本技術(shù)屬于電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度和運(yùn)行領(lǐng)域，具體涉及一種基于電池?fù)p耗的電力系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在電力市場(chǎng)中，儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)價(jià)格信號(hào)參與電力市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)能源套利交易。然而，因?yàn)閮?chǔ)能電池在頻繁充放電的過(guò)程中，隨著充放電次數(shù)增多，不僅電化學(xué)性能會(huì)衰退，還會(huì)產(chǎn)生顯著的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力因?yàn)闀?huì)對(duì)儲(chǔ)能容量造成損耗，加速了電池的退化過(guò)程，從而影響電池的整體壽命和性能，對(duì)儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商造成了額外的運(yùn)行成本。因此，可通過(guò)延長(zhǎng)電池壽命來(lái)最大化儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商在電力市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，并同時(shí)提升電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2、現(xiàn)有技術(shù)中雖然考慮了電池在充放電過(guò)程中的退化，但是并沒(méi)有考慮電池產(chǎn)生溫度熱應(yīng)力需要進(jìn)行冷卻帶來(lái)的成本和電池容量受到溫度熱應(yīng)力的影響，因此構(gòu)建的交易策略仍然無(wú)法通過(guò)準(zhǔn)確評(píng)估電池?fù)p耗的成本來(lái)最大化經(jīng)濟(jì)效益，也無(wú)法有效延長(zhǎng)電池服務(wù)壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提出了一種基于電池?fù)p耗的電力系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法及系統(tǒng)，根據(jù)電池充放電功率和產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)電池壽命的影響構(gòu)建模型約束條件，求解得到更精確、全面的最大化電力市場(chǎng)收益的電池優(yōu)化使用策略，使用該策略延長(zhǎng)電池壽命來(lái)最大化儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商在電力市場(chǎng)出售的電量以提升經(jīng)濟(jì)效益，并同時(shí)提升電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2、本技術(shù)的第一方面提供了一種基于電池?fù)p耗的電力系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，所述方法包括：

3、根據(jù)電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能單元運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)電池充放電功率、電池溫度與電池容量損耗的關(guān)系進(jìn)行建模，構(gòu)建電池容量損耗約束條件；

4、基于電池容量損耗約束條件，以電力交易費(fèi)用和電池運(yùn)維成本最低為目標(biāo)構(gòu)建電力交易優(yōu)化模型；

5、通過(guò)交替方向因子法對(duì)電力交易優(yōu)化模型進(jìn)行迭代求解，得到電池優(yōu)化使用策略；

6、根據(jù)電池優(yōu)化使用策略，對(duì)儲(chǔ)能單元的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度。

7、上述方案將電池充放電功率、電池溫度與電池容量損耗的關(guān)系進(jìn)行建模，通過(guò)構(gòu)建和電池容量損耗相關(guān)的約束條件來(lái)對(duì)成本計(jì)算進(jìn)行約束，提升成本計(jì)算的精確度的同時(shí)引入電池容量對(duì)可交易電量的影響；然后以電力交易費(fèi)用和電池運(yùn)維成本最低為目標(biāo)構(gòu)建電力交易優(yōu)化模型，通過(guò)迭代求解模型得到電池優(yōu)化使用策略，該策略因?yàn)楹碗姵厝萘繐p耗相關(guān)，所以能通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能單元的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度以延長(zhǎng)電池使用壽命，使得電池能為電力市場(chǎng)交易提供更多的可交易電量，來(lái)間接提升儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商在電力市場(chǎng)出售的電量以提升經(jīng)濟(jì)效益；而且延長(zhǎng)電池使用壽命也能提升電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

8、在第一方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方法中，根據(jù)電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能單元運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)電池充放電功率、電池溫度與電池容量損耗的關(guān)系進(jìn)行建模，構(gòu)建電池容量損耗約束條件，具體為：

9、根據(jù)所述儲(chǔ)能單元運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)電池充放電功率與電池荷電狀態(tài)之間的變化關(guān)系進(jìn)行建模，構(gòu)建第一關(guān)系模型；

10、基于熱傳遞原理，根據(jù)所述儲(chǔ)能單元運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的電池-熱能量平衡關(guān)系模型，構(gòu)建電池溫度變化函數(shù)；

11、根據(jù)電池溫度變化函數(shù)、儲(chǔ)能單元釋放的凈熱量和預(yù)設(shè)的冷卻性能系數(shù)，構(gòu)建環(huán)境溫度變化函數(shù)；

12、根據(jù)第一關(guān)系模型和環(huán)境溫度變化函數(shù)，構(gòu)建電池容量損耗約束條件。

13、上述方案先對(duì)電池充放電功率與電池荷電狀態(tài)之間的變化關(guān)系進(jìn)行建模，以構(gòu)建描述電池充放電功率對(duì)電池容量變化影響的第一關(guān)系模型；然后再基于熱傳遞原理對(duì)相鄰電池之間的熱傳遞進(jìn)行描述，構(gòu)建電池溫度變化函數(shù)；再對(duì)電池放熱和為了減輕電池?zé)崃窟M(jìn)行的電池冷卻對(duì)環(huán)境溫度變化的影響進(jìn)行描述，構(gòu)建環(huán)境溫度變化函數(shù)；在第一關(guān)系模型和環(huán)境溫度變化函數(shù)下，最后構(gòu)建能充分反映電池充放電功率和產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)電池容量損耗影響的電池容量損耗約束條件。

