一种储能舱智能能量管理系统及控制方法与流程

本发明涉及电化学储能舱能量管理领域，更具体地说，涉及一种储能舱智能能量管理系统及控制方法。

背景技术：

1、随着电化学储能规模扩大，储能舱通常通过电池管理系统采集电压、电流及温度，并由能量管理系统实施簇级功率分配和温控。专利cn111834701b公开了一种基于储能电池温度差异的温控方法，根据环境温度、电池工作电压和工作电流计算温度调节功率；专利cn118231883b公开了一种用于液冷储能系统的电池管理方法，通过热交换拟合、发热特征补偿及多目标优化生成降温策略。上述方案能够改善温度调节，但主要依据温度结果或预测温度配置冷量，未利用pcs正常开关产生的载波纹波辨识电池簇阻抗，亦难以区分电芯欧姆阻抗、电化学极化阻抗与连接件接触阻抗对发热的影响。同时，现有方案未对热量在电池簇、冷却支路、风道及舱内空间中的传播方向、传播时延和传播置信度进行关联建模，难以在热量到达前协同调整簇级功率与冷却资源。因此，需要一种能够实现无附加扰动参数辨识、热传播预测及功率—冷量闭环协同控制的储能舱能量管理方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种储能舱智能能量管理系统及控制方法，其解决了现有的方案，主要依据温度结果或预测温度配置冷量，未利用pcs正常开关产生的载波纹波辨识电池簇阻抗，亦难以区分电芯欧姆阻抗、电化学极化阻抗与连接件接触阻抗对发热的影响。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种储能舱智能能量管理系统，所述系统包括：

3、同步采集模块，用于获取储能变流器pcs直流侧电压、直流侧电流和载波相位，并获取各电池簇的端电压、支路电流、电芯温度、连接件温度、冷却介质温度、冷却介质流量及舱内分区温度，按照统一时钟建立载波周期数据帧；

4、载波响应辨识模块，用于以所述载波相位为基准，对连续载波周期数据帧执行相位对齐和周期统计，提取载波基频分量、载波边带分量、电压纹波幅值、电流纹波幅值及纹波相位差，形成由pcs固有开关纹波激励产生的电池簇电响应特征；

5、参数解耦模块，用于依据所述电池簇电响应特征及电芯、连接件和冷却介质的温升位置、温升速率及响应滞后，将电池簇等效阻抗分解为电芯欧姆阻抗、电化学极化阻抗和连接件接触阻抗，并确定等效热阻；

6、能量包络模块，用于依据各解耦参数确定不同持续时间下的峰值功率边界、持续功率边界、极化累积边界和热累积边界，并由各边界的交集生成时间—功率安全可调能量包络；

7、热传播建模模块，用于以电池簇、冷却支路、风道分区和舱内空间分区为热节点，依据温度变化时序、冷却介质流向、气流方向和结构连接关系构建动态有向热传播图；

8、协同控制模块，用于在节点状态超过动态边界时确定风险源节点，沿所述动态有向热传播图生成包含下游节点、传播路径和预计到达时刻的热风险传播锥，依据所述安全可调能量包络压缩热风险传播锥内电池簇的功率并向热风险传播锥外电池簇转移，同时在传播路径上调节冷却介质流量、冷却介质入口温度、风机转速或气流方向，以在热量到达前形成冷却阻断前沿；

9、闭环修正模块，用于依据控制后的实际传播路径、实际传播时延和节点温升速率，更新所述动态有向热传播图、安全可调能量包络及功率—冷量分配结果。

10、进一步地，所述同步采集模块以pcs载波周期起始时刻作为相位零点，将电压采样值和电流采样值按载波周期分段；

11、所述载波响应辨识模块对不少于32个连续载波周期的信号段进行相位平移，使各信号段的相位零点重合，再对相位对齐后的信号段执行周期平均，并在载波基频及其相邻边带频率处计算电压复数分量和电流复数分量，由所述电压复数分量与电流复数分量的幅值比和相位差形成对应电池簇的复阻抗响应。

