本發(fā)明涉及含儲能優(yōu)化管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種儲能電站的壽命優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)：

隨著全球能源危機與環(huán)境問題的凸顯，促使以新能源和可再生能源為主要發(fā)電形式的微電網(wǎng)系統(tǒng)得到了廣泛關(guān)注。儲能在微電網(wǎng)中的應(yīng)用有明顯優(yōu)勢，對風(fēng)光等間歇性能源可平抑其出力，在并網(wǎng)條件下基于峰谷電價參與經(jīng)濟調(diào)度，在孤島條件下可作為微電網(wǎng)電壓、頻率支撐，對儲能的管理與優(yōu)化有重要意義。

目前，對儲能的運行管理多對荷電狀態(tài)soc上、下限值簡單設(shè)置定值，頻繁的深充深放嚴重影響儲能的使用壽命，對此問題的研究尚未深入。此外，儲能電站的損耗程度并未考慮。

針對當(dāng)前儲能成本普遍較高，希望更多的考慮儲能的梯次利用，通過動力電池的回收應(yīng)用以降低儲能成本，急需解決回收電池對應(yīng)的優(yōu)化策略，對回收的電池進一步合理利用，形成電池使用的良性循環(huán)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供的一種儲能電站的壽命優(yōu)化控制方法，該方法可靠實現(xiàn)了對儲能全壽命分段式控制及合理的維護儲能運行，并有效延長儲能電站替換周期，減少了運行折舊成本，提高儲能電站運行的經(jīng)濟性及高效性；進而保證了儲能電站運行的穩(wěn)定性及可靠性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種儲能電站的壽命優(yōu)化控制方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1.對所述儲能電站進行儲能電池健康度評估與累計損傷計算；

步驟2.對所述儲能電站進行中短期優(yōu)化，得到儲能充放電區(qū)間；

步驟3.對所述儲能電站進行超短期優(yōu)化，劃分儲能工作區(qū)間，得到基于實時soc設(shè)置的儲能充放電功率范圍；

步驟4.對所述儲能電站進行優(yōu)化控制。

優(yōu)選的，所述步驟1包括：

1-1.在評估周期內(nèi)，以標準放電倍率，用負載對所述儲能電站內(nèi)的儲能電池進行完全放電測試，得到所述儲能電池健康度評估結(jié)果；其中，所述評估周期為3-6個月，放電測試時間不少于放電倍率的倒數(shù)；

1-2.計算所述儲能電站的儲能累計損傷指標。

優(yōu)選的，所述1-2包括：

a.計算所述儲能電站第i次的放電深度dodi：

式(1)中，分別為第i次充放電過程中荷電狀態(tài)的最大及最小值；

b.計算第i次放電深度下對應(yīng)電池循環(huán)次數(shù)c(dodi)：

式(2)中，a1、a2、a3、a4及a5分別為根據(jù)充放電深度和循環(huán)次數(shù)擬合的參數(shù)值；e為自然常數(shù)；

c.根據(jù)c(dodi)，計算得到儲能累計損傷指標damage：

式(3)中，m為累計放電次數(shù)。

優(yōu)選的，所述步驟2中的所述中短期為1天至3個月；所述步驟3中的所述超短期為1s至1h。

優(yōu)選的，所述步驟2包括：

2-1.模糊控制所述儲能電池健康度評估結(jié)果及儲能累計損傷指標，優(yōu)化控制所述儲能電站中長期運行下不同狀態(tài)的放電深度dod：

dod＝a+b·e^soh-damage(4)

式(4)中，a、b均為擬合參數(shù)；soh為所述儲能電池健康度評估結(jié)果；

2-2.設(shè)置所述儲能電站的充放電限上限值socmin及下限值socmax，得到儲能充放電區(qū)間。

優(yōu)選的，所述步驟3包括：

根據(jù)socmin、socmax及n個soc特征量劃分出n+1個儲能工作區(qū)間，得到基于實時soc設(shè)置的儲能充放電功率范圍pbat(t)：

pbat,lower(soc)＜pbat(t)＜pbat,upper(soc)(5)

