一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理系统及方法

本发明涉及储能电池管理与智能调度，具体涉及一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理系统及方法。

背景技术：

1、随着新能源发电规模的持续扩大，储能系统在电网调频、削峰填谷、负荷跟踪以及新能源消纳中的作用日益突出。尤其在新型电力系统背景下，储能电站逐渐由传统低频调度模式向高频动态调度模式转变，系统需频繁响应电网侧功率波动与调度指令，呈现出高频充放电切换、脉冲负载扰动以及快速功率动态变化等运行特征。

2、在高频调度场景下，储能电池长期处于高动态倍率循环工况，电池内部极化效应、扩散效应及热耦合效应显著增强，不同电池簇之间的容量衰减速度逐渐产生差异，导致系统内部一致性不断下降。若无法及时感知电池容量变化并进行动态均衡调度，容易造成部分电池簇出现过充、过放及局部老化加剧现象，进而降低储能系统整体容量利用率与运行寿命。

3、现有储能系统中的均衡控制方法大多基于静态soc均衡策略，仅通过电压或soc偏差进行均衡控制，缺乏对电池动态容量变化特性的考虑。同时，传统soc估算方法多采用安时积分法或普通卡尔曼滤波方法，在高频功率波动工况下容易受到测量噪声与模型误差影响，存在估算响应迟滞、误差累积以及动态稳定性不足的问题。

4、此外，现有容量估算方法通常依赖周期性离线标定或低频统计分析，难以适应储能系统在高频调度场景下的动态运行需求。当系统处于频繁充放电切换状态时，传统均衡控制策略容易产生功率震荡与调度抖动，导致系统控制稳定性下降，并进一步加剧电池老化不一致问题。

5、因此，如何在高频调度场景下实现储能电池soc状态的快速准确估算、容量动态在线感知以及多电池协同均衡控制，同时提高系统在高频功率扰动条件下的运行稳定性与安全性，成为当前储能系统智能管理领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、(一)拟解决的技术问题

2、针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理系统及方法，通过构建高频soc协同估算模型、容量动态感知模型以及动态均衡控制机制，实现储能系统在高频调度条件下的状态快速感知、容量动态均衡与抗扰动稳定控制，提高系统容量利用率、运行一致性及长期运行安全性。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

5、一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，包括如下步骤：

6、步骤s100：构建面向高频调度场景的分数阶等效电路模型，先通过超螺旋滑模观测器对储能电池soc状态进行快速动态预测，再通过自适应扩展卡尔曼滤波器对预测结果进行误差校正，实现soc状态的动态协同估算；

7、步骤s200：基于soc变化关系与滑动窗口库伦积分结果，对储能电池实际可用容量进行在线动态估算，通过容量平滑更新机制获得稳定的动态容量值，并建立容量衰减关联模型；

8、步骤s300：结合soc状态与动态容量状态构建动态均衡优化目标函数，并引入动态权重调节机制根据系统功率波动量与容量变化敏感因子自动调整soc均衡权重与容量均衡权重，生成对应的动态均衡功率调节指令；

9、步骤s400：基于指数滑动平均补偿、动态调度频率调节以及软约束边界机制，对动态均衡控制过程进行高频抗扰动补偿；

10、步骤s500：通过ems/bms协同控制接口将均衡控制结果下发至储能系统，实现高频调度场景下的储能电池动态容量均衡控制。

11、进一步地，本发明还提供一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理系统，包括数据采集模块、高频soc估算模块、容量动态感知模块、动态均衡控制模块、高频抗扰动补偿模块以及ems/bms协同控制接口模块；

12、所述数据采集模块用于实时采集储能系统运行过程中的电池电压、电流、温度及运行状态信息；

13、所述高频soc估算模块用于基于分数阶等效电路模型、超螺旋滑模观测器以及自适应扩展卡尔曼滤波器，对电池soc状态进行动态估算；

14、所述容量动态感知模块用于基于soc变化率与库伦积分结果，对电池实际可用容量进行在线估算，并动态获取电池健康状态信息；

15、所述动态均衡控制模块用于结合soc状态、动态容量状态及系统功率调度需求，构建动态均衡优化目标函数，并生成对应的动态功率调节指令；

16、所述高频抗扰动补偿模块用于对高频功率波动条件下的均衡控制结果进行平滑补偿与边界约束处理，以降低系统调度震荡；

17、所述ems/bms协同控制接口模块用于实现本发明与储能电站能量管理系统及电池管理系统之间的数据通信与控制交互。

18、(三)有益效果

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

20、（1）本发明通过引入分数阶等效电路模型以及超螺旋滑模观测结构，提高了soc估算在高频动态工况下的响应速度与抗扰动能力，降低了传统方法在高频场景下的误差累积问题；

21、（2）本发明通过构建容量动态感知模型，实现了储能电池可用容量及容量衰减状态的在线动态估算，提高了系统对电池老化差异的感知能力；

22、（3）本发明通过建立soc与容量协同约束的动态均衡控制机制，实现了高频调度场景下多电池之间的动态容量均衡，提高了储能系统整体容量利用率与一致性；

23、（4）本发明通过构建高频抗扰动补偿机制，有效降低了高频功率波动条件下的均衡控制震荡，提高了系统动态运行稳定性与安全性；

24、（5）本发明能够适用于新能源储能、电网调频储能及高频动态调度储能等应用场景，具有良好的工程应用价值与推广前景。

25、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其他的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

1.一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，其特征在于，步骤s100包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，其特征在于，步骤s200具体包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，其特征在于，所述步骤s220构建容量衰减动态关联模型具体包括如下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，其特征在于，步骤s300具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，其特征在于，所述步骤s320生成对应的动态均衡功率调节指令具体包括以下步骤：

8.根据权利要求1所述的一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，其特征在于，步骤s400具体包括如下步骤：

9.根据权利要求1所述的一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理方法，其特征在于，还包括步骤s600：在高频调度工况下，验证soc动态估算性能、动态容量均衡性能和高频抗扰动稳定性；

10.一种面向高频调度场景的储能电池容量动态均衡管理系统，其特征在于，包括数据采集模块、高频soc估算模块、容量动态感知模块、动态均衡控制模块、高频抗扰动补偿模块以及ems/bms协同控制接口模块；