损耗E3和温度管控系统能量损耗E4；S4、将步骤S3中采集的电池组内部能量损耗E1、储能变流器的能量损耗E2、变压器能量损耗E3和温度管控系统能量损耗E4输入预先构建的储能电站能量损耗模型计算储能电站能量损耗；S5、对所述储能电站能量损耗归一化处理，以获得能量损耗评判系数，基于所述能量损耗评判系数评估所述储能电站非额定功率下的实时能量损耗是否合格。2.如权利要求1所述的一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法，其特征在于，步骤S1中，确定实际出力的储能单元的数量的具体步骤包括：S101、预先基于电池健康状态和所述调频指令功率P计算所需出力的储能单元的目标数目j；S102、将液流电池的荷电状态表示为以下三个阶段：其中，SOC
x
为健康电池组中第x个储能单元的荷电状态；当所述调频功率指令为向上调频时，优先选择序号3中的储能单元参与调频，并判断序号3中的能出力的储能单元数是否大于等于j，若大于等于，则序号3中能出力的储能单元数为实际出力储能单元数；若小于，则再从序号2中选择出力储能单元，使得实际出力的储能单元数大于等于j；当所述调频功率指令为向下调频时，优先选择序号1中的储能单元参与调频，并判断序号1中的能出力的储能单元数是否大于等于j，若大于等于，则序号1中能出力的储能单元数为实际出力储能单元数；若小于，则再从序号2中选择出力储能单元，使得实际出力的储能单元数大于等于j；优选的，所述目标数目j的计算方式如下所示：
其中，[j]为取整函数，P
N
为全钒液流电池储能电站的额定功率，X为满足健康状态要求的储能单元数目。3.如权利要求1所述的一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法，其特征在于，步骤S2中，所述分配目标表示为如下函数模型：骤S2中，所述分配目标表示为如下函数模型：其中，C1为储能单元SOC偏差最小的目标函数，C2为储能变流器效率最优的目标函数，C为C1和C2两个目标函数的加权平均值，α1和α2分别为C1和C2两个目标函数的权重系数，且α1+α2＝1；SOC
x
为储能单元x的荷电状态平均值，为储能单元荷电状态均值；η
a
为储能变流器的总效率。4.如权利要求1所述的一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法，其特征在于，步骤S2中，所述功率分配系数的确定方法为：当所述储能单元分配到的调频功率大于0时，所述功率分配系数为：其中，b
y
为储能单元中第y个电池组的功率分配系数，n为第x个储能单元中的电池组总数，SOC
x
‑
y
为第x个储能单元中的第y个电池组的荷电状态，SOC
x
为第x个储能单元的荷电状态，且b1+b2+
…
+b
n
＝1；当所述储能单元分配到的调频功率小于0时，所述功率分配系数为：当所述储能单元分配到的调频功率等于0时，则不需要为所述电池组再次分配调频功率。5.如权利要求1所述的一种调频型液流电池储能电站的能耗评估方法，其特征在于，步骤S2中，各电池组分配到的功率分配值满足以下约束条件：P
b.min
＜P
x
‑
y
＜P
b.max
，
其中，P
x
为第x个储能单元分配到的功率值，P
x
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱魁，国勇健，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：