式(5)中，pbat,lower(soc)為基于實時soc設(shè)置的儲能充放電功率下限值；

pbat,upper(soc)為基于實時soc設(shè)置的儲能充放電功率上限值；soc為儲能荷電狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述步驟4包括：

根據(jù)所述儲能充放電功率范圍pbat(t)，對所述儲能電站進行優(yōu)化控制，其中，pdis,rated、pc,rated分別為儲能電站的額定放電及充電功率；pdis,max、pc,max為儲能電站的最大放電及充電功率，且最大充放電功率大于額定充放電功率，即pdis,max＞pdis,rated，pc,max＞pc,rated，對所述儲能電站進行優(yōu)化控制包括：

1)soc越下限區(qū)：soc＜socmin時，儲能電站中的儲能電池限制放電，只允許充電，且充電功率限值范圍在[pc,rated,pc,max]；

2)soc低限值區(qū)：socmin≤soc＜soclow時，儲能電站中的儲能電池以少放電多充電為基本原則，減緩soc的下降率，且充電功率限制范圍在[pc,rated,pc,max]，放電功率限制范圍在[0,pdis,rated]；

3)soc正常工作區(qū)：soclow≤soc＜sochigh時，儲能電站中的儲能電池正常充放電，充放電功率在額定功率范圍內(nèi)[0,pc,rated]，[0,pdis,rated]；

4)soc高限值區(qū)：sochigh≤soc＜socmax時，儲能電站中的儲能電池以少充電多放電為基本原則，減緩soc的增加率，且充電功率限值范圍在[0,pc,rated]，放電功率限制范圍在[pdis,rated,pdis,max]；

5)soc越上限區(qū)：soc≥socmax時，儲能電站中的儲能電池限制充電，只允許放電，且放電功率限制范圍在[pdis,rated,pdis,max]；

其中，socmin與socmax為儲能電池的荷電狀態(tài)soc的下限值與上限值；soclow與sochigh為儲能電池的荷電狀態(tài)soc的下限值與上限值之間的值、且滿足socmin＜soclow＜sochigh＜socmax。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種儲能電站的壽命優(yōu)化控制方法，通過對儲能電站進行儲能電池健康度評估與累計損傷計算；對儲能電站進行中短期優(yōu)化，得到儲能充放電區(qū)間；對儲能電站進行超短期優(yōu)化，劃分儲能工作區(qū)間，得到基于實時soc設(shè)置的儲能充放電功率范圍；對儲能電站進行優(yōu)化控制。本發(fā)明提出的一種儲能電站的壽命優(yōu)化控制方法，該方法可靠實現(xiàn)了對儲能全壽命分段式控制及合理的維護儲能運行，并有效延長儲能電站替換周期，減少了運行折舊成本，提高儲能電站運行的經(jīng)濟性及高效性；進而保證了儲能電站運行的穩(wěn)定性及可靠性。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，儲能單元作為高成本的損耗設(shè)備，通過對其充放電特性及長期運行損耗進行分析研究，并提出針對儲能全壽命分段式管理合理維護儲能運行，延長其替換周期，從而減小運行折舊成本，提高儲能運行的經(jīng)濟性。

2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，在中短期優(yōu)化策略中，考慮儲能電池健康度soh的評估周期較長，提出基于健康度soh和累計損傷評價指標damage共同優(yōu)化儲能性能。

3、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，在超短時優(yōu)化策略中，基于儲能的實時荷電狀態(tài)，給出儲能充放電優(yōu)化限制，避免過充過放。對于多元儲能，可以根據(jù)儲能的各自狀態(tài)制定不同的優(yōu)化運行策略；提高儲能電站運行的經(jīng)濟性及高效性；進而保證了儲能電站運行的穩(wěn)定性及可靠性。

4、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種儲能電站的壽命優(yōu)化控制方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的方法中步驟1的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明的方法中步驟2的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明的一種儲能電站的壽命優(yōu)化控制方法的具體應(yīng)用例的示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種儲能電站的壽命優(yōu)化控制方法，包括如下步驟：

