【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了一种应用于新型零碳工业园区的混合储能的优化配置方法，属于储能技术应用领域。
技术介绍
1、太阳能等清洁能源受到了广泛的关注，企业致力于建设新型零碳工业园区。
2、然而光伏发电系统由于昼夜太阳辐射的变化，具有间歇性和不稳定性的特点，导致光伏发电系统的输出功率产生波动，此时可以通过储能系统来抑制光伏阵列的功率波动。依据功能的不同,储能装置可分为能量型储能和功率型储能,两者组成的混合储能系统同时具有高能量密度和高功率密度的特点。混合型储能包含蓄电池和超级电容，其中蓄电池作为能量型储能承担低频功率波动,而超级电容作为功率型储能用于平抑高频功率波动,以减少蓄电池的充放电次数,延长蓄电池的使用寿命。
3、在使用过程中，蓄电池的生命周期往往要小于超级电容，这就会导致两种储能设备存在老化差异，限制了混合储能的工作效率，甚至加快储能设备的老化速度，提高了运维成本。因此需要一种方法消除混合储能中两种设备的老化程度差异。现有的研究分析指出影响蓄电池寿命的关键因素，例如荷电状态波动、放电深度、放电倍率以及温度等，但没有从电池的额定容量分析；此外针对超级电容，由于其循环寿命非常长，因此在很多研究中忽略了超级电容的寿命损耗。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，旨在通过配置混合储能的容量实现等循环寿命，消除老化速率的差异，提高混合储能的工作效率，降低储能系统的运维成本。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、步骤s1，设定滤波器时间常数，对载入的光伏功率滤波分频，低频分量分配给锂电池，高频分量分配给超级电容；
4、步骤s2，通过分析光伏出力的峰值功率和能量变化，考虑荷电状态的波动范围，先对储能系统初始简化配置；
5、步骤s3，基于锂电池寿命损耗模型，建立锂电池额定容量和损耗系数的函数关系；
6、步骤s4，基于超级电容寿命损耗模型，建立超级电容额定容量和损耗系数的函数关系；
7、步骤s5，根据所得函数关系，调整储能容量配置，匹配混合储能损耗系数，使之满足等循环寿命要求。
8、步骤s1中所述的混合储能功率分配的具体步骤如下：
9、采用一阶低通滤波器对混合储能系统功率phess进行滤波，得到其低频波动分量作为锂电池储能的功率指令plb，再将低通滤波后的功率指令剩余部分作为超级电容储能的功率指令psc，存在以下关系：
10、
11、
12、式中，s为微分算子；tf为滤波时间常数，根据超级电容储能系统需要平抑的功率波动频带确定。
13、步骤s2中所述的初始容量配置的具体步骤如下：
14、根据功率分配得到的实时功率plb(n)、psc(n)(n为周期数，为大于等于1的正整数)，计算得到光伏出力的能量累计如下：
15、
16、
17、其中n为总周期数，τ表示周期时间
18、根据光伏功率累计总能量，考虑荷电状态的波动范围，对储能容量简易配置，既要消纳所有的光伏功率，又要避免过充过放，得到初始容量配置er0_lb、c0。有关系如下：
19、
20、
21、其中v0表示超级电容额定状态下的电压。
22、步骤s3中所述的锂电池寿命量化的具体步骤如下：
23、步骤s3.1,引入平均荷电状态savg_lb和荷电状态归一化偏差sdev_lb。
24、平均荷电状态savg_lb反映了在一个周期时间τ内电池荷电状态的集中趋势，表达式如下：
25、
26、其中slb(n)为第n个周期的实时荷电状态，表达式如下：
27、
28、ea_lb(n)＝ea_lb(n-1)+plb(n)·τ (9)
29、plb(n)表示第n个周期的实时功率。
30、归一化偏差将偏差数据转化到同一量纲，反映了实际值和平均值的偏离程度，若荷电状态由1降至0再回到1，荷电状态的偏差为根据归一化和偏差计算公式，荷电状态归一化偏差如下：
31、
32、
33、步骤s3.2,引入等效吞吐周期nlb作为线性系数，nlb表示在一个τ时间周期内实际的充放电容量和标称容量的比值，有关系如下：
34、
35、
36、其中plb(n)实时功率，er_lb为额定瓦时容量,系数2是同时考虑了充电和放电电流。
37、步骤s3.3，电池的温度计算可参考公式：
38、tlb(n)＝tref_lb+rth_lbplb(n)·τ (14)
39、其中rth_lb为储能工作温度与充放电功率之间的关系参数
40、步骤s3.4,基于裂纹扩展理论，有材料断裂时间公式如下：
41、
42、其中t0为原子自激振动周期，u0代表断裂活动能,其量值接近于原子键的内能，g为材料力学特征参数，s代表应力，κ为玻尔兹曼常数，t为绝对温度。
43、由材料断裂时间公式可以得到传播速率：
44、
45、步骤s3.5,类比材料断裂传播速率公式，计及荷电状态波动、吞吐周期以及温度的影响得到损耗系数l1：
46、
47、其中0.2表示20％的容量衰减；tlba、trefa_lb分别为实际温度和参考温度的绝对温度，tlba＝tlb+273，trefa_lb＝tref_lb+273；tcycle为一个周期的时间，以秒为单位，tlife表示在额定状态下容量衰减到80％的日历寿命，以秒为单位；kco为通过量系数，kex为放电深度指数。
48、计及平均荷电状态savg_lb，并以初始荷电状态s0为中心，得到损耗系数l2：
49、
50、其中ksoc为平均荷电状态系数。
51、则第n次循环周期的老化损耗llb(n)：
52、
53、其中tf为热老化模型中的温度系数。
54、叠加n个循环周期后总损耗系数为：
55、
56、
57、步骤s4中所述的超级电容寿命量化的具体步骤如下：
58、步骤s4.1，计及电压、温度影响，寿命有如下公式：
59、
60、根据寿命关系，得到损耗速率如下：
61、
62、由损耗速率可设定在一个时间为τ的周期内损耗为lsc：
63、
64、步骤s4.2,设定第n个时间周期内，容量损耗为：
65、
66、其中0.2是考虑了20％的容量损耗。
67、经过n个周期，超级电容的总损耗为：
68、
69、超级电容损耗系数为：
70、
71、步骤s4.3，确定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征包括：
2.根据权利要求1所述的等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征包括：
2.根据权利要求1所述的等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的等循环寿命的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的等循环寿命的混合储能系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，章子谦，阿德，邱爽，杨雅倩，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：
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