12、进一步地，所述参数解耦模块将纹波电压与纹波电流的同相分量对应的即时电阻作为欧姆阻抗候选量；

13、当连接件温升速率大于同一电池簇内相邻电芯温升速率，且连接件温升起始时刻与所述即时电阻上升起始时刻的时间差小于一个温度采样周期时，将对应变化量确定为连接件接触阻抗增量；

14、将扣除所述连接件接触阻抗增量后的即时电阻确定为电芯欧姆阻抗，根据纹波相位差及载波边带幅值随频率的衰减关系确定电化学极化阻抗，并根据电池簇损耗功率与电芯温度相对冷却介质入口温度的稳态温差之比确定等效热阻。

15、进一步地，所述能量包络模块根据电芯欧姆阻抗和连接件接触阻抗，确定满足电池簇端电压上限、端电压下限及连接件允许温度的峰值功率边界；

16、根据等效热阻、当前电芯温度、允许电芯温度和可用冷却功率，确定持续功率边界及热累积边界；

17、根据电化学极化阻抗和停机恢复阶段的极化衰减时间常数，确定极化累积边界；

18、在时间—功率坐标系中，将同时位于所述峰值功率边界、持续功率边界、热累积边界和极化累积边界以内的区域确定为安全可调能量区域，并将所述安全可调能量区域的外边界确定为时间—功率安全可调能量包络。

19、进一步地，所述热传播建模模块按照电池簇安装位置、冷却支路覆盖范围、风道覆盖范围和舱内隔断位置建立热节点集合；

20、当第一热节点的温度特征点早于第二热节点出现，且第一热节点与第二热节点之间存在结构传热通道、冷却介质流动通道或气流通道时，建立由第一热节点指向第二热节点的有向边；

21、以两个热节点温度变化序列的相关系数作为热耦合强度，以两个温度特征点的时间差作为传播时延，以连续监测窗口内有向边方向保持一致的窗口数量占监测窗口总数量的比例作为传播置信度。

22、进一步地，所述协同控制模块针对每一热节点建立正常运行基准窗口，采用基准窗口内温升速率的中位数与三倍中位绝对偏差之和确定温升速率动态边界，并采用相同方式分别确定连接件接触阻抗动态边界和电化学极化阻抗动态边界；

23、当任一热节点对应的温升速率、连接件接触阻抗或电化学极化阻抗超过相应动态边界时，将该热节点标记为风险源节点；

24、从所述风险源节点沿传播置信度不低于0.8的有向边进行路径搜索，将搜索获得的有向边构成热传播路径，并将同一热传播路径中各有向边传播时延的累加值确定为热量到达下游热节点的预计时长。

25、进一步地，所述协同控制模块根据热风险传播锥内各电池簇的预计到达时长和安全可调能量余量确定功率压缩量，并在热风险传播锥外筛选连接件接触阻抗未超过对应动态边界、剩余安全可调能量大于待承接能量且冷却支路剩余制冷量大于新增热负荷的承接电池簇；

26、按照承接电池簇至风险源节点的结构距离由大至小分配被压缩功率；

27、将由风险源节点指向累计热耦合强度最大的下游传播路径的方向确定为热传播主方向，根据各承接电池簇的空间坐标和新增损耗功率计算新增发热重心，并调整各承接电池簇的承接功率，直至新增发热重心在热传播主方向上的投影小于功率调整前发热重心在所述热传播主方向上的投影。

28、进一步地，所述协同控制模块在风险源节点至下游热节点的传播路径中，将具有可调液冷支路或可调风道的热节点确定为候选阻断节点；

29、根据候选阻断节点的预计到达时长、剩余制冷量及候选阻断节点覆盖的传播路径数量，选择目标阻断节点；

30、在目标阻断节点的预计到达时刻之前，提高对应液冷支路的冷却介质流量、降低冷却介质入口温度、提高对应风机转速或切换导风阀位置，使目标阻断节点与风险源节点之间形成沿热传播主方向递减的温度分布，所述温度分布构成冷却阻断前沿。

31、进一步地，所述闭环修正模块将实际温度特征点出现时刻与预计到达时刻之差用于修正对应有向边的传播时延，将控制后相邻热节点的温升幅值比用于修正热耦合强度，将实际传播方向与有向边方向一致的监测窗口数量占监测窗口总数量的比例用于修正传播置信度；