步驟1.對儲能電站進行儲能電池健康度評估與累計損傷計算；

步驟2.對儲能電站進行中短期優(yōu)化，得到儲能充放電區(qū)間；

步驟3.對儲能電站進行超短期優(yōu)化，劃分儲能工作區(qū)間，得到基于實時soc設(shè)置的儲能充放電功率范圍；

步驟4.對儲能電站進行優(yōu)化控制。

如圖2所示，步驟1包括：

1-1.在評估周期內(nèi)，以標準放電倍率，用負載對儲能電站內(nèi)的儲能電池進行完全放電測試，得到儲能電池健康度評估結(jié)果；其中，評估周期為3-6個月，放電測試時間不少于放電倍率的倒數(shù)；

1-2.計算儲能電站的儲能累計損傷指標。

其中，1-2包括：

a.計算儲能電站第i次的放電深度dodi：

式(1)中，分別為第i次充放電過程中荷電狀態(tài)的最大及最小值；

b.計算第i次放電深度下對應(yīng)電池循環(huán)次數(shù)c(dodi)：

式(2)中，a1、a2、a3、a4及a5分別為根據(jù)充放電深度和循環(huán)次數(shù)擬合的參數(shù)值；e為自然常數(shù)；

c.根據(jù)c(dodi)，計算得到儲能累計損傷指標damage：

式(3)中，m為累計放電次數(shù)。

其中，步驟2中的所述中短期為1天至3個月；所述步驟3中的所述超短期為1s至1h。

如圖3所示，步驟2包括：

2-1.模糊控制儲能電池健康度評估結(jié)果及儲能累計損傷指標，優(yōu)化控制儲能電站中長期運行下不同狀態(tài)的放電深度dod：

dod＝a+b·e^soh-damage(4)

式(4)中，a為擬合參數(shù)；b為擬合參數(shù)；soh為儲能電池健康度評估結(jié)果；

2-2.設(shè)置儲能電站的充放電限上限值socmin及下限值socmax，得到儲能充放電區(qū)間。

其中，步驟3包括：

根據(jù)socmin、socmax及n個soc特征量劃分出n+1個儲能工作區(qū)間，得到基于實時soc設(shè)置的儲能充放電功率范圍pbat(t)：

pbat,lower(soc)＜pbat(t)＜pbat,upper(soc)(5)

式(5)中，pbat,lower(soc)為基于實時soc設(shè)置的儲能充放電功率下限值；

pbat,upper(soc)為基于實時soc設(shè)置的儲能充放電功率上限值；soc為儲能荷電狀態(tài)。

其中，模糊控制為利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動態(tài)的信息越詳細，則越能達到精確控制的目的。然而，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動態(tài)，于是工程師便利用各種方法來簡化系統(tǒng)動態(tài)，以達成控制的目的，但卻不盡理想。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有強而有力的控制能力，但對于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題；優(yōu)化控制是指在給定的約束條件下，尋求一個控制系統(tǒng)，使給定的被控系統(tǒng)性能指標取得最大或最小值的控制。

其中，步驟4包括：

根據(jù)儲能充放電功率范圍pbat(t)，對儲能電站進行優(yōu)化控制，其中，pdis,rated、pc,rated分別為儲能電站的額定放電及充電功率；pdis,max、pc,max為儲能電站的最大放電及充電功率，且最大充放電功率大于額定充放電功率，即pdis,max＞pdis,rated，pc,max＞pc,rated，對儲能電站進行優(yōu)化控制包括：

1)soc越下限區(qū)：soc＜socmin時，儲能電站中的儲能電池限制放電，只允許充電，且充電功率限值范圍在[pc,rated,pc,max]；

2)soc低限值區(qū)：socmin≤soc＜soclow時，儲能電站中的儲能電池以少放電多充電為基本原則，減緩soc的下降率，且充電功率限制范圍在[pc,rated,pc,max]，放電功率限制范圍在[0,pdis,rated]；