14、在第一方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方法中，基于熱傳遞原理，根據(jù)所述儲(chǔ)能單元運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的電池-熱能量平衡關(guān)系模型，構(gòu)建電池溫度變化函數(shù)，具體為：

15、基于熱傳遞原理，根據(jù)儲(chǔ)能單元的電流數(shù)據(jù)和電阻數(shù)據(jù)對(duì)相鄰電池之間的熱傳遞進(jìn)行建模，構(gòu)建電池-熱能量平衡關(guān)系模型；

16、根據(jù)測(cè)量的電池溫差變化對(duì)電池-熱能量平衡關(guān)系模型進(jìn)行計(jì)算，構(gòu)建電池溫度變化函數(shù)。

17、上述方案中，基于熱傳遞原理，因?yàn)椴煌瑴囟戎g的電池會(huì)傳遞熱量，所以需要針對(duì)電池之間的熱傳遞行為進(jìn)行建模；然后根據(jù)電池溫差變化對(duì)電池-熱能量平衡關(guān)系模型進(jìn)行計(jì)算，構(gòu)建電池溫度變化函數(shù)來(lái)描述電池在各個(gè)時(shí)刻的溫度，為接下來(lái)求解各個(gè)時(shí)刻的電池所在環(huán)境溫度的變化提供數(shù)據(jù)支撐。

18、在第一方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方法中，電池溫度變化函數(shù)、環(huán)境溫度變化函數(shù)和電池容量損耗約束條件，具體為：

19、所述電池溫度變化函數(shù)，具體公式為：

20、

21、式中，ti,t為第i個(gè)電池在t時(shí)刻的溫度，ua為熱損失傳遞函數(shù)，cth為電池的熱容，tp為預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔大小，τ為熱延時(shí)系數(shù)，it為t時(shí)刻流過(guò)電池的電流，tat為t時(shí)刻的環(huán)境溫度，ri,t為第i個(gè)電池在t時(shí)刻的等效電阻；

22、所述環(huán)境溫度變化函數(shù)，具體公式為：

23、

24、

25、式中，為t時(shí)刻的環(huán)境溫度，tp為預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔大小，cen為電池外殼的熱容量，為t時(shí)刻所有電池釋放到外殼中的熱量，為t時(shí)刻的冷卻量，tenv為外部環(huán)境溫度，uenv為外殼與外界環(huán)境之間熱流路徑的熱傳遞率，η為預(yù)設(shè)的冷卻性能系數(shù)，為t時(shí)刻儲(chǔ)能冷卻系統(tǒng)的制冷功率；

26、所述電池容量損耗約束條件，具體公式為：

27、

28、

29、crem＝cst-ψ；

30、

31、式中，sδ(δ)、st(t)分別為充放電循環(huán)δ給充放電功率和電池溫度帶來(lái)的內(nèi)部壓力，h1、h2和kt為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)，為充放電循環(huán)的平均溫度，tr為參考溫度，ψ為電池的凈容量損失，cb為電池的額定容量，j為第j次充放電循環(huán)，l為充放電循環(huán)總次數(shù)，nj為等效循環(huán)次數(shù)，為第j次充放電循環(huán)的sδ(δ)，為第j次充放電循環(huán)的st(t)，crem為電池的剩余容量，cst為電池的初始容量，soh為電池健康度。

32、在第一方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方法中，基于電池容量損耗約束條件，以電力交易費(fèi)用和電池運(yùn)維成本最低為目標(biāo)構(gòu)建電力交易優(yōu)化模型，具體為：

33、根據(jù)電池容量損耗費(fèi)用和電池冷卻費(fèi)用，構(gòu)建電池運(yùn)維成本函數(shù)；

34、根據(jù)日內(nèi)-日前實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)交易數(shù)據(jù)，構(gòu)建電力交易費(fèi)用函數(shù)；

35、以電池容量損耗約束條件為模型的約束條件，以電池運(yùn)維成本函數(shù)和電力交易費(fèi)用函數(shù)之和最低為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建電力交易優(yōu)化模型。

36、上述方案中，在成本函數(shù)中添加了電池容量損耗費(fèi)用和電池冷卻費(fèi)用，引入了為減輕電池?zé)釕?yīng)力對(duì)電池容量影響而進(jìn)行電池冷卻的成本，使得總成本的計(jì)算更加精確；然后以電池容量損耗約束條件為模型的約束條件來(lái)構(gòu)建電力交易優(yōu)化模型，由此在計(jì)算成本的過(guò)程中也需要考慮到有限且會(huì)不斷變化的電池容量；因?yàn)殡姵厝萘繒?huì)導(dǎo)致可交易的電量產(chǎn)生變化，進(jìn)一步的導(dǎo)致電量交易的利潤(rùn)發(fā)生變化，所以能使得模型的求解更加符合實(shí)際情況。