32、依据功率转移后的纹波响应和温升响应重新确定电芯欧姆阻抗、电化学极化阻抗、连接件接触阻抗及等效热阻，并依据重新确定的解耦参数生成下一控制周期的时间—功率安全可调能量包络和功率—冷量分配结果。

33、一种储能舱智能能量控制方法，其特征在于，应用于执行上述的储能舱智能能量管理系统，所述方法包括：

34、获取pcs直流侧电压、直流侧电流和载波相位，以及各电池簇的端电压、支路电流、电芯温度、连接件温度、冷却介质入口温度、冷却介质出口温度、冷却介质流量和舱内分区温度，并按统一时钟形成载波周期数据帧；

35、依据载波相位对连续载波周期数据帧进行相位对齐和周期统计，提取载波基频分量、载波边带分量、电压纹波幅值、电流纹波幅值及纹波相位差，得到由pcs固有开关纹波激励产生的电池簇电响应特征；

36、结合电芯、连接件和冷却介质的温升位置、温升速率及响应滞后，将电池簇等效阻抗分解为电芯欧姆阻抗、电化学极化阻抗和连接件接触阻抗，并确定等效热阻；

37、依据各解耦参数确定峰值功率边界、持续功率边界、极化累积边界和热累积边界，生成时间—功率安全可调能量包络；

38、以电池簇、冷却支路、风道分区和舱内空间分区为热节点，根据热节点的温度变化时序、冷却介质流向、气流方向和结构连接关系构建动态有向热传播图；

39、当热节点状态超过动态边界时确定风险源节点，沿动态有向热传播图确定下游热节点、传播路径和预计到达时刻，生成热风险传播锥；

40、压缩热风险传播锥内电池簇的功率，将被压缩功率转移至热风险传播锥外且满足安全可调能量余量和剩余制冷量约束的电池簇，使新增发热重心沿热传播主方向的反方向移动；

41、在传播路径上选择冷却阻断节点，并在热量预计到达前调节冷却介质流量、冷却介质入口温度、风机转速或导风阀位置，形成沿热传播主方向递减的温度分布；

42、根据实际传播路径、实际传播时延和热节点温升速率，更新动态有向热传播图、时间—功率安全可调能量包络及功率—冷量分配结果。

43、本发明的有益效果在于：

44、1、本发明利用储能变流器正常运行产生的载波基频分量、边带分量及纹波相位信息作为在线辨识激励，无需向电池簇附加脉冲电流或扫频信号，即可在储能舱正常充放电过程中提取电池簇电响应特征，降低状态辨识过程对储能运行连续性和功率指令执行的影响。

45、2、本发明结合电响应特征与电芯、连接件及冷却介质的温升位置、温升速率和响应滞后，将电池簇等效参数解耦为电芯欧姆阻抗、电化学极化阻抗、连接件接触阻抗及等效热阻，能够区分电芯本体老化、极化累积、连接件异常及散热能力下降所产生的不同风险，提高异常定位的准确性。

46、3、本发明将瞬时峰值功率、持续充放电功率、极化累积和热累积约束统一映射至时间—功率平面，形成随电池状态和冷却能力动态变化的安全可调能量包络，使功率调度由固定限值控制转化为面向不同持续时间的动态功率边界控制。

47、4、本发明通过动态有向热传播图描述热量在电池簇、冷却支路、风道及舱内空间之间的传播方向、热耦合强度、传播时延和传播置信度，并在风险形成初期预测下游受影响节点，从而将传统的超温后处理方式转化为热风险传播前的主动干预方式。

48、5、本发明根据热风险传播锥实施功率重分配，使新增发热重心向热传播方向的反方向移动，并在预计传播路径上预先形成冷却阻断前沿，由此实现电功率调度与冷却资源调配的协同控制，降低局部热风险向相邻电池簇扩散的可能性。

49、6、本发明根据实际热传播方向、实际传播时延和调度后的温升变化，持续修正动态有向热传播图、安全可调能量包络及功率—冷量分配策略，能够适应电池老化、冷却能力变化和环境温度变化，提高储能舱长期运行过程中的控制适应性。