3)soc正常工作區(qū)：soclow≤soc＜sochigh時，儲能電站中的儲能電池正常充放電，充放電功率在額定功率范圍內(nèi)[0,pc,rated]，[0,pdis,rated]；

4)soc高限值區(qū)：sochigh≤soc＜socmax時，儲能電站中的儲能電池以少充電多放電為基本原則，減緩soc的增加率，且充電功率限值范圍在[0,pc,rated]，放電功率限制范圍在[pdis,rated,pdis,max]；

5)soc越上限區(qū)：soc≥socmax時，儲能電站中的儲能電池限制充電，只允許放電，且放電功率限制范圍在[pdis,rated,pdis,max]；

其中，socmin與socmax為儲能電池的荷電狀態(tài)soc的下限值與上限值；soclow與sochigh為儲能電池的荷電狀態(tài)soc的下限值與上限值之間的值、且滿足socmin＜soclow＜sochigh＜socmax。

如圖4所示，本發(fā)明提供一種儲能電站的壽命優(yōu)化控制方法的具體應(yīng)用例，該應(yīng)用例中利用4個soc特征量劃分出5個工作區(qū)域，如下：

1.儲能壽命評價：

對儲能進行壽命評價納入了電池健康度和累計損失兩個指標，流程圖如圖4所示。

健康度soh平均每三個月進行評估分析，用負載對電池進行完全放電測試對儲能電池soh進行評估。

累計損傷damage的計算公式如下：

式中，damage為電池累計損傷指標，dodi為第i次放電深度，m為累計放電次數(shù)，分別為第i次充放電過程中荷電狀態(tài)的最大及最小值；c(dodi)為該放電深度下對應(yīng)電池循環(huán)次數(shù)，可通過電池廠商提供的充放電次數(shù)曲線擬合公式。

2儲能中短期優(yōu)化管理：

中短期優(yōu)化策略基于儲能壽命評價模型優(yōu)化儲能的充放電深度，超短時優(yōu)化策略基于儲能電站實時soc優(yōu)化充放電功率。

基于電池健康度soh和累計損傷damage模糊控制，優(yōu)化控制電池長期運行下不同狀態(tài)的放電深度dod，并設(shè)置儲能的充放電限值socmin、socmax。

基于soh分析及優(yōu)化管理計算累計損傷dam，對儲能的放電深度dod進行優(yōu)化，可建立如下公式。

dod＝a+b·e^soh-dam

3儲能超短時優(yōu)化管理：

基于中短期優(yōu)化策略得到的儲能充放電限值socmin、socmax，利用4個soc特征量劃分出5個工作區(qū)域，給出不同soc下的充放電功率范圍pbat,lower(soc)＜pbat(t)＜pbat,upper(soc)，pdis,rated、pc,rated、pdis,max、pc,max分別為儲能的充放電額定功率和最大功率，控制原則如下：

1)soc越下限區(qū)：soc＜socmin時，儲能電池限制放電，只允許充電，充電功率限值范圍在[pc,rated,pc,max]。

2)soc低限值區(qū)：socmin≤soc＜soclow時，儲能電池以少放電多充電為基本原則，盡量減緩soc的下降率，充電功率限制范圍在[pc,rated,pc,max]，放電功率限制范圍在[0,pdis,rated]。

3)soc正常工作區(qū)：soclow≤soc＜sochigh時，儲能電站中的儲能電池正常充放電，充放電功率在額定功率范圍內(nèi)[0,pc,rated]，[0,pdis,rated]

4)soc高限值區(qū)：sochigh≤soc＜socmax時，儲能電站中的儲能電池以少充電多放電為基本原則，減緩soc的增加率，且充電功率限值范圍在[0,pc,rated]，放電功率限制范圍在[pdis,rated,pdis,max]；

5)soc越上限區(qū)：soc≥socmax時，儲能電池限制充電，只允許放電，放電功率限制范圍在[pdis,rated,pdis,max]。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。