37、在第一方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方法中，通過(guò)交替方向因子法對(duì)電力交易優(yōu)化模型進(jìn)行迭代求解，得到電池優(yōu)化使用策略，具體為：

38、基于預(yù)設(shè)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電力市場(chǎng)交易機(jī)制，通過(guò)交替方向因子法對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易中的電力交易優(yōu)化模型的目標(biāo)優(yōu)化向量進(jìn)行迭代優(yōu)化；其中，所述目標(biāo)優(yōu)化向量包括電池的日前投標(biāo)電量、冷卻用電和日內(nèi)實(shí)時(shí)市場(chǎng)投標(biāo)電量；

39、當(dāng)所述目標(biāo)優(yōu)化向量滿足預(yù)設(shè)的迭代閾值時(shí)，得到電池優(yōu)化使用策略。

40、本技術(shù)第二方面提供了一種基于電池?fù)p耗的電力系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：約束條件構(gòu)建模塊、模型構(gòu)建模塊、模型求解模塊和儲(chǔ)能單元調(diào)度模塊；

41、其中，所述約束條件構(gòu)建模塊用于根據(jù)電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能單元運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)電池充放電功率、電池溫度與電池容量損耗的關(guān)系進(jìn)行建模，構(gòu)建電池容量損耗約束條件；

42、所述模型構(gòu)建模塊用于基于電池容量損耗約束條件，以電力交易費(fèi)用和電池運(yùn)維成本最低為目標(biāo)構(gòu)建電力交易優(yōu)化模型；

43、所述模型求解模塊用于通過(guò)交替方向因子法對(duì)電力交易優(yōu)化模型進(jìn)行迭代求解，得到電池優(yōu)化使用策略；

44、所述儲(chǔ)能單元調(diào)度模塊用于根據(jù)電池優(yōu)化使用策略，對(duì)儲(chǔ)能單元的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度。

45、在第二方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，約束條件構(gòu)建模塊包括：電池容量損耗約束條件構(gòu)建單元；

46、所述電池容量損耗約束條件構(gòu)建單元用于根據(jù)所述儲(chǔ)能單元運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)電池充放電功率與電池荷電狀態(tài)之間的變化關(guān)系進(jìn)行建模，構(gòu)建第一關(guān)系模型；基于熱傳遞原理，根據(jù)所述儲(chǔ)能單元運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的電池-熱能量平衡關(guān)系模型，構(gòu)建電池溫度變化函數(shù)；根據(jù)電池溫度變化函數(shù)、儲(chǔ)能單元釋放的凈熱量和預(yù)設(shè)的冷卻性能系數(shù)，構(gòu)建環(huán)境溫度變化函數(shù)；根據(jù)第一關(guān)系模型和環(huán)境溫度變化函數(shù)，構(gòu)建電池容量損耗約束條件。

47、在第二方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，約束條件構(gòu)建模塊包括：溫度變化函數(shù)構(gòu)建單元；

48、所述溫度變化函數(shù)構(gòu)建單元用于基于熱傳遞原理，根據(jù)儲(chǔ)能單元的電流數(shù)據(jù)和電阻數(shù)據(jù)對(duì)相鄰電池之間的熱傳遞進(jìn)行建模，構(gòu)建電池-熱能量平衡關(guān)系模型；根據(jù)測(cè)量的電池溫差變化對(duì)電池-熱能量平衡關(guān)系模型進(jìn)行計(jì)算，構(gòu)建電池溫度變化函數(shù)。

49、在第二方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，模型構(gòu)建模塊包括：電力交易優(yōu)化模型構(gòu)建單元；

50、所述電力交易優(yōu)化模型構(gòu)建單元用于根據(jù)電池容量損耗費(fèi)用和電池冷卻費(fèi)用，構(gòu)建電池運(yùn)維成本函數(shù)；根據(jù)日內(nèi)-日前實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)交易數(shù)據(jù)，構(gòu)建電力交易費(fèi)用函數(shù)；以電池容量損耗約束條件為模型的約束條件，以電池運(yùn)維成本函數(shù)和電力交易費(fèi)用函數(shù)之和最低為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建電力交易優(yōu)化模型。

51、在第二方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，模型求解模塊包括：電池優(yōu)化使用策略生成模塊；

52、所述電池優(yōu)化使用策略生成模塊用于基于預(yù)設(shè)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電力市場(chǎng)交易機(jī)制，通過(guò)交替方向因子法對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易中的電力交易優(yōu)化模型的目標(biāo)優(yōu)化向量進(jìn)行迭代優(yōu)化；其中，所述目標(biāo)優(yōu)化向量包括電池的日前投標(biāo)電量、冷卻用電和日內(nèi)實(shí)時(shí)市場(chǎng)投標(biāo)電量；當(dāng)所述目標(biāo)優(yōu)化向量滿足預(yù)設(shè)的迭代閾值時(shí)，得到電池優(yōu)化使